[发明专利]废水处理基质和水体处理装置与废水处理方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种废水处理基质，一种水体处理装置，一种废水处理方法，以及所述废水处理基质、水体处理装置和废水处理方法在建造人工湿地中的应用。

背景技术

人类生产和生活过程中会产生大量的废水，如何将废水进行净化处理，减少其中各种污染物和悬浮物，改善水质，维持自然水体的环境质量与生态平衡一直是环境科学工作者研究的热点。

用于水体处理与水质净化的方法和设备有很多种，人工湿地是最接近自然、没有二次污染、规模可大可小的生态净化方法，即利用自然生态系统中的物理、化学和生物的三重作用，包括沉淀、吸附、过滤、分解、离子交换、硝化和反硝化、微生物的代谢活动与植物的生长等过程，实现对污水的净化。人工湿地的净化效果受基质种类、基质内部环境、水力负荷以及水力停留时间直接影响。尽管国内外环保工作者都很关注人工湿地在废水净化方面的研究，但国外学者的工作关于人工湿地去除污染物分析方面的研究，一般应用于分析结构复杂的系统，或者是在某一具体处理单元上所建立起来的，地域限制性很大(如气候、水文条件等等)，限制条件较多而缺少实用性；我国的人工湿地基质主要运用土壤、砂和砾石，以及火山岩、陶粒和轻质膨胀性粘土产品等，可以处理普通的生活污水，但对于高COD的养殖废水，运行一段时间后，处理效果明显降低，而且有些基质的造价比较高，频繁更换基质的运行成本比更高，所以很缺乏效果显著而运行稳定的成套基质系统。

对于畜禽养殖废水来说，其显著特点是COD含量高，有毒物质极少，污染物质比较单一，所以非常适合应用人工湿地净化水体，选择合适的基质及其配比是实现净化水体的关键所在。对于一个湿地系统来说，基质为微生物的生长创造了一个稳定的生存环境和化学反应场所，所以合理的选用基质对人工湿地来说变得尤为重要。目前对基质的运用一般只是在实验室对基质吸附机理进行研究，目标水体一般都是配制的单一水体，而没有正的运用到实际养殖场。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够有效去除水体中化学需氧量、总氮、总磷，降低废水浊度的处理基质。

本发明提供一种废水处理基质，其特征在于，所述基质含有活性炭和炉渣，以所述基质的总量为基准，所述活性炭的含量为10-40重量％，所述炉渣的含量为60-90重量％，以炉渣的总量为基准，所述炉渣含有15-70重量％的SiO₂、3-30重量％的Fe₂O₃、10-40重量％的Al₂O₃、0.5-45重量％的CaO、0.2-5重量％的MgO、0.1-5重量％的K₂O和8-35重量％的C。

本发明提供了一种水体处理装置，其特征在于，该水体处理装置包括两端开口的不透水性壳体以及填充在该不透水性壳体内的第一沙石层、废水处理基质和第二沙石层，所述废水处理基质位于第一沙石层和第二沙石层之间，且所述第一沙石层、废水处理基质和第二沙石层的厚度比为1∶3-50∶0.5-5；所述第一沙石层和第二沙石层均包括大石子层、小石子层和细沙层，所述第一沙石层和第二沙石层中的大石子层、小石子层和细沙层按照与废水处理基质的距离由远到近的顺序依次分布；所述废水处理基质为本发明提供的上述废水处理基质。

本发明还提供了一种废水处理方法，其特征在于，该方法包括使废水依次通过上述的水体处理装置的第一沙石层、废水处理基质和第二沙石层。

此外，本发明还提供了所述废水处理基质、水体处理装置和废水处理方法在建造人工湿地中的应用。

根据本发明的水体处理装置对畜禽养殖废水进行处理，相比于现有技术常用的火山岩和陶粒作为基质的垂直流湿地，水体中的化学需氧量、浊度、总氮和总磷均有较为明显的下降，尤其是对于化学需氧量和以铵态氮形式存在的氮元素的去除效果极为显著，测试例1利用实施例1中建造的使用本发明的废水处理基质的垂直流人工湿地模型来处理畜禽养殖废水，其化学需氧量的最大去除率为93.2％，而测试对比例1和2中分别利用对比例1和2中建造的使用陶粒和火山岩的垂直流人工湿地模型来处理畜禽养殖废水，其化学需氧量的最大去除率分别仅为53.5％和58.6％；用M1处理畜禽养殖废水，其铵态氮的最大去除率为61.4％，测试对比例2中，铵态氮的最大去除率为28.7％，而测试对比例1中铵态氮的最大去除率则更低，仅为8.1％。

此外，通过本发明的测试例4和测试对比例3-4可以看出，利用实施例1中建造的使用本发明的废水处理基质的垂直流人工湿地模型来处理畜禽养殖废水有较强的、可持续的处理废水，尤其是畜禽养殖废水的能力。