人工湿地填料及其制备方法、以及人工湿地系统与流程

本发明涉及环境治理技术领域，特别涉及一种人工湿地填料及其制备方法、以及人工湿地系统。

背景技术：

人工湿地是通过人工模拟的方法所构造的湿地环境生态系统。人工湿地中的填料又称滤料、基质。湿地填料基质不仅为植物和微生物提供生长介质，还通过沉淀、过滤和吸附等作用直接去除污染物。

但是现有人工湿地填料的除污能力还有待提高。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提供一种人工湿地填料及其制备方法、以及人工湿地系统，以解决现有技术中存在的人工湿地填料的除污能力不足，还有待提高的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出的一种人工湿地填料的制备方法，包括：

以重量百分含量计，按照麦麸20％-30％，沸石粉40％-60％以及蛭石粉20％-30％的配比称取原料，充分混合后获得原料混合物；

在原料混合物中加入微生物菌液，混合均匀，干燥后获得微生物载体；其中微生物菌液占原料混合物的重量百分比为40％-60％；

将质量分数为6％的聚乙烯醇水溶液和环氧树脂按照1-2.5：1的比例混合均匀，获得粘接剂；

以重量百分含量计，按照微生物载体85％-95％和水泥5％-15％的比例，将两种物料混合均匀，获得中间混合物；

在中间混合物中加入粘结剂，混合均匀后制成颗粒，颗粒干燥后即可得到人工湿地填料；其中，粘接剂占中间混合物的重量百分比为40％-60％。

可选的，的麦麸、沸石粉、蛭石粉均为100-200目的粉末。

可选的，微生物菌液中的微生物为枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、脱氮副球菌、酵母菌、亚硝化单胞菌、硝化球菌和不动杆菌聚磷菌中的至少一种。

可选的，水泥为呈弱碱性的硅酸盐水泥。

第二方面，本发明还提供了一种人工湿地填料，采用上述的人工湿地填料的制备方法制得。

第三方面，本发明还提供了一种人工湿地系统，包括：

水池；

分隔墙，分隔墙设置于水池内，分隔墙的底端面与水池的池底壁之间存在间隙，以将水池划分为底部彼此连通的下行水池与上行水池；

其中，沿竖直向下方向，下行水池与上行水池均依次设置有水生植物层、活性污泥层、粗粒度好氧型人工湿地填料层、细粒度好氧型人工湿地填料层以及厌氧型人工湿地填料层。

可选的，粗粒度好氧型人工湿地填料层具有粒径为1-2cm好氧型人工湿地填料，好氧型人工湿地填料采用如权利要求1-4任一项的人工湿地填料的制备方法制得；

其中，好氧型人工湿地填料中的微生物包括枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、脱氮副球菌、酵母菌和不动杆菌聚磷菌的至少一种；和/或

细粒度好氧型人工湿地填料层具有粒径为0.5-1cm好氧型人工湿地填料，好氧型人工湿地填料采用如权利要求1-4任一项的人工湿地填料的制备方法制得；

其中，好氧型人工湿地填料中的微生物包括枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、脱氮副球菌、酵母菌和不动杆菌聚磷菌的至少一种。

可选的，厌氧型人工湿地填料层具有粒径为1-2cm的厌氧型人工湿地填料，厌氧型人工湿地填料采用如权利要求1-4任一项的人工湿地填料的制备方法制得；

其中，厌氧型人工湿地填料的微生物包括脱氮副球菌、亚硝化单胞菌、硝化球菌以及不动杆菌聚磷菌中的至少一种。

可选的，水池内还包括：

砾石层，砾石层设置于厌氧型人工湿地填料层靠近池底壁的一侧；以及

防渗层，防渗层设置于砾石层靠近池底壁的一侧。

本发明技术方案提供的人工湿地填料微生物、有机碳源麦麸、沸石粉和蛭石粉等多孔载体有机结合，制备好氧型和厌氧型人工湿地填料，解决有益微生物流失损耗和生物膜脱落导致的除污能力低、出水不达标的现象。人工湿地填料中含有的有机碳有能够长效释放，提供有机碳源，从而解决人工湿地处理污水中碳源不足的问题，大幅提高人工湿地系统的除污能力。

本发明技术方案提供的人工湿地系统基于好氧微生物和厌氧微生物备成好氧型人工湿地填料和厌氧型人工湿地填料，结合分隔墙体在人工湿地系统中形成好氧—厌氧—好氧梯度，既能够大幅度地提高人工湿地的净化能力，又能够防治微生物的流失，降低运行成本，提高人工湿地系统的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明人工湿地填料的制备方法的流程示意图；

图2为本发明人工湿地系统的结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

相关技术中，人工湿地尚存在一些问题，其一是碳源不足。人工湿地在深度处理污水厂二级出水时，由于污水有机物本底值低或大部分在前期被去除，导致人工湿地进水有机碳含量低，限制了人工湿地的脱氮效果，为了解决这个问题，目前主要是外加碳源，但是外加碳源投加难易均匀的分布在人工湿地中。其二是脱氮能力有限。生物脱氮技术首先将通过硝化菌的硝化作用将氨态氮转化成硝态氮，再通过反硝化作用将后者转变成氮气排入大气中，最终实现氮元素的循环和氨氮的无害化。但是潜流人工湿地很难保证硝化反硝化所需的好氧/缺氧交替的环境及反硝化所需碳源，导致长期运行的湿地氨氮去除率仅为35％或50％。具体而言，传统的生物脱氮技术中存在着如下问题：①因水体深度的不同溶解氧的浓度不均、而硝化(硝化过程为耗氧过程)细菌自身无法大量富集于水体表层，因而影响其生物活性；②因部分营养盐及碳源的短缺导致有效微生物在水体中无法存活或存活时间过短；③大量微生物因其自身重力所致，沉淀至水体底泥中，丧失其降解水体中溶解态氮元素的作用。其三是磷去除率随运行时间延长而下降的局限性。相关技术中广泛采用的砾石基质对磷的吸附饱和寿命较短，一般为2-3年。

因此，传统的人工湿地存在着有益微生物得不到生长优势、难维持较高的生物浓度、投资和运行费用较高及容易造成二次污染等诸多弊端。

为此，本发明实施例将麦麸作为有机载体，既能够缓慢为微生物提供有机碳源，又能够作为微生物附着的载体，且与多孔材料沸石粉和蛭石粉复配使用，能够大幅提高微生物的附着率，增加微生物的数量。此外，多孔材料沸石粉和蛭石粉对有机物的吸附也能够提高微生物的降解效率。从而发明实施例提供的人工湿地填料能够缓慢地释放碳源、且对磷有很强的吸附作用，脱氮除磷效率高，进而大幅提高人工湿地系统的除污能力，实现高效脱氮除磷。

下面结合一些具体实施例进一步阐述本发明实施例的具体构思。

本发明实施例中，提供了一种人工湿地填料的制备方法。参阅图1，图1示出了本发明实施例的流程示意图。

本实施例中，人工湿地填料的制备方法包括以下步骤：

步骤s100，以重量百分含量计，按照麦麸20％-30％，沸石粉40％-60％以及蛭石粉20％-30％的配比称取原料，充分混合后获得原料混合物。

其中，麦麸、沸石粉、蛭石粉均为100-200目的粉末。

步骤s200，在原料混合物中加入微生物菌液，混合均匀，干燥后获得微生物载体；其中微生物菌液占原料混合物的重量百分比为40％-60％。

该步骤中，可在原料混合物中加入微生物菌液，混合均匀后，置于45℃条件下干燥，从而获得微生物载体。微生物菌液中的微生物为枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、脱氮副球菌、酵母菌、亚硝化单胞菌、硝化球菌、不动杆菌聚磷菌中的几种或一种。

本实施例中，微生物、有机碳源麦麸、沸石粉和蛭石粉等多孔载体有机结合，制备出微生物载体，从而解决有益微生物流失损耗和生物膜脱落导致的除污能力低、出水不达标的现象。且人工湿地填料中含有的有机碳有能够长效释放，提供有机碳源，从而解决人工湿地处理污水中碳源不足的问题，大幅提高人工湿地系统的除污能力。

步骤s300，将质量分数为6％的聚乙烯醇水溶液和环氧树脂按照1-2.5：1的比例混合均匀，获得粘接剂。

该步骤为粘接剂的制备步骤，将聚乙烯醇放入热水中充分搅拌配置成质量分数为6％的水溶液，将配制的6％的聚乙烯醇水溶液和环氧树脂按照1-2.5：1的比例混合均匀，获得粘接剂。其中，热水可以是指70～80℃的水。

本实施例中，聚乙烯醇和环氧树脂复配使用，解决了现有技术中聚乙烯醇释放的问题，大幅延长了聚乙烯醇作为粘结剂的使用寿命。

步骤s400，以重量百分含量计，按照微生物载体85％-95％和水泥5％-15％的比例，将两种物料混合均匀，获得中间混合物。

其中，水泥为呈弱碱性的硅酸盐水泥。

步骤s500，在中间混合物中加入粘结剂，混合均匀后制成颗粒，颗粒干燥后即可得到人工湿地填料；其中，粘接剂占中间混合物的重量百分比为40％-60％。

该步骤为人工湿地填料的制备步骤，可在中间混合物中加入粘结剂，混合均匀后投入到造粒机中，制成直径0.5-2cm的人工湿地填料，室温下，干燥10-20h即可得到富含大量有益微生物的人工湿地填料。

下面结合示出一些人工湿地填料制备的具体实施例。

实施例1

本实施例中，包括以下步骤：

步骤s101，以重量百分含量计，按照麦麸30％，沸石粉40％以及蛭石粉30％的配比称取原料，充分混合后获得原料混合物。

步骤s102，在原料混合物中加入枯草芽孢杆菌与地衣芽孢杆菌的菌液，混合均匀，置于45℃条件下干燥，获得微生物载体；其中枯草芽孢杆菌与地衣芽孢杆菌的菌液占原料混合物的重量百分比为40％。

步骤s103，将质量分数为6％的聚乙烯醇水溶液和环氧树脂按照1：1的比例混合均匀，获得粘接剂。

步骤s104，以重量百分含量计，按照微生物载体85％和弱碱性的硅酸盐水泥15％的比例，将两种物料混合均匀，获得中间混合物。

步骤s105，在中间混合物中加入粘结剂，混合均匀后投入到造粒机中，制成直径0.5-1cm的颗粒，颗粒干燥后即可得到人工湿地填料；其中，粘接剂占中间混合物的重量百分比为60％。

本实施例中，可以制备得到细粒度好氧型人工湿地填料。

实施例2

本实施例中，包括以下步骤：

步骤s101，以重量百分含量计，按照麦麸25％，沸石粉50％以及蛭石粉25％的配比称取原料，充分混合后获得原料混合物。

步骤s102，在原料混合物中加入解淀粉芽孢杆菌、脱氮副球菌的菌液，混合均匀，置于45℃条件下干燥，获得微生物载体；其中枯草芽孢杆菌与地衣芽孢杆菌的菌液占原料混合物的重量百分比为50％。

步骤s103，将质量分数为6％的聚乙烯醇水溶液和环氧树脂按照2.5：1的比例混合均匀，获得粘接剂。

步骤s104，以重量百分含量计，按照微生物载体95％和弱碱性的硅酸盐水泥5％的比例，将两种物料混合均匀，获得中间混合物。

步骤s105，在中间混合物中加入粘结剂，混合均匀后投入到造粒机中，制成直径1-2cm的颗粒，颗粒干燥后即可得到人工湿地填料；其中，粘接剂占中间混合物的重量百分比为40％。

本实施例中，可以制备得到粗粒度好氧型人工湿地填料。

实施例3

本实施例中，包括以下步骤：

步骤s101，以重量百分含量计，按照麦麸20％，沸石粉60％以及蛭石粉20％的配比称取原料，充分混合后获得原料混合物。

步骤s102，在原料混合物中加入脱氮副球菌、亚硝化单胞菌以及硝化球菌的菌液，混合均匀，置于45℃条件下干燥，获得微生物载体；其中枯草芽孢杆菌与地衣芽孢杆菌的菌液占原料混合物的重量百分比为50％。

步骤s103，将质量分数为6％的聚乙烯醇水溶液和环氧树脂按照1.5：1的比例混合均匀，获得粘接剂。

步骤s104，以重量百分含量计，按照微生物载体95％和弱碱性的硅酸盐水泥5％的比例，将两种物料混合均匀，获得中间混合物。

步骤s105，在中间混合物中加入粘结剂，混合均匀后投入到造粒机中，制成直径1-2cm的颗粒，颗粒干燥后即可得到人工湿地填料；其中，粘接剂占中间混合物的重量百分比为50％。

本实施例中，可以制备得到厌氧型人工湿地填料。

本发明实施例提供的人工湿地填料，采用上述的人工湿地填料的制备方法制得，如上述的厌氧型人工湿地填料、粗粒度好氧型人工湿地填料以及细粒度好氧型人工湿地填料。本实施例提供的人工湿地填料的微生物载体中，微生物、有机碳源、多孔载体有机结合，制备好氧型和厌氧型人工湿地填料，解决有益微生物流失损耗和生物膜脱落导致的除污能力低、出水不达标的现象。人工湿地填料中含有的有机碳有能够长效释放，提供有机碳源，从而解决人工湿地处理污水中碳源不足的问题，大幅提高人工湿地系统的除污能力。

此外，人工湿地填料的粘接剂中，聚乙烯醇和环氧树脂复配使用，解决了现有技术中聚乙烯醇释放的问题，大幅延长了聚乙烯醇作为粘结剂的使用寿命。

进一步的，参阅图2，本发明还提供了一种人工湿地系统。该人工湿地系统具有上述的人工湿地填料，该人工湿地填料的具体结构参照上述实施例，由于本人工湿地系统采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

其中，人工湿地系统包括水池100、分隔墙200以及水生植物层510、活性污泥层520、粗粒度好氧型人工湿地填料层530、细粒度好氧型人工湿地填料层540、厌氧型人工湿地填料层550。

其中，水池100为构建的人工湿地。下文以垂直流人工湿地进行具体说明。根据本实施例公开的内容，本领域技术人员容易想到该人工湿地为自由水面人工湿地或者人工潜流湿地时的具体结构，本实施例对此并不限制。

水池100内具有分隔墙200，分隔墙200的底端面与水池100的池底壁之间存在间隙，以将水池划分为底部彼此连通的下行水池110与上行水池120。具体而言，本实施例中，水池110连接有进水管300与出水管400，或者水池的侧壁上开设有进水口与出水口。进水管300或者进水口与下行水池120连通，出水管400或者出水口与上行水池120连通。从而输送至该人工湿地的水流首先进入到下行水池110内，然后水流向下流动，然后通过分隔墙200与池底壁之间的间隙进入到上行水池120内，水流向上流动，最后通过出水管400或者出水口流出。

本实施例中，参阅图2，沿竖直向下方向，下行水池110与上行水池120均依次设置有水生植物层510、活性污泥层520、粗粒度好氧型人工湿地填料层530、细粒度好氧型人工湿地填料层540、厌氧型人工湿地填料层550。

具体而言，本实施例提供的人工湿地中，在竖直面从上至下方向上，水池内依次铺设有厌氧型人工湿地填料层550、细粒度好氧型人工湿地填料层540、粗粒度好氧型人工湿地填料层530以及活性污泥层520，分隔墙200的墙体从上至下贯穿活性污泥层520、粗粒度好氧型人工湿地填料层530、细粒度好氧型人工湿地填料层540以及厌氧型人工湿地填料层550，从而形成上行水池110与下行水池120。此外，本实施例的人工湿地系统中在活性污泥层520上种植有水生植物，从而形成水生植物层510。

在本实施例中，水池内具有下行水池110与上行水池120，且采用微生物菌剂制备的多种人工湿地填料，从而构建出好氧—厌氧—好氧循环的人工湿地系统，实现人工湿地系统全生命周期的脱氮除磷，既能够大幅度的提高人工湿地的净化能力，又能够防治微生物的流失，降低运行成本，提高人工湿地系统的使用寿命。

本发明实施例在人工湿地系统中，使用富含大量好氧微生物和厌氧微生物制备的人工湿地填料，防止出现有益微生物或生物膜脱落导致的除污能力低、出水不达标的现象。人工湿地填料中含有的有机碳有能够长效释放，提供有机碳源，从而解决人工湿地处理污水中碳源不足的问题，填料中的好氧反硝化菌剂、厌氧反硝化菌剂和聚磷菌剂能够在人工湿地的整个运行周期中高效脱氮除磷，大幅提高人工湿地系统的除污能力，显著降低污水运行的处理成本，实现经济效益和环境效益的统一。本发明提供的人工湿地通过下行水池与上行水池构建出好氧-厌氧-好氧人工湿地处理工艺，脱氮除磷效率高、吸附能力强、兼具好氧反硝化和厌氧反硝化的能力，对磷有很强的吸附作用。

在一些实施例中，粗粒度好氧型人工湿地填料层530具有粒径为1-2cm好氧型人工湿地填料，好氧型人工湿地填料采用上述的人工湿地填料的制备方法制得；

其中，好氧型人工湿地填料中的微生物包括枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、脱氮副球菌、酵母菌和不动杆菌聚磷菌的至少一种。

在一些实施例中，细粒度好氧型人工湿地填料层540具有粒径为0.5-1cm好氧型人工湿地填料，好氧型人工湿地填料采用上述的人工湿地填料的制备方法制得；

其中，好氧型人工湿地填料中的微生物包括枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、脱氮副球菌、酵母菌和不动杆菌聚磷菌的至少一种。

在一些实施例中，厌氧型人工湿地填料层550具有粒径为1-2cm的厌氧型人工湿地填料，厌氧型人工湿地填料采用上的人工湿地填料的制备方法制得；

其中，厌氧型人工湿地填料的微生物包括脱氮副球菌、亚硝化单胞菌、硝化球菌以及不动杆菌聚磷菌中的至少一种。

在一些实施例中，水池内还包括：

砾石层560，砾石层560设置于厌氧型人工湿地填料层550靠近池底壁的一侧；以及

防渗层570，防渗层570设置于砾石层560靠近池底壁的一侧。

本实施例中，为了支撑分隔墙体以及上述的厌氧型人工湿地填料层、细粒度好氧型人工湿地填料层、粗粒度好氧型人工湿地填料层，在分隔墙体下方铺设有一层砾石层，且砾石层还作为透水层使用，从而使得下行水池的水流可以流入到上行水池中。砾石层可以采用2-4cm的砾石铺设。防渗层可采用防渗膜或复合土工膜来进行防渗处理，从而避免水池内的水渗出。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。