一种生物炭人工湿地系统的制作方法

1.本实用新型属于农田退水处理技术领域，尤其涉及一种生物炭人工湿地系统。


背景技术：

2.农业面源污染已经成为当前地表水体污染的主要来源。农村生活和农民在农业生产活动中，溶解的或固体的污染物，如农田养分(氮、磷)、农药、重金属、农村牲畜粪便和有机或无机材料，在降水和径流冲刷的影响下，通过农田地表排水和地下渗漏，使许多污染物进入受污染水域(河流、湖泊、水库、海湾)。这些污染物主要来自农田施肥、农药、畜禽和水产养殖。
3.其中，农田退水污染物主要来源于农田施肥、农药及废弃地膜等，具有水量大、氮磷浓度相对较高等特点，直接排放极易造成地表水污染和受纳水体的富营养化现象。
4.人工湿地作为一种污水处理技术，能够利用基质-微生物-植物复合生态系统的物理、化学和生物三重协调作用，不仅为湿地植物、微生物的生长提供附着载体，还通过沉淀、过滤和吸附等作用去除水中的污染物，有效实现对农田退水中氮、磷的去除。然而，农田退水具有水量大、氮磷营养盐过高等特点，因此，对人工湿地系统的结构提出较高要求。


技术实现要素：

5.本实用新型提供了一种基于农业废弃物生物炭优化的一种生物炭人工湿地系统。
6.本实用新型提出一种生物炭人工湿地系统，包括：
7.由左到右依次设置的进水池、生物炭砖墙、人工湿地池、出水池；
8.进水池内，由上到下依次设有粗格栅、细格栅；
9.生物炭砖墙内，由上到下依次设有植物生态袋、生物炭砖层；所述进水池与生物炭砖墙相连的底部设有穿孔板，所述穿孔板位于细格栅的下方；所述植物生态袋位于粗格栅上方；
10.人工湿地池内，由上到下依次设有种植层、生物炭填料层、石灰石废砖填料层、砾石层；
11.出水池，所述出水池底部与砾石层之间设有连通管。
12.进一步地，还包括溢流堰，所述溢流堰设于生物炭砖墙的顶端，位于生物炭砖墙、人工湿地池之间。
13.进一步地，所述穿孔板上开设有通孔。
14.进一步地，所述生物炭砖层的厚度为450-600mm。
15.进一步地，所述种植层的厚度为270-430mm。
16.进一步地，所述种植层上方为蓄水层；所述蓄水层位于溢流堰下方。
17.进一步地，所述生物炭填料层的厚度为500-670mm。优选的；所述生物炭填料层按照粒径不同分为上层、中层、下层，其中，上层生物炭的粒径为5-15mm，中层生物炭的粒径为30-55mm，下层生物炭的粒径为15-30mm；上层的厚度占总厚度的1/2～2/3，中层、下层的厚
度分别占剩余总厚度的1/2。
18.进一步地，所述石灰石废砖填料层由石灰石和废砖混合制备而得。
19.进一步地，所述石灰石废砖填料层和生物炭填料层之间设有透水土工布。
20.进一步地，所述砾石层的厚度为100-130mm。
21.本实用新型具有以下优势：
22.本实用新型提出的生物炭人工湿地系统，采用分段多级理念进行农田退水处理，设置进水池、生物炭砖墙、人工湿地池、出水池，分段实现对水中固体悬浮物(ss)、氮磷、有机物的吸附和净化。首先，进水池内设有粗格栅和细格栅，先进行废水中夹杂的树叶、塑料袋以及较大颗粒悬浮物的去除。其次，通过生物炭砖墙，生物炭砖层可实现对污染物的吸附，去除氮磷，并且利于生物膜的附着，促进污染物质的生物降解，另外可为人工湿地提供碳源，促进生物对脱氮的作用效果。植物生态袋实现缓流的同时，可进一步过滤污染物。然后，先后通过人工湿地池内的种植层、生物炭填料层、石灰石废砖填料层、砾石层进一步去除农田退水中的氨氮、总磷。该装置出水水质稳定，出水可达到gb3838-2002的地表水v类及以上标准，同时，污染物中的营养物质可进一步促进种植层中植物生长。
23.本实用新型结构设计合理，成本低，便于使用，具有一定的生态和经济效益。可实现人工湿地高效去除氮磷污染物，又可同步实现农业废弃物资源化利用，实现农业循环利用和可持续发展。
附图说明
24.构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
25.图1为本实用新型实施例生物炭人工湿地系统结构图；
26.附图标记说明：
27.进水池1、粗格栅11、细格栅12、穿孔板13；
28.生物炭砖墙2、生物炭砖层21、植物生态袋22、溢流堰23；
29.人工湿地池3、种植层31、生物炭填料层32、石灰石废砖填料层33、砾石层34；蓄水层35；
30.出水池4、连通管41。
具体实施方式
31.下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
32.结合图1所示，本实用新型提出一种生物炭人工湿地系统，包括：
33.由左到右依次设置的进水池1、生物炭砖墙2、人工湿地池3、出水池4；
34.进水池1内，由上到下依次设有粗格栅11、细格栅12；
35.生物炭砖墙2内，由上到下依次设有植物生态袋22、生物炭砖层21；所述进水池1与生物炭砖墙2相连的底部设有穿孔板13，所述穿孔板13位于细格栅12的下方；所述植物生态
袋22位于粗格栅11上方；
36.人工湿地池3内，由上到下依次设有种植层31、生物炭填料层32、石灰石废砖填料层33、砾石层34；
37.出水池4，所述出水池4底部与砾石层34之间设有连通管41。
38.具体而言，进水池1内，由上到下依次设置的粗格栅11和细格栅12。粗格栅11主要用于去除农田退水中夹杂的树叶、泥沙和塑料袋等。细格栅12主要用于去除颗粒较大的悬浮物。进水池沉淀底层的泥沙等可通过定期清理去除。
39.进一步地，所述穿孔板13上开设有通孔。
40.进一步地，还包括溢流堰23，所述溢流堰23设于生物炭砖墙2的顶端，位于生物炭砖墙2、人工湿地池3之间。溢流堰23主要为了防止从植物生态袋22流出来的水溢出生物炭砖墙2。
41.进一步地，所述生物炭砖层21的厚度为450-600mm。生物炭砖层以生物炭模块化包裹作为有机整体。便于砖墙中累积一定量的污染物之后进行更换。并且，生物炭砖层设置于进水池和人工湿地池之间，可有效提高吸附及过滤处理效率，便于氮磷去除。生物炭砖层的顶部上方设有植物生态袋，改善了传统预处理设施景观性不佳的缺点。
42.生物炭砖层中的生物炭可选用有机生物质如城市污泥、农林废弃物(秸秆、玉米芯、花生壳、树叶、树枝)等通过常规的制备方法制备而得。如cn109575967a公开的利用农林废弃物制备生物炭的方法。所得生物炭和造孔剂、分散剂混合后加入模具，高温煅烧，得带孔的生物炭砖块并铺设成砖层，得生物炭砖层。
43.具体而言，生物炭砖层的制备方法还可以包括如下步骤：
44.1)废弃物筛选：收集到的废弃物进行分类；
45.2)生物炭制备：
46.(a)将筛选得到的废弃物生物质采用蒸馏水进行清洗，并在烘箱中烘干，烘干温度为60℃；
47.(b)将清洗烘干的废弃物生物质适当剪切后，得到大小均匀原生生物质颗粒；
48.(c)将筛选后的生物质颗粒分别加入马弗炉中热解炭化，在氮气保护下以10-15℃/min的升温速率升至300～600℃后热解1～3h；
49.(d)热解的生物炭冷却至室温过40-80目筛，舍弃粒径过小的部分，得到生物炭；
50.3)生物炭砖层制备：将废弃物制得的生物炭、造孔剂、分散剂混合后加入模具，400～800℃进行煅烧，得带孔的生物炭砖块并铺设成砖层，得生物炭砖层。生物炭砖层的大小不做限定。
51.本实用新型人工湿地池3内，由上到下依次设有种植层31、生物炭填料层32、石灰石废砖填料层33、砾石层34。在生物炭填料层中再次使用生物炭，一方面有利于对人工湿地对污染物的吸附，对氮磷去除效果良好，另一方面有利于生物膜的附着，促进污染物质的生物降解，还可以为人工湿地提供一定的碳源，促进生物对脱氮的作用。
52.进一步地，所述种植层31上方为蓄水层35。所述蓄水层35能够积蓄由生物炭砖墙顶端溢流进入的农田退水。
53.进一步地，所述人工湿地池1内，种植层31的厚度为270-430mm。所述种植层31用于种植有挺水植物，如水芹、香蒲、芦苇、风车草等。
54.进一步地，人工湿地池1内，生物炭填料层32的厚度为500-670mm。为防止基质堵塞，所述生物炭填料层按照粒径不同可分为上层、中层、下层；上层粒径为5-15mm，中层粒径为30-55mm，下层粒径为15-30mm。上层的厚度占总厚度的1/2～2/3，中层、下层的厚度分别占剩余总厚度的1/2。
55.进一步地，人工湿地池1内，所述石灰石废砖填料层33由石灰石和废砖混合制备而得。具体地，石灰石和废砖按照体积比40％-70％进行混合，废砖和石灰石的粒径为15-30mm。石灰石废砖填料层可增强湿地对磷的去除能力同时获得更高的孔隙率和渗透性。
56.本实用新型在填料层中使用了石灰石和废砖组分，由于其形状不规则，具有较高的渗透系数，堆积时颗粒之间容易形成空隙和利于微生物的附着生长。主要成分为碳酸钙，含钙量高，对污水中磷起到协同去除的效果。
57.优选的，人工湿地池1内所述石灰石废砖填料层采用石灰石和废砖以体积比40％～70％进行混合，废砖和石灰石的粒径为15-30mm，增强湿地对磷的去除能力同时获得更高的孔隙率和渗透性。
58.进一步地，石灰石废砖填料层33和生物炭填料层32之间设有透水土工布。避免土壤随水流下渗，堵塞填料层。
59.进一步地，所述砾石层34的厚度为100-130mm。内含有直径为10-30mm的砾石，并设有连通管41，与出水池4相连通。
60.本实用新型具体实施过程包括：
61.运行人工湿地系统进行农田退水处理，使待处理农田退水依次经过进水池1、穿孔板13、生物炭砖层21、植物生态袋22后，进入人工湿地池3，先后经过种植层31、生物炭填料层32、石灰石废砖填料层33、砾石层34，处理后出水经由砾石层34收集后，通过连通管41从出水池流出。
62.具体地，进水池1中粗格栅11和细格栅12，将进水中的泥沙、固体悬浮物去除，再通过生物炭砖墙2中生物炭砖层21以及人工湿地3中生物炭填料层32、石灰石废砖填料层33，有效地去除农田退水中的污染物，强化其脱氮除磷效果。同时，利用不同粒径搭配形成的砾石层34来保证基质更高的孔隙率和渗透性，防止湿地堵塞，有效延长系统的运行时间。本实用新型的人工湿地在正常稳定运行60天后，对相同水质农田退水的处理效率达到初始处理效率的72-83％左右。
63.以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。