專利名稱：一種垂直流人工濕地組合基質的制作方法
技術領域：
本發明屬于水污染控制工程生態技術領域，具體涉及一種垂直流人工濕地組 合基質，針對中等濃度生活污水，能高效去除污水中有機物、氮和磷污染物。
背景技術：
基質在人工濕地的結構中占有最大體積，是人工濕地區別于自然濕地的重要方 面。基質是污水凈化的主要場所，為植物和微生物的生長和作用提供載體，也能夠通過過 濾、吸附和沉淀等作用直接去除污染物。其種類、組配方式、高度的選擇是人工濕地工程設 計中的重要環節。本申請人在中國專利文獻中，公開了一種垂直流人工濕地基質的制備方 法的發明專利(申請號200910062968. 6)，該專利的技術方案表明沒有一種基質能同時高 效去除有機物、氮和磷污染物，故對于含有機物、氮和磷的綜合污水，例如生活污水，需對優 質基質進行合理的組配。同時該專利公開的針對綜合污水的組合基質的主要缺點是基質粒 徑選擇和分層配置不合理。上層無煙煤粒徑太大，比表面積小，不利于微生物的附著生長； 并且無煙煤呈弱酸性不利于植物的生長。
發明內容
針對已有基質選擇和組合中存在的不足，本發明的目的在于提供了一種垂直流人 工濕地組合基質，該組合基質主要針對中等濃度生活污水。所選基質可得性強，價格低廉， 組合操作方便，組合后能同時高效去除污水中有機物、氮和磷污染物。污水經處理后，能達 到《城鎮污水處理廠污水排放標準》(GB18918-2002) —級標準(或二級標準)，可以直接回 用或排入各水體中。本發明的發明目的是通過如下技術方案實現的
一種垂直流人工濕地組合基質，它由沸石、無煙煤和生物陶粒組成。沸石是一種分 布廣泛的硅鋁酸鹽礦物質，它孔隙發達，比表面積大，內部靜電強，吸附性強，特別是對
NH/ -_N有很強的選擇性吸附能力。無煙煤是目前普遍采用的雙層、三層快速過濾材料，機
械強度高，化學性質穩定，不含有毒有害物質，表面粗糙，有很強的吸附能力。生物陶粒是一 種新型的生物膜載體濾料，選用天然吸附材料和礦物質，經科學設計配方高溫燒結精篩等 工序加工而成，孔隙率大，比表面積大，吸附能力強，利于微生物繁殖生長。沸石、無煙煤和 生物陶粒均購于河南省鞏義市華龍濾料廠。一種垂直流人工濕地組合基質，針對中等濃度生活污水(據我國城市典型生活污
水水質統計，中等濃度生活污水C0D&、NH/-N、TN、SRP和TP平均濃度分別為400mg/L、
25 mg/L、40 mg/L、5 mg/L和8 mg/L)，其特征在于無煙煤層分別與沸石層、生物陶粒層相 連，在生物陶粒層上種植植物。針對中等濃度生活污水構建垂直流人工濕地時，在防滲層上 填充粒徑為2-5mm的沸石基質；在沸石層上填充粒徑為2_5mm的無煙煤基質；在無煙煤層 上填充粒徑為2-5mm的生物陶粒基質。組合基質總填充高度可為60-120cm，三者體積比為1:1:1。進水管1與穿孔布水管8相連，出水收集管6與出水管7相連。例如當組合基質總 填充高度為90cm時，每層基質高度為^-32cm。垂直流人工濕地植物可選用美人蕉、蘆葦、 香蒲、再力花、鳶尾、風車草、紙莎草、千屈菜、花葉蘆荻、菖蒲、水蔥等的其中一種或任意組
I=I O工程應用時，基質層按上述基質的排序和高度一層一層鋪設即可。生物陶粒比表 面積大，有利于微生物的附著生長，能充分利用人工濕地上層好氧環境有效去除污水中的
有機物；無煙煤對磷有很強的吸附能力；而沸石則對NH4+-N有很強的選擇性吸附能力，
其凈化效果顯著高于其他基質(如土壤、砂子、礫石等)。與已有技術相比，本發明具有以下優點和效果 1、本發明采用基質來源廣泛，價格低廉，實用性強。2、本發明選用適度粒徑的沸石、無煙煤和生物陶粒三種優質基質進行合理分層配 置，充分利用三者對氮、磷或有機物污染物的凈化能力，擴展垂直流人工濕地凈化空間。3、本發明組合基質中生物陶粒、無煙煤和沸石能通過過濾、吸附，沉淀等作用直接 去除污染物，同時上層生物陶粒適宜于植物和微生物的生長，間接強化對污染物的去除。填 充該組合基質的垂直流人工濕地不僅能高效去除中等濃度生活污水中的有機物、氮和磷污 染物，而且具有美化景觀的價值。
圖1為一種垂直流人工濕地組合基質結構示意圖 圖2為垂直流人工濕地管道系統布置軸測示意圖
圖3為本發明模擬人工濕地系統對C0D&的處理效果圖
圖4為本發明模擬人工濕地系統對NH/-"N的處理效果圖
圖5為本發明模擬人工濕地系統對TN的處理效果圖 圖6為本發明模擬人工濕地系統對SRP的處理效果圖 圖7為本發明模擬人工濕地系統對TP的處理效果圖
圖中，進水管1、生物陶粒層2、無煙煤層3、沸石層4、防滲層5、出水收集管6、出水管7、 穿孔布水管8、植物9。
具體實施例方式實施例1:
下面結合附圖對本發明進一步詳細說明 實施例中，垂直流人工濕地模擬小試系統裝置采用內徑25cm的PVC管，高度均為 100cm，其中組合基質填充高度為90cm，管頂留有IOcm的保護層。參見圖1、圖2，一種垂直 流人工濕地組合基質，它由沸石、無煙煤和生物陶粒組成。其特征在于構建垂直流人工濕 地時，在防滲層5上填充粒徑為2或3或4或5mm的沸石基質，高度為觀或四或30或31 或32cm ；在沸石層4上填充粒徑為2或3或4或5mm的無煙煤基質，高度為觀或四或30 或31或32cm ；在無煙煤層3上填充粒徑為2或3或4或5mm的生物陶粒基質，高度為觀 或四或30或31或32cm。無煙煤層3分別與沸石層4、生物陶粒層2相連，三者體積比為1:1:1，在生物陶粒層2上種有植物9 (美人蕉)。基質填充時，按上述基質的排序和高度一 層一層鋪設即可。進水管1與穿孔布水管8相連，穿孔布水管8裝在生物陶粒層2表面，污 水(自配水)由高位水箱流入進水管1，經穿孔布水管8配水進入組合基質層，污水依次流經 生物陶粒層2，無煙煤層3和沸石層4，出水收集管6與出水管7相連，出水收集管6裝在沸 石層4底部，凈化后的污水最后由出水收集管6收集，經出水管7流出。采用間歇進出水方 式，每天進水3次，水力停留時間為8h，水力負荷為0. 34m3/(m2 · d)。污水水質模擬中等濃 度生活污水，其監測結果如表1所示。 表1污水水質表(mg · L—1)
權利要求
1.一種垂直流人工濕地組合基質，它由沸石、無煙煤和生物陶粒組成，其特征在于在 防滲層(5)上填充粒徑為2-5mm的沸石基質；在沸石層(4)上填充粒徑為2_5mm的無煙煤基 質；在無煙煤層(3)上填充粒徑為2-5mm的生物陶粒基質，無煙煤層(3)分別與沸石層(4)、 生物陶粒層(2)相連，在生物陶粒層(2)上種植植物(9)，組合基質總填充高度為60-120cm， 三者體積比為1:1:1，進水管(1)與穿孔布水管(8)相連，出水收集管(6)與出水管(7)相 連。
2.根據權利要求1所述一種垂直流人工濕地組合基質，其特征在于所述的植物(9)選 用美人蕉、蘆葦、香蒲、再力花、鳶尾、風車草、紙莎草、千屈菜、花葉蘆荻、菖蒲、水蔥其中一 種或任意組合。
3.根據權利要求1所述一種垂直流人工濕地組合基質，其特征在于所述的穿孔布水 管(8)裝在生物陶粒層(2)表面。
4.根據權利要求1所述一種垂直流人工濕地組合基質，其特征在于所述的出水收集 管(6)裝在沸石層(4)底部。
全文摘要
本發明公開了一種垂直流人工濕地組合基質，它由沸石、無煙煤和生物陶粒組成，無煙煤層分別沸石層、生物陶粒層相連，在生物陶粒層上種植植物，在防滲層上填充粒徑為2-5mm的沸石基質；在沸石層上填充粒徑為2-5mm的無煙煤基質；在無煙煤層上填充粒徑為2-5mm的生物陶粒基質。組合基質總填充高度可為60-120cm,三者體積比為1:1:1。本發明采用基質來源廣泛，價格低廉，實用性強。組合基質中生物陶粒、無煙煤和沸石能通過過濾、吸附，沉淀等作用直接去除污染物，同時上層生物陶粒適宜于植物和微生物的生長，間接強化對污染物的去除。污水經處理后，能達到《城鎮污水處理廠污水排放標準》(GB18918-2002)一級標準(或二級標準)，可以直接回用或排入各水體中。
文檔編號C02F3/32GK102092859SQ201010580199
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月9日 優先權日2010年12月9日
發明者吳振斌, 周巧紅, 徐棟, 梁威, 武俊梅, 賀鋒 申請人:中國科學院水生生物研究所