公布日：2024.03.26
申請日：2024.02.02
分類號：C02F3/32(2023.01)I;C02F1/28(2023.01)I;C02F101/30(2006.01)N;C02F101/20(2006.01)N
摘要
本發明涉及污水處理技術領域，且公開了一種污水處理的人工濕地基質及制作方法優點是，包括以下原料份數比重為：紅壤20—25份；生物炭1—25份；納米烏金石5—10份；麥飯石3—9份；高溫處理的巖石30—35份；氫氧化物2—5份；塑料生物環5—12份；橘皮4—8份，將濕地分隔四個方塊A、B、C、D，通過精心調配每一種原料的配比，為不同的處理方塊A、B、C、D賦予了特定的功能，實現了污水的順序處理，這樣的設計不僅節約了濕地基質原材料的使用，降低了系統建設與運營的成本，還優化了每個方塊的處理效率，從而減少了所需的總占地面積，因此，這種經濟高效的材料組合不僅延長了濕地基質的使用壽命，而且顯著提升了其污水處理能力和環境修復效率，綜合提高了濕地基質的整體處理性能。
權利要求書
1.一種污水處理的人工濕地基質的制作方法，其特征在于，包括以下原料份數比重為：紅壤20—25份；生物炭1—25份；納米烏金石5—10份；麥飯石3—9份；高溫處理的巖石30—35份；氫氧化物2—5份；塑料生物環5—12份；橘皮4—8份，所述濕地基質的制備過程：步驟一、確定位置：選中空曠的廢棄工廠地址；步驟二、挖掘大小：在選定的位置上進行挖掘，挖掘長寬高為3*3*3m的濕地；步驟三、鋪設防水層：在挖掘好的濕地四周和底部倒上水泥并鋪設防水層乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）防水膜，以防止污水滲透到周圍；步驟四、建隔墻：使用磚石砌四個高度為1.2m的隔墻，將濕地分割成四個小方塊，四個小方塊按順序標注為A、B、C、D；步驟五、填充基質：在四個方塊A、B、C、D里填充不同基質比例的原料；所述步驟五在四個方塊A、B、C、D里各填充的基質原料比例為：A：填充基質由高溫處理的巖石、氫氧化物和生物炭按照5:2:3的比例均勻混合而成；B：填充基質由紅壤、納米烏金石和麥飯石按照6:2:2的比例均勻混合而成；C：填充基質由紅壤、生物炭、高溫處理的巖石按照3:4:6的比例均勻混合而成；D：填充基質由塑料生物環、橘皮、紅壤和高溫處理的巖石按照2:2:4:2的比例均勻混合而成，橘皮定期投入；所述濕地基質在D區塊內，定期以原料比例添加橘皮，有利于促進細菌在塑料生物環中的生長，進而建立一個高效的生物過濾系統，用于分解有機物質；步驟六、安裝循環系統和在線監測系統：將水泵和水管管道安裝在人工濕地內部，并安裝在線監測水質系統；所述步驟六中，建立一個循環系統并配備了在線水質監測設備，一旦監測到水質未達到標準，就會激活循環系統，按照A-B-C-D的流程將污水重新循環處理，直到水質達標為止；步驟七、種植植物：將蘆葦、香蒲和水芹這三種植物種植在濕地邊界的2米范圍內；同時，從D號排污口將污水引入，并在距離該出口0.5米的位置形成一個2米乘2米的淺水區域，專門用于種植睡蓮，并向系統中引入了水絲蚓和田螺作為底棲動物，以促進生態系統的多樣性和平衡；步驟八、啟動運行：啟動水泵和管道循環系統，將污水引入人工濕地管道中，由A-B-C-D的順序處理；所述步驟八分隔四個方塊A、B、C、D，并賦予它們不同的處理功效，實現了順序處理；步驟九、維護管理：定期對人工濕地的基質以及其中的動植物群落進行維護和檢查，對排出系統的水質進行水質測試；如果發現水質不符合預定標準，就應增加基質材料，以確保整個系統的水處理性能滿足要求。
2.根據權利要求1所述的一種污水處理的人工濕地基質的制作方法，其特征在于，所述濕地基質的原料份數為：紅壤25份；生物炭20份；納米烏金石8份；麥飯石4份；高溫處理的巖石30份；塑料生物環5份；氫氧化物2份；橘皮4份。
3.根據權利要求1所述的一種污水處理的人工濕地基質的制作方法，其特征在于：所述濕地基質的原料份數為：紅壤20份；生物炭24份；納米烏金石5份；麥飯石6份；高溫處理的巖石35份；塑料生物環10份；氫氧化物5份；橘皮2份。
4.根據權利要求1所述的一種污水處理的人工濕地基質的制作方法，其特征在于，所述濕地基質的原料-生物炭的制備過程：S1、原料的準備：收集椰殼、棗核、桃核、核桃殼、白果殼、銀杏枝；S2、原料處理：將銀杏枝裁成小段后，與椰殼、桃核、核桃殼一起放入破碎機進行破碎處理，以減小粒度；S3、烘干：將所有原料放入120℃烘箱，設定時長為4小時；S4、熱解：將馬弗爐加熱至450攝氏度，將烘干后的原料混合均勻后放入馬弗爐中烘4h，使其分解成生物炭；S5、篩分：冷卻后的生物炭使用光學傳感器和圖像處理技術，對生物炭的顏色、形狀和表面特征進行檢測，對其進行分離，除去不合格的生物炭；S6、改性處理：篩選出的合格生物炭與海藻酸鈉按照1:1的比例混合并通過攪拌使其均勻結合，形成一種均質的復合材料，使復合材料置于蒸汽發生器中，在900℃的高溫條件下接受40min的活化處理，以實現生物炭的改性。
5.根據權利要求1所述的一種污水處理的人工濕地基質的制作方法，其特征在于：所述濕地基質原料－高溫處理的巖石制備過程：S1.1、原料：選擇沉積巖；S1.2、切割：將沉積巖切成3—5厘米；S1.3、加熱：放入高溫爐中加熱至1100℃，設置時長4小時；S1.4、冷卻：將經過高溫處理的沉積巖轉移到一個溫度為25℃、濕度為55%的恒溫恒濕空調房間中進行冷卻。
6.根據權利要求1所述的一種污水處理的人工濕地基質的制作方法，其特征在于：所述濕地基質原料氫氧化物為氫氧化鋁和氫氧化鈉。
發明內容
（一）解決的技術問題
針對現有技術的不足，本發明提供了一種污水處理的人工濕地基質的制作方法，具備初期投資低、處理效率不受環境影響、吸附力強和占地面積小等優點，解決了前期投資高、處理效率不穩定、占地面積大和無法完全去除污水中的污染物的問題。
（二）技術方案
為實現上述濕地基質初期投資低、處理效率不受環境影響、吸附力強和占地面積小的目的，本發明提供如下技術方案：包括以下原料份數比重為：紅壤20—25份；生物炭1—25份；納米烏金石5—10份；麥飯石3—9份；高溫處理的巖石30—35份；氫氧化物2—5份；塑料生物環5—12份；橘皮4—8份，所述濕地基質的制備過程：
步驟一、確定位置：選中空曠的廢棄工廠地址；
步驟二、挖掘大小：在選定的位置上進行挖掘，挖掘長寬高為3*3*3m的濕地；
步驟三、鋪設防水層：在挖掘好的濕地四周和底部倒上水泥并鋪設防水層乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）防水膜，以防止污水滲透到周圍；
步驟四、建隔墻：使用磚石砌四個高度為1.2m的隔墻，將濕地分割成四個小方塊，四個小方塊按順序標注為A、B、C、D；
步驟五、填充基質：在四個方塊A、B、C、D里填充不同基質比例的原料；
步驟六、安裝循環系統和在線監測系統：將水泵和水管管道安裝在人工濕地內部，并安裝在線監測水質系統；
步驟七、種植植物：將蘆葦、香蒲和水芹這三種植物種植在濕地邊界的2米范圍內；同時，從D號排污口將污水引入，并在距離該出口0.5米的位置形成一個2米乘2米的淺水區域，專門用于種植睡蓮，并向系統中引入了水絲蚓和田螺作為底棲動物，以促進生態系統的多樣性和平衡；
步驟八、啟動運行：啟動水泵和管道循環系統，將污水引入人工濕地管道中，由A-B-C-D的順序處理；
步驟九、維護管理：定期對人工濕地的基質以及其中的動植物群落進行維護和檢查，對排出系統的水質進行水質測試；如果發現水質不符合預定標準，就應增加基質材料，以確保整個系統的水處理性能滿足要求。
優選的，所述濕地基質的原料份數為：紅壤25份；生物炭20份；納米烏金石8份；麥飯石4份；高溫處理的巖石30份；塑料生物環5份；氫氧化物2份；橘皮4份。
優選的，所述濕地基質的原料份數為：紅壤20份；生物炭24份；納米烏金石5份；麥飯石6份；高溫處理的巖石35份；塑料生物環10份；氫氧化物5份；橘皮2份。
優選的，所述濕地基質的原料-生物炭的制備過程：
S1、原料的準備：收集椰殼、棗核、桃核、核桃殼、白果殼、銀杏枝；
S2、原料處理：將銀杏枝裁成小段后，與椰殼、桃核、核桃殼一起放入破碎機進行破碎處理，以減小粒度；
S3、烘干：將所有原料放入120℃烘箱，設定時長為4小時；
S4、熱解：將馬弗爐加熱至450℃，將烘干后的原料混合均勻后放入馬弗爐中烘4h，使其分解成生物炭；
S5、篩分：冷卻后的生物炭使用光學傳感器和圖像處理技術，對生物炭的顏色、形狀和表面特征進行檢測，對其進行分離，除去不合格的生物炭；
S6、改性處理：篩選出的合格生物炭與海藻酸鈉按照1:1的比例混合并通過攪拌使其均勻結合，形成一種均質的復合材料，使復合材料置于蒸汽發生器中，在900℃的高溫條件下接受40min的活化處理，以實現生物炭的改性。
優選的，所述濕地基質原料－高溫處理的巖石制備過程：
S1.1、原料：選擇沉積巖；
S1.2、切割：將沉積巖切成3—5厘米；
S1.3、加熱：放入高溫爐中加熱至1100℃，設置時長4小時；
S1.4、冷卻：將經過高溫處理的沉積巖轉移到一個溫度為25℃、濕度為55%的恒溫恒濕空調房間中進行冷卻。
通過上述在恒溫恒濕的房間內進行緩慢冷卻，可以確保沉積巖樣本的結構和性能達到最優狀態。
優選的，所述步驟八分隔四個方塊A、B、C、D，并賦予它們不同的處理功效，實現了順序處理。
優選的，所述步驟五在四個方塊A、B、C、D里各填充的基質原料比例為：
A：填充基質由高溫處理的巖石、氫氧化物和生物炭按照5:2:3的比例均勻混合而成；
B：填充基質由紅壤、納米烏金石和麥飯石按照6:2:2的比例均勻混合而成；
C：填充基質由紅壤、生物炭、高溫處理的巖石按照3:4:6的比例均勻混合而成；
D：填充基質由塑料生物環、橘皮、紅壤和高溫處理的巖石按照2:2:4:2的比例均勻混合而成，橘皮定期投入。
優選的，所述步驟六中，建立一個循環系統并配備了在線水質監測設備，一旦監測到水質未達到標準，就會激活循環系統，按照A-B-C-D的流程將污水重新循環處理，直到水質達標為止。
優選的，所述濕地基質在D區塊內，定期以原料比例添加橘皮，有利于促進細菌在塑料生物環中的生長，進而建立一個高效的生物過濾系統，用于分解有機物質。
與現有技術相比，本發明提供了一種污水處理的人工濕地基質的制作方法，具備以下有益效果：
1、本發明通過搭配組合高溫處理的巖石、氫氧化物和生物炭，為濕地基質帶來了多方面的好處。具體來說：增強化學吸附力：金屬氧化物如氫氧化鋁能與污水中的酸性物質反應生成鹽和水，調節濕地環境的酸堿度，為微生物生長創造適宜條件，同時，氫氧化鈉作為強堿，可以促進有機物質的分解和循環；改善物理吸附性質：將生物炭與海藻酸鈉材料復合，解決了生物炭密度低、顆粒小的問題，提升了對污染物的吸附能力；提升污水處理效果：改性后的生物炭理化性質發生變化，比如表面積增加、灰分含量降低、表面官能團豐富，這些變化有助于促進或抑制對污染物的吸附與降解；加強環境修復能力：改性生物炭不僅在污水處理中表現出色，也能有效修復重金屬污染的土壤；優化濕地基質性能：高溫處理的巖石改善了孔隙結構和滲透性，有利于水流動態和污染物過濾；其增強的化學穩定性可延長基質壽命，并提高承載能力和結構穩定性；此外，巖石還能通過吸附、沉淀或化學反應去除水中污染物，所以這種材料組合不僅延長了濕地基質的使用壽命，還有效提高了其污水處理能力和環境修復效率。
2、本發明通過紅壤、納米烏金石和麥飯石的搭配，從物理、化學和生物多個層面改善了濕地基質的環境質量，具體影響如下：改善物理性質：紅壤提供了良好的通氣性和滲透性，增加了濕地基質的孔隙率，促進了水流流動和氧氣交換；增強化學吸附能力：納米烏金石憑借其較大的比表面積和表面活性，有效吸附了水中的重金屬和有機污染物；促進生物活性：麥飯石釋放的微量元素刺激了微生物的生長和繁殖，增強了濕地生態系統的生物多樣性和生物化學反應；調節pH值和緩沖性能：紅壤的酸性與麥飯石的堿性特性相結合，有助于調節濕地系統的pH值，為不同植物和微生物的生長創造了更好的環境條件，這種材料組合提高了濕地基質的凈化污水能力和維持生態平衡的能力，達到了濕地基質物理性質的改善、化學吸附能力的增強、生物活性的促進以及凈化功能的增強的有益效果。
3、本發明通過結合塑料生物環、橘皮、紅壤和高溫處理的巖石，構建了一個多效、經濟的生物過濾系統，在這個系統中：紅壤提供了必需的營養元素，支持水生植物的生長，進而促進了根系發展和微生物共生，增強了系統的自凈能力；高溫處理的巖石確保了pH平衡，為微生物和植物創造了理想的生長環境；橘皮以其天然官能團（如羥基和羧基）增強了對金屬離子和其他污染物的絡合與吸附能力，同時向系統中添加了維生素，增進了微生物的健康和多樣性；塑料生物環提供了廣大的表面積，作為微生物附著的載體，從而提升了有機污染物的分解效率，整個污水處理設施加上旁邊圍繞的水草動植物系統能夠改善生物循環系統，以此凈化污水，此組合搭配實現了濕地污水處理能力的顯著提升，達到了低投資、高效率的有益效果。
（發明人：卜鈿杰;徐欣怡;盧艷平;張艷艷;張強）
