[发明专利]一种活性炭生物转盘耦合人工湿地系统及其在城市黑臭水体中的应用

权利要求书

1.一种活性炭生物转盘耦合人工湿地系统，其特征在于：包括串联的活性炭生物转盘和垂直流人工湿地；

所述活性炭生物转盘是以网状聚丙烯盘片为载体，表面负载有片状活性炭；

所述垂直流人工湿地包括池体，池体内从左至右依次设置有第一隔板和第二隔板，所述第一隔板及第二隔板将池体分隔成进水室、水处理室、出水室，水处理室内从下至上依次铺设有碎石层、陶粒层和光催化填料层，光催化填料层铺设有防水灯，水处理室内种植有水生植物；

其中，光催化填料层由钛酸铋/氧化铈复合材料负载在粗砂上构成，钛酸铋/氧化铈复合材料采用以下步骤制备：

步骤（1）：将硝酸铋溶于浓度为4~5 mol/L的稀硝酸，得到硝酸铋的硝酸溶液，再加入钛酸四异丙酯，于25~35℃恒温搅拌25~35分钟后，调节pH至12~14后，继续搅拌1.5~2.5小时，于180~220℃水热反应45~55小时，冷却至室温后，取沉淀洗涤、干燥，得到钛酸铋；其中，硝酸铋与钛酸四异丙酯的摩尔比为1∶0.7~0.8；所述硝酸铋的硝酸溶液中硝酸铋的摩尔浓度为1.6~2.2 mol/L；

步骤（2）：向去离子水中加入步骤（1）所得钛酸铋、硝酸铈、尿素和十六烷基三甲基溴化铵，搅拌1~3小时，再于150~180℃水热条件下反应18~24小时，冷却至室温后，收集底部生成的沉淀产物，洗涤、干燥；其中，钛酸铋、硝酸铈、尿素和十六烷基三甲基溴化铵的摩尔比为1∶1.8~3.2∶0.8~1.6∶1.0~1.5。

2.根据权利要求1所述的活性炭生物转盘耦合人工湿地系统，其特征在于：步骤（1）中调节溶液pH采用浓度为5~6 mol/L的氢氧化钠溶液。

3.根据权利要求1所述的活性炭生物转盘耦合人工湿地系统，其特征在于：步骤（1）及步骤（2）中洗涤沉淀时，均采用乙醇和去离子水交替清洗。

4.根据权利要求1所述的活性炭生物转盘耦合人工湿地系统，其特征在于：步骤（1）及步骤（2）中所述干燥是于60~90℃真空干燥。

5.根据权利要求1所述的活性炭生物转盘耦合人工湿地系统，其特征在于，光催化填料层按照以下步骤制备：

将钛酸铋/氧化铈复合材料及多乙烯多胺固化剂以质量比1∶0.2~0.5混匀，再加入乙醇中充分分散，然后将粗砂浸泡于该溶液中，静置4~6小时，取出并干燥即可。

6.根据权利要求5所述的活性炭生物转盘耦合人工湿地系统，其特征在于：所述粗砂的粒径为1 mm~5 mm。

7.根据权利要求1所述的活性炭生物转盘耦合人工湿地系统，其特征在于，所述片状活性炭按照以下步骤制备：以核桃壳、花生壳果壳为原料，洗净、烘干、粉碎、过筛后，按照固液比2~3∶1分散于质量分数为55%~60%的磷酸中，室温下密封放置10~14小时，然后于450~550℃真空煅烧3~5小时，冷却至室温，用70~90℃的去离子水洗涤，于80~120℃干燥；再在氮气的保护下，于550~600℃炭化1~2小时，即得片状活性炭。

8.根据权利要求1所述的活性炭生物转盘耦合人工湿地系统，其特征在于，所述片状活性炭采用浸渍法固定在网状聚丙烯，具体步骤如下：将片状活性炭及间苯二甲胺以质量比1∶0.2~0.5混合均匀，再加入乙醇的水溶液中充分分散，然后将网状聚丙烯浸泡于该溶液中，静置5~6小时，取出并干燥即可；其中，所述乙醇的水溶液是由乙醇与去离子水按照体积比1∶2.5~5混匀而成。

9.权利要求1至8任一所述活性炭生物转盘耦合人工湿地系统在城市黑臭水体治理中的应用，其特征在于：所述黑臭水体的COD为25~40 mg/L、溶解氧为0.1~2 mg/L、NH₄⁺-N为8~20 mg/L、TP为0.5~15 mg/L、透明度为8~30 cm。