一种强化人工湿地污水处理效果的系统的制作方法

本发明涉及一种人工湿地污水处理系统，特别是涉及一种强化人工湿地污水处理效果的系统。

背景技术：

目前，人工湿地是模拟天然湿地建造的一种处理污水的湿地生态系统，是一种不断改进和完善的污水处理技术。人工湿地处理污水的基本原理是：在一定的基质上种植耐污性强的净水植物，当污水流过时，经过基质、植物及微生物等一系列的物理、化学及生物反应，使污染物浓度降低，水质净化后排放。

人工湿地污水处理系统在我国已经得到广泛应用。但目前人工湿地仍然存在着一些问题在制约着人工湿地的应用：首先，人工湿地处理污水的效率有待进一步提高，这也是目前该领域内广大科研工作者重点研究的内容；其次，人工湿地基质吸纳了众多污染物，在一段时间后，其吸纳污染物的能力会大大降低，影响人工湿地处理污水的效率，甚至成为人工湿地的内源污染，这是人工湿地在运行一段时间后污水处理效率显著降低的关键因素；再次，湿地植物在生长过程中，通过光合作用等生化过程吸收氮气、二氧化碳等气体合成有机质，同时也吸收了污水中的重金属等污染物，在其成熟后，如果不收割将会变成人工湿地的内源污染，如果收割后处置不当也会引发二次污染；最后，在冬季湿地植物枯萎后，其吸收降解污染物的作用消失，湿地处理污水的效率也随之降低。

随着科技的发展，科研人员成功地利用生物质材料缺氧热解制备了具有高效吸附效率的生物炭，其吸附能力是活性炭的2～3倍。应用于污染水体的修复即解决了水体污染问题，又实现了生物质的资源化利用，这为上述人工湿地问题提供了解决的可能。但目前仍未见到有较好解决上述问题的技术。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种强化人工湿地污水处理效果的系统。

为了实现以上目的，本发明提供的一种强化人工湿地污水处理效果的系统，包括进水系统、进水口生物炭过滤池、湿地基质、湿地植物、出水系统及人工湿地，所述生物炭过滤池内填充有所述活化生物炭，所述湿地植物种植在所述湿地基质上，所述湿地基质由人工湿地基质和活化生物炭组成；

其中，所述活化生物炭的制备过程为：

1)将成熟的所述湿地植物收割，然后将收割后的所述湿地植物依次进行干燥和粉碎；

2)将所述人工湿地基质依次进行干燥和粉碎；

3)将粉碎后的所述湿地植物和所述人工湿地基质按质量比3～5:1的比例充分混合，得到混合物；

4)将所述混合物在缺氧条件下高温热解得到生物炭；

5)将所述生物炭经过酸活化得到所述活化生物炭。

在上述方案中，粉碎后的所述湿地植物和所述人工湿地基质的粒径均小于1mm。

在上述方案中，所述高温热解的温度为400～600℃，时间为1～2h。

在上述方案中，将所述生物炭经过酸活化得到所述活化生物炭的具体步骤为：将所述生物炭依次用浓度为0.5mol/L的盐酸溶液及水洗涤得到所述活化生物炭。

在上述方案中，所述生物炭过滤池的纵截面面积为所述进水系统的纵截面面积的5～30倍，厚度为0.5～1.0m。

在上述方案中，所述生物炭过滤池的上部设有用于抗高负荷冲击的溢水口。

在上述方案中，向所述人工湿地基质中抛洒所述活化生物炭即得所述湿地基质，其中，0～30cm深处的所述湿地基质中的所述活化生物炭与所述人工湿地基质的干重比为1:5～20。30cm深处以下的所述湿地基质不含所述活化生物炭。制备活化生物炭时，可直接采集人工湿地内的湿地基质，但每次采集湿地基质的面积不能超过总面积的30％。

在上述方案中，所述湿地植物为耐污性强的净水植物，其收割周期为一年。所述湿地植物具体可为芦苇、美人蕉等。

在上述方案中，所述生物炭过滤池内的所述活化生物炭的更换周期为半年。被替换的活化生物炭可以作为原料重新制备新的活化生物炭。

在上述方案中，如果原料中的湿地植物数量不够时，可以用农业秸秆、畜禽粪便等有机废物代替。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

1、通过将人工湿地基质和湿地植物混合后制成活化生物炭，避免了湿地基质和湿地植物成为人工湿地的内源污染；

2、生物炭作为高性能吸附材料在经过酸洗活化后，其吸附性能进一步增强，而且本身附着的可溶性污染物得以去除；

3、活化生物炭投加到生物炭过滤池可以较好的过滤、吸附、固定污染物；

4、活化生物炭投加到湿地基质中可以吸附、固定污染物；

5、本系统还解决了湿地在运行一段时间后及冬季污水处理效率降低的问题，同时实现了湿地基质及湿地植物的资源化及循环利用，还实现了人工湿地的可持续运行。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中，进水系统1，生物炭过滤池2，湿地基质3，湿地植物4，出水系统5，活化生物炭6，溢水口7，人工湿地8。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。

实施例：

参见图1，本实施例提供了一种强化人工湿地污水处理效果的系统，首先，构建两个5*20m普通人工湿地。将其中一个人工湿地改造为本发明的人工湿地：其中生物炭过滤池2的纵截面面积为所述进水系统1的纵截面面积的10倍，厚度为0.5m，其中的活化生物炭6每半年更换一次；首批制备活化生物炭6的湿地植物4原料用稻草代替，其中首批人工湿地基质为不含活化生物碳的普通湿地基质，之后是将干燥粉碎后的湿地植物4和湿地基质3(直接从人工湿地8内采集)按照质量(干重)比4:1的比例混合制备活化生物炭6；湿地植物4为芦苇，每年生长成熟后收割；湿地基质3中活化生物炭6的干重含量为10％，每次采集湿地基质3作为原料的面积为总面积的20％；其中，热解温度为450℃，热解时间为1h，然后用0.5mol/L的盐酸溶液及清水洗涤，得到活化生物炭6。另一个人工湿地为普通对照湿地。

上述两个人工湿地系统于2月初基本构建完成，2月底栽种芦苇，3月中旬开始引入生活污水，然后分别于当年6月份及12月份、次年6月份及12月份测定两个人工湿地对生活污水中氨氮、总氮、总磷、悬浮物、COD_Cr及BOD₅的去除率。其结果如表1所示。

表1本发明及对照人工湿地对生活污水污染物的去除效率(％)

通过上述实施例对比可以发现，本发明通过将成熟的湿地植物4收割后与湿地基质3混合制备活化生物炭6，并投加到新的基质，同时在进水口增设生物炭过滤池2，避免了湿地基质3和湿地植物4成为人工湿地的内源污染，并利用活化生物炭6过滤、吸附、固定污染物，显著提高了人工湿地处理污水的效率。本发明的人工湿地系统及方法还解决了湿地在运行一段时间后及冬季污水处理效率降低的问题，同时实现了湿地基质及湿地植物的资源化及循环利用，还实现了人工湿地的可持续运行。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。