一种可强化脱氮的人工湿地系统的制作方法

1.本发明属于污水处理技术与环境保护领域，具体涉及一种可强化脱氮的人工湿地系统。


背景技术：

2.人工湿地是一种模拟天然湿地建造的、对污水进行处理的生态系统，具有建造成本低、效率高、维护简单的特点。人工湿地主要是利用基质、微生物和植物，并通过物理、化学、生物的作用对污水进行处理，使流经人工湿地的污水水质得到净化，并排放。
3.在冬季，人工湿地的植物由于成熟枯萎，需要及时收割。如果不进行及时收割或收割后处置不当，会造成二次污染；如专利cn103241838a公开了一种利用湿地收割植物强化人工湿地去除氨氮的方法，该人工湿地包括池体、进出水系统、湿地基质以及湿地植物，所述湿地植物收割后炭化处理得到该湿地植物的生物质炭材料，然后将生物质炭材料作为湿地基质回填到池体内；所述湿地基质自下而上依次为底层、中间层和表层，中间层即为该生物质炭材料。本方法增强了对污水中no
‑3‑
n的去除效果，强化反硝化脱氮，且无二次污染，还能有效降低传统人工湿地建造和运行费用，具有水处理效果稳定、可缓冲对水力和污染负荷的冲击等特点。该专利解决了收割后湿地植物处置不当对环境造成二次污染的问题，还有效强化了湿地对的去除效果，且实现了湿地植物的再利用。
4.人工湿地污水处理系统是一个好氧、厌氧共存的系统，硝化作用和反硝化作用可以同时进行，在利用人工湿地处理污水时，可以去除有机污染物并脱氮除磷，使污水水质得到了净化。但人工湿地存在占地面积过大的问题，因此为减小占地面积，需要提高人工湿地的脱氮效率。而填料是人工湿地的主体组成部分，开发可提高反硝化脱氮的填料是重中之重。


技术实现要素：

5.为解决上述问题，本发明提供一种可强化脱氮的人工湿地系统，该系统能够强化反硝化，提高硝酸盐氮的去除，达到减小占地面积的目的。
6.本发明提供一种可强化脱氮的人工湿地系统，包括湿地基质和湿地植物，所述湿地基质自下而上依次分为底层基质、中间层基质和顶层基质，所述湿地植物种植在顶层基质，所述中间层基质包括生物炭，所述生物炭的由所述湿地植物制备，其制备方法包括以下步骤：
7.(1)将收割的湿地植物干燥至恒重，粉碎，过60目筛得湿地植物生物质；
8.(2)在氮气氛围下，炭化所述湿地植物生物质炭化条件为：氮气氛围，炭化温度为300～350℃，升温速率为10～20℃/min，炭化时间为100～150min，得到未改性生物炭；
9.(3)向配制好的mno2溶液中加入生物炭，mno2与生物炭的重量配比为0.427:3，超声搅拌均匀，持续搅拌24h，洗涤至中性，80℃干燥至恒重，得到锰改性生物炭。
10.优选的，步骤(2)中mno2溶液的浓度为0.0327mol/l。
11.优选的，所述中间层基质还包括粒径为5～8mm的砾石。
12.优选的，所述中间层基质中砾石与生物炭的体积比为4:1～2。
13.更为优选的，所述中间层基质中砾石与生物炭的体积比为4:1。
14.具体的，所述湿地植物为香蒲。
15.优选的，步骤(2)中，所述炭化温度为300℃。
16.优选的，步骤(2)中，所述升温速率为10℃/min。
17.优选的，步骤(2)中，所述炭化时间为120min。
18.优选的，所述底层基质是厚度为10cm的砾石层，所述中间层基质的厚度为20cm，所述顶层基质是厚度为10cm的砾石层。
19.具体的，湿地植物的密度为40株/m2。
20.本发明的有益效果在于：
21.本发明提供的人工湿地系统中的中间层基质包括采用香蒲制备生物炭，该生物炭具有比表面积大，适合微生物生长，以及其表面的官能团(如醌基)具有电子穿梭体的功能，加速了电子传递速度，进而增大了硝酸盐还原酶的活性，使得人工湿地系统能够强化脱氮。改性生物炭，利用锰作为硝酸盐还原酶的重要组成部分的特点，在生物炭中添加锰，可以持续性释放，以提供给微生物同化吸收，增加硝酸盐还原酶活性，强化脱氮。在反应器运行过程中，微生物对锰的同化，可进一步强化硝酸盐还原酶的活性，进一步提高人工湿地的脱氮功能，有益于脱氮和去除有机物。
22.本发明将顶层基质种植的湿地植物加以利用，制备成生物炭，进一步用于湿地系统，起到了资源最大化利用的效果。
附图说明
23.图1、人工湿地系统示意图；
24.图2、用于承载人工湿地系统的反应器；
25.图中，1
‑
湿地植物、2
‑
湿地基质、21
‑
底层基质、22
‑
中间层基质、23
‑
顶层基质。
具体实施方式
26.以下结合附图和实施例对本发明进行进一步的说明。
27.实施例1强化脱氮的人工湿地系统的构建
28.一种强化脱氮的人工湿地系统，包括湿地基质2和湿地植物1(香蒲)，所述湿地基质自下而上依次分为底层基质21、中间层基质22和顶层基质23，所述香蒲种植在顶层基质，种植密度为40株/m2，所述底层基质是厚度为10cm的砾石层，砾石的粒径为5～8mm，所述中间层基质为生物炭和砾石，两者的体积比为1:4，厚度为20cm，顶层基质是厚度为10cm的砾石层。
29.采用不同的工艺条件制备生物炭，见表1：
30.(1)收割上一年香蒲，干燥至恒重，粉碎，过60目筛得湿地植物生物质；
31.(2)在氮气氛围下，将湿地植物置于管式炉中炭化，炭化条件为：在氮气氛围下，炭化温度为300～350℃，升温速率为10～20℃/min，炭化时间为100～150min，得到未改性生物炭。
32.(3)称取0.427gmno2溶解于150ml水中配制成为0.0327mol/l的mno2溶液，称取3g生物炭溶于上述溶液，放入超声清洗机搅拌均匀。放在磁力搅拌器在搅拌的情况下24h。洗涤至中性，80℃干燥至恒重，得到锰改性生物炭。
33.表1不同工艺条件下生物炭的制备
[0034][0035]
实施例2本发明的人工湿地系统的强化脱氮效果
[0036]
将人工湿地设置为三组，每组有三个平行，其中一组不添加生物炭记为空白组，另一组添加未改性生物炭，设为未改性生物炭组，第三组添加改性生物炭，设为锰改性生物炭组，为实施例1中2号样品的生物炭。每个人工湿地均布置在如图2所示的反应器中，以便于对水质进行监测。人工湿地的运行模式为间歇运行模式，水力停留时间hrt＝7d，实际进水体积为11l，进水是通过蠕动泵由下而上进水，一般10min以内进水完毕，周期结束后，为避免生物炭随水流失，排水速度较慢，一般1h内放空。每天都进行水质测定。
[0037]
进水按照模拟污水厂尾水的低可生化性，有机物采用木聚糖，其中cod为398
±
12.69，为99
±
1.126，结束后，测定的出水水质，其中，空白组和未改性生物炭组、锰改性生物炭组的出水分别为60
±
1.56和41.79
±
2.59，以及28.66
±
1.12，去除率分别约为40％、58％和72％。