專利名稱：一種采用礦化垃圾構(gòu)建人工濕地處理污水的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新型環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種礦化垃圾的用途。
背景技術(shù)：
人工濕地是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一種污水處理技術(shù)，它根據(jù)自然濕地生態(tài) 系統(tǒng)中物理、化學(xué)、生物的協(xié)同作用，通過過濾、吸附、共沉、離子交換、植物吸收和微生物分 解來實(shí)現(xiàn)懸浮物、有機(jī)物、營養(yǎng)鹽、金屬離子以及病原體的去除。該技術(shù)具有凈化能力強(qiáng)，處 理效果好，操作簡單、抗沖擊負(fù)荷強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，投資和運(yùn)行費(fèi)用僅占傳統(tǒng)二級生化處理技術(shù)的 10% 20%，因此，在治理面源污染、城鎮(zhèn)生活污水、工業(yè)廢水、養(yǎng)殖廢水等方面有較好的推 廣價值(見中國專利 200510011497. 8，03150053. 6 和 200610036318. 0)。按水流類型的差異，人工濕地可分為四類(1)表面流濕地污水在填料表面漫 流，運(yùn)行方式與自然濕地最為接近，這種濕地不能充分利用填料與植物根系，易滋生蚊蠅， 對周圍環(huán)境會產(chǎn)生不良影響，而且其處理效率較低；(2)水平潛流濕地污水在填料縫隙之 間滲流，可充分利用填料表面及植物根系上生物膜及其他作用處理污水，出水水質(zhì)好。由于 水平面在覆蓋土層或細(xì)砂層以下，衛(wèi)生條件較好，故被廣泛采用；(3)垂直潛流濕地結(jié)合 了表面流濕地和水平潛流濕地的特點(diǎn)，對于有機(jī)物和氮具有更高的凈化效果，但是建造要 求高；(4)潮汐流濕地通過交替的進(jìn)水和空氣運(yùn)動，氧的傳遞速率和消耗量大大提高，可 提升污水處理效果。人工濕地是由基質(zhì)(又稱填料、濾料)、水生(濕生)植物、微生物等幾種要素構(gòu)成 的。目前的研究表明，在人工濕地中微生物是對有機(jī)物、氮磷營養(yǎng)鹽降解轉(zhuǎn)化的主要作用群 體；而基質(zhì)的選擇對于人工濕地污水處理系統(tǒng)的運(yùn)行效果有重要意義它既為水生植物生 長提供載體和營養(yǎng)物質(zhì)，也為微生物的生長提供穩(wěn)定的依附表面；此外，基質(zhì)還可通過物理 和化學(xué)的途徑(如吸收、吸附、過濾、離子交換、絡(luò)合反應(yīng)等)去除污水中的污染物，如人工 濕地中超過80%的磷可以通過沉淀吸附作用而被去除(見中國專利申請200510030330. 6、 200410066233. 8 及中國專利 200720022699. 7)。已有的人工濕地實(shí)踐表明基質(zhì)填料的選擇應(yīng)滿足以下條件(1)微生物生物量 大、吸附交換能力強(qiáng)；(2)比表面積大，孔隙率高，有足夠的機(jī)械強(qiáng)度；(3)不含有害于人體 健康和環(huán)境的物質(zhì)，化學(xué)穩(wěn)定性良好；(4)水頭損失小，形狀系數(shù)好，吸附能力強(qiáng)；(5)使用 周期長；(6)價格便宜、易于獲得。目前，應(yīng)用較多的基質(zhì)主要有土壤、黃砂、礫石、沸石、硅石、礦渣、粉煤灰、煤渣、鵝 卵石、陶粒等，這些基質(zhì)在工程應(yīng)用中各有其局限如土壤的滲透系數(shù)低，通透性不好，容易 堵塞；黃砂、礫石、鵝卵石等氮磷吸附能力低，微生物生物量??；沸石吸附能力容易飽和；礦 渣和粉煤灰堿性較高，不利于濕地植物的生長。因此，應(yīng)根據(jù)具體污水的水質(zhì)和經(jīng)濟(jì)分析 進(jìn)行合理的基質(zhì)選擇和級配，以充分發(fā)揮基質(zhì)的作用，有效去除各種污染物質(zhì)，同時避免堵 塞、提高運(yùn)行周期(Gray，1993 Johansson, 1999 ；Sakadevan, 2002 ；鄧雁希，2003 ；崔理華， 2003 ；薛玉，2003 等)。
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研究表明，一種新型材料——“礦化垃圾”可以較好地滿足上述各項(xiàng)條件。礦化 垃圾是城市生活垃圾填埋場封場多年的產(chǎn)物。隨著城市化進(jìn)程的加快和城市生活垃圾的增 加，使得垃圾填埋場數(shù)量、規(guī)模劇增，且許多填埋場封場年限日久。研究表明，填埋場封場數(shù) 年(南方地區(qū)8 10a以上，北方地區(qū)10 15a以上)后，填埋場表面沉降量非常小(小 于5mm/a)，垃圾自然產(chǎn)生的滲濾液和氣體量極少或不產(chǎn)生，垃圾中可生物降解物質(zhì)的質(zhì)量 分?jǐn)?shù)下降到3%以下，滲濾液中COD的質(zhì)量濃度P (COD)下降到25 50mg/L以下。此時的 垃圾填埋場可以認(rèn)為達(dá)到穩(wěn)定化狀態(tài)，其內(nèi)纖維素、半纖維素類物質(zhì)幾近完全降解，使垃圾 變?yōu)橐环N類似腐殖質(zhì)的顆粒狀土壤物質(zhì)，即所謂“礦化垃圾” [CN 1789173A]。礦化垃圾經(jīng) 開采晾曬篩分后，除可獲得玻璃、金屬、橡膠、塑料等有價物資外，還可獲得重量約60%的礦 化垃圾細(xì)料(粒徑< 40mm)。已有的研究表明，填埋13年和9年的礦化垃圾細(xì)料分別與“輕土壤_偏砂土壤”和 “砂土壤_偏砂土”類似，屬于一類容重輕、多孔松散、比表面積較大、氮磷鉀營養(yǎng)物質(zhì)含量 高、富含腐殖質(zhì)和微生物相的特殊物質(zhì)，其中有機(jī)質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9 % 11 %，每100g干垃 圾中陽離子交換量達(dá)0. 068 0. 070mol，飽和水力滲透系數(shù)Ks為0. 986cm/min和1. 232cm/ min,細(xì)菌總數(shù)8X 106 9X 106個。與常規(guī)土壤相比，礦化垃圾細(xì)料在物理結(jié)構(gòu)和水力學(xué) 性能上具有砂土特征，而在化學(xué)性質(zhì)和微生物特性上又表現(xiàn)出肥沃土壤的特點(diǎn)，是極為優(yōu) 良的污水生物處理基質(zhì)。同濟(jì)大學(xué)趙由才課題組利用礦化垃圾細(xì)料構(gòu)建生物反應(yīng)床，在 畜禽廢水(見中國專利申請03116755. 1和200510110225. 3)、填埋場滲濾液(中國專利 00127298. 5 和 200420080629. 3，中國專利申請 200510112117. X 和 200410017554. 9)、焦化 廢水(中國專利申請200510057371. 4)、生活污水(中國專利申請200510110224. 9)等處理 方面，展現(xiàn)了卓越的凈化性能。鑒于礦化垃圾優(yōu)良的物理、化學(xué)和微生物學(xué)性質(zhì)，可作為人工濕地基質(zhì)的選擇。經(jīng) 查詢國內(nèi)外專利和文獻(xiàn)，尚未發(fā)現(xiàn)此類相關(guān)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種礦化垃圾細(xì)料構(gòu)建人工濕地基 質(zhì)、并處理污水的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種采用礦化垃圾構(gòu)建人工濕地處理污水的方法，包括人 工濕地基質(zhì)床的構(gòu)建，濕地植物的種植和污水的處理，其中，所述礦化垃圾經(jīng)開采、晾曬、篩 分、揀選后，獲得粒狀松散細(xì)料，將所述礦化垃圾細(xì)料作為基礎(chǔ)性基質(zhì)與其他基質(zhì)構(gòu)建成人 工濕地基質(zhì)床，在其上栽種濕地植物。礦化垃圾是在長期填埋過程中，歷經(jīng)好氧、兼氧和厭氧等復(fù)雜環(huán)境而逐漸形成的 一種微生物數(shù)量龐大、種類繁多，水力滲透性能優(yōu)良，多相多孔的自然生物體系。由于滲濾 液的長期洗浙、浸泡和馴化，礦化垃圾各組分之間不斷發(fā)生著各種物理、化學(xué)和生物作用， 其中尤以多階段降解型生物過程為主，這使其成為具有特殊新陳代謝性能的無機(jī)-有機(jī)復(fù) 合生態(tài)系統(tǒng)。因此，礦化垃圾作為一種性能優(yōu)越的生物介質(zhì)，相對于一般土壤，具有生物相 和活性酶豐富、微生物生物量大、呼吸作用強(qiáng)、微生物商和代謝商高等特點(diǎn)，能高效降解有 機(jī)污染物、抵抗高濃度重金屬和其它有毒有害物質(zhì)負(fù)荷的沖擊。所述的礦化垃圾并非完全達(dá)到“無機(jī)化或礦化”程度的垃圾，而是從垃圾的利用角度出發(fā)，與穩(wěn)定化垃圾、腐熟垃圾或陳腐垃圾等語意近似的陳垃圾，它來源于填埋齡在5 100a以上(北方地區(qū)10 100a以上)、表面沉降量小于lOmm/a、填埋單元自身產(chǎn)生的滲 濾液和氣體量極少或不產(chǎn)生、垃圾中可生物降解物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降到5%以下、滲濾液中 COD的質(zhì)量濃度P (COD)下降到100mg/L以下，基本處于穩(wěn)定化狀態(tài)的封場單元。礦化垃圾經(jīng)開挖晾曬、篩分揀選后，將石塊、木頭等大塊雜物粗料用于筑路、造田 或場地回填；將玻璃、金屬、橡膠、塑料等有價物資用作工業(yè)原料或燃料；將粒徑小于15mm 和小于40mm的細(xì)料物質(zhì)，作為人工濕地的基礎(chǔ)性基質(zhì)，分別堆存?zhèn)溆谩］^好的是，所述其他基質(zhì)選自沸石、碎石、礫石、泥炭、卵石、陶粒、鋼渣、頁巖、煤 渣、水渣和卵石。這些基質(zhì)為選擇性基質(zhì)，與基礎(chǔ)性基質(zhì)一起構(gòu)成人工濕地基質(zhì)層。較好的是，所述人工濕地基質(zhì)床自下而上包括粗料透水層、混合基質(zhì)層和礦化垃 圾基質(zhì)層，所述粗料透水層高度10 40cm，填料粒徑為10 50mm ；所述混合基質(zhì)層厚度為 20 80cm，由粒徑小于40mm的礦化垃圾細(xì)料與粒徑為5 20mm的填料組成；所述礦化垃 圾基質(zhì)層厚度為10 30cm，由粒徑小于15mm的礦化垃圾細(xì)料構(gòu)成.。其中，粗料透水層具有滲流、承托的作用，混合基質(zhì)層是豐富生物膜形成和脫落的 集中區(qū)域，礦化垃圾基質(zhì)層是植物生長的區(qū)域。進(jìn)一步地，所述人工濕地基質(zhì)床的基質(zhì)層有效高度為30 150cm，空隙率為20 40%。所述的人工濕地，包括自由表面流、水平潛流、垂直潛流及其組合的復(fù)合式人工濕 地，其中，以潛流型濕地最能發(fā)揮礦化垃圾基質(zhì)的優(yōu)勢作用。根據(jù)本發(fā)明所述的采用礦化垃圾構(gòu)建人工濕地處理污水的方法，所述粗料透水層 的填料選自煤渣、水渣、卵石、鋼渣和頁巖中的一種或幾種；所述混合基質(zhì)層的填料選自碎 石、礫石、陶粒、泥炭、沸石的一種或幾種；所述混合基質(zhì)層中礦化垃圾細(xì)料的摻混比例為 0 50wt%o根據(jù)本發(fā)明所述的采用礦化垃圾構(gòu)建人工濕地處理污水的方法，所述污水包括畜 禽糞水、工業(yè)污水、農(nóng)業(yè)廢水、采礦廢水、填埋場滲濾液、城市暴雨徑流、生活污水和富營養(yǎng) 化河水。在所述的人工濕地中，過高的懸浮物濃度可能造成床層堵塞，除延長水力停留時 間和采用回流的方法解決外，為避免人工濕地堵塞，保持系統(tǒng)順行，需前置格柵、沉淀池、 酸化池、砂濾等預(yù)處理單元，以去除污水中較大顆粒的懸浮物。污水進(jìn)入系統(tǒng)時，優(yōu)選的 SS(固體懸浮物)濃度為小于1000mg/L。較好的是，所述濕地植物包括挺水植物，浮水植物，沉水植物和濕生植物；所述濕 地植物的栽種密度為10 50株/平方米；所述挺水植物選自蘆葦、香蒲、燈心草、菖蒲、美 人蕉、黃花鳶尾、茭白、風(fēng)車草、再力花、香根草；所述浮水植物選自水葫蘆、鳳眼蓮、浮萍、風(fēng) 信子、荷花、睡蓮、滿江紅、水浮蓮；所述沉水植物選自苦草、黑藻、伊樂藻、狐尾藻；所述濕 生植物選自莎草、河柳、水杉、池杉。在一個優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述濕地植物的栽種密度為20 36株/平方米；所述 挺水植物選自蘆葦、香蒲、燈心草、美人蕉；所述浮水植物選自水葫蘆、鳳眼蓮；所述沉水植 物選自伊樂藻、狐尾藻。人工濕地植物可包括各類水生、濕生植物。在人工濕地凈化污水過程中，植物潛
5在的主要作用有直接吸收利用污水中可利用態(tài)的營養(yǎng)物質(zhì)、吸附和富集重金屬和有毒有 害物質(zhì)；為微生物吸附生長提供更大的表面積；為根區(qū)好氧微生物輸送氧氣；增強(qiáng)和維持 基質(zhì)的水力傳輸性能。其中的植物類型、混栽比例和栽種密度，根據(jù)濕地類型和污水特性而定。根據(jù)本發(fā)明所述的采用礦化垃圾構(gòu)建人工濕地處理污水的方法，所述人工濕地的 配水-落干周期為1 3天、濕干時間比為1 11 23，水力負(fù)荷為0.1 0.6米/天； 一個周期內(nèi)進(jìn)水4 10次，每次間隔4 10小時。其中配水-落干周期指人工濕地床層完成一次配水和落干操作的周期；水力負(fù)荷 是單位體積床層處理污水的能力，用液位的高度表示。人工濕地的水力負(fù)荷和運(yùn)行方式，依據(jù)污水特性、人工濕地的結(jié)構(gòu)參數(shù)及其組合 而定。優(yōu)選間歇配水-落干操作，以促使床層內(nèi)的氧氣傳遞，恢復(fù)和維持床層的水力傳導(dǎo)能 力、有機(jī)物的生物降解能力并促進(jìn)硝化作用的進(jìn)行，同時利于提高介質(zhì)的固磷作用。日處理 污水總量可一次配入，但優(yōu)選日進(jìn)水4 6次，每次間隔4 6小時。污水經(jīng)預(yù)處理單元，除去砂粒和較大懸浮物后，依次進(jìn)入人工濕地。污染物在流經(jīng) 人工濕地時，基質(zhì)表面和植物根部生長了大量的微生物形成生物膜，污水中懸浮物被基質(zhì) 及植物根系阻擋截留，有機(jī)物通過生物膜的吸附及同化作用得到降解，污水中的氮、磷通過 微生物的生化作用得到轉(zhuǎn)化，重金屬、磷依靠基質(zhì)吸附、植物吸收以及生物富集等作用得以 去除，細(xì)菌和病原等也大多被截留在系統(tǒng)中。尤其是污水中的難降解有機(jī)物可通過礦化垃 圾提供的種類繁多、數(shù)量巨大的微生物群落得以降解轉(zhuǎn)化，從而大大提高了人工濕地對難 降解有機(jī)物污水的凈化效率。污水經(jīng)過一系列物理、化學(xué)和生化作用后，其中絕大多數(shù)污染 物得以去除，出水達(dá)標(biāo)后排放。本發(fā)明的人工濕地床層在長期應(yīng)用后，發(fā)生局部堵塞或處理效率下降時，可采取 如下措施床層反沖洗，部分恢復(fù)濕地床層的性能；將床層基質(zhì)取出，攤曬、篩分后重新構(gòu) 建人工濕地。當(dāng)人工濕地經(jīng)長時間運(yùn)行后，富集了重金屬、難降解有機(jī)物等過量有毒有害物 質(zhì)，而失去活化再利用的價值(或重建成本過高時)時，可將礦化垃圾與基礎(chǔ)性基質(zhì)取出， 予以衛(wèi)生填埋，在填埋場中經(jīng)過一段時間(8-lOa)的穩(wěn)定化、自然降解之后，這些基質(zhì)填料 可作為新一輪的礦化垃圾重新加以利用，這樣循環(huán)往復(fù)，即可最終實(shí)現(xiàn)礦化垃圾的循環(huán)利 用。本發(fā)明的有益效果是，(1)本發(fā)明可有效處理各類型污水，如畜禽糞水、工業(yè)污水、農(nóng)業(yè)廢水、垃圾場滲濾 液、城市暴雨徑流、生活污水、富營養(yǎng)化河水等，屬于生態(tài)處理工藝，具有工藝簡單、凈化能 力強(qiáng)，維護(hù)操作方便，投資和運(yùn)行成本低、建造方便等優(yōu)點(diǎn)，不僅可以有效對污水進(jìn)行深度 處理，還具有環(huán)境生態(tài)效益。(2)本發(fā)明強(qiáng)化了常規(guī)人工濕地的污水處理效果根據(jù)人工濕地的組成，本發(fā)明 從基質(zhì)、微生物和植物三個方面強(qiáng)化了污水處理效果①礦化垃圾融合了常規(guī)填料過濾吸 附性強(qiáng)、通透性好、機(jī)械強(qiáng)度大、化學(xué)穩(wěn)定性好、級配合理、價格便宜等優(yōu)點(diǎn)，尤其是吸附和 轉(zhuǎn)化磷和重金屬的能力更強(qiáng)；②礦化垃圾本身含有大量不同種群、降解和轉(zhuǎn)化能力超強(qiáng)的 微生物系，對廢水中污染物的降解轉(zhuǎn)化能力較普通的基質(zhì)強(qiáng)得多，極大地提高了人工濕地 的凈化能力；③礦化垃圾的基質(zhì)營養(yǎng)豐富、空隙疏松，復(fù)氧能力強(qiáng)，更有利于濕地植物的生長和改善濕地內(nèi)部的氧化狀態(tài)；此外，礦化垃圾本身具有很大的吸附交換容量，對重金屬、 磷等的吸附去除作用更佳。(3)本發(fā)明構(gòu)建人工濕地的礦化垃圾，取自穩(wěn)定化的生活垃圾填埋場。經(jīng)簡單的開 挖、篩分后，作為濕地床層的基礎(chǔ)性基質(zhì)，在污水處理中發(fā)揮了巨大作用。礦化垃圾這一高 附加值利用，可因地制宜的應(yīng)用在污水處理中，具有以廢治廢功效。同時，礦化垃圾開采后， 不僅可篩分獲得30 35%的玻璃、金屬、塑料、橡膠、木料等有價物資和50 60%礦化垃 圾細(xì)料，更可騰空原來的庫容，以填埋更多的新鮮生活垃圾，此舉無論是對于節(jié)約土地資源 和重建填埋場的龐大投資，還是對解決生活垃圾出路問題，均有重大意義。(4)本發(fā)明在一定程度上緩解了常規(guī)人工濕地的堵塞程度，克服了常規(guī)人工濕地 易于堵塞、使用壽命短的弊端隨著運(yùn)行時間的延長，特別是超過一年之后，常規(guī)人工濕地 常會出現(xiàn)堵塞的問題，究其原因是土壤團(tuán)粒破碎后變成細(xì)微的粘土粒子且在滲水的作用下 不斷向下移動逐漸形成致密的不透水層，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的土壤堵塞。而本發(fā)明中的礦化垃 圾質(zhì)地疏松、顆粒粒徑和滲透系數(shù)大，具有類似砂性土的孔隙率，可大大緩解床層的堵塞程 度，延長人工濕地的壽命。(5)本發(fā)明的礦化垃圾等基質(zhì)填料經(jīng)重復(fù)填埋后可循環(huán)利用。


圖1為礦化垃圾開采及構(gòu)建人工濕地處理污水的工藝流程示意圖。
具體實(shí)施例方式下面對本發(fā)明的實(shí)施過程作具體說明實(shí)施例1礦化垃圾取自封場時間已有13年的填埋單元，填埋場表面沉降量8mm/a、填埋單 元自身產(chǎn)生的滲濾液和氣體量極少、垃圾中可生物降解物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%、滲濾液中 COD的質(zhì)量濃度P (COD)為80mg/L以下，封場單元基本處于穩(wěn)定化狀態(tài)。礦化垃圾經(jīng)開挖晾曬、篩分揀選后，將石塊、木頭等大塊雜物粗料用于筑路、造田 或場地回填；將玻璃、金屬、橡膠、塑料等有價物資用作工業(yè)原料或燃料；將粒徑小于15mm 和小于40mm的細(xì)料物質(zhì)，作為人工濕地的基礎(chǔ)性基質(zhì)，堆存?zhèn)溆?。人工濕地為一單級垂直潛流人工濕地，長200cm，寬200cm，床層有效高度為 100cm,空隙率為30%，自下而上，其中粗料透水層高度為20cm，由粒徑20 40mm的鋼渣和 卵石(兩者比例為1 1)構(gòu)成；混合基質(zhì)層高度為60cm，由粒徑小于40mm的礦化垃圾和粒 徑為10 20mm的礫石構(gòu)成，礦化垃圾的摻混比例為25%；礦化垃圾基質(zhì)層的高度為20cm， 粒徑小于15mm。待處理的污水取自某不銹鋼企業(yè)冷軋含鉻含油廢水處理站化學(xué)_還原沉淀后的 二級出水，水力負(fù)荷為0. lm/d，通過大阻力“王”字型穿孔管均勻向人工濕地表面布水。為 防止廢水中過高的懸浮物堵塞濕地，在配水之前，前置一套沉淀池和一套砂濾系統(tǒng)對廢水 進(jìn)行預(yù)處理，使得進(jìn)水SS濃度小于100mg/L，其他水質(zhì)參數(shù)及處理效果如表1所示。人工濕地共栽種蘆葦和香蒲兩種挺水植物，栽種密度為20株/平方米，其中蘆葦 12株、香蒲8株，兩種植物間隔均勻栽種。
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人工濕地的水力負(fù)荷為0. lm/d，配水-落干周期為Id、一天中定時定量進(jìn)水4次， 每次間隔6小時，濕干(時間)比為1 11。由表1所示，污水經(jīng)人工濕地處理后，出水水質(zhì)可滿足《鋼鐵工業(yè)水污染物排放標(biāo) 準(zhǔn)》(GB 13456-92)的一級要求。表1單級垂直潛流人工濕地處理不銹鋼冷軋含鉻含油廢水的效果 實(shí)施例2礦化垃圾取自封場時間已有5年的填埋單元，填埋場表面沉降量lOmm/a、填埋單 元自身產(chǎn)生的滲濾液和氣體量極少、垃圾中可生物降解物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%、滲濾液中 COD的質(zhì)量濃度P (COD)90 120mg/L，封場單元基本處于穩(wěn)定化狀態(tài)。礦化垃圾經(jīng)開挖晾曬、篩分揀選后，將石塊、木頭等大塊雜物粗料用于筑路、造田 或場地回填；將玻璃、金屬、橡膠、塑料等有價物資用作工業(yè)原料或燃料；將粒徑小于15mm 和小于40mm的細(xì)料物質(zhì)，作為人工濕地的基礎(chǔ)性基質(zhì)，堆存?zhèn)溆?。處理的污水為富營養(yǎng)化河水，污水首先經(jīng)過粗、細(xì)格柵，進(jìn)行固液分離，濾去大塊 雜物和水藻，隨后進(jìn)入沉淀池(1. 5mX 1. 5mX 2. 0m)，經(jīng)過20 24h的沉淀作用后，再經(jīng)過一 次微孔格柵，流入人工濕地，污水懸浮物的濃度控制在50mg/L以下。富營養(yǎng)化河水的水質(zhì) 參數(shù)及人工濕地的處理效果如表2所示。人工濕地為兩級水平潛流濕地，濕地長15m，寬4m，一級濕地填料層高80cm，空隙 率30%，二級濕地填料層高70cm，空隙率35%，一級出水自流至二級。一級濕地粗料透水層高度為15cm，由粒徑20 40mm的卵石和沸石構(gòu)成(兩者比 例為1 1)；混合基質(zhì)層高度為45cm，由粒徑小于40mm的礦化垃圾和粒徑為10 20mm的 碎石構(gòu)成，礦化垃圾的摻混比例為50%;礦化垃圾基質(zhì)層的高度為20cm，粒徑小于15mm。其 上栽種蘆葦和燈心草，栽種密度為36株/平方米，栽種比例為1 2，沿濕地平面均勻栽種。二級濕地粗料透水層高度為15cm，由粒徑20 40mm的卵石構(gòu)成；混合基質(zhì)層高 度為40cm，由粒徑小于40mm的礦化垃圾和粒徑為10 15mm的礫石構(gòu)成，礦化垃圾的摻混 比例為25% ；礦化垃圾基質(zhì)層的高度為15cm，粒徑小于15mm。其上栽種美人蕉和石菖蒲， 栽種密度為30株/平方米，栽種比例為1 1，沿濕地平面均勻栽種。富營養(yǎng)河水經(jīng)通過水平潛流人工濕地的前端的礫石層進(jìn)行配水，水力負(fù)荷為 0. 6m/d,配水-落干周期為2d，兩天中定時定量進(jìn)水共計(jì)6次，每次間隔8小時，濕干(時 間)比為1 23。由表2可知，污水經(jīng)過以礦化垃圾為基礎(chǔ)性基質(zhì)的兩級水平潛流濕地，出水溶解 氧明顯提高，PH值呈中性，各種污染物去除率較高且穩(wěn)定，各項(xiàng)監(jiān)測指標(biāo)均達(dá)到《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)》(GB 18921-2002)國家標(biāo)準(zhǔn)，可以進(jìn)行重新利用。表2兩級水平潛流人工濕地處理富營養(yǎng)化河水的效果 實(shí)施例3礦化垃圾取自封場時間已有10年的填埋單元，填埋場表面沉降量lOmm/a、填埋單 元自身產(chǎn)生的滲濾液和氣體量極少、垃圾中可生物降解物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%、滲濾液中 COD的質(zhì)量濃度P (COD)為90mg/L以下，封場單元基本處于穩(wěn)定化狀態(tài)。礦化垃圾經(jīng)開挖晾曬、篩分揀選后，將石塊、木頭等大塊雜物粗料用于筑路、造田 或場地回填；將玻璃、金屬、橡膠、塑料等有價物資用作工業(yè)原料或燃料；將粒徑小于15mm 和小于40mm的細(xì)料物質(zhì)，作為人工濕地的基礎(chǔ)性基質(zhì)，堆存?zhèn)溆?。豬場糞便污水首先經(jīng)過格柵，進(jìn)行固液分離，濾去大塊固態(tài)糞便(固態(tài)糞便作堆 肥)，過濾后的污水流入沉淀池(5. 5mX 3. 5mX 3. Om)，經(jīng)過20 24h的沉淀作用后，經(jīng)一細(xì) 篩網(wǎng)，流入酸化池(半徑1. 5m,深3. Om)，在酸化池內(nèi)經(jīng)過2 3d發(fā)酵作用后進(jìn)入人工濕地， 此時廢水懸浮物的濃度已降至100mg/L以下。豬場糞便污水的水質(zhì)參數(shù)及多級復(fù)合人工濕 地的處理效果如表3所示。人工濕地為多級復(fù)合人工濕地，依次由一下行流濕地、上行流濕地、水平潛流濕地 和表面流濕地組成，污水依次自流而過。各濕地的尺寸參數(shù)、基質(zhì)組成和植物類型分別如 下下行流濕地長10m，寬5m，床層有效高度為80cm，空隙率為35%，自下而上，其中粗 料透水層高度為20cm，由粒徑20 40mm的礫石構(gòu)成；混合基質(zhì)層高度為50cm，由粒徑小于 40mm的礦化垃圾和粒徑為10 20mm的陶粒構(gòu)成，礦化垃圾的摻混比例為50% ；礦化垃圾 基質(zhì)層的高度為10cm，粒徑小于15mm。人工濕地共栽種燈心草和美人蕉兩種挺水植物，栽 種密度為20株/平方米，兩者比例為1 1，間隔均勻栽種。上行流濕地的基質(zhì)層比下行流濕地低15cm，使得下行流濕地的出水可自流至上行 流濕地，兩濕地中間設(shè)有隔墻，底部經(jīng)由礫石透水層連通。上行流濕地除混合基質(zhì)層比下行流濕地低15cm外，其余尺寸參數(shù)和基質(zhì)組成相同。人工濕地共栽種石菖蒲和香蒲兩種挺水 植物，栽種密度為26株/平方米，兩者比例為1 1，間隔均勻栽種。水平潛流濕地長20m，寬5m，床層有效高度為30cm，空隙率為40%，不含粗料透水 層和礦化垃圾基質(zhì)層，只有高度為30cm的混合基質(zhì)層，其中粒徑小于40mm的礦化垃圾的摻 混比例為50%，粒徑為10 20mm的碎石和頁巖的比例各為25%，人工濕地只栽種蘆葦，栽 種密度為24株/平方米，沿濕地平面均勻栽種。表面流濕地長40m，寬8m，濕地基質(zhì)層厚度40cm，全部由粒徑小于40mm的礦化垃圾 組成，濕地的水面高于基質(zhì)層表面0. 3m，類似于兼氧塘。人工濕地的前三分之一水域處為挺 水植物蘆葦，栽種密度為20株/平方米，后三分之二水域?yàn)轼P眼蓮和水葫蘆，兩者的比例近 似1 1，放養(yǎng)面積為水域面積的50 60%，運(yùn)行期間每隔半個月打撈一次，在旺盛期每周 打撈一次，用作豬場飼料。豬場廢水經(jīng)大阻力“王”字型穿孔管均勻向下行流人工濕地表面布水，水力負(fù)荷為 0. 3m/d,配水-落干周期為3d，三天中定時定量進(jìn)水共計(jì)9次，每次間隔8小時，濕干(時 間)比為1 23。由表3可知，豬場糞便廢水經(jīng)過以礦化垃圾為基礎(chǔ)性基質(zhì)的多級復(fù)合人工濕地， 出水溶解氧明顯提高，PH值呈中性，各種污染物去除率較高且穩(wěn)定，各項(xiàng)監(jiān)測指標(biāo)均達(dá)到 2003年1月1日實(shí)施的《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18596-2001)。表3多級復(fù)合人工濕地處理豬場糞便廢水的效果 本發(fā)明不僅為人工濕地處理多類污水提供了新的基質(zhì)選擇，還為礦化垃圾提供高附加值利用途徑，使填埋場庫容得以大大增加，從而延長了填埋場的使用壽命，節(jié)約了場地 擴(kuò)容所需資金。
權(quán)利要求
一種采用礦化垃圾構(gòu)建人工濕地處理污水的方法，包括人工濕地基質(zhì)床的構(gòu)建，濕地植物的種植和污水的處理，其特征在于，所述礦化垃圾經(jīng)開采、晾曬、篩分、揀選后，獲得粒狀松散細(xì)料，將所述礦化垃圾細(xì)料作為基礎(chǔ)性基質(zhì)與其他基質(zhì)構(gòu)建成人工濕地基質(zhì)床，在其上栽種濕地植物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用礦化垃圾構(gòu)建人工濕地處理污水的方法，其特征在于， 所述其他基質(zhì)選自沸石、碎石、礫石、泥炭、卵石、陶粒、鋼渣、頁巖、煤渣、水渣和卵石。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用礦化垃圾構(gòu)建人工濕地處理污水的方法，其特征在于， 所述人工濕地基質(zhì)床自下而上包括粗料透水層、混合基質(zhì)層和礦化垃圾基質(zhì)層，所述粗料 透水層高度10 40cm，填料粒徑為10 50mm ；所述混合基質(zhì)層厚度為20 80cm，由粒 徑小于40mm的礦化垃圾細(xì)料與粒徑為5 20mm的填料組成；所述礦化垃圾基質(zhì)層厚度為 10 30cm，由粒徑小于15mm的礦化垃圾細(xì)料構(gòu)成.。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的采用礦化垃圾構(gòu)建人工濕地處理污水的方法，其特征在 于，所述人工濕地基質(zhì)床的基質(zhì)層有效高度為30 150cm，空隙率為20 40%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用礦化垃圾構(gòu)建人工濕地處理污水的方法，其特征在于， 所述粗料透水層的填料選自煤渣、水渣、卵石、鋼渣和頁巖中的一種或幾種；所述混合基質(zhì) 層的填料選自碎石、礫石、陶粒、泥炭、沸石的一種或幾種；所述混合基質(zhì)層中礦化垃圾細(xì)料 的摻混比例為0 50wt%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用礦化垃圾構(gòu)建人工濕地處理污水的方法，其特征在于， 所述污水包括畜禽糞水、工業(yè)污水、農(nóng)業(yè)廢水、采礦廢水、填埋場滲濾液、城市暴雨徑流、生 活污水和富營養(yǎng)化河水。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用礦化垃圾構(gòu)建人工濕地處理污水的方法，其特征在于， 所述濕地植物包括挺水植物，浮水植物，沉水植物和濕生植物；所述濕地植物的栽種密度為 10 50株/平方米；所述挺水植物選自蘆葦、香蒲、燈心草、菖蒲、美人蕉、黃花鳶尾、茭白、 風(fēng)車草、再力花、香根草；所述浮水植物選自水葫蘆、鳳眼蓮、浮萍、風(fēng)信子、荷花、睡蓮、滿江 紅、水浮蓮；所述沉水植物選自苦草、黑藻、伊樂藻、狐尾藻；所述濕生植物選自莎草、河柳、 水杉、池杉。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用礦化垃圾構(gòu)建人工濕地處理污水的方法，其特征在于， 所述濕地植物的栽種密度為20 36株/平方米；所述挺水植物選自蘆葦、香蒲、燈心草、美 人蕉；所述浮水植物選自水葫蘆、鳳眼蓮；所述沉水植物選自伊樂藻、狐尾藻。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用礦化垃圾構(gòu)建人工濕地處理污水的方法，其特征在于， 所述人工濕地的配水-落干周期為1 3天、濕干時間比為1 11 23，水力負(fù)荷為0. 1 0. 6米/天；一個周期內(nèi)進(jìn)水4 10次，每次間隔4 10小時。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種采用礦化垃圾構(gòu)建人工濕地處理污水的方法。該方法將所述礦化垃圾經(jīng)開采、晾曬、篩分、揀選后，獲得粒狀松散細(xì)料，將所述礦化垃圾細(xì)料作為基礎(chǔ)性基質(zhì)與其他基質(zhì)構(gòu)建成人工濕地基質(zhì)床，在其上栽種濕地植物。本發(fā)明不僅為人工濕地處理多類污水提供了新的基質(zhì)選擇，還可為礦化垃圾提供高附加值利用途徑。
文檔編號C02F3/34GK101838053SQ20091004797
公開日2010年9月22日 申請日期2009年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月20日
發(fā)明者石磊 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司