一種提高人工濕地填料對水中磷去除效果的方法及其裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種提高人工濕地填料對水中磷去除效果的方法及其裝置，廢水自進水口進入潛流式人工濕地，依次經過若干活動填料區、固定填料區，處理后的水自出水口排出。活動填料區和固定填料區填充的填料均為固化的載鋯沸石成品；活動填料區和固定填料區呈交替布置，且人工濕地中水流的方向為自下而上通過活動填料區、自上而下通過固定填料區。固定填料區頂部種植蘆葦，活動填料區下部設置吸附飽和填料出口。本發明通過沸石載鋯可大大提高人工濕地填料對水中磷的去除效果；通過設置活動填料區和固定填料區，方便填料的裝卸，同時避免填料更換時對人工濕地系統生態系統的破壞，提高潛流式人工濕地的對磷的效果，避免填料更換對人工濕地植物系統的破壞。
【專利說明】一種提高人工濕地填料對水中磷去除效果的方法及其裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種提高人工濕地填料對水中磷去除效果的方法及其裝置。【背景技術】
[0002]人工濕地系統是一個綜合的生態系統，人工濕地根據處理污染物的不同而填有不同的填料，種植不同種類的凈化植物，通過填料、植物和微生物的物理、化學和生物作用共同完成對污水的凈化。
[0003]人工濕地系統中填料提供給了微生物附著的載體，同時對系統的植物起到固定的作用，是該系統中核心之一；同時填料對于吸附污水中氮磷等營養物質起到重要的作用。常用的人工濕地填料有礫石、沸石、鋼渣、石灰石、礦渣等，其中沸石內部充滿細微的孔穴和通道，具有很好的吸附性，對磷有較好的吸附能力。天然沸石具有較高的水含量和硅鋁比，同時含有雜質顆粒，使其離子交換容量偏低，限制了其開發利用。而人工合成分子篩雖然純度高，但成本也高。因此，通過對天然沸石進行改性處理，在得到高性能吸附材料的同時，也節約了投資。
[0004]此外，人工濕地中的填料在處理含磷廢水時，經過一定時間的吸附，就會出現填料吸附飽和的現象，需要更換填料，目前的人工濕地系統中填料的更換均采用整體更換的形式，這樣會破壞人工濕地系統的生態系統結構，降低人工濕地對水中污染物的去除效果，因此，亟待改變人工濕地的填料更換形式。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種提高人工濕地填料對水中磷去除效果的方法及其裝置，從而提高人工濕地系統對磷的去除效果。
[0006]本發明提出的提高人工濕地填料對水中磷去除效果的方法，具體步驟如下:
(1)填料預處理:將粉碎的沸石分散于蒸餾水中，用0.3-0.8 mol/L的鹽酸溶液浸泡，先將其放在磁力攪拌器上進行強力攪拌1-4小時，靜置12-36小時后進行固液分離；然后將沸石放在烘箱內烘干備用；
(2)鋯負載:將預處理的沸石以固液比1:15-1:5的比例加入到10-30g/L的氧氯化鋯溶液，然后放在磁力攪拌器上強力攪拌6-18小時后固液分離，然后將沸石放在烘箱內烘干;
(3)填料固化:將負載鋯后的沸石烘干后置于管式爐中焙燒，焙燒溫度為300-800°C，焙燒時間為1-3小時，焙燒過程中通入氮氣，氮氣通入量為30-80ml/min，即可得載鋯沸石成品；
(4)將固化的載鋯沸石成品作為填料，按照粒徑分布填布在潛流人工濕地中；
(5)含磷廢水自潛流人工濕地進水口進入，依次流經活動填料區、固定填料區，最后從出水口出水，含磷廢水得到凈化；
(6)待填料吸附飽和后從吸附飽和填料出口卸下部分吸附飽和的填料，從活動填料區上部加入新填料。
[0007]本發明中，填料預處理前需將沸石放入球磨機中粉碎，研磨后的粒徑控制在5-50目，優選20目。
[0008]本發明中，步驟(1)中所述鹽酸溶液的濃度為0.5-0.6 mol/L，鹽酸溶液優選0.5mol/L。
[0009]本發明中，步驟(1)中所述沸石在磁力攪拌器上的強力攪拌時間為1.5-2.5小時，優選2小時；靜置時間為22-26小時，優選24小時；沸石在烘箱內烘干的溫度為100-110 °C，優選 105 0C ο
[0010]本發明中，步驟(2)中需將預處理的沸石以固液比1:12-1:9的比例加入，優選1:10的比例，氧氯化鋯溶液的濃度為15-25g/L，在磁力攪拌器上強力攪拌的時間為10-14小時，優選12小時；沸石在烘箱內烘干的溫度控制在100-110°C，優選105°C。
[0011]本發明中，步驟(3)中所述焙燒溫度為450_550°C，優選500°C，焙燒時間為
1.5-2.5小時，優選2小時；焙燒時通入氮氣，氮氣通入量為45-55ml/min，優選50ml/min。[0012]本發明中的一種提高人工濕地填料對水中磷去除效果的裝置，包括活動填料區、固定填料區和潛流人工濕地，潛流人工濕地通過隔板分隔成若干活動填料區和固定填料區，活動填料區和固定填料區呈交替布置，且人工濕地中水流的方向為自下而上通過活動填料區、自上而下通過固定填料區；潛流人工濕地一側下部設有進水口，另一側上部設有出水口 ；活動填料區下部設置吸附飽和填料出口 ；固定填料區頂部種植蘆葦等濕地植物；活動填料區和填料區內填充的填料均為載鋯沸石成品。
[0013]與已有技術相比，本發明的有益效果體現在:
1、本發明通過沸石載鋯可大大提高人工濕地填料對水中磷的去除效果；
2、本發明通過設置活動填料區和固定填料區，方便填料的裝卸，同時避免填料更換時對人工濕地系統生態系統的破壞，提高潛流式人工濕地的對磷的效果，避免填料更換對人工濕地植物系統的破壞；
3、本發明結構簡單,制造安裝方便。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明廢水處理工藝流程示意圖。
[0015]圖2為本發明的結構示意圖。
[0016]圖中標號:1進水口、2出水口、3活動填料區、4固定填料區、5潛流人工濕地、6吸附飽和填料出口、7隔板、8新填料進料口、9植物種植區。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。
[0018]實施例1:參見圖1、圖2，廢水自進水口 I進入潛流人工濕地5，依次經過若干組活動填料區3、固定填料區4，處理后的水自出水口 2排出。所述活動填料區3和固定填料區4填充的填料均為上述固化的載鋯沸石成品；活動填料區3和固定填料區4呈交替布置，且人工濕地中水流的方向為自下而上通過活動填料區3、自上而下通過固定填料區4;活動填料區3和固定填料區4之間設置隔板7。上述的固定填料區4頂部種植蘆葦，活動填料區3下部設置吸附飽和填料出口 6。待填料吸附達到穿透點時，先將吸附飽和的填料自填料出口 6卸出，再將上述固化的載鋯沸石成品自新填料進料口 8加入。固定填料區4頂部的植物種植區9種植蘆葦等濕地植物。
[0019]實施例1:將未經處理的沸石填布在人工濕地床層中；初始濃度為20mg/L的含磷廢水自人工濕地進水口進入，依次流經活動填料區、固定填料區，最后從出水口出水，含磷廢水中磷的去除率為63%。
[0020]實施例2:① 填料預處理:將沸石放入球磨機中粉碎，粉碎后的粒徑20目，研磨后的沸石采用0.5 mol/L的鹽酸溶液浸泡，然后在磁力攪拌器上的強力攪拌時間2小時，靜置24小時后，在105°C下烘箱烘干。②鋯負載:再將預處理的沸石以固液比1:10的比例加入到20g/L的氧氯化鋯溶液中，在磁力攪拌器上強力攪拌12小時，然后在烘箱內105°C條件下烘干。③填料固化:將負載鋯后的沸石烘干后置于管式爐中焙燒，焙燒溫度500°C，焙燒時間2小時；焙燒時通入氮氣量為50ml/min。④將上述固化的載鋯沸石成品，填布在人工濕地床層中初始濃度為20mg/L的含磷廢水自人工濕地進水口進入，依次流經活動填料區、固定填料區，最后從出水口出水，含磷廢水中磷的去除率達到98%以上。
[0021]實施例3:①填料預處理:將沸石放入球磨機中粉碎，粉碎后的粒徑30目，研磨后的沸石采用0.5 mol/L的鹽酸溶液浸泡，然后在磁力攪拌器上的強力攪拌時間2小時，靜置24小時后，在105°C下烘箱烘干。②鋯負載:再將預處理的沸石以固液比1:10的比例加入到20g/L的氧氯化鋯溶液中，在磁力攪拌器上強力攪拌12小時，然后在烘箱內105°C條件下烘干。③填料固化:將負載鋯后的沸石烘干后置于管式爐中焙燒，焙燒溫度500°C，焙燒時間2小時；焙燒時通入氮氣量為50ml/min。④將上述固化的載鋯沸石成品，填布在人工濕地床層中初始濃度為20mg/L的含磷廢水自人工濕地進水口進入，依次流經活動填料區、固定填料區，最后從出水口出水，含磷廢水中磷的去除率達到99%以上。
[0022]實施例4:①填料預處理:將沸石放入球磨機中粉碎，粉碎后的粒徑40目，研磨后的沸石采用0.5 mol/L的鹽酸溶液浸泡，然后在磁力攪拌器上的強力攪拌時間2小時，靜置24小時后，在105°C下烘箱烘干。②鋯負載:再將預處理的沸石以固液比1:10的比例加入到20g/L的氧氯化鋯溶液中，在磁力攪拌器上強力攪拌12小時，然后在烘箱內105°C條件下烘干。③填料固化:將負載鋯后的沸石烘干后置于管式爐中焙燒，焙燒溫度500°C，焙燒時間2小時；焙燒時通入氮氣量為50ml/min。④將上述固化的載鋯沸石成品，填布在人工濕地床層中初始濃度為20mg/L的含磷廢水自人工濕地進水口進入，依次流經活動填料區、固定填料區，最后從出水口出水，含磷廢水中磷的去除率達到99%以上。
[0023]實施例5:①填料預處理:將沸石放入球磨機中粉碎，粉碎后的粒徑20目，研磨后的沸石采用0.5 mol/L的鹽酸溶液浸泡，然后在磁力攪拌器上的強力攪拌時間2小時，靜置24小時后，在105°C下烘箱烘干。②鋯負載:再將預處理的沸石以固液比1:10的比例加入到20g/L的氧氯化鋯溶液中，在磁力攪拌器上強力攪拌12小時，然后在烘箱內105°C條件下烘干。③填料固化:將負載鋯后的沸石烘干后置于管式爐中焙燒，焙燒溫度400°C，焙燒時間2小時；焙燒時通入氮氣量為50ml/min。④將上述固化的載鋯沸石成品，填布在人工濕地床層中初始濃度為20mg/L的含磷廢水自人工濕地進水口進入，依次流經活動填料區、固定填料區，最后從出水口出水，含磷廢水中磷的去除率達到98%以上。
[0024]實施例6:①填料預處理:將沸石放入球磨機中粉碎，粉碎后的粒徑30目，研磨后的沸石采用0.5 mol/L的鹽酸溶液浸泡，然后在磁力攪拌器上的強力攪拌時間2小時，靜置24小時后，在105°C下烘箱烘干。②鋯負載:再將預處理的沸石以固液比1:10的比例加入到20g/L的氧氯化鋯溶液中，在磁力攪拌器上強力攪拌12小時，然后在烘箱內105°C條件下烘干。③填料固化:將負載鋯后的沸石烘干后置于管式爐中焙燒，焙燒溫度600°C，焙燒時間2小時；焙燒時通入氮氣量為50ml/min。④將上述固化的載鋯沸石成品，填布在人工濕地床層中初始濃度為20mg/L的含磷廢水自人工濕地進水口進入，依次流經活動填料區、固定填料區，最后從出水口出水，含磷廢水中磷的去除率達到99%以上。
[0025]實施例7:①填料預處理:將沸石放入球磨機中粉碎，粉碎后的粒徑40目，研磨后的沸石采用0.5 mol/L的鹽酸溶液浸泡，然后在磁力攪拌器上的強力攪拌時間2小時，靜置24小時后，在105°C下烘箱烘干。②鋯負載:再將預處理的沸石以固液比1:10的比例加入到20g/L的氧氯化鋯溶液中，在磁力攪拌器上強力攪拌12小時，然后在烘箱內105°C條件下烘干。③填料固化:將負載鋯后的沸石烘干后置于管式爐中焙燒，焙燒溫度700°C，焙燒時間2小時；焙燒時通入氮氣量為50ml/min。④將上述固化的載鋯沸石成品，填布在人工濕地床層中初始濃度為20mg/L的含磷廢水自人工濕地進水口進入，依次流經活動填料區、固定填料區，最后從出水口出水，含磷廢水中磷的去除率達到99%以上。
[0026]實施例8:①填料預處理:將沸石放入球磨機中粉碎，粉碎后的粒徑40目，研磨后的沸石采用0.5 mol/L的鹽酸溶液浸泡，然后在磁力攪拌器上的強力攪拌時間2小時，靜置24小時后，在105°C下烘箱烘干。②鋯負載:再將預處理的沸石以固液比1:10的比例加入到20g/L的氧氯化鋯溶液中，在磁力攪拌器上強力攪拌12小時，然后在烘箱內105°C條件下烘干。③填料固化:將負載鋯后的沸石烘干后置于管式爐中焙燒，焙燒溫度500°C，焙燒時間3小時；焙燒時通入氮氣量為50ml/min。④將上述固化的載鋯沸石成品，填布在人工濕地床層中初始濃度為20mg/L的含磷廢水自人工濕地進水口進入，依次流經活動填料區、固定填料區，最后從出水口出水，含磷廢水中磷的去除率達到99%以上。
[0027]實施例9:①填料預處理:將沸石放入球磨機中粉碎，粉碎后的粒徑20目，研磨后的沸石采用0.5 mol/L的鹽酸溶液浸泡，然后在磁力攪拌器上的強力攪拌時間2小時，靜置24小時后，在105°C下烘箱烘干。②鋯負載:再將預處理的沸石以固液比1:10的比例加入到20g/L的氧氯化鋯溶液中，在磁力攪拌器上強力攪拌12小時，然后在烘箱內105°C條件下烘干。③填料固化:將負載鋯后的沸石烘干后置于管式爐中焙燒，焙燒溫度500°C，焙燒時間3小時；焙燒時通入氮氣量為50ml/min。④將上述固化的載鋯沸石成品，填布在人工濕地床層中初始濃度為20mg/L的含磷廢水自人工濕地進水口進入，依次流經活動填料區、固定填料區，最后從出水口出水，含磷廢水中磷的去除率達到98%以上。
【權利要求】
1.一種提高人工濕地填料對水中磷去除效果的方法，其特征在于具體步驟如下: (1)填料預處理:將粉碎的沸石分散于蒸餾水中，用0.3-0.8 mol/L的鹽酸溶液浸泡，先將其放在磁力攪拌器上進行強力攪拌1-4小時，靜置12-36小時后進行固液分離；然后將沸石放在烘箱內烘干備用； (2)鋯負載:將預處理的沸石以固液比1:15-1:5的比例加入到10-30g/L的氧氯化鋯溶液，然后放在磁力攪拌器上強力攪拌6-18小時后固液分離，然后將沸石放在烘箱內烘干; (3)填料固化:將負載鋯后的沸石烘干后置于管式爐中焙燒，焙燒溫度為300-800°C，焙燒時間為1-3小時，焙燒過程中通入氮氣，氮氣通入量為30-80ml/min，即可得載鋯沸石成品； (4)將固化的載鋯沸石成品作為填料，按照粒徑分布填布在潛流人工濕地中； (5)含磷廢水自潛流人工濕地進水口進入，依次流經活動填料區、固定填料區，最后從出水口出水，含磷廢水得到凈化； (6)待填料吸附飽和后從吸附飽和填料出口卸下部分吸附飽和的填料，從活動填料區上部加入新填料。
2.根據權利要求1所述的提高人工濕地填料對水中磷去除效果的方法，其特征在于填料預處理前需將沸石放入球磨機中粉碎，研磨后的粒徑控制在5-50目。
3.根據權利要求1所述的提高人工濕地填料對水中磷去除效果的方法，其特征在于步驟(I)中所述鹽酸溶液的濃度為0.5-0.6 mol/L的浸泡。
4.根據權利要求1所述的提高人工濕地填料對水中磷去除效果的方法，其特征在于步驟(I)中所述沸石在磁力攪拌器上的強力攪拌時間為1.5-2.5小時；靜置時間為22-26小時；沸石在烘箱內烘干的溫度為100-110°C。
5.根據權利要求1所述的提高人工濕地填料對水中磷去除效果的方法，其特征在于步驟(2)中需將預處理的沸石以固液比1:12-1:9的比例加入氧氯化鋯溶液的濃度為15-25g/L，在磁力攪拌器上強力攪拌的時間為10-14小時，沸石在烘箱內烘干的溫度控制在 IOO-1IO0Co
6.根據權利要求1所述的提高人工濕地填料對水中磷去除效果的方法，其特征在于步驟(3)中所述焙燒溫度為450-550°C，焙燒時間為1.5-2.5小時，焙燒時通入氮氣，氮氣通入量為 45-55ml/min。
7.一種實施如權利要求1所述的提高人工濕地填料對水中磷去除效果方法的裝置，其特征在于包括活動填料區、固定填料區和潛流人工濕地，潛流人工濕地通過隔板分隔成若干活動填料區和固定填料區，活動填料區和固定填料區呈交替布置，且人工濕地中水流的方向為自下而上通過活動填料區、自上而下通過固定填料區；潛流人工濕地一側下部設有進水口，另一側上部設有出水口 ；活動填料區下部設置吸附飽和填料出口 ；固定填料區頂部種植蘆葦等濕地植物；活動填料區和填料區內填充的填料均為載鋯沸石成品。
【文檔編號】C02F3/34GK103723832SQ201310681065
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月16日 優先權日:2013年12月16日
【發明者】張繼彪, 欒曉男, 黃威, 鄭正 申請人:復旦大學