專利名稱：一種人工濕地表層基質(zhì)的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及污水處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種高效人工濕地表層基質(zhì)的制備方法?？蓮V泛應(yīng)用于各類型人工濕地污水處理。
背景技術(shù)：
基質(zhì)又稱濾料或填料，是人工濕地的重要組成部分，是濕地植物和微生物賴以生存的基礎(chǔ)，基質(zhì)一方面為植物和微生物提供生長(zhǎng)介質(zhì)，同時(shí)能夠通過(guò)過(guò)濾、吸附和沉淀等作用直接去除污染物。目前，應(yīng)用最廣泛的表層基質(zhì)主要包括土壤、砂、礫石以及小粒徑的沸石、石灰石、頁(yè)巖、陶瓷等。在人工濕地污水處理系統(tǒng)中，基質(zhì)截留、吸附污水中污染物時(shí)會(huì)達(dá)到飽和，一旦達(dá)到飽和就失去了去污的作用，可能還會(huì)向水中釋放一定的污染物，大大縮短了濕地的運(yùn)行周期，限制了濕地的運(yùn)行壽命。如何延長(zhǎng)基質(zhì)的飽和時(shí)間，提高基質(zhì)的吸附容量，使基質(zhì)能夠在較高污染負(fù)荷下持續(xù)有效的去除污染物，是人工濕地技術(shù)推廣應(yīng)用亟須解決的問(wèn)題之一。光催化技術(shù)是一種在環(huán)境領(lǐng)域有著重要應(yīng)用前景的綠色高新技術(shù)，已在環(huán)保領(lǐng)域引起廣泛的關(guān)注，并已成功應(yīng)用于各種有機(jī)污染物降解研究，但迄今尚無(wú)將光催化劑作為表層基質(zhì)材料應(yīng)用到人工濕地污水處理系統(tǒng)中的研究報(bào)道。鎂渣是利用白云巖冶煉金屬鎂產(chǎn)生的工業(yè)廢渣，在我國(guó)大量堆存，不僅占用土地，更嚴(yán)重的是污染環(huán)境，破壞生態(tài)平衡。以鎂渣為主要原料制備的多孔陶瓷濾料具有較大的顆粒間孔隙率和巨大的比表面積，具有良好的工藝性能，具有耐腐蝕、抗氧化、無(wú)毒性、硬度高等性能，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。負(fù)載光催化劑薄膜于多孔陶瓷濾球表面后，將其作為表層基質(zhì)材料應(yīng)用到人工濕地污水處理系統(tǒng)中，不僅可提高基質(zhì)材料的吸附性能和使用壽命，同時(shí)通過(guò)光催化作用可高效降解污染物，更充分發(fā)揮表層基質(zhì)的作用，并在一定程度上延長(zhǎng)表層基質(zhì)的污染物吸附飽和時(shí)間，進(jìn)一步提高人工濕地污水處理效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在于提供了一種高效人工濕地表層基質(zhì)的制備方法，方法易行，操作簡(jiǎn)便，在污水處理過(guò)程中通過(guò)吸附和光催化降解作用更充分發(fā)揮表層基質(zhì)的作用，可在一定程度上延長(zhǎng)表層基質(zhì)的污染物吸附飽和時(shí)間，進(jìn)一步提高人工濕地污水處理效率。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種人工濕地表層基質(zhì)的制備方法，它包括如下步驟I)選擇以工業(yè)廢渣制備的多孔環(huán)保陶瓷濾球?yàn)榛|(zhì)原料，陶瓷濾球粒徑為2_5mm ；2)將陶瓷濾球置于稀酸溶液中浸泡22_30h后，用清水洗至中性，即沖洗陶瓷濾球后的溶液PH為6. 5-7. 5 ；3)負(fù)載納米半導(dǎo)體光催化劑薄膜于陶瓷濾球表面，制備成光催化環(huán)保濾球，光催化濾球表面和斷面的SEM掃描；
4)將一定厚度(2_5cm)的環(huán)保濾球作為表層基質(zhì)材料應(yīng)用于人工濕地污水處理系統(tǒng)，該裝置(系統(tǒng))采用內(nèi)徑25cm的PCV管，高度為100cm，基質(zhì)由上至下依次為光催化濾球(粒徑為2_5mm)、沸石(粒徑為5_8mm)、無(wú)煙煤(粒徑為10_15mm)和碎石(粒徑為15_25mm),沸石、無(wú)煙煤和碎石的填充高度各為28-32cm，基質(zhì)總填充高度為92cm ；5)在陰雨天和濕地植物生長(zhǎng)茂盛區(qū)域可通過(guò)外加光源進(jìn)行間歇照射1-4小時(shí)。所述的環(huán)保陶瓷濾球?yàn)橐枣V工業(yè)廢渣為主原料，廢物資源化利用制備的鎂渣多孔陶瓷濾球；所述的納米半導(dǎo)體光催化劑為氧化物半導(dǎo)體、硫化物半導(dǎo)體、摻雜氧化物半導(dǎo)體、摻雜硫化物半導(dǎo)體中的任意一種或任意二種至四種的混合，任意二種至四種混合時(shí)為任意配比；所述的外加光源是高壓汞燈、高壓鈉燈、熒光中的任意一種或任意二種至三種的 混合光源。本發(fā)明的有益效果是I、制備方法簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，處理效果好；2、廢物資源化利用，基質(zhì)原料為資源化利用鎂渣等固體廢物制備的鎂渣環(huán)保陶瓷濾球，成本低廉，具有廣闊的應(yīng)用前景；3、負(fù)載于陶瓷濾球表面的納米半導(dǎo)體光催化劑薄膜，具有催化活性良好，性能穩(wěn)定，不易脫落，可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)。4、在污水處理過(guò)程中通過(guò)吸附和光催化降解作用可以更充分發(fā)揮表層基質(zhì)的作用，在一定程度上延長(zhǎng)表層基質(zhì)的污染物吸附飽和時(shí)間，進(jìn)一步提高人工濕地污水處理效率。


圖IA為一種實(shí)施例I所得光催化環(huán)保陶瓷濾球表面的掃描電子顯微鏡(SEM)圖片。由圖IA可以看出陶瓷濾球表面的納米光催化劑薄膜分布均勻，成膜致密。圖IB為一種實(shí)施例I所得光催化環(huán)保陶瓷濾球斷面的掃描電子顯微鏡(SEM)圖片。由圖IB可以看出光催化劑薄膜層牢固地負(fù)載于粗糙多孔的陶瓷濾球表面。
具體實(shí)施例方式為了更好的理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。實(shí)施例I :一種人工濕地表層基質(zhì)的制備方法，其步驟是I)選擇以鎂工業(yè)廢渣為主原料，廢物資源化利用制備的鎂渣多孔陶瓷濾球?yàn)榛|(zhì)原料，篩選出粒徑為2或3或4或5mm的陶瓷濾球備用；2)將陶瓷濾球置于稀鹽酸溶液(O. 5mol/L)中浸泡22或24或25或27或30h后，用清水洗至中性，即沖洗陶瓷濾球后的溶液PH為6. 5-7. 5 (固液體積比為1:5)。
3)負(fù)載半導(dǎo)體光催化劑薄膜于陶瓷濾球表面，制備成光催化環(huán)保濾球，光催化濾球表面和斷面的SEM掃描(圖片如圖IA圖IB所示)；4)將厚度為2或3或4或5cm光催化濾球?qū)幼鳛楸韺踊|(zhì)材料應(yīng)用于垂直流人工濕地模擬污水處理系統(tǒng)中，該裝置(系統(tǒng))采用內(nèi)徑25cm的PCV管，高度為100cm，基質(zhì)由上至下依次為光催化濾球(粒徑為2-5mm)、沸石(粒徑為5_8mm)、無(wú)煙煤(粒徑為10_15mm)和碎石(粒徑為15-25mm)，沸石、無(wú)煙煤和碎石的填充高度各為28-32cm，基質(zhì)總填充高度為92cm(系統(tǒng)中基質(zhì)填料的組合方法參考于發(fā)明專利一種垂直流人工濕地基質(zhì)的制備方法，專利號(hào)200910062968. 6)。人工濕地系統(tǒng)中的植物為菖蒲和美人蕉。所處理的污水為中等濃度的城市生活污水(C0Dra、NH4+-N、TN和TP平均濃度分別為400mg/L、25mg/L、40mg/L 和 8mgL)。5)在陰雨天和濕地植物生長(zhǎng)茂盛區(qū)域通過(guò)外加光源進(jìn)行間歇照射(平均每天照射I或2或3或4h)。
將粒徑為2-5_的砂石代替光催化濾球?qū)幼鳛楸韺踊|(zhì)的垂直流人工濕地模擬污水處理系統(tǒng)設(shè)置對(duì)照組。所述的納米半導(dǎo)體光催化劑為氧化物半導(dǎo)體(如二氧化鈦)；所述的外加光源為250W的高壓汞燈。本實(shí)施例中，在垂直流人工濕地模擬污水處理系統(tǒng)運(yùn)行180天內(nèi)，與對(duì)照組人工濕地系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)對(duì)污水CODra、NH4+-N、TN和TP等指標(biāo)的去除率平均提高了 10%以上。實(shí)施例2 與實(shí)施例I基本相同，不同之處在于所述的納米半導(dǎo)體光催化劑為改性硫化物半導(dǎo)體(如改性硫化鎘等)；所述的污水為較低濃度的城市生活污水(COD。,、NH4+-N、TN和TP平均濃度分別為150mg/L、10mg/L、20mg/L 和 4mg/L)。本實(shí)施例中，在垂直流人工濕地模擬污水處理系統(tǒng)運(yùn)行180天內(nèi)，與對(duì)照組人工濕地系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)對(duì)污水C0Dra、NH4+-N、TN和TP等指標(biāo)的去除率平均提高了 8%以上。
權(quán)利要求
1.一種人工濕地表層基質(zhì)的制備方法，其步驟是 1)選擇以工業(yè)廢渣制備的多孔環(huán)保陶瓷濾球?yàn)榛|(zhì)原料，陶瓷濾球粒徑為2-5mm ； 2)將陶瓷濾球置于稀酸溶液中浸泡22-30h后，用清水洗至中性，沖洗陶瓷濾球后的溶液 pH 為 6. 5-7. 5 ； 3)負(fù)載納米半導(dǎo)體光催化劑薄膜于陶瓷濾球表面，制備成光催化環(huán)保濾球，光催化濾球表面和斷面的SEM掃描； 4)將2-5cm厚度的環(huán)保濾球作為表層基質(zhì)材料應(yīng)用于人工濕地污水處理系統(tǒng)，采用內(nèi)徑25cm的PCV管，高度為100cm，基質(zhì)由上至下依次為光催化濾球、沸石、無(wú)煙煤和碎石，沸石、無(wú)煙煤和碎石的填充高度各為28-32cm，基質(zhì)總填充高度為92cm ； 5)在陰雨天和濕地植物生長(zhǎng)茂盛區(qū)域通過(guò)外加光源進(jìn)行間歇照射。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種人工濕地表層基質(zhì)的制備方法，其特征在于所述的環(huán)保陶瓷濾球?yàn)橐枣V工業(yè)廢渣為主原料，廢物資源化利用制備的鎂渣多孔陶瓷濾球。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種人工濕地表層基質(zhì)的制備方法，其特征在于所述的納米半導(dǎo)體光催化劑為氧化物半導(dǎo)體、硫化物半導(dǎo)體、摻雜氧化物半導(dǎo)體、摻雜硫化物半導(dǎo)體中的任意一種或二種至四種的混合。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種人工濕地表層基質(zhì)的制備方法，其特征在于所述的外加光源是高壓汞燈、高壓鈉燈、熒光中的任意一種或二種至三種的混合光源。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種人工濕地表層基質(zhì)的制備方法，其步驟1)選擇以工業(yè)廢渣制備的多孔環(huán)保陶瓷濾球?yàn)榛|(zhì)原料，陶瓷濾球粒徑為2-5mm；2)將陶瓷濾球置于稀酸溶液中浸泡后，用清水洗至中性；3)負(fù)載納米半導(dǎo)體光催化劑薄膜于陶瓷濾球表面，制備成光催化環(huán)保濾球；4)將一定厚度的環(huán)保濾球作為表層基質(zhì)材料應(yīng)用于人工濕地污水處理系統(tǒng)；5)在陰雨天和濕地植物生長(zhǎng)茂盛區(qū)域可通過(guò)外加光源進(jìn)行間歇照射。該人工濕地表層基質(zhì)材料制備方法簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，在污水處理過(guò)程中通過(guò)吸附和光催化降解作用更充分發(fā)揮表層基質(zhì)的作用，可在一定程度上延長(zhǎng)表層基質(zhì)的污染物吸附飽和時(shí)間，并進(jìn)一步提高人工濕地污水處理效率。
文檔編號(hào)C02F3/00GK102849856SQ20121039161
公開(kāi)日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月16日
發(fā)明者吳振斌, 賀鋒, 張義, 夏世斌, 徐棟, 周巧紅 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所