[发明专利]一种用于污水处理的人工湿地复合基质的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于污水处理的人工湿地复合基质的制备方法，属于环境保护技术领域。

背景技术

湿地植物和湿地微生物的生长都是依靠湿地基质来作为载体。湿地基质不但可以为微生物的繁殖提供充足的依附面积，而且可以作为湿地水生植物生长的承托物，同时能够提供营养元素。基质还可以成为湿地污染物在液固界面上所发生的物理、化学和生物等一系列反应的场所。因此，人工湿地基质的选择直接关系到微生物的活性、湿地植物生长，最终影响湿地对污染物的净化效果，特别是在温度较低秋、冬季节，地水生植物被收割后，湿地系统对磷素的去除主要依靠基质吸附截留及湿地优势菌群的代谢利用。

湿地填料的挑选可以随污染物而变化，还要有易获取性及性价比高等特点。目前人工湿地系统可用的基质主要有土壤、碎石、砾石、细砂、粗砂、页岩、沸石、多孔介质、硅石灰和工业废弃物中的一种或几种组合的混合物。为了综合发挥各基质优势，基质往往由多种材料组成。基质级配十分重要，适当的基质级配可以有效去除各种污染物质，同时有效避免堵塞，提高运行周期。有人研究了钢渣、页岩、砾石和棕色土壤等湿地基质对磷的吸附特性，同时研究了由页岩和钢渣混合基质构建的潜流人工湿地对磷的去除效果，研究结果表明：钢渣对磷的吸附量最高，可以达到2500.00mg/kg。芦苇碎石床对磷的去除率为28.2％，而芦苇碎石土壤床对磷的去除率为67％-83.7％，说明磷的去除与基质搭配有密切的关系。还有人研究了沸石、沸石-石灰石、石灰石三种填料的氨氮净化能力，发现由于沸石和石灰石发生了协同作用，对TN、TP的去除效果均好于其单独使用。有人采用粗砂、粉煤灰、细煤渣、活性炭和空心砖粉块作为基质，并按适当的比例搭配处理低浓度生活污水时发现，粉煤灰和细煤渣搭配使用能去除70％的COD；粉煤灰和空心砖粉块配合使用的综合效果比较好，能去除89％的NH⁺₄-N和81％的TP。另外，一些基质虽然对污水中的磷素的去除效果较好，但由于理化性质原因或污水pH等因素不能单独使用，需要几种基质进行组合。有人研究了粉煤灰和粉煤灰细砖屑的动态吸附实验，实验结果表明：粉煤灰对COD、NH₃-N的去除效果较好，去除率分别达到72％和98％，但对TP的去除效果较差，去除率仅为67％；而细砖屑对TP的去除效果很好，去除率为90％，对COD、NH₃-N的去除率较低，分别为37％和77％；粉煤灰和细砖屑分别单独使用时效果均不理想，但粉煤灰和细砖屑配合使用去除NH₃-N和TP的效果很好，去除率分别达到了93％和82％，但对COD去除效果较差，去除率仅为45％。

发明内容

本发明的目的是克服以往技术的不足，提供一种用于污水处理的人工湿地复合基质的制备方法。用这种复合基质构建的人工湿地，可以同时对TN、TP和COD都具有较高的去除率。

本发明所述的用于污水处理的人工湿地复合基质是由基料掺杂ZrO₂和CeO₂的复合材料，其制备方法如下：

(1)将碎石、砾石、砂子、页岩、沸石、水泥块和碎瓦片中的一种或几种的混合物粉碎，筛取粒径在0.5-5毫米的颗粒作为基料；

(2)将锆盐和铈盐共溶于质量分数为8-12％的异柠檬酸水溶液中，超声震荡至澄清，在连续搅拌下按照溶液总质量10-20％的量加入基料，继续搅拌1-2小时，静置5-10小时，将滤出物于115℃烘箱中干燥1小时，在箱式电阻炉中以每分钟不超过2℃的速度升温至350-450℃，保持此温度3-4小时，自然冷却至室温得到负载基料，其中ZrO₂的质量百分数为2-5％和CeO₂的质量百分数为3-6％；

(3)基料和负载基料按质量比100∶1-5的量混合均匀，即得到由基料掺杂ZrO₂和CeO₂的人工湿地复合基质。

其中，锆盐是氧氯化锆、醋酸锆、硫酸锆、四氯化锆和硝酸氧化锆的无水物或水合物的一种或几种的混合物，铈盐是醋酸铈、草酸铈、硝酸铈、硝酸铈铵、硫酸铈、硫酸铈铵和氯化铈的无水物或水合物的一种或几种的混合物。

用此复合基质构建的人工湿地对常规废水中TN、TP和COD的去除率都超过85％，同时还具有以下优点：

1.建造和运行费用较低；

2.易于维护，不易堵塞；

3.可进行有效可靠的废水处理；

4.可缓冲对水力和污染负荷的冲击。

具体实施方式