一种可调节pH值同时提升人工湿地固磷效果的填料改性及复配方法与流程

本发明涉及水处理，具体针对人工湿地修复技术，涉及一种可调节ph值同时提升人工湿地固磷效果的填料改性及复配方法。

背景技术：

1、目前水环境污染是制约我国经济、社会可持续发展的重要问题。第二次全国污染源普查结果表明地表水环境污染源中，农业面源和农村生活污水排放在我国地表水环境污染源中占有重大比例，对农业面源污染的控制是改善、影响人民生活福祉的重要因素。人工湿地模拟自然湿地生态系统中物质迁移转化的原理，由人工建造并运行，是一种生态型污水处理技术，通过基质填料、植物、微生物间的相互协同作用，能够有效去除农业面源、生活污水中的cod、氨氮、总氮、总磷，具有高效、低耗、抗水力冲击能力强等优势，是控制面源污染的一种高效率“绿色”技术，尤其在广大农村地区具有广阔的应用和发展前景。但由于人工湿地中的植物与微生物对水体中的磷去除效果有限，人工湿地系统对于水体磷的去除与基质填料密切相关。因此对人工湿地基质填料的选配是影响人工湿地技术发展的重要环节。

2、目前，可用于人工湿地的基质填料种类较多，包括砾石、粗砂、火山岩、页岩、陶粒、沸石、活性炭、无烟煤、钢渣、贝壳等。这些填料普遍具有比表面积较大、原材料成本低等特点。但在实际应用过程中，业内技术人员发现这些传统填料，如砾石、粗砂、页岩、火山岩、陶粒、沸石等对水体中磷的处理效果较差，使用寿命短，需要定期更换填料，才能保证出水水质总磷达标。因此如何找到一种高效的除磷材料用于人工湿地建设，是目前该技术的一大难题。前人研究表明废钢渣对磷的处理效果明显，且作为工业废弃物，若用于废水处理，能够实现以废治废，是一种易获取的低成本除磷材料。但使用钢渣作为水处理材料，存在出水ph值偏高，同时导致湿地发生堵塞等问题，限制了钢渣除磷的实际应用价值。

3、可见现有的传统填料在进行人工湿地建设时，难以同时满足出水稳定、运行持久、成本低廉的需求。而对传统材料进行简便改性，并通过不同填料的复配，找到合适的滤料配比及粒径组合方法，让改性后的填料间形成特定的协同作用，优势互补，进而开发出新的人工湿地填料复配方法，能够在提升湿地固磷效果的同时，调节出水ph值，防止湿地堵塞，延长湿地运行寿命。

技术实现思路

1、为弥补现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可调节ph值同时提升人工湿地固磷效果的填料改性及复配方法，针对废水中的总磷，利用改性填料及多种填料间的复配组合，实现处理后废水ph值、总磷固定均达标的目的。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种复配填料的改性制备方法，将废弃钢渣破碎，过筛，筛选粒径3～5mm的颗粒备用。将天然黄铁矿破碎，过筛，筛选粒径1～3mm的颗粒备用。

4、优选的，将钢渣及黄铁矿按照一定比例充分混合，投加至纯水中浸泡，其中钢渣占比50％～60％，黄铁矿占比40％～50％。浸泡时的固液比为3kg/l。浸泡改性一定时间后，将固体颗粒滤出，风干，得到表面改性后的复配填料sm-1。

5、进一步的，将天然褐铁矿破碎，过筛，筛选粒径2～5mm的颗粒备用。将天然白云石破碎，过筛，筛选粒径0.5～2mm的颗粒备用。将废水泥块破碎，过筛，筛选粒径5～10mm的颗粒备用。

6、优选的，将筛分好的褐铁矿、白云石、废水泥块，按照褐铁矿占比20％～30％，白云石占比20％～30％，废水泥块占比40％～60％充分混合得到复配填料sm-2。

7、本发明利用上述复配填料sm-1、sm-2作为除磷填料，配合砾石、沙粒、陶粒建设人工湿地。本发明中，人工湿地由下到上包括排水层、低渗透层、第一滤料层、过渡层、第二滤料层、低渗透层、保温层。该人工湿地填料的具体布设方法如下：

8、(1)使用粒径30～50mm的砾石作为排水层，排水层厚度195～200mm；

9、(2)在排水层上布设粒径3～5mm的沙粒作为低渗透层，低渗透层厚度95～100mm；

10、(3)在低渗透层上布设制备好的复配填料sm-1，作为第一滤料层，第一滤料层厚度195～200mm；

11、(4)在第一滤料层上布设粒径3～5mm的沙粒作为过渡层，过渡层厚度95～100mm；

12、(5)在过渡层上布设制备好的复配填料sm-2，作为第二滤料层，第二滤料层厚度195～200mm；

13、(6)在第二滤料层上布设粒径3～5mm的沙粒作为低渗透层，低渗透层厚度195～200mm；

14、(7)在低渗透层上布设粒径20～50mm的陶粒作为保温层，保温层厚度195～200mm。

15、在人工湿地运行过程，将待处理废水经保温层下的进水管注入，经过一定水力停留时间，由排水层排出。

16、本发明提供的人工湿地填料改性及复配方法，绿色高效，成本低廉。改性后的填料sm-1，通过黄铁矿与钢渣在浸泡过程中，表面离子溶出作用，形成了新的次生矿物覆盖于颗粒表面，不但具备调节出水ph值的功效，同时提升了对磷的去除效率。复配填料sm-2，通过多种填料间的复配，以废水泥块为骨架结构，白云石和褐铁矿作为有效成分，可实现ca、fe离子的缓释作用，从而达到对废水中磷的持久去除。另外通过不同填料间粒径的选择组合，可提升人工湿地基质填料的孔隙度，并在长时间高负荷运行后，仍保持孔隙度的平衡，有效避免人工湿地堵塞问题，延长人工湿地的使用寿命。上述复配填料主要原料来源为天然矿物及废弃物，原料易获取，成本低廉，无毒无害，安全环保可靠。该填料复配方法可在人工湿地处理农业面源污染的场景中大规模推广和应用，并具备针对其他含磷工业废水的修复潜力。

技术特征：

1.一种可调节ph值同时提升人工湿地固磷效果的填料改性及复配方法，将废弃钢渣与天然黄铁矿混合改性复配为填料sm-1，另外将废水泥块、褐铁矿、白云石混合复配为填料sm-2。利用改性填料及多种传统填料间的复配及粒径组合构建人工湿地基质，使人工湿地具备调节出水ph值的能力，同时实现高效、持久、稳定的除磷效果。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，废钢渣粒径3～5mm，天然黄铁矿粒径1～3mm。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，改性后的黄铁矿表面出现针状及棒状次生含fe矿物，改性后的钢渣表面出现针状及絮状次生含ca矿物，比表面积大幅提升。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，废水泥块粒径5～10mm，褐铁矿粒径2～5mm，白云石粒径0.5～2mm。优选的，将筛分好的褐铁矿、白云石、废水泥块，按照褐铁矿占比20％～30％，白云石占比20％～30％，废水泥块占比40％～60％充分混合得到复配填料sm-2。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，处理1l初始总p浓度为10mg/l的废水时，填料sm-1对总p的处理量为6.2mg/g，填料sm-2对总p的处理量为5.4mg/g。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，构建的人工湿地填料包括7层，由下到上依次为排水层(砾石)厚度195～200mm、低渗透层(沙粒)厚度95～100mm、第一滤料层(sm-1)厚度195～200mm、过渡层(沙粒)厚度95～100mm、第二滤料层(sm-2)厚度195～200mm、低渗透层(沙粒)厚度195～200mm、保温层(陶粒)厚度195～200mm。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，构建排水层所用砾石粒径30～50mm、构建低渗透层及过渡层所用的沙粒粒径3～5mm、构建保温层所用的陶粒粒径20～50mm。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，构建的人工湿地，针对总p浓度10mg/l，ph值分别为5.4、7.2、9.1的模拟废水，水力负荷0.5m3/m2·d，水力停留时间24小时，湿地运行7天内，出水总p浓度均低于0.3mg/l，同时出水ph值均调节至7.2～7.5间。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，构建的人工湿地，针对总p浓度1.9～3.8mg/l的实际生活污水，水力负荷1.17m3/m2·d，水力停留时间12小时，湿地运行6个月，出水总p浓度均低于0.1mg/l。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，构建的人工湿地运行前基质平均孔隙度为43.28％，运行6个月后，平均孔隙度为43.31％。

技术总结
本发明公开了一种可调节pH值同时提升人工湿地固磷效果的填料复配方法。人工湿地基质由下到上依次为排水层、低渗透层、第一滤料层、过渡层、第二滤料层、低渗透层及保温层。其中，排水层为直径30～50mm的砾石；低渗透层及过渡层为直径3～5mm的沙粒；保温层为直径20～50mm的陶粒。优选的，第一滤料层主要成分为黄铁矿和钢渣，第二滤料层主要成分为褐铁矿和白云石和废水泥块。本发明通过对传统填料的改性，得到了同时具备调节溶液pH值及强固磷效率的复配型填料，通过调整人工湿地中复配填料的配比及粒径组合，实现人工湿地出水指标稳定，同时固磷效果持久的目的。本发明用到的矿物材料成本低廉，原料包含多种废弃物，具有很大的经济效益和社会效益，有利于大规模推广和应用。

技术研发人员：禹宙,鲁安怀,时光寨,姬翔,丁竑瑞,李艳
受保护的技术使用者：北京森淼天成环保科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12