[发明专利]一种重金属防控系统以及采用其的重金属防控方法

权利要求书

1.一种重金属防控系统，该系统包括人工湿地(3)，人工湿地(3)中铺设有多层填料，通过使水体流经各层填料进行重金属脱除，该系统适用于极度缺水农田灌溉过程中的重金属防控；

人工湿地(3)由上至下铺设有四层填料：

第一层填料(13)为土壤和功能型生物炭的混合填料，混合重量比例为3:(6～8)，填料粒径为0.10-0.30cm；

第二层填料(14)为土壤、天然沸石、石灰石的混合填料，混合重量比例为1:(2～3):(0.5～1)，填料粒径为0.08-0.1cm；

第三层填料(15)为粉煤灰分子筛、弗洛里硅藻土和生物炭的混合填料，混合重量比例为1:(3～4):(1～1.5)，填料粒径为0.05-0.08cm；第三层填料(15)区域内投放聚磷菌，用于水体脱磷；

第四层填料(16)为鹅卵石、生物炭的混合填料，混合重量比例为1:(1～2)，填料粒径为0.30-0.50cm；第四层填料(16)区域内投放聚磷菌和反硝化菌，用于水体脱磷和脱氮；

第三层填料(15)与第四层填料(16)之间填充极性高聚物聚苯胺膜，使第四层填料(16)成缺氧或厌氧环境；

人工湿地(3)中纵向插有多根导气管(17)，导气管(17)壁上设置通气孔，该导气管(17)插入第一层填料(13)区域至第三层填料(15)区域范围内，使填料层内与填料层外进行气体交换；

在人工湿地(3)外围建造夹层墙体，用夹层墙体封闭人工湿地(3)四周，夹层墙体的内部中空，通过向其中装填发酵产热的有机物(12)采用发酵产热方式为人工湿地供热；

夹层墙体中发酵产热的有机物(12)的高度略高于人工湿地内第二层填料(14)的高度，不超过第一层填料(13)的高度；

其中，功能型生物炭是负载有过渡金属的生物炭。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，夹层墙体顶部开放或密闭。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，夹层墙体顶部密闭，在夹层墙体顶部开设排气管，将排气管连接至水槽使夹层墙体中热气通入至水槽，并传输该水槽中水体至人工湿地(3)，通过加热水槽中水的方式向人工湿地(3)提供热量。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，人工湿地(3)在沿其长度方向的两侧设置有布水管和收水管，布水管位于填料层中的顶部，收水管位于填料层中的底部，收水管穿过夹层墙体将水体输出人工湿地(3)；

布水管和收水管为DN100mm-DN120mm PVC管；布水管均匀布水，每隔10-20cm布一个孔，孔直径为1-3cm；收水管在沿人工湿地(3)的长度方向上对应中间段填料处设有收水孔，每隔5-10cm布一个收水孔，收水孔直径为1-3cm。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，收水管的出水口高于人工湿地(3)中填料层高度；

在冬季运行人工湿地(3)时，由收水管的出水口进水，漫过布水管1m高度时，停止收水管进水，使人工湿地(3)填料层外部形成0.4-0.6m冰层和空气层保温层；再由布水管输入待处理水体，进行水处理。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，第一层填料(13)中功能型生物炭以富集有重金属的湿地植物制备得到，制备方法包括以下步骤：

步骤1)，在高含量重金属培养液中培养湿地植物，培养液中含有氯化铜、氯化锌和氯化镍，其摩尔比为氯化铜：氯化锌：氯化镍＝32：9：9，得到富集铜、锌和镍的湿地植物；

步骤2)，破碎植物体，在惰性环境下于900-1600℃保持120min，200min内降低温度至20℃，进行碳化，得到活性炭；

步骤3)，用蒸馏水对活性炭进行清洗，至洗后水清亮，向洗后的活性炭中加入30-50％重量浓度的氯化锌至液面高过活性炭，搅拌，300W-700W微波辐射20～30min，25℃浸泡过夜，得到活化后活性炭；

步骤4)，将活化后活性炭烘干，在低温的环境下滴加10mmol/L～30mmol/L硼氢化钠溶液还原活性炭中金属离子至低价态，蒸馏水清洗活性炭后烘干，得到功能型生物炭。

7.一种重金属防控方法，通过权利要求1至6之一所述防控系统进行重金属防控。