一种提高人工湿地填料对水中磷去除效果的方法及其装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种提高人工湿地填料对水中磷去除效果的方法及其装置，废水自进水口进入潜流式人工湿地，依次经过若干活动填料区、固定填料区，处理后的水自出水口排出。活动填料区和固定填料区填充的填料均为固化的载锆沸石成品；活动填料区和固定填料区呈交替布置，且人工湿地中水流的方向为自下而上通过活动填料区、自上而下通过固定填料区。固定填料区顶部种植芦苇，活动填料区下部设置吸附饱和填料出口。本发明通过沸石载锆可大大提高人工湿地填料对水中磷的去除效果；通过设置活动填料区和固定填料区，方便填料的装卸，同时避免填料更换时对人工湿地系统生态系统的破坏，提高潜流式人工湿地的对磷的效果，避免填料更换对人工湿地植物系统的破坏。
【专利说明】一种提高人工湿地填料对水中磷去除效果的方法及其装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种提高人工湿地填料对水中磷去除效果的方法及其装置。【背景技术】
[0002]人工湿地系统是一个综合的生态系统，人工湿地根据处理污染物的不同而填有不同的填料，种植不同种类的净化植物，通过填料、植物和微生物的物理、化学和生物作用共同完成对污水的净化。
[0003]人工湿地系统中填料提供给了微生物附着的载体，同时对系统的植物起到固定的作用，是该系统中核心之一；同时填料对于吸附污水中氮磷等营养物质起到重要的作用。常用的人工湿地填料有砾石、沸石、钢渣、石灰石、矿渣等，其中沸石内部充满细微的孔穴和通道，具有很好的吸附性，对磷有较好的吸附能力。天然沸石具有较高的水含量和硅铝比，同时含有杂质颗粒，使其离子交换容量偏低，限制了其开发利用。而人工合成分子筛虽然纯度高，但成本也高。因此，通过对天然沸石进行改性处理，在得到高性能吸附材料的同时，也节约了投资。
[0004]此外，人工湿地中的填料在处理含磷废水时，经过一定时间的吸附，就会出现填料吸附饱和的现象，需要更换填料，目前的人工湿地系统中填料的更换均采用整体更换的形式，这样会破坏人工湿地系统的生态系统结构，降低人工湿地对水中污染物的去除效果，因此，亟待改变人工湿地的填料更换形式。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种提高人工湿地填料对水中磷去除效果的方法及其装置，从而提高人工湿地系统对磷的去除效果。
[0006]本发明提出的提高人工湿地填料对水中磷去除效果的方法，具体步骤如下:
(1)填料预处理:将粉碎的沸石分散于蒸馏水中，用0.3-0.8 mol/L的盐酸溶液浸泡，先将其放在磁力搅拌器上进行强力搅拌1-4小时，静置12-36小时后进行固液分离；然后将沸石放在烘箱内烘干备用；
(2)锆负载:将预处理的沸石以固液比1:15-1:5的比例加入到10-30g/L的氧氯化锆溶液，然后放在磁力搅拌器上强力搅拌6-18小时后固液分离，然后将沸石放在烘箱内烘干;
(3)填料固化:将负载锆后的沸石烘干后置于管式炉中焙烧，焙烧温度为300-800°C，焙烧时间为1-3小时，焙烧过程中通入氮气，氮气通入量为30-80ml/min，即可得载锆沸石成品；
(4)将固化的载锆沸石成品作为填料，按照粒径分布填布在潜流人工湿地中；
(5)含磷废水自潜流人工湿地进水口进入，依次流经活动填料区、固定填料区，最后从出水口出水，含磷废水得到净化；
(6)待填料吸附饱和后从吸附饱和填料出口卸下部分吸附饱和的填料，从活动填料区上部加入新填料。
[0007]本发明中，填料预处理前需将沸石放入球磨机中粉碎，研磨后的粒径控制在5-50目，优选20目。
[0008]本发明中，步骤(1)中所述盐酸溶液的浓度为0.5-0.6 mol/L，盐酸溶液优选0.5mol/L。
[0009]本发明中，步骤(1)中所述沸石在磁力搅拌器上的强力搅拌时间为1.5-2.5小时，优选2小时；静置时间为22-26小时，优选24小时；沸石在烘箱内烘干的温度为100-110 °C，优选 105 0C ο
[0010]本发明中，步骤(2)中需将预处理的沸石以固液比1:12-1:9的比例加入，优选1:10的比例，氧氯化锆溶液的浓度为15-25g/L，在磁力搅拌器上强力搅拌的时间为10-14小时，优选12小时；沸石在烘箱内烘干的温度控制在100-110°C，优选105°C。
[0011]本发明中，步骤(3)中所述焙烧温度为450_550°C，优选500°C，焙烧时间为
1.5-2.5小时，优选2小时；焙烧时通入氮气，氮气通入量为45-55ml/min，优选50ml/min。[0012]本发明中的一种提高人工湿地填料对水中磷去除效果的装置，包括活动填料区、固定填料区和潜流人工湿地，潜流人工湿地通过隔板分隔成若干活动填料区和固定填料区，活动填料区和固定填料区呈交替布置，且人工湿地中水流的方向为自下而上通过活动填料区、自上而下通过固定填料区；潜流人工湿地一侧下部设有进水口，另一侧上部设有出水口 ；活动填料区下部设置吸附饱和填料出口 ；固定填料区顶部种植芦苇等湿地植物；活动填料区和填料区内填充的填料均为载锆沸石成品。
[0013]与已有技术相比，本发明的有益效果体现在:
1、本发明通过沸石载锆可大大提高人工湿地填料对水中磷的去除效果；
2、本发明通过设置活动填料区和固定填料区，方便填料的装卸，同时避免填料更换时对人工湿地系统生态系统的破坏，提高潜流式人工湿地的对磷的效果，避免填料更换对人工湿地植物系统的破坏；
3、本发明结构简单,制造安装方便。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明废水处理工艺流程示意图。
[0015]图2为本发明的结构示意图。
[0016]图中标号:1进水口、2出水口、3活动填料区、4固定填料区、5潜流人工湿地、6吸附饱和填料出口、7隔板、8新填料进料口、9植物种植区。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
[0018]实施例1:参见图1、图2，废水自进水口 I进入潜流人工湿地5，依次经过若干组活动填料区3、固定填料区4，处理后的水自出水口 2排出。所述活动填料区3和固定填料区4填充的填料均为上述固化的载锆沸石成品；活动填料区3和固定填料区4呈交替布置，且人工湿地中水流的方向为自下而上通过活动填料区3、自上而下通过固定填料区4;活动填料区3和固定填料区4之间设置隔板7。上述的固定填料区4顶部种植芦苇，活动填料区3下部设置吸附饱和填料出口 6。待填料吸附达到穿透点时，先将吸附饱和的填料自填料出口 6卸出，再将上述固化的载锆沸石成品自新填料进料口 8加入。固定填料区4顶部的植物种植区9种植芦苇等湿地植物。
[0019]实施例1:将未经处理的沸石填布在人工湿地床层中；初始浓度为20mg/L的含磷废水自人工湿地进水口进入，依次流经活动填料区、固定填料区，最后从出水口出水，含磷废水中磷的去除率为63%。
[0020]实施例2:① 填料预处理:将沸石放入球磨机中粉碎，粉碎后的粒径20目，研磨后的沸石采用0.5 mol/L的盐酸溶液浸泡，然后在磁力搅拌器上的强力搅拌时间2小时，静置24小时后，在105°C下烘箱烘干。②锆负载:再将预处理的沸石以固液比1:10的比例加入到20g/L的氧氯化锆溶液中，在磁力搅拌器上强力搅拌12小时，然后在烘箱内105°C条件下烘干。③填料固化:将负载锆后的沸石烘干后置于管式炉中焙烧，焙烧温度500°C，焙烧时间2小时；焙烧时通入氮气量为50ml/min。④将上述固化的载锆沸石成品，填布在人工湿地床层中初始浓度为20mg/L的含磷废水自人工湿地进水口进入，依次流经活动填料区、固定填料区，最后从出水口出水，含磷废水中磷的去除率达到98%以上。
[0021]实施例3:①填料预处理:将沸石放入球磨机中粉碎，粉碎后的粒径30目，研磨后的沸石采用0.5 mol/L的盐酸溶液浸泡，然后在磁力搅拌器上的强力搅拌时间2小时，静置24小时后，在105°C下烘箱烘干。②锆负载:再将预处理的沸石以固液比1:10的比例加入到20g/L的氧氯化锆溶液中，在磁力搅拌器上强力搅拌12小时，然后在烘箱内105°C条件下烘干。③填料固化:将负载锆后的沸石烘干后置于管式炉中焙烧，焙烧温度500°C，焙烧时间2小时；焙烧时通入氮气量为50ml/min。④将上述固化的载锆沸石成品，填布在人工湿地床层中初始浓度为20mg/L的含磷废水自人工湿地进水口进入，依次流经活动填料区、固定填料区，最后从出水口出水，含磷废水中磷的去除率达到99%以上。
[0022]实施例4:①填料预处理:将沸石放入球磨机中粉碎，粉碎后的粒径40目，研磨后的沸石采用0.5 mol/L的盐酸溶液浸泡，然后在磁力搅拌器上的强力搅拌时间2小时，静置24小时后，在105°C下烘箱烘干。②锆负载:再将预处理的沸石以固液比1:10的比例加入到20g/L的氧氯化锆溶液中，在磁力搅拌器上强力搅拌12小时，然后在烘箱内105°C条件下烘干。③填料固化:将负载锆后的沸石烘干后置于管式炉中焙烧，焙烧温度500°C，焙烧时间2小时；焙烧时通入氮气量为50ml/min。④将上述固化的载锆沸石成品，填布在人工湿地床层中初始浓度为20mg/L的含磷废水自人工湿地进水口进入，依次流经活动填料区、固定填料区，最后从出水口出水，含磷废水中磷的去除率达到99%以上。
[0023]实施例5:①填料预处理:将沸石放入球磨机中粉碎，粉碎后的粒径20目，研磨后的沸石采用0.5 mol/L的盐酸溶液浸泡，然后在磁力搅拌器上的强力搅拌时间2小时，静置24小时后，在105°C下烘箱烘干。②锆负载:再将预处理的沸石以固液比1:10的比例加入到20g/L的氧氯化锆溶液中，在磁力搅拌器上强力搅拌12小时，然后在烘箱内105°C条件下烘干。③填料固化:将负载锆后的沸石烘干后置于管式炉中焙烧，焙烧温度400°C，焙烧时间2小时；焙烧时通入氮气量为50ml/min。④将上述固化的载锆沸石成品，填布在人工湿地床层中初始浓度为20mg/L的含磷废水自人工湿地进水口进入，依次流经活动填料区、固定填料区，最后从出水口出水，含磷废水中磷的去除率达到98%以上。
[0024]实施例6:①填料预处理:将沸石放入球磨机中粉碎，粉碎后的粒径30目，研磨后的沸石采用0.5 mol/L的盐酸溶液浸泡，然后在磁力搅拌器上的强力搅拌时间2小时，静置24小时后，在105°C下烘箱烘干。②锆负载:再将预处理的沸石以固液比1:10的比例加入到20g/L的氧氯化锆溶液中，在磁力搅拌器上强力搅拌12小时，然后在烘箱内105°C条件下烘干。③填料固化:将负载锆后的沸石烘干后置于管式炉中焙烧，焙烧温度600°C，焙烧时间2小时；焙烧时通入氮气量为50ml/min。④将上述固化的载锆沸石成品，填布在人工湿地床层中初始浓度为20mg/L的含磷废水自人工湿地进水口进入，依次流经活动填料区、固定填料区，最后从出水口出水，含磷废水中磷的去除率达到99%以上。
[0025]实施例7:①填料预处理:将沸石放入球磨机中粉碎，粉碎后的粒径40目，研磨后的沸石采用0.5 mol/L的盐酸溶液浸泡，然后在磁力搅拌器上的强力搅拌时间2小时，静置24小时后，在105°C下烘箱烘干。②锆负载:再将预处理的沸石以固液比1:10的比例加入到20g/L的氧氯化锆溶液中，在磁力搅拌器上强力搅拌12小时，然后在烘箱内105°C条件下烘干。③填料固化:将负载锆后的沸石烘干后置于管式炉中焙烧，焙烧温度700°C，焙烧时间2小时；焙烧时通入氮气量为50ml/min。④将上述固化的载锆沸石成品，填布在人工湿地床层中初始浓度为20mg/L的含磷废水自人工湿地进水口进入，依次流经活动填料区、固定填料区，最后从出水口出水，含磷废水中磷的去除率达到99%以上。
[0026]实施例8:①填料预处理:将沸石放入球磨机中粉碎，粉碎后的粒径40目，研磨后的沸石采用0.5 mol/L的盐酸溶液浸泡，然后在磁力搅拌器上的强力搅拌时间2小时，静置24小时后，在105°C下烘箱烘干。②锆负载:再将预处理的沸石以固液比1:10的比例加入到20g/L的氧氯化锆溶液中，在磁力搅拌器上强力搅拌12小时，然后在烘箱内105°C条件下烘干。③填料固化:将负载锆后的沸石烘干后置于管式炉中焙烧，焙烧温度500°C，焙烧时间3小时；焙烧时通入氮气量为50ml/min。④将上述固化的载锆沸石成品，填布在人工湿地床层中初始浓度为20mg/L的含磷废水自人工湿地进水口进入，依次流经活动填料区、固定填料区，最后从出水口出水，含磷废水中磷的去除率达到99%以上。
[0027]实施例9:①填料预处理:将沸石放入球磨机中粉碎，粉碎后的粒径20目，研磨后的沸石采用0.5 mol/L的盐酸溶液浸泡，然后在磁力搅拌器上的强力搅拌时间2小时，静置24小时后，在105°C下烘箱烘干。②锆负载:再将预处理的沸石以固液比1:10的比例加入到20g/L的氧氯化锆溶液中，在磁力搅拌器上强力搅拌12小时，然后在烘箱内105°C条件下烘干。③填料固化:将负载锆后的沸石烘干后置于管式炉中焙烧，焙烧温度500°C，焙烧时间3小时；焙烧时通入氮气量为50ml/min。④将上述固化的载锆沸石成品，填布在人工湿地床层中初始浓度为20mg/L的含磷废水自人工湿地进水口进入，依次流经活动填料区、固定填料区，最后从出水口出水，含磷废水中磷的去除率达到98%以上。
【权利要求】
1.一种提高人工湿地填料对水中磷去除效果的方法，其特征在于具体步骤如下: (1)填料预处理:将粉碎的沸石分散于蒸馏水中，用0.3-0.8 mol/L的盐酸溶液浸泡，先将其放在磁力搅拌器上进行强力搅拌1-4小时，静置12-36小时后进行固液分离；然后将沸石放在烘箱内烘干备用； (2)锆负载:将预处理的沸石以固液比1:15-1:5的比例加入到10-30g/L的氧氯化锆溶液，然后放在磁力搅拌器上强力搅拌6-18小时后固液分离，然后将沸石放在烘箱内烘干; (3)填料固化:将负载锆后的沸石烘干后置于管式炉中焙烧，焙烧温度为300-800°C，焙烧时间为1-3小时，焙烧过程中通入氮气，氮气通入量为30-80ml/min，即可得载锆沸石成品； (4)将固化的载锆沸石成品作为填料，按照粒径分布填布在潜流人工湿地中； (5)含磷废水自潜流人工湿地进水口进入，依次流经活动填料区、固定填料区，最后从出水口出水，含磷废水得到净化； (6)待填料吸附饱和后从吸附饱和填料出口卸下部分吸附饱和的填料，从活动填料区上部加入新填料。
2.根据权利要求1所述的提高人工湿地填料对水中磷去除效果的方法，其特征在于填料预处理前需将沸石放入球磨机中粉碎，研磨后的粒径控制在5-50目。
3.根据权利要求1所述的提高人工湿地填料对水中磷去除效果的方法，其特征在于步骤(I)中所述盐酸溶液的浓度为0.5-0.6 mol/L的浸泡。
4.根据权利要求1所述的提高人工湿地填料对水中磷去除效果的方法，其特征在于步骤(I)中所述沸石在磁力搅拌器上的强力搅拌时间为1.5-2.5小时；静置时间为22-26小时；沸石在烘箱内烘干的温度为100-110°C。
5.根据权利要求1所述的提高人工湿地填料对水中磷去除效果的方法，其特征在于步骤(2)中需将预处理的沸石以固液比1:12-1:9的比例加入氧氯化锆溶液的浓度为15-25g/L，在磁力搅拌器上强力搅拌的时间为10-14小时，沸石在烘箱内烘干的温度控制在 IOO-1IO0Co
6.根据权利要求1所述的提高人工湿地填料对水中磷去除效果的方法，其特征在于步骤(3)中所述焙烧温度为450-550°C，焙烧时间为1.5-2.5小时，焙烧时通入氮气，氮气通入量为 45-55ml/min。
7.一种实施如权利要求1所述的提高人工湿地填料对水中磷去除效果方法的装置，其特征在于包括活动填料区、固定填料区和潜流人工湿地，潜流人工湿地通过隔板分隔成若干活动填料区和固定填料区，活动填料区和固定填料区呈交替布置，且人工湿地中水流的方向为自下而上通过活动填料区、自上而下通过固定填料区；潜流人工湿地一侧下部设有进水口，另一侧上部设有出水口 ；活动填料区下部设置吸附饱和填料出口 ；固定填料区顶部种植芦苇等湿地植物；活动填料区和填料区内填充的填料均为载锆沸石成品。
【文档编号】C02F3/34GK103723832SQ201310681065
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年12月16日 优先权日:2013年12月16日
【发明者】张继彪, 栾晓男, 黄威, 郑正 申请人:复旦大学