公布日：2024.03.26
申请日：2024.02.02
分类号：C02F3/32(2023.01)I;C02F1/28(2023.01)I;C02F101/30(2006.01)N;C02F101/20(2006.01)N
摘要
本发明涉及污水处理技术领域，且公开了一种污水处理的人工湿地基质及制作方法优点是，包括以下原料份数比重为：红壤20—25份；生物炭1—25份；纳米乌金石5—10份；麦饭石3—9份；高温处理的岩石30—35份；氢氧化物2—5份；塑料生物环5—12份；橘皮4—8份，将湿地分隔四个方块A、B、C、D，通过精心调配每一种原料的配比，为不同的处理方块A、B、C、D赋予了特定的功能，实现了污水的顺序处理，这样的设计不仅节约了湿地基质原材料的使用，降低了系统建设与运营的成本，还优化了每个方块的处理效率，从而减少了所需的总占地面积，因此，这种经济高效的材料组合不仅延长了湿地基质的使用寿命，而且显著提升了其污水处理能力和环境修复效率，综合提高了湿地基质的整体处理性能。
权利要求书
1.一种污水处理的人工湿地基质的制作方法，其特征在于，包括以下原料份数比重为：红壤20—25份；生物炭1—25份；纳米乌金石5—10份；麦饭石3—9份；高温处理的岩石30—35份；氢氧化物2—5份；塑料生物环5—12份；橘皮4—8份，所述湿地基质的制备过程：步骤一、确定位置：选中空旷的废弃工厂地址；步骤二、挖掘大小：在选定的位置上进行挖掘，挖掘长宽高为3*3*3m的湿地；步骤三、铺设防水层：在挖掘好的湿地四周和底部倒上水泥并铺设防水层乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）防水膜，以防止污水渗透到周围；步骤四、建隔墙：使用砖石砌四个高度为1.2m的隔墙，将湿地分割成四个小方块，四个小方块按顺序标注为A、B、C、D；步骤五、填充基质：在四个方块A、B、C、D里填充不同基质比例的原料；所述步骤五在四个方块A、B、C、D里各填充的基质原料比例为：A：填充基质由高温处理的岩石、氢氧化物和生物炭按照5:2:3的比例均匀混合而成；B：填充基质由红壤、纳米乌金石和麦饭石按照6:2:2的比例均匀混合而成；C：填充基质由红壤、生物炭、高温处理的岩石按照3:4:6的比例均匀混合而成；D：填充基质由塑料生物环、橘皮、红壤和高温处理的岩石按照2:2:4:2的比例均匀混合而成，橘皮定期投入；所述湿地基质在D区块内，定期以原料比例添加橘皮，有利于促进细菌在塑料生物环中的生长，进而建立一个高效的生物过滤系统，用于分解有机物质；步骤六、安装循环系统和在线监测系统：将水泵和水管管道安装在人工湿地内部，并安装在线监测水质系统；所述步骤六中，建立一个循环系统并配备了在线水质监测设备，一旦监测到水质未达到标准，就会激活循环系统，按照A-B-C-D的流程将污水重新循环处理，直到水质达标为止；步骤七、种植植物：将芦苇、香蒲和水芹这三种植物种植在湿地边界的2米范围内；同时，从D号排污口将污水引入，并在距离该出口0.5米的位置形成一个2米乘2米的浅水区域，专门用于种植睡莲，并向系统中引入了水丝蚓和田螺作为底栖动物，以促进生态系统的多样性和平衡；步骤八、启动运行：启动水泵和管道循环系统，将污水引入人工湿地管道中，由A-B-C-D的顺序处理；所述步骤八分隔四个方块A、B、C、D，并赋予它们不同的处理功效，实现了顺序处理；步骤九、维护管理：定期对人工湿地的基质以及其中的动植物群落进行维护和检查，对排出系统的水质进行水质测试；如果发现水质不符合预定标准，就应增加基质材料，以确保整个系统的水处理性能满足要求。
2.根据权利要求1所述的一种污水处理的人工湿地基质的制作方法，其特征在于，所述湿地基质的原料份数为：红壤25份；生物炭20份；纳米乌金石8份；麦饭石4份；高温处理的岩石30份；塑料生物环5份；氢氧化物2份；橘皮4份。
3.根据权利要求1所述的一种污水处理的人工湿地基质的制作方法，其特征在于：所述湿地基质的原料份数为：红壤20份；生物炭24份；纳米乌金石5份；麦饭石6份；高温处理的岩石35份；塑料生物环10份；氢氧化物5份；橘皮2份。
4.根据权利要求1所述的一种污水处理的人工湿地基质的制作方法，其特征在于，所述湿地基质的原料-生物炭的制备过程：S1、原料的准备：收集椰壳、枣核、桃核、核桃壳、白果壳、银杏枝；S2、原料处理：将银杏枝裁成小段后，与椰壳、桃核、核桃壳一起放入破碎机进行破碎处理，以减小粒度；S3、烘干：将所有原料放入120℃烘箱，设定时长为4小时；S4、热解：将马弗炉加热至450摄氏度，将烘干后的原料混合均匀后放入马弗炉中烘4h，使其分解成生物炭；S5、筛分：冷却后的生物炭使用光学传感器和图像处理技术，对生物炭的颜色、形状和表面特征进行检测，对其进行分离，除去不合格的生物炭；S6、改性处理：筛选出的合格生物炭与海藻酸钠按照1:1的比例混合并通过搅拌使其均匀结合，形成一种均质的复合材料，使复合材料置于蒸汽发生器中，在900℃的高温条件下接受40min的活化处理，以实现生物炭的改性。
5.根据权利要求1所述的一种污水处理的人工湿地基质的制作方法，其特征在于：所述湿地基质原料－高温处理的岩石制备过程：S1.1、原料：选择沉积岩；S1.2、切割：将沉积岩切成3—5厘米；S1.3、加热：放入高温炉中加热至1100℃，设置时长4小时；S1.4、冷却：将经过高温处理的沉积岩转移到一个温度为25℃、湿度为55%的恒温恒湿空调房间中进行冷却。
6.根据权利要求1所述的一种污水处理的人工湿地基质的制作方法，其特征在于：所述湿地基质原料氢氧化物为氢氧化铝和氢氧化钠。
发明内容
（一）解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种污水处理的人工湿地基质的制作方法，具备初期投资低、处理效率不受环境影响、吸附力强和占地面积小等优点，解决了前期投资高、处理效率不稳定、占地面积大和无法完全去除污水中的污染物的问题。
（二）技术方案
为实现上述湿地基质初期投资低、处理效率不受环境影响、吸附力强和占地面积小的目的，本发明提供如下技术方案：包括以下原料份数比重为：红壤20—25份；生物炭1—25份；纳米乌金石5—10份；麦饭石3—9份；高温处理的岩石30—35份；氢氧化物2—5份；塑料生物环5—12份；橘皮4—8份，所述湿地基质的制备过程：
步骤一、确定位置：选中空旷的废弃工厂地址；
步骤二、挖掘大小：在选定的位置上进行挖掘，挖掘长宽高为3*3*3m的湿地；
步骤三、铺设防水层：在挖掘好的湿地四周和底部倒上水泥并铺设防水层乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）防水膜，以防止污水渗透到周围；
步骤四、建隔墙：使用砖石砌四个高度为1.2m的隔墙，将湿地分割成四个小方块，四个小方块按顺序标注为A、B、C、D；
步骤五、填充基质：在四个方块A、B、C、D里填充不同基质比例的原料；
步骤六、安装循环系统和在线监测系统：将水泵和水管管道安装在人工湿地内部，并安装在线监测水质系统；
步骤七、种植植物：将芦苇、香蒲和水芹这三种植物种植在湿地边界的2米范围内；同时，从D号排污口将污水引入，并在距离该出口0.5米的位置形成一个2米乘2米的浅水区域，专门用于种植睡莲，并向系统中引入了水丝蚓和田螺作为底栖动物，以促进生态系统的多样性和平衡；
步骤八、启动运行：启动水泵和管道循环系统，将污水引入人工湿地管道中，由A-B-C-D的顺序处理；
步骤九、维护管理：定期对人工湿地的基质以及其中的动植物群落进行维护和检查，对排出系统的水质进行水质测试；如果发现水质不符合预定标准，就应增加基质材料，以确保整个系统的水处理性能满足要求。
优选的，所述湿地基质的原料份数为：红壤25份；生物炭20份；纳米乌金石8份；麦饭石4份；高温处理的岩石30份；塑料生物环5份；氢氧化物2份；橘皮4份。
优选的，所述湿地基质的原料份数为：红壤20份；生物炭24份；纳米乌金石5份；麦饭石6份；高温处理的岩石35份；塑料生物环10份；氢氧化物5份；橘皮2份。
优选的，所述湿地基质的原料-生物炭的制备过程：
S1、原料的准备：收集椰壳、枣核、桃核、核桃壳、白果壳、银杏枝；
S2、原料处理：将银杏枝裁成小段后，与椰壳、桃核、核桃壳一起放入破碎机进行破碎处理，以减小粒度；
S3、烘干：将所有原料放入120℃烘箱，设定时长为4小时；
S4、热解：将马弗炉加热至450℃，将烘干后的原料混合均匀后放入马弗炉中烘4h，使其分解成生物炭；
S5、筛分：冷却后的生物炭使用光学传感器和图像处理技术，对生物炭的颜色、形状和表面特征进行检测，对其进行分离，除去不合格的生物炭；
S6、改性处理：筛选出的合格生物炭与海藻酸钠按照1:1的比例混合并通过搅拌使其均匀结合，形成一种均质的复合材料，使复合材料置于蒸汽发生器中，在900℃的高温条件下接受40min的活化处理，以实现生物炭的改性。
优选的，所述湿地基质原料－高温处理的岩石制备过程：
S1.1、原料：选择沉积岩；
S1.2、切割：将沉积岩切成3—5厘米；
S1.3、加热：放入高温炉中加热至1100℃，设置时长4小时；
S1.4、冷却：将经过高温处理的沉积岩转移到一个温度为25℃、湿度为55%的恒温恒湿空调房间中进行冷却。
通过上述在恒温恒湿的房间内进行缓慢冷却，可以确保沉积岩样本的结构和性能达到最优状态。
优选的，所述步骤八分隔四个方块A、B、C、D，并赋予它们不同的处理功效，实现了顺序处理。
优选的，所述步骤五在四个方块A、B、C、D里各填充的基质原料比例为：
A：填充基质由高温处理的岩石、氢氧化物和生物炭按照5:2:3的比例均匀混合而成；
B：填充基质由红壤、纳米乌金石和麦饭石按照6:2:2的比例均匀混合而成；
C：填充基质由红壤、生物炭、高温处理的岩石按照3:4:6的比例均匀混合而成；
D：填充基质由塑料生物环、橘皮、红壤和高温处理的岩石按照2:2:4:2的比例均匀混合而成，橘皮定期投入。
优选的，所述步骤六中，建立一个循环系统并配备了在线水质监测设备，一旦监测到水质未达到标准，就会激活循环系统，按照A-B-C-D的流程将污水重新循环处理，直到水质达标为止。
优选的，所述湿地基质在D区块内，定期以原料比例添加橘皮，有利于促进细菌在塑料生物环中的生长，进而建立一个高效的生物过滤系统，用于分解有机物质。
与现有技术相比，本发明提供了一种污水处理的人工湿地基质的制作方法，具备以下有益效果：
1、本发明通过搭配组合高温处理的岩石、氢氧化物和生物炭，为湿地基质带来了多方面的好处。具体来说：增强化学吸附力：金属氧化物如氢氧化铝能与污水中的酸性物质反应生成盐和水，调节湿地环境的酸碱度，为微生物生长创造适宜条件，同时，氢氧化钠作为强碱，可以促进有机物质的分解和循环；改善物理吸附性质：将生物炭与海藻酸钠材料复合，解决了生物炭密度低、颗粒小的问题，提升了对污染物的吸附能力；提升污水处理效果：改性后的生物炭理化性质发生变化，比如表面积增加、灰分含量降低、表面官能团丰富，这些变化有助于促进或抑制对污染物的吸附与降解；加强环境修复能力：改性生物炭不仅在污水处理中表现出色，也能有效修复重金属污染的土壤；优化湿地基质性能：高温处理的岩石改善了孔隙结构和渗透性，有利于水流动态和污染物过滤；其增强的化学稳定性可延长基质寿命，并提高承载能力和结构稳定性；此外，岩石还能通过吸附、沉淀或化学反应去除水中污染物，所以这种材料组合不仅延长了湿地基质的使用寿命，还有效提高了其污水处理能力和环境修复效率。
2、本发明通过红壤、纳米乌金石和麦饭石的搭配，从物理、化学和生物多个层面改善了湿地基质的环境质量，具体影响如下：改善物理性质：红壤提供了良好的通气性和渗透性，增加了湿地基质的孔隙率，促进了水流流动和氧气交换；增强化学吸附能力：纳米乌金石凭借其较大的比表面积和表面活性，有效吸附了水中的重金属和有机污染物；促进生物活性：麦饭石释放的微量元素刺激了微生物的生长和繁殖，增强了湿地生态系统的生物多样性和生物化学反应；调节pH值和缓冲性能：红壤的酸性与麦饭石的碱性特性相结合，有助于调节湿地系统的pH值，为不同植物和微生物的生长创造了更好的环境条件，这种材料组合提高了湿地基质的净化污水能力和维持生态平衡的能力，达到了湿地基质物理性质的改善、化学吸附能力的增强、生物活性的促进以及净化功能的增强的有益效果。
3、本发明通过结合塑料生物环、橘皮、红壤和高温处理的岩石，构建了一个多效、经济的生物过滤系统，在这个系统中：红壤提供了必需的营养元素，支持水生植物的生长，进而促进了根系发展和微生物共生，增强了系统的自净能力；高温处理的岩石确保了pH平衡，为微生物和植物创造了理想的生长环境；橘皮以其天然官能团（如羟基和羧基）增强了对金属离子和其他污染物的络合与吸附能力，同时向系统中添加了维生素，增进了微生物的健康和多样性；塑料生物环提供了广大的表面积，作为微生物附着的载体，从而提升了有机污染物的分解效率，整个污水处理设施加上旁边围绕的水草动植物系统能够改善生物循环系统，以此净化污水，此组合搭配实现了湿地污水处理能力的显著提升，达到了低投资、高效率的有益效果。
（发明人：卜钿杰;徐欣怡;卢艳平;张艳艳;张强）
