本发明涉及水污染控制技术领域，具体是一种将生物碳用于人工湿地处理重金属废水的方法。
背景技术：
人工湿地是一个包含基质（填料）、植物、好氧及厌氧微生物的复杂生态系统，由于基质、植物、微生物之间的相互作用与影响，重金属在其中去除机理比较复杂，往往包含多种作用。由于人工湿地处理技术具有投资少、能耗低、操作和维护简单等优点，已逐渐用于处理各种废水，包括矿山废水等。重金属在人工湿地中的去除机理包括基质的过滤、吸附、共沉淀、植物吸收和微生物的吸收、同化作用。重金属在水体和沉积物之间的迁移转化过程是重金属被固体颗粒吸附、释放，以及在循环过程中发生的化学、物理反应和生物过程的总和。重金属的吸附和释放直接影响重金属在水-固两项之间迁移转化。在上个世纪 90 年代，国内关于人工湿地处理重金属污染水体的相关报道开始出现。塘述虞等人利用人工湿地处理酸矿废水发现 Pb、Cd 和 Zn 均具有显著的去除效果，去除率为 80%以上。我国韶关凡口铅锌矿废水香蒲植物人工湿地系统的最新研究发现，该废水净化系统对铅、锌、铜、镉的去除率均超过90%。黄淦泉等人对人工湿地去除污水中 Pb 和 Cd 的机理进行了初步探讨，得出基质对重金属的去除高于植物，且基质中粘土其主要作用。成水平等人研究了复合型垂直流人工湿地处理含有重金属的废水，证明其具有良好的重金属去除效果。以上诸多的研究表明，人工湿地系统是一种有效有矿山重金属污染治理手段。优点显著的同时，人工湿地也面临着处理效率低、占地面积广、容易堵塞、酸矿废水的耐受性等细节挑战。
生物碳是生物有机材料（生物质）在缺氧或绝氧热裂解后生成的固态产物。既可作为高品质能源、土壤改良剂，也可作为还原剂、肥料缓释载体及二氧化碳封存剂等，已广泛应用于固碳减排、水源净化、污染物吸附和土壤改良等，可在一定程度上为气候变化、环境污染和土壤功能退化等全球关切的热点问题提供解决方案。该发明利用中低温生物碳中高含量的无定型碳与丰富的表面官能团，利用生物碳的强吸附作用，控制重金属人工湿地系统内的迁移，从而显著提高人工湿地处理重金属废水的效率，有效减少人工湿地的占地面积。此外，生物碳疏松多孔，具有很少的渗透性，可有效降低人工湿地的堵塞概率。生物碳自带碱性，对酸矿废水有非常好的耐受性。另外一方面，湿地的缺氧环境，是生物碳的天然保护域，可防止生物碳氧化变质。生物碳作为填充基质添加在人工湿地系统中用于处理重金属废水的方法具有成本低廉，效果明显，易于推广等突出的优点。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种将生物碳用于人工湿地处理重金属废水的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种将生物碳用于人工湿地处理重金属废水的方法，包括以下步骤：
（1）根据重金属废水的组成特征，选择能有效吸附目标重金属的中低温生物碳；
（2）将生物碳以网格法分层布点于人工湿地中，用于重金属废水处理；
（3）吸附饱和后，用弱酸溶液洗涤回收的目标重金属。
作为本发明进一步的方案：所述生物碳主要为对重金属吸附性能强的中低温生物碳，其材质包括秸秆生物碳和粪质生物碳，裂解温度200-500℃，粒径范围d50为1-100 μm。
作为本发明再进一步的方案：所述秸秆生物碳原材料包括水稻秸秆、玉米秸秆、小麦秸秆。
作为本发明再进一步的方案：所述粪质生物碳原材料包括鸡粪、羊粪、猪粪。
作为本发明再进一步的方案：步骤（2）中所述生物碳的投加体积比为5-20%。
作为本发明再进一步的方案：步骤（2）中所述弱酸为0.1-1mol/L的柠檬酸。
作为本发明再进一步的方案：所述重金属包括Cu、Pb、Cd、Cr、Zn、Mn、Fe和Al。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的将生物碳应用于人工湿地处理重金属废水的方法，显著增强人工湿地的渗滤性和处理效率；生物碳的碱性也有效地缓冲重金属废水的酸性，对于人工湿地的生态系统具有显著的保护作用；生物碳材料具有源自天然、含量丰富、无毒害作用、成本低廉，操作流程简单、净化效果显著，吸附快等显著优点。而人工湿地的厌氧环境对生物碳具有很好的保护作用，避免官能团的氧化失效，使其可以长期保持良好的吸附效果。
附图说明
图1为将生物碳用于人工湿地处理重金属废水的方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参阅图1，本发明实施例中，一种将生物碳用于人工湿地处理重金属废水的方法，包括以下步骤：
S101：根据重金属废水的组成特征，选择能有效吸附目标重金属的中低温生物碳；
S102：将体积比为5%的水稻秸秆生物碳以网格法分层布点于人工湿地中，用于重金属废水处理，水稻秸秆生物碳粒径d50为20μm，裂解温度350℃；
S103：吸附饱和后，用0.1mol/L的柠檬酸溶液洗涤回收的目标重金属。
所述的重金属包括为Cu、Pb、Cd、Cr、Zn、Mn、Fe和Al。
对比有无添加生物碳的人工湿地处理效果，发现无添加时人工湿地对Pb的去除率为32%，添加生物碳的去除率为99%。
实施例2
请参阅图1，本发明实施例中，一种将生物碳用于人工湿地处理重金属废水的方法，包括以下步骤：
S101：根据重金属废水的组成特征，选择能有效吸附目标重金属的中低温生物碳；
S102：将体积比为10%的玉米秸秆生物碳以网格法分层布点于人工湿地中，用于重金属废水处理，玉米秸秆生物碳粒径d50为50μm，裂解温度300℃；
S103：吸附饱和后，用0.5mol/L的柠檬酸溶液洗涤回收的目标重金属。
所述的重金属包括为Cu、Pb、Cd、Cr、Zn、Mn、Fe和Al。
对比有无添加生物碳的人工湿地处理效果，发现无添加时人工湿地对Pb的去除率率为35%，添加生物碳的去除率为99%。
实施例3
请参阅图1，本发明实施例中，一种将生物碳用于人工湿地处理重金属废水的方法，包括以下步骤：
S101：根据重金属废水的组成特征，选择能有效吸附目标重金属的中低温生物碳；
S102：将体积比为10%的小麦秸秆生物碳以网格法分层布点于人工湿地中，用于重金属废水处理，小麦秸秆生物碳粒径d50为30μm，裂解温度300℃；
S103：吸附饱和后，用0.6mol/L的柠檬酸溶液洗涤回收的目标重金属。
所述的重金属包括为Cu、Pb、Cd、Cr、Zn、Mn、Fe和Al。
对比有无添加生物碳的人工湿地处理效果，发现无添加时人工湿地对Pb的去除率率为30%，添加生物碳的去除率为99%。
实施例4
请参阅图1，本发明实施例中，一种将生物碳用于人工湿地处理重金属废水的方法，包括以下步骤：
S101：根据重金属废水的组成特征，选择能有效吸附目标重金属的中低温生物碳；
S102：将体积比为15%的鸡粪生物碳以网格法分层布点于人工湿地中，用于重金属废水处理，鸡粪生物碳粒径d50为60μm，裂解温度400℃；
S103：吸附饱和后，用0.8mol/L的柠檬酸溶液洗涤回收的目标重金属。
所述的重金属包括为Cu、Pb、Cd、Cr、Zn、Mn、Fe和Al。
对比有无添加生物碳的人工湿地处理效果，发现无添加时人工湿地对Pb的去除率率为32%，添加生物碳的去除率为99%。
实施例5
请参阅图1，本发明实施例中，一种将生物碳用于人工湿地处理重金属废水的方法，包括以下步骤：
S101：根据重金属废水的组成特征，选择能有效吸附目标重金属的中低温生物碳；
S102：将体积比为15%的羊粪生物碳以网格法分层布点于人工湿地中，用于重金属废水处理，羊粪生物碳粒径d50为80μm，裂解温度450℃；
S103：吸附饱和后，用0.9mol/L的柠檬酸溶液洗涤回收的目标重金属。
所述的重金属包括为Cu、Pb、Cd、Cr、Zn、Mn、Fe和Al。
对比有无添加生物碳的人工湿地处理效果，发现无添加时人工湿地对Pb的去除率率为32%，添加生物碳的去除率为99%。
实施例6
请参阅图1，本发明实施例中，一种将生物碳用于人工湿地处理重金属废水的方法，包括以下步骤：
S101：根据重金属废水的组成特征，选择能有效吸附目标重金属的中低温生物碳；
S102：将体积比为5-20%的猪粪生物碳以网格法分层布点于人工湿地中，用于重金属废水处理，猪粪生物碳粒径d50为100μm，裂解温度500℃；
S103：吸附饱和后，用1mol/L的柠檬酸溶液洗涤回收的目标重金属。
所述的重金属包括为Cu、Pb、Cd、Cr、Zn、Mn、Fe和Al。
对比有无添加生物碳的人工湿地处理效果，发现无添加时人工湿地对Pb的去除率率为32%，添加生物碳的去除率为99%。
本发明实施例中，所述生物碳包的投加体积比为5-20%，其密度与人工湿地的占地和重金属废水浓度波动有关：湿地占地受到限制或者重金属废水浓度波动大时，生物碳的添加比例偏大，特殊情况可不受20%的限制。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。