[發明專利]一種適用于人工濕地的基質材料、人工濕地系統及應用

有效

• 申請號: 202110396207.5
• 申請日: 2021-04-13
• 公開（公告）號: CN113072167B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 張建;莊林嵐;李向征;梁爽;胡振;謝慧君;吳海明;郭子章
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C02F3/00
• 分類號: C02F3/00;C02F3/32
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李箏

本發明具體涉及一種適用于人工濕地的基質材料、人工濕地系統及應用。本發明采用超細纖維作為不飽和區填料，采用碳氈作為優良的電子導體，兩者作為功能基質投加到潛流人工濕地不同部位。碳氈的筒狀布置，增加其收集電子的有效面積，在高溶解氧區域，作為硝化反應產物的電子被迅速轉移并消耗，刺激硝化反應的高效進行；此外，碳氈巨大的比表面積為微生物生長提供了豐富的附著位點，可提高了濕地系統中微生物豐度。添加碳氈后基質吸附對總磷去除的貢獻率較傳統人工濕地大幅提升。

技術領域

本發明屬于生態環境水體凈化技術領域，具體涉及一種更加適用于垂直潛流人工濕地的基質材料，應用所述基質材料的人工濕地系統及其在污水處理領域的應用。

背景技術

公開該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已經成為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

人工濕地是1961年提出的一種先進的污水處理生態技術。人工濕地低投資、低運行維護成本以及同時兼具水質凈化、水體生態儲存、美化景觀等功能的特點使其備受關注，自90年代在歐洲得到了廣泛的規模化應用，隨后在國內得到關注。常見人工濕地按水流方式分為表面流濕地(Surface Flow Wetlands,SFW)和潛流濕地(Subsurface FlowWetlands,SSFW)兩類。所謂潛流，就是廢水在填料表面下滲流。由于這種濕地的水流一直在濕地內部流動，避免了表面流濕地帶來的蚊蠅、臭氣等弊端，因而衛生條件較表面流濕地好；同時，潛流型人工濕地的作用位點多，微生物豐富，占地面積小，處理污水效率高，因此這種濕地被廣泛采用。

人工濕地應用于污水處理的主要機理包括沉降過濾等物理過程、微生物的好氧和厭氧過程等生物過程，還包括化學作用去除氨氮等有害物質。人工濕地中溶解氧的含量決定了氨氮和COD(化學需氧量)的去除效果。常規人工濕地中供氧的三個主要途徑，包括進水補氧、根系泌氧和大氣復氧。但由于這些補氧方式所供溶解氧含量有限，并且有機物降解在與硝化作用的溶解氧競爭中更具優勢，硝化作用往往受到限制。

在人工濕地中添加不飽和區可以起到補氧的作用，但是不飽和區的添加帶來了水頭損失，增加了運行成本且容易造成有機碳源的過度消耗，抑制反硝化作用；人工濕地耦合微生物燃料電池通過外接導線連接不飽和區和飽和區，可以同時促進硝化反硝化反應，但是電極間距較短、電極表面接觸面積小的缺點，限制了其在實際工程中的應用。

發明內容

本發明的目的在于針對垂直潛流人工濕地運行過程中存在的溶解氧不足的問題，通過增加高比表面積導電基質，強化電子傳遞，促進氨氮的氧化的方式，提供了一種補氧效率高、氨氮脫除效果好、運行成本低、可工程化應用程度高的利用碳氈導電實現電子供給強化的垂直潛流人工濕地。

基于上述目的，本發明提供以下技術方案：

本發明第一方面，提供一種適用于人工濕地的基質材料，所述基質材料包括吸附材料及傳導材料，所述吸附材料用于富集氧氣及促進生物膜氧化氨氮產生電子；

所述傳導材料為比表面積豐富并且具有生物相容性的材料，用于傳導吸附材料表面產生的電子。

上述技術方案中，所述生物膜(或稱生物被膜)，是指附著于吸附材料表面被細菌胞外大分子包裹的有組織的細菌群體。人工濕地中的吸附材料接觸污水及空氣，會在表面長出生物膜，是硝化反應的主力因素。

垂直型人工濕度具有占地面積小，而污水凈化效率高的優勢。然而，水面下的飽和區部分由于浸泡在水中，氧氣溶解量低，因此硝化反應速率慢。本發明聯想到，設置一種電子傳導基質材料，將不飽和區硝化反應產生的電子轉移至飽和區從而提高垂直型人工濕地的硝化反應速率，加快氨氮去除進程，其反應原理如附圖1所示。

基于該目的，本發明首先設計得到一種適用于人工濕地的基質材料。本發明第二方面，提供一種人工濕地系統，其特征在于，所述人工濕地系統中包括第一方面所述基質材料；