专利名称：用于处理含铅、镉涂料废水的垂直流人工湿地及其制备方法
技术领域：
本发明主要涉及一种污水处理技术，尤其涉及使用组合人工湿地基质净化污水中某些重金属污染物的技术。
背景技术：
国外人工湿地污水处理系统的应用始于20世纪70年代初，目前，美国和加拿大已有300多个人工湿地污水处理系统，欧洲有500多个，其规模小自40m2，大至1000多公顷。 国外通过对100多个废水处理型湿地的调查研究建立的一个反映湿地去污能力的重要数据库是北美数据库(NADB)。该数据库说明湿地对B0D、C0D的去除率可达80 90%。对氮、 磷的去除率，数据显示值要稍低于一般实验室内测试的60%和90%。复合垂直流人工湿地处理污水工艺为中国科学院水生生物研究所和德国科隆大学、奥地利维也纳农业大学共同提出，现在 Gilbert Kabelo Gaboutloeloe、Michael E. Barber 以及 Claudio 0. Stockle 等部分学者正在进行相关研究。我国利用人工湿地处理废水发展较晚，现在处于起步阶段。自“七五”以来我国开展了人工湿地小试、中试到实用规模的试验，取得了人工湿地工艺特征、技术要点和工程参数等研究成果。国内对潜流人工湿地系统的研究相对较多，而对于垂直流和表面流人工湿地的研究则较少，尤其是复合垂直流人工湿地对重金属的研究相对较少。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术的不足之处，而提供一种用于处理含铅、镉涂料废水的垂直流人工湿地。本发明所要解决的问题是选择一种优异的人工湿地基质，为污水的净化提供一种处理效果好、运行稳定、高效益、低耗能、维护管理费用低的新型人工湿地处理技术。本发明的目的可以通过采用以下技术方案来实现一种用于处理含铅、镉涂料废水的垂直流人工湿地，其特征是，包括有如下按重量份配比的湿地基质材料为
土壤，150^250重量份；
粒径为O. 15 O. 25mm的细沙，200 300重量份；
粒径为20 40mm的砾石，200^350重量份；
粒径为2 IOmm的细煤渣，100^200重量份；
污泥，10(Γ150重量份。还包括有如下按重量份配比的湿地基质材料
平均粒径为10 20 μ m的粉煤灰，130^180重量份。本发明还提供一种用于处理含铅、镉涂料废水的垂直流人工湿地的制备方法，其步骤为
(I)根据处理规模，修筑处理池，池深O. 8 I. 2m ;(2)在所述的处理池底部铺设鹅卵石层，形成厌氧区，其深度为O.2 O. 4m ;在厌氧区内每隔15 20cm分段设有直径为3 5cm的PVC排水管，收集出水；PVC排水管伸出处理池；
(3)在鹅卵石上铺放塑胶网，防止填料下漏；
(4)将以上所述的湿地基质材料混合均匀后填装到处理池中；
(5)将废水进水管铺设于所述的湿地基质材料上方。所述的鹅卵石的直径为I 2cm。所述的步骤还包括有所述的处理池为I 3个；所述的上一级排水管为下一级的进水管，最末一个排水管与排水系统相连接。所述的步骤还包括有所述的处理池设置在地上或地下。本发明采用混合基质，在6种原料中选择5种按照相同的配比组合，均匀混合成一种人工湿地基质，有利于变化基质的有效面积、渗透系数和理化性质，针对不同类型的污染物筛选出适合的人工湿地基质。本发明采用连续进水、连续出水垂直流的运行方式，污水从上端进入到各湿地单元中，经过人工湿地基质的吸附、沉淀、过滤、降解等作用，将污染物截留下来，然后分别于出水后的一定的时间点取出水水样，进行测试分析。此种运行方式不仅避免了表面流所造成的滋生蚊虫等二次污染，而且使污水有基质接触的有效面积和有效时间增加，提高了污染物的去除效率。本发明多个人工湿地单元同时、独立运行。使用低位水箱和阀门同时控制几个湿地单元的运行，由于低位水箱的容积小于高位水箱，模拟污水从容积为2 Sm3的高位水箱进入到容积为I 4m3的低位水箱时，两个水箱的高度差为I 3m，低位水箱将一直保持水位不变，避免了由于水位变化而造成的进水负荷的变化。另外此种设计不仅节约占地面积， 而且节约成本，降低了人工湿地的运行维护费用。本发明的有益效果是，
本发明与现有的人工湿地技术相比具有以下优点
I)人工湿地采用砾石、黄土、粉煤灰、污泥、细煤渣、细沙6种原料，混合人工湿地基质粒径大小不等，但混合均匀，有利于区分每种基质的有效面积，便于筛选出合适的组合，用于处理不同类型的污水，处理效率高。2)人工湿地采用连续进水、出水的垂直流运行方式，由于混合基质的渗透系数相对较高，因此表面不会累积污水，不会产生滋生蚊虫等次生污染。3)由于湿地单元规模较小，人工湿地基质的有效面积为O. 6m3，原料需要量小，有利于湿地单元的管理维护以及基质的处理与处置，成本较低。4)通过兰州交通大学环境与市政工程学院建设的人工湿地单元实验研究发现，对 6种配置好的人工湿地基质测定物理化学性质，进而研究对不同进水浓度、不同处理时间的磷、镉和铅的去除效果，结果表明，6个人工湿地单元对磷和镉的去除均在90%以上，对铅的去除率在659Γ95%之间，较单一逐层分布的基质类型处理效果好；不同基质的理化性质与基质对三种污染物的去除率之间有显著相关性。通过原料混合及水力沉降作用，即增加了基质的比表面积，也增加了基质的透过性和孔隙度，有利于吸附废水中的镉和铅等重金属离子，也为微生物提供了生活场所，从而起到吸附和降解水体中磷的效果。
图I:为本发明的结构示意图2 :为本发明实施例11的结构示意图。
具体实施例方式
通过下述实施例进一步说明本发明。实施例I :一种用于处理含铅、镉涂料废水及含磷废水的垂直流人工湿地，其特征是包括有如下按重量份配比的湿地基质材料为
土壤，150^250重量份；
粒径为O. 15 O. 25mm的细沙，200 300重量份；
粒径为20 40mm的砾石，200^350重量份；
粒径为2 IOmm的细煤渣，100^200重量份；
污泥，10(Γ150重量份。在连续进水浓度为20(T600mg/L、连续进水时间24小时的条件下，基质对水体中磷的去除率达到60%以上。在进水含Pb浓度为l(Tl60mg/L、进水含Cd浓度为5 50mg/L、连续进水时间24小时的条件下，基质对水体中重金属离子的去除率均达到90%以上。(补充效果)
实施例2 :与实施例I相同，不同的是还包括有如下按重量份配比的湿地基质材料为 粉煤灰(平均粒径为10 20 μ m) 130"180重量份。在连续进水浓度为20(T600mg/L、连续进水时间24小时的条件下，基质对水体中磷的去除率达到70%以上。在进水含Pb浓度为l(Tl60mg/L、进水含Cd浓度为5 50mg/L、连续进水时间24小时的条件下，基质对水体中重金属离子的去除率均达到90%以上。实施例3 9 :与实施例I相同，不同的是所述的湿地基质材料是按重量份配比的如下材料组成的
表I湿地基质材料配比
权利要求
1.一种用于处理含铅、镉涂料废水的垂直流人工湿地，其特征是，包括有如下按重量份配比的湿地基质材料为土壤，150 250重量份；粒径为O. 15 O. 25mm的细沙，200 300重量份；粒径为 20 40mm的砾石，200 350重量份；粒径为2 IOmm的细煤渣，100 200重量份；污泥， 100^150重量份。
2.如权利要求I所述的用于处理含铅、镉涂料废水的垂直流人工湿地，其特征是，还包括有如下按重量份配比的湿地基质材料平均粒径为10 20 μ m的粉煤灰，130 180重量份。
3.如权利要求I至2所述的用于处理含铅、镉涂料废水的垂直流人工湿地的制备方法， 其特征是，步骤为(1)根据处理规模，修筑处理池，池深O.8 I. 2m ;(2)在所述的处理池底部铺设鹅卵石层，形成厌氧区，其深度为O.2 O. 4m ;在厌氧区内每隔15 20cm分段设有直径为3 5cm的PVC排水管，收集出水；PVC排水管伸出处理池；(3)在鹅卵石上铺放塑胶网，防止填料下漏；(4)将权利要求I至2所述的湿地基质材料混合均匀后填装到处理池中；(5)将废水进水管铺设于所述的湿地基质材料上方。
4.如权利要求3所述的用于处理含铅、镉涂料废水的垂直流人工湿地的制备方法，其特征是，所述的鹅卵石的直径为I 2cm。
5.如权利要求3所述的用于处理含铅、镉涂料废水的垂直流人工湿地的制备方法，其特征是，所述的步骤还包括有所述的处理池为I 3个；所述的上一级排水管为下一级的进水管，最末一个排水管与排水系统相连接。
6.如权利要求3所述的用于处理含铅、镉涂料废水的垂直流人工湿地的制备方法，其特征是，所述的步骤还包括有所述的处理池设置在地上或地下。
全文摘要
本发明主要涉及使用混合人工湿地基质净化污水中某些重金属污染物和磷的去除方面的技术。发明中确定了人工湿地基质的原料配置组成、结构和体积及质量比，并对不同配置方式的废水污染物去除效果进行了测试分析，提出了优化的配置方法。本发明对处理含重金属废水和含磷废水的人工湿地的建置与运行具有指导意义。
文档编号C02F3/32GK102603070SQ20111024296
公开日2012年7月25日 申请日期2011年8月23日 优先权日2011年8月23日
发明者任珺, 王刚, 邹志华, 陶玲 申请人:甘肃金桥给水排水设计与工程(集团)有限公司