一种立体人工污水净化浮岛的制作方法

本申请涉及水处理
技术领域：
，具体涉及一种立体人工污水净化浮岛。
背景技术：
一直以来人工湿地系统凭借其水质净化、景观改善、接纳生物栖息以及消波护岸等方面的优势，在污水处理，尤其是在受污染地表水如河道、湖泊等水环境的修复中得到了广泛应用。经过几十年的研究发展，如何建造人工浮岛的技术较为成熟，例如中国专利cn1620862a公开了一种植物浮岛建设方法，首先在施工区域以外的地方建立一定规格的平底池形生产场地，在生产场地内架设浮岛骨架，并在其中填加植物生长基质，然后在基质内种植适宜做浮岛的植物，通过一段时间的培养让植物根系长满生产场地并与浮岛骨架牢固结合，再从生产场地内将浮岛骨架连同生长在其上的植物取出，搬运、安置到指定水域并加以固定或者组合，形成植物浮岛。又如，cn1914999a公开了一种生态浮岛，其包括有可漂浮在水面的骨架及种植在该骨架上的各种植物，骨架至上而下至少有三层；最上层为用聚乙烯或聚丙烯制成的土工格室层，其上具有中空的格室，格室内填设有种植土或植物生长基质，植物种植在该格室内；第二层为用若干根竹条搭制而成的竹条龙骨层，竹条龙骨层上具有多个中空的孔洞；第三层为泡沫塑料板层，该泡沫塑料板上开有多个供植物根部穿过的孔；所述的土工格室层、竹条龙骨层和泡沫塑料板层之间用多根扎绳扎结在一起而成一体结构。然而传统人工湿地系统，植物生长难于保持良好状态；湿地系统一般是置于某一个位置后难于移动；且植物生长多为植物根系直接从水体中吸取养分以去污，去污效率不高。水体的富营养化造成水中藻类大量繁殖，溶解氧锐减，严重破坏了水体生态环境，威胁水生生物的生存和人类健康。富营养化污染的主要原因是由于水体的氮、磷等营养物质过多所致。研究表明，多数富营养化水体中的控制因素为磷。因此，废水除磷对防治水体富营养化尤为重要。技术实现要素：针对现有技术存在的上述任意不足，本发明的目的在于提供一种立体人工污水净化浮岛。为实现以上目的，本发明提供的一种立体人工污水净化浮岛，采用如下技术方案：一种立体人工污水净化浮岛，包括设置于水体上的湿地主体，所述湿地主体包括若干个基座，所述基座上种植有挺水植物，所述基座内自上而下依次无间隔铺设有第一无纺布层、基质材料层和第二无纺布层。优选的，所述基座由若干个独立模块组合而成，方便根据需要进行模块组装、更换、拆卸或维修等。进一步地，所述立体人工污水净化浮岛，还包括电机，所述电机与湿地主体连接用于驱动人工湿地移动，所述湿地主体上设置有太阳能光伏板和蓄电池，所述太阳能光伏板与蓄电池的输入端电连接，所述电机与蓄电池的输出端电连接。进一步地，所述基座底部设置有水质在线监测设备，用于监测水体中各污染物浓度，例如氮、磷等。所述在线监测设备通过传输设备将数据传递至电脑或者电子设备智能终端，所述在线监测设备与蓄电池的输出端电连接。优选的，所述太阳能光伏板通过支架设置于湿地主体一角，所述蓄电池设置于基座上，本领域技术人员可以根据实际情况选择蓄电池的安装位置。优选的，所述第一无纺布层和第二无纺布层的厚度分别为5～15mm，所用无纺布的密度为500～1000g/m2。优选的，所述基质材料层中的基质为能够除磷的基质，例如能够吸附除磷的钢渣、粉煤灰、页岩、炉渣等，或含有铁盐、铝盐、镁盐或者钙盐的基质(能够与磷反应后生产沉淀物)。在研究过程中，发明人发现通过对活性氧化铝进行两次浸渍得到的基质材料，对磷具有良好的去除效果。因此，进本发明的另一目的在于提供一种用于立体人工污水净化浮岛的基质，所述基质材料层的基质通过以下方法获得，具体制备步骤包括：1)配制浓度为0.01～0.02mol/l的氯化钙溶液，向氯化钙溶液中加入活性氧化铝并初次浸渍，浸渍时间为5～10小时，所述活性氧化铝的粒径为10～25mm，磨耗率≤0.5％；2)滤去所述氯化钙溶液得到初次浸渍过的活性氧化铝，烘干并煅烧得到初次煅烧过的活性氧化铝；3)配制浓度为0.03～1.0mol/l硝酸铝溶液，加入所述初次煅烧过的活性氧化铝并二次浸渍，浸渍时间为5～10小时；d)滤去所述硝酸铝溶液得到二次浸渍过的活性氧化铝，再次烘干并再次煅烧所述二次浸渍过的活性氧化铝从而得到基质。所述初次浸渍和所述二次浸渍可以相同或不同。本领域技术人员都知道，本发明中适宜的初次浸渍和二次浸渍的时间能够通过本领域技术人员熟知的方式来确定。所述初次烘干和再次烘干可以相同或不同。所述初次烘干或再次烘干的条件是：温度为100～120℃，时间为0.5～12h，至在120℃干燥1小时条件下失重≦1％结束。所述初次煅烧和所述再次煅烧可以相同或不同。所述初次煅烧或再次煅烧的温度为500～800℃，时间为8～12小时。本领域技术人员都知道，本发明中适宜的初次煅烧的时间和温度能够通过本领域技术人员熟知的方式来确定。本申请所述的基质材料还可以与其他基质材料例如沸石、粉煤灰等混合使用。本领域技术人员能够了解，本发明基质也可以用于其他人工污水净化浮岛。本申请所述的基质材料可以根据被处理废水的ph值进行调整，优选的，当废水呈酸性时，步骤1)中配制浓度为0.01mol/l的氯化钙溶液，步骤3)中配制浓度为0.05～1.0mol/l硝酸铝溶液；当废水呈碱性时，步骤1)中配制浓度为0.02mol/l的氯化钙溶液，步骤3)中配制浓度为0.03～0.05mol/l硝酸铝溶液。与现有技术相比，本申请具有如下有益效果：(1)在基质材料层的上下分别设置有无纺布层，无纺布的透气性能和透水性能好，且具有一定的保温作用，能够更好的维持植物根系的良好的呼吸，有利于植物生长；(2)通过太阳能光伏板为电机提供电能，清洁环保，通过电机移动人工湿地，更加方便快捷；在线监测设备可以将数据传递至电脑或者智能终端，有利于实时分析、监控水质情况；(3)本发明特备优选的采用自制的基质，制备方法采用两次浸渍法提高了基质的稳定性；除磷效率高，适用范围广。典型生活污水ph为6～9，在ph为6.5～7的范围内，铝盐具有非常好的除磷效果；而在ph为6～9的范围内，钙离子能够与磷酸盐反应生成不同的含磷产物，同时，基质的内核为活性氧化铝，对磷具有良好的吸附效果。并且铝离子、钙离子和活性氧化铝之间还存在着协同除磷作用。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本发明一种立体人工污水净化浮岛结构示意图。图中附图标记：1-湿地主体，2-基座，3-挺水植物，4-电机，5-太阳能光伏板，6-在线监测设备，7-支架。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。实施例1一种立体人工污水净化浮岛，包括设置于水体上的湿地主体1，所述湿地主体包括基座2，所述基座2由若干个模块组成，可以根据需要进行模块组装、更换、拆卸或维修等，所述基座2上种植有挺水植物3，所述基座内自上而下依次无间隔铺设有第一无纺布层、基质材料层和第二无纺布层。所述立体人工污水净化浮岛，还包括电机4，所述电机4与湿地主体1连接用于驱动人工湿地移动，所述湿地主体上1设置有太阳能光伏板5和蓄电池(图中未显示)，所述太阳能光伏板5通过支架7设置于湿地主体一角，所述太阳能光伏板5与蓄电池的输入端电连接，所述电机4与蓄电池的输出端电连接，所述基座2底部设置有水质在线监测设备6，用于监测水体中各污染物浓度，例如氮、磷等。所述在线监测设备通过传输设备将数据传递至电脑或者电子设备智能终端(在线监测设备的数据传递至电脑或智能终端，属于现有技术，本领域技术人员能够了解并知道如何实现)，所述在线监测设备与蓄电池的输出端电连接。基座等的制备可以参考专利cn106892505a。所述第一无纺布层和第二无纺布层的厚度分别为5～15mm，所用无纺布的密度为500～1000g/m2。实施例2本实施例用于说明本发明自制基质的制备。所述基质材料层的基质通过以下方法获得，具体制备步骤包括：1)配制浓度为0.01～0.02mol/l的氯化钙溶液，向氯化钙溶液中加入活性氧化铝并初次浸渍；2)滤去所述氯化钙溶液得到初次浸渍过的活性氧化铝，初次烘干并初次煅烧得到初次煅烧过的活性氧化铝；3)配制浓度为0.03～1.0mol/l硝酸铝溶液，加入所述初次煅烧过的活性氧化铝并二次浸渍；d)滤去所述硝酸铝溶液得到二次浸渍过的活性氧化铝，再次烘干并再次煅烧所述二次浸渍过的活性氧化铝从而得到基质。所述活性氧化铝的粒径为10～25mm，磨耗率≤0.5％。(磨耗率在dgm型多功能磨耗机上进行测试，仪器转鼓转速：60r/min，磨耗时间：15min。试验结束后，以被磨耗去的重量与磨前重量比值的百分数作为磨耗率。)所述初次浸渍和所述二次浸渍可以相同或不同。所述初次浸渍或所述二次浸渍的时间为5-10小时。本领域技术人员都知道，本发明中适宜的初次浸渍和二次浸渍的时间能够通过本领域技术人员熟知的方式来确定。所述初次烘干和再次烘干可以相同或不同。所述初次烘干或再次烘干的条件是：温度为100～120℃，时间为0.5～12h，至在120℃干燥1小时条件下失重≦1％结束。所述初次煅烧和所述再次煅烧可以相同或不同。所述初次煅烧或再次煅烧的温度为500～800℃，时间为8～12小时。所述初次煅烧或再次煅烧优选在空气气氛下进行。本领域技术人员都知道，本发明中适宜的初次煅烧的时间和温度能够通过本领域技术人员熟知的方式来确定。采用不同的条件，制备了3个批次的基质材料，如下表所示：基质基质1基质2基质3氯化钙溶液(mol/l)0.010.020.01硝酸铝溶液(mol/l)0.030.051初次浸渍时间(h)5810初次烘干温度(℃)100120120初次烘干时间(h)5121初次煅烧温度(℃)600800500初次煅烧时间(h)10812二次浸渍时间(h)795再次烘干温度(℃)110120100再次烘干时间(h)50.510再次煅烧温度(℃)700550650再次煅烧时间(h)8109对比实施例1所述基质材料层的基质通过以下方法获得，具体制备步骤包括：1)配制浓度为0.01mol/l的氯化钙溶液和0.03mol/l的硝酸铝溶液，将配置的氯化钙溶液和硝酸铝溶液混合，并向所述混合溶液中加入活性氧化铝并浸渍5h；2)滤去所述混合溶液得到浸渍过的活性氧化铝，100℃下烘干，时间为5h；再于600℃下煅烧10h得到基质4。所述活性氧化铝的粒径为10～25mm，磨耗率≤0.5％。对比实施例2所述基质材料层的基质通过以下方法获得，具体制备步骤包括：1)配制浓度为0.01mol/l的氯化钙溶液，向氯化钙溶液中加入活性氧化铝并初次浸渍；2)滤去所述氯化钙溶液得到初次浸渍过的活性氧化铝，初次烘干并初次煅烧得到初次煅烧过的活性氧化铝；3)配制浓度为0.03mol/l氯化钙溶液，加入所述初次煅烧过的活性氧化铝并二次浸渍；d)滤去所述氯化钙溶液得到二次浸渍过的活性氧化铝，再次烘干并再次煅烧所述二次浸渍过的活性氧化铝从而得到基质5。所述活性氧化铝的粒径为10～25mm，磨耗率≤0.5％。对比实施例3所述基质材料层的基质通过以下方法获得，具体制备步骤包括：1)配制浓度为0.05mol/l的硝酸铝溶液，向氯化钙溶液中加入活性氧化铝并初次浸渍；2)滤去所述硝酸铝溶液得到初次浸渍过的活性氧化铝，初次烘干并初次煅烧得到初次煅烧过的活性氧化铝；3)配制浓度为0.03mol/l硝酸铝溶液，加入所述初次煅烧过的活性氧化铝并二次浸渍；d)滤去所述硝酸铝溶液得到二次浸渍过的活性氧化铝，再次烘干并再次煅烧所述二次浸渍过的活性氧化铝从而得到基质6。所述活性氧化铝的粒径为10～25mm，磨耗率≤0.5％。实施例3采用一个长方体玻璃钢(长50cm，宽30cm，高20cm)装置模拟人工污水净化浮岛，并在试验过程中保证与自然环境基本相同的温度和光照，湿地植物采用芦苇，种植10～12颗。玻璃钢装置底部自上而下依次无间隔铺设有第一无纺布层(厚度10mm左右)、基质材料层(厚度10～15mm)和第二无纺布层(厚度10mm左右)。原水体ph为9、总磷含量为3.12mg/l，采用间歇进水，进水量为7l，系统运行时间1个月和2个月，结果如下表所示：基质层采用的基质1个月总磷去除率(％)2个月总磷去除率(％)基质1(来自于实施例2)92.392基质2(来自于实施例2)9392.6基质3(来自于实施例2)91.891.4基质4(来自于对比实施例1)83.281.6基质5(来自于对比实施例2)8281.4基质6(来自于对比实施例3)8079.5原水体ph为6、总磷含量为1.3mg/l，运行时间1个月和2个月，结果如下表所示：从本实施例可以看出，采用本发明自制的基质层材料，总磷去除率高，且适用范围广，在ph为6～9的范围内，均有非常好的除磷效果。此外，将钙离子和铝离子分次浸渍于活性氧化铝载体上后得到的基质的吸附能力大大提高，这可能是由于在钙离子和铝离子进行化学沉淀除磷的过程中，其内核三氧化二铝对水体中磷良好的物理吸附能力，加大了水体中磷和钙离子、铝离子的碰撞，同时基质上还有部分未来得及剥离的钙离子和铝离子，与水体中的磷进行反应沉淀于活性氧化铝的表面，加大了氧化铝对磷的吸附量。通过两次浸渍得到的基质稳定性能也更好。以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。当前第1页12