[發明專利]一種人工濕地系統的構建方法

在審

• 申請號: 202011291509.8
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN113307371A
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 江長勝;趙仲婧;郝慶菊;陳世杰;張堯鈺
• 申請（專利權）人: 西南大學
• 主分類號: C02F3/32
• 分類號: C02F3/32;C02F3/00
• 代理公司: 重慶宏知億知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 50260
• 代理人: 梁山丹

本發明提供一種人工濕地系統的構建方法，其包括在垂直潛流的人工濕地系統中，設置濕地植物和填料基質，所述填料基質中分層添加鐵碳微電解填料和沸石填料。本發明以鐵碳微電解填料聯合沸石填料，顯著提高了人工濕地系統對含氮污染物的凈化效果，明顯減少了甲烷及氧化亞氮的排放。

技術領域

本發明屬于環保技術領域，具體地說，涉及一種人工濕地系統的構建方法。

背景技術

自20世紀60年代，國外學者便開始研究微電解技術在水處理中的應用，20世紀80年代鐵碳微電解處理廢水的方法在中國逐漸得到應用。鐵碳微電解技術又稱內電解、鐵碳法、鐵還原、零價鐵法等。將鐵碳微電解系統運用于人工濕地系統是一種化學耦合生物法去除廢水中有機污染物的過程。當鐵和活性炭進入水中時，活性炭和鐵屑之間存在客觀電位差(1.2V)，鐵的電位較低，作為陽極，碳具有高電位，作為陰極，彼此相互作用，自發形成大量的微觀原電池。利用陽極產生的電子，NO₃^-/NO₂^-將通過化學過程被直接還原為N₂；同時，鐵碳微電解填料還為微生物的異養反硝化作用提供了碳源，進一步促進反硝化過程完全進行；另外，鐵碳微電解填料產生[H]或Fe²⁺，可以作為電子供體用于微生物的自養反硝化過程。

沸石作為自然界中最常見的一種硅酸鹽礦物，也逐漸作為濕地填料被用于污水處理的過程中。以硅和鋁為中心，氧原子分布在四周形成的三維硅氧四面體和鋁氧八面體是構成沸石的基本結構單元。其中，由于鋁氧八面體結構整體帶有負電荷，沸石骨架中通常存在大量正電離子。而對沸石的依附能力更強的NH₄⁺，能夠通過離子交換作用置換出依附能力弱的離子(如Na⁺、K⁺和Ca²⁺等金屬離子)。

盡管鐵碳微電解填料和沸石都對污水具有良好的處理效果，但是將兩者組合作為人工濕地填料處理污水的研究尚不多見。而由于傳統人工濕地系統中碳源和溶解氧的匱乏，其對污水中總氮的去除效果仍然十分有限，將上述兩株填料組合運用于曝氣人工濕地的研究更是鮮有報道。因此，通過改變濕地基質以對人工濕地進行優化設計，實現最佳污水處理效果具有重要意義。

此外，盡管鐵碳微電解和沸石在理論上都對減少溫室氣體排放具有一定的潛力，目前對二者的研究仍主要集中于污水控制方面，碳微電解和沸石對人工濕地溫室氣體排放影響的研究較為有限。而濕地對溫室氣體的排放量占據全球總排放量的20％～30％，規模化人工濕地工程具有一定的溫室氣體釋放風險，總體表現為N₂O和CH₄的主要釋放源。基于此，如果不對人工濕地溫室氣體的排放進行有效地控制，人工濕地的綜合治理效果將會大打折扣。

發明內容

為了解決至少一個上述的技術問題，本發明提供了一種人工濕地系統的構建方法。

該人工濕地系統以鐵碳微電解填料和沸石填料為組合填料，優化了人工濕地系統的性能，提升了水質凈化效果的同時實現溫室氣體減排的目標。

一種人工濕地系統的構建方法，其特征在于，在垂直潛流的人工濕地系統中，設置濕地植物和填料基質，所述填料基質中分層添加鐵碳微電解填料和沸石填料。

進一步地，作為一種方式，在所述人工濕地系統中進行間歇曝氣。

優選地，作為一種方式，所述鐵碳微電解填料和沸石填料的體積比為2:3。

作為一種方式，所述沸石填料分兩層設置，所述鐵碳微電解填料為一層且設置于兩層沸石填料之間。

作為一種方式，所述濕地植物為菖蒲，種植密度為30株·m^-2。

作為一種方式，所述人工濕地系統的進出液方向為垂直流方向，液面比填料基質的表面低5cm。