[发明专利]一种以海蛎壳-废砖块-沸石为复合填料的人工湿地系统

说明书

技术领域

本发明专利涉及一种以海蛎壳-废砖块-沸石为复合填料的人工湿地污水处理系统。属于水污染控制领域。

背景技术

人工湿地污水处理系统是20世纪70年代发展起来的一种污水处理技术，因具有处理效果好、建设和运行费用低、易于维护管理等优点而受到世界各国的普遍重视，成为近年来发展较快的一种污水处理新技术。人工湿地污水处理系统作为一种新型的污染水体生态修复技术，目前在各类污染水体（富营养化水体、垃圾渗滤液、畜禽养殖废水、食品废水等）治理中得到了广泛应用。

人工湿地主要由填料、植物、微生物三部分组成。其中填料是人工湿地的重要组成部分，为湿地植物、微生物提供了生长环境，其自身也参与了污水净化的物理化学过程，特别是对污水中磷素的去除发挥着重要作用。根据Liebig最小定律，磷素被视为是水体富营养化的主要诱导因素之一，所以人工湿地污水处理系统中填料的选择，直接决定了系统的除磷效率，从而影响系统对污染水体的修复效果，因而具有十分重要的意义。

目前人工湿地填料多以传统的土壤、砂、砾石等为主，但由于这些材料吸附性能较差，人工湿地在运行一段时间后，填料对磷的吸附逐渐达到饱和，其去除率开始下降。有时甚至出现填料中磷素解析的现象，进而影响整个人工湿地系统的持续稳定的处理效果。目前在实验室和小试研究中，很多高效人工吸附填料如陶粒、改性沸石、活性炭等被用来替代传统的人工湿地填料进行净化实验，并取得了较好的处理效果，但是由于这些填料的成本较高，很难在实际工程中进行大面积的推广和应用。

海蛎壳与废砖块分别是中国东南沿海水产养殖与城市化建设的副产物。近年来，随着福建沿海水产养殖场中海蛎“吊养”技术的推广和市场需求的扩大，海蛎生产、加工能力和规模大幅度提高，海蛎生产加工产生、累积了大量的废弃物-海蛎壳，成为福建沿海乡村新的污染源之一，造成了很大的危害；同时，随着中国城市化进程的加快，城市建设大规模开展，建筑垃圾（包括大量废砖块）排放量剧增，已占到城市垃圾总量的30%以上。绝大部分建筑垃圾未经任何处理便被运往郊外露天堆放或填埋，加剧了环境污染。由于上述两种材料排放量大、有效利用率不高，而且传统利用方式附加值也较低，所以急需开辟新的利用途径。

因此，在实验室条件下分别对上述2种材料和4种被广泛应用的人工湿地填料进行了吸附性能比较试验，研究发现6种填料吸磷能力依次为：海蛎壳＞废砖块＞火山岩＞膨胀蛭石＞沸石＞砾石，其中海蛎壳对磷素的理论饱和吸附量为32.20 g·kg^-1，远远大于其他材料，废砖块对磷素的理论饱和吸附量为0.60 g·kg^-1，也表现出较好的除磷能力，这主要是由于海蛎壳和废砖块中含有较高含量的钙、铝和铁元素；而6种材料的氨氮吸附能力依次为：沸石＞海蛎壳＞废砖块＞火山岩＞膨胀蛭石＞砾石，其中沸石、海蛎壳和废砖块对氨氮的理论饱和吸附量分别为11.63 g·kg^-1、0.42 g·kg^-1和0.21 g·kg^-1，三者均具有较强的氨氮吸附能力。另外，分别对6种填料的物理化学性质及组成也进行了分析，研究发现海蛎壳、废砖块和沸石易于微生物生长附着，水力特性良好，是较适合的人工湿地构建填料。近年来，国外已开始将海蛎壳作为人工湿地填料进行污水处理研究，并取得了较好的研究成果。但是由于海蛎壳的碱性较强（pH=9-10），完全将海蛎壳作为人工湿地填料会导致系统出水pH值升高，而且会抑制湿地系统当中植物和微生物的生长。为克服这一缺陷，在人工湿地的构建过程中，海蛎壳、废砖块（pH=7-8）和沸石（pH=5-6）被创新性的进行混合填充，使复合填料易于微生物附着生长并同时具有较强的氮磷吸附能力，同时在人工湿地流态和湿地植物选择上进行优化调整，这样不但可以保证一个稳定的人工湿地生态系统和持续高效的净化效果，还可以大大降低人工湿地的构建成本。

发明内容

本发明专利的目的在于提供一种低成本、低能耗、不易堵塞、脱氮除磷效率高、占地面积小、结构简单、运行管理方便的以海蛎壳、废砖块和沸石为复合填料的人工湿地系统。