[发明专利]一种人工湿地系统的构建方法

说明书

本发明提供一种人工湿地系统的构建方法，其包括在垂直潜流的人工湿地系统中，设置湿地植物和填料基质，所述填料基质中分层添加铁碳微电解填料和沸石填料。本发明以铁碳微电解填料联合沸石填料，显著提高了人工湿地系统对含氮污染物的净化效果，明显减少了甲烷及氧化亚氮的排放。

技术领域

本发明属于环保技术领域，具体地说，涉及一种人工湿地系统的构建方法。

背景技术

自20世纪60年代，国外学者便开始研究微电解技术在水处理中的应用，20世纪80年代铁碳微电解处理废水的方法在中国逐渐得到应用。铁碳微电解技术又称内电解、铁碳法、铁还原、零价铁法等。将铁碳微电解系统运用于人工湿地系统是一种化学耦合生物法去除废水中有机污染物的过程。当铁和活性炭进入水中时，活性炭和铁屑之间存在客观电位差(1.2V)，铁的电位较低，作为阳极，碳具有高电位，作为阴极，彼此相互作用，自发形成大量的微观原电池。利用阳极产生的电子，NO₃^-/NO₂^-将通过化学过程被直接还原为N₂；同时，铁碳微电解填料还为微生物的异养反硝化作用提供了碳源，进一步促进反硝化过程完全进行；另外，铁碳微电解填料产生[H]或Fe²⁺，可以作为电子供体用于微生物的自养反硝化过程。

沸石作为自然界中最常见的一种硅酸盐矿物，也逐渐作为湿地填料被用于污水处理的过程中。以硅和铝为中心，氧原子分布在四周形成的三维硅氧四面体和铝氧八面体是构成沸石的基本结构单元。其中，由于铝氧八面体结构整体带有负电荷，沸石骨架中通常存在大量正电离子。而对沸石的依附能力更强的NH₄⁺，能够通过离子交换作用置换出依附能力弱的离子(如Na⁺、K⁺和Ca²⁺等金属离子)。

尽管铁碳微电解填料和沸石都对污水具有良好的处理效果，但是将两者组合作为人工湿地填料处理污水的研究尚不多见。而由于传统人工湿地系统中碳源和溶解氧的匮乏，其对污水中总氮的去除效果仍然十分有限，将上述两株填料组合运用于曝气人工湿地的研究更是鲜有报道。因此，通过改变湿地基质以对人工湿地进行优化设计，实现最佳污水处理效果具有重要意义。

此外，尽管铁碳微电解和沸石在理论上都对减少温室气体排放具有一定的潜力，目前对二者的研究仍主要集中于污水控制方面，碳微电解和沸石对人工湿地温室气体排放影响的研究较为有限。而湿地对温室气体的排放量占据全球总排放量的20％～30％，规模化人工湿地工程具有一定的温室气体释放风险，总体表现为N₂O和CH₄的主要释放源。基于此，如果不对人工湿地温室气体的排放进行有效地控制，人工湿地的综合治理效果将会大打折扣。

发明内容

为了解决至少一个上述的技术问题，本发明提供了一种人工湿地系统的构建方法。

该人工湿地系统以铁碳微电解填料和沸石填料为组合填料，优化了人工湿地系统的性能，提升了水质净化效果的同时实现温室气体减排的目标。

一种人工湿地系统的构建方法，其特征在于，在垂直潜流的人工湿地系统中，设置湿地植物和填料基质，所述填料基质中分层添加铁碳微电解填料和沸石填料。

进一步地，作为一种方式，在所述人工湿地系统中进行间歇曝气。

优选地，作为一种方式，所述铁碳微电解填料和沸石填料的体积比为2:3。

作为一种方式，所述沸石填料分两层设置，所述铁碳微电解填料为一层且设置于两层沸石填料之间。

作为一种方式，所述湿地植物为菖蒲，种植密度为30株·m^-2。

作为一种方式，所述人工湿地系统的进出液方向为垂直流方向，液面比填料基质的表面低5cm。