本技術(shù)涉及城市污水和資源化再利用，更具體地說(shuō)，它涉及一種水生植物種植基質(zhì)填料的制備方法。

背景技術(shù)：

1、目前的城市污水處理主要包括傳統(tǒng)的物理化學(xué)處理工藝和生物處理工藝，現(xiàn)有城市污水處理a/o工藝，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)有機(jī)物和氮的去除，適用于處理含氮污水，在一定程度上能夠有效地處理城市污水，然而，a/o工藝也存在一些缺點(diǎn)，其對(duì)氧氣的需求較大，需要消耗大量能源，且會(huì)受進(jìn)水水質(zhì)的波動(dòng)和運(yùn)行成本等諸多因素的影響，仍不能有效去除污水中一些難降解的有機(jī)物、磷、氮等可溶性污染物。

2、水生植物種植基質(zhì)填料是指用于水生植物生長(zhǎng)的填料，通常用于人工濕地、污水處理設(shè)施等場(chǎng)所。水生植物種植基質(zhì)填料可以提供水生植物生長(zhǎng)所需的支撐、養(yǎng)分和生長(zhǎng)空間，同時(shí)還可以作為微生物的生長(zhǎng)基質(zhì)，有利于水質(zhì)凈化和污水處理。

3、因此，在a/o工藝的基礎(chǔ)上結(jié)合水生植物和基質(zhì)填料用于處理污水時(shí)，水生植物種植基質(zhì)填料通過(guò)在填料表面和內(nèi)部形成生物膜，填料可以提供大量的生物附著面積，有利于細(xì)菌、藻類(lèi)和其他微生物的附著和生長(zhǎng)，使微生物可以分解有機(jī)物質(zhì)，吸收和轉(zhuǎn)化營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，從而起到凈化水質(zhì)的作用。同時(shí)，水生植物的根系也可以通過(guò)吸收養(yǎng)分和氧化還原作用，將污水中的有機(jī)物質(zhì)、氮、磷等污染物有效的進(jìn)一步去除，提高污水凈化效果。

4、因此，需要一種可用污水處理的、具有良好的生物附著性、通氣性、水分保持性、耐腐蝕性、物理強(qiáng)度和無(wú)毒、無(wú)害的水生植物種植基質(zhì)填料，來(lái)提高城市污水的凈化效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了提高城市污水的凈化效果，本技術(shù)提供了一種水生植物種植基質(zhì)填料及其制備方法。

2、第一方面，本技術(shù)提供一種水生植物種植基質(zhì)填料，其采用如下技術(shù)方案：

3、一種水生植物種植基質(zhì)填料，包括如下重量份原料：氧化鐵20-45份、氧化鋁15-25份、氧化鈣2-10份、二氧化硅5-15份、電氣石粉1-10份、碳材料粉15-50份、粘結(jié)劑0.5-2份、水10-50份、二氧化鈦0.1-1份。

4、本技術(shù)的水生植物種植基質(zhì)填料原料可選用氧化鐵20-45份、氧化鋁15-25份、氧化鈣2-10份、二氧化硅5-15份、電氣石粉1-10份、碳材料粉15-50份、粘結(jié)劑0.5-2份、水10-50份、二氧化鈦0.1-1份各自范圍內(nèi)的任一值，且能促進(jìn)水生植物生長(zhǎng)，提高水質(zhì)凈化效果。

5、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，本技術(shù)水生植物種植基質(zhì)填料原料中摻入20-45重量份的氧化鐵，在水生植物種植基質(zhì)填料中可以發(fā)揮以下作用：（1）氧化鐵中含有鐵元素，鐵是植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的微量元素之一，對(duì)植物的葉綠素合成和呼吸作用至關(guān)重要。因此，適量的氧化鐵可以為水生植物提供所需的微量元素，有利于植物的生長(zhǎng)和健康。（2）氧化鐵具有一定的吸附能力，可以吸附水中的磷、重金屬和其他有害物質(zhì)，有助于凈化水質(zhì)，改善水體的環(huán)境。（3）適量的氧化鐵可以加強(qiáng)土壤的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，有助于水生植物的根系附著和生長(zhǎng)。（4）氧化鐵的存在可以對(duì)土壤的ph值產(chǎn)生一定的影響，有助于維持適宜的土壤酸堿度，對(duì)水生植物的生長(zhǎng)起到一定的調(diào)節(jié)作用。

6、選用15-25重量份的氧化鋁，其在水生植物種植基質(zhì)填料中可以發(fā)揮以下作用：（1）氧化鋁具有一定的顆粒狀結(jié)構(gòu)，可以為水生植物的根系提供支撐和附著的基礎(chǔ)，有助于維持水生植物的生長(zhǎng)穩(wěn)定性。（2）適量的氧化鋁可以幫助保持土壤的通氣性和排水性，有助于避免土壤中積水和缺氧的情況，有利于水生植物的生長(zhǎng)。（3）氧化鋁具有一定的吸附能力，可以吸附水中的有機(jī)物、重金屬和其他污染物，起到凈化水質(zhì)的作用。（4）氧化鋁中含有鋁元素，適量的鋁對(duì)植物生長(zhǎng)有一定的促進(jìn)作用，可以為水生植物提供所需的微量元素。

7、選用2-10重量份的氧化鈣，其在水生植物種植基質(zhì)填料中可以發(fā)揮以下作用：（1）氧化鈣可以中和土壤的酸性，提高土壤的ph值，改善酸性土壤環(huán)境。對(duì)于一些喜堿性的水生植物來(lái)說(shuō)，提供適宜的土壤酸堿度是非常重要的。（2）氧化鈣可以為水生植物提供所需的鈣元素，促進(jìn)植物的生長(zhǎng)和發(fā)育。鈣元素對(duì)植物細(xì)胞壁的形成和細(xì)胞分裂有重要作用，有助于增強(qiáng)植物的抗病能力和抗逆性。（3）氧化鈣可以改善土壤的結(jié)構(gòu)，增加土壤的透氣性和保水性，有利于水生植物的根系生長(zhǎng)和吸收養(yǎng)分。（4）氧化鈣還可以在基質(zhì)填料的制備過(guò)程中的燒制時(shí)起到催化作用，有利于燒制的進(jìn)行。

8、通過(guò)氧化鐵20-35份、氧化鋁15-25份和氧化鈣2-10份的配合使用，氧化鐵和氧化鋁可以吸附或釋放氫離子，從而調(diào)節(jié)基質(zhì)填料的酸堿度，有助于維持適宜的生長(zhǎng)環(huán)境；其次鐵元素、鋁元素和鈣元素促進(jìn)水生植物的生長(zhǎng)發(fā)育，可以通過(guò)基質(zhì)填料釋放出來(lái)，供水生植物吸收利用。而且金屬氧化物的顆粒狀結(jié)構(gòu)可以在一定程度上提供基質(zhì)填料的結(jié)構(gòu)支撐，有助于維持基質(zhì)的通氣性和排水性，從而提高城市污水的凈化效果。

9、本技術(shù)在水生植物種植基質(zhì)填料原料中摻入5-15重量份的二氧化硅可以發(fā)揮以下作用：（1）二氧化硅具有顆粒狀結(jié)構(gòu)，可以為水生植物的根系提供支撐和附著的基礎(chǔ)，有助于維持水生植物的生長(zhǎng)穩(wěn)定性。（2）二氧化硅可以幫助保持土壤的通氣性和排水性，有助于避免土壤中積水和缺氧的情況，有利于水生植物的生長(zhǎng)。（3）二氧化硅中含有硅元素，對(duì)植物生長(zhǎng)有一定的促進(jìn)作用，可以增強(qiáng)植物的抗病能力和抗逆性，有利于水生植物的健康生長(zhǎng)。（4）二氧化硅具有一定的吸附能力，可以吸附水中的有機(jī)物、重金屬和其他污染物，起到凈化水質(zhì)的作用。

10、本技術(shù)在水生植物種植基質(zhì)填料原料中摻入1-10重量份的電氣石粉可以發(fā)揮以下作用：（1）電氣石粉可以中和土壤的酸性，提高土壤的ph值，改善酸性土壤環(huán)境。對(duì)于一些喜堿性的水生植物來(lái)說(shuō)，提供適宜的土壤酸堿度是非常重要的。（2）電氣石粉中富含鈣元素和微量元素，可以為水生植物提供所需的營(yíng)養(yǎng)元素，促進(jìn)植物的生長(zhǎng)和發(fā)育。鈣元素對(duì)植物細(xì)胞壁的形成和細(xì)胞分裂有重要作用，有助于增強(qiáng)植物的抗病能力和抗逆性。（3）電氣石粉可以改善土壤的結(jié)構(gòu)，增加土壤的透氣性和保水性，有利于水生植物的根系生長(zhǎng)和吸收養(yǎng)分。（4）電氣石粉具有催化作用，可以促進(jìn)燒制過(guò)程中種植基質(zhì)填料原料間的反應(yīng)，有助于水生植物種植基質(zhì)填料的形成。

11、本技術(shù)在水生植物種植基質(zhì)填料原料中摻入15-50重量份的碳材料粉可以發(fā)揮以下作用：（1）碳材料粉可以增加土壤的保水性，有助于保持土壤濕潤(rùn)，減少水分蒸發(fā)，從而提供適宜的水分環(huán)境給水生植物生長(zhǎng)。（2）碳材料粉可以改善土壤的通氣性，有助于提高土壤的透氣性，促進(jìn)土壤中氧氣的供應(yīng)，有利于水生植物根系的呼吸和生長(zhǎng)。（3）碳材料粉可以中和土壤的酸性，有助于提高土壤的ph值，改善酸性土壤環(huán)境。對(duì)于一些喜堿性的水生植物來(lái)說(shuō)，提供適宜的土壤酸堿度是非常重要的。（4）碳材料粉對(duì)有機(jī)物質(zhì)有一定的吸附和分解作用，有助于降解土壤中的有機(jī)物質(zhì)，減少有機(jī)物質(zhì)的腐敗產(chǎn)物，從而改善土壤環(huán)境。（5）一些碳材料粉中含有豐富的微量元素，可以為水生植物提供所需的營(yíng)養(yǎng)元素，促進(jìn)植物的生長(zhǎng)和發(fā)育。

12、本技術(shù)在水生植物種植基質(zhì)填料原料中摻入0.5-2重量份粘結(jié)劑可以發(fā)揮以下作用：（1）粘結(jié)劑可以將基質(zhì)填料粘結(jié)在一起，形成一個(gè)穩(wěn)定的整體結(jié)構(gòu)，防止填料松散和漂浮，有利于水生植物的生長(zhǎng)和根系的固定。（2）適量的粘結(jié)劑可以增加基質(zhì)填料的密實(shí)度，同時(shí)保持一定的透水性，有助于保持適宜的土壤濕度和通氣性，促進(jìn)水生植物根系的生長(zhǎng)和吸收養(yǎng)分。（3）粘結(jié)劑能夠減緩養(yǎng)分的流失，提高基質(zhì)填料對(duì)養(yǎng)分的保持能力，有利于提供穩(wěn)定的營(yíng)養(yǎng)環(huán)境給水生植物。（4）通過(guò)粘結(jié)劑的作用，基質(zhì)填料的穩(wěn)定性得到增強(qiáng)，有利于防止水流沖刷和土壤侵蝕，維護(hù)水生植物的生長(zhǎng)環(huán)境。

13、本技術(shù)10-50重量份的水在基質(zhì)填料中可以起到保持濕度的作用，幫助運(yùn)輸土壤中的養(yǎng)分和氧氣到水生植物的根系周?chē)龠M(jìn)水生植物的養(yǎng)分吸收和生長(zhǎng)。

14、本技術(shù)在水生植物種植基質(zhì)填料原料中摻入0.1-1重量份二氧化鈦可以發(fā)揮以下作用：（1）二氧化鈦具有抗菌和抗生物污染的作用，可以有效地抑制水生植物種植基質(zhì)填料中的細(xì)菌、藻類(lèi)和其他微生物的生長(zhǎng)，減少基質(zhì)填料的腐爛和污染，有利于維持水生植物生長(zhǎng)環(huán)境的清潔和健康。（2）二氧化鈦在光照條件下可以發(fā)揮光催化作用，產(chǎn)生活性氧，有助于分解水中的有機(jī)物和殺滅水中的微生物，改善水質(zhì)環(huán)境。（3）二氧化鈦的光催化作用有助于分解有機(jī)物，釋放出有機(jī)氮和磷等養(yǎng)分，提高養(yǎng)分的利用效率，促進(jìn)水生植物的生長(zhǎng)。（4）二氧化鈦的光催化作用可以抑制水中藻類(lèi)的生長(zhǎng)，減少水生植物種植基質(zhì)填料中的藻類(lèi)污染，保持水質(zhì)清潔。

15、作為優(yōu)選：所述水生植物種植基質(zhì)填料包括如下重量份原料，氧化鐵25-35份、氧化鋁15-25份、氧化鈣4-8份、二氧化硅9-11份、電氣石粉4-6份、碳材料粉30-40份、粘結(jié)劑1.0-1.4份、水25-35份、二氧化鈦0.4-0.6份。

16、第二方面，本技術(shù)提供一種水生植物種植基質(zhì)填料的制備方法。

17、一種所述水生植物種植基質(zhì)填料的制備方法，將上述原料混合，并壓制成種植基質(zhì)坯并分布孔洞后，燒制，然后自然冷卻即得。

18、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，將上述原料混合，將不同的材料充分混合均勻，并壓制成種植基質(zhì)坯使材料緊密結(jié)合，形成一定的坯體形狀，為后續(xù)的加工和使用提供基礎(chǔ)；將種植基質(zhì)坯燒制增加填料的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性，改善填料的孔隙結(jié)構(gòu)，提高填料的生物吸附能力，分布孔洞是為了后續(xù)成品基質(zhì)填料置于污水中時(shí)，將水生植物放置在孔洞中，起到固定的作用，更有利于其在污水中的生長(zhǎng)，在流速比較大的水流中，也能防止倒伏和被沖走；自然冷卻是為了讓填料坯體在穩(wěn)定的環(huán)境條件下逐漸冷卻，避免因快速冷卻而引起的內(nèi)部應(yīng)力和裂紋。

19、作為優(yōu)選：所述種植基質(zhì)坯燒制前還包括密封的步驟；所述密封為：用煤碳粉和生物質(zhì)粉的混合物鋪在種植基質(zhì)坯層間隙。

20、種植基質(zhì)坯燒要處于缺氧狀態(tài)實(shí)現(xiàn)還原焙燒，在還原焙燒條件下，燃料和氧氣供應(yīng)不足，從而導(dǎo)致燃燒產(chǎn)生的氣體中含有大量的還原性氣體（如co和h2），能夠與氧化性氣體（如o2）和氧化性物質(zhì)反應(yīng)，從而減少氧化物質(zhì)，使得種植基質(zhì)坯更穩(wěn)定、不易腐爛，從而改善種植基質(zhì)坯的物理性質(zhì)，使其更適合水生植物的生長(zhǎng)。

21、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，密封步驟中使用煤碳粉和生物質(zhì)粉的混合物鋪在種植基質(zhì)坯層間隙，在燒制過(guò)程中形成氣密的缺氧環(huán)境，防止氧氣過(guò)多進(jìn)入填料內(nèi)部，煤碳粉的主要作用是在燒制過(guò)程中吸收并利用密閉空間內(nèi)的氧氣，使燒結(jié)過(guò)程中處于缺氧氣氛；生物質(zhì)粉的主要作用是在有效地密封燒制容器的，防止熱量散失，從而使燒制時(shí)坯料的內(nèi)外溫度相差小，有利于坯體的均勻收縮和燒結(jié)，二者協(xié)調(diào)配合使用，有利于種植基質(zhì)坯的燒結(jié)和成型，可以更好地控制填料的燒結(jié)過(guò)程，有利于填料中金屬氧化物的還原，提高填料的燒結(jié)效率和質(zhì)量，從而提高填料的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

22、作為優(yōu)選：所述煤碳粉和生物質(zhì)粉的混合物中，煤碳粉和生物質(zhì)粉的重量比為1：（0.2-1）。

23、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，調(diào)節(jié)煤碳粉和生物質(zhì)粉的重量比為1：（0.2-1），可以進(jìn)一步地控制填料的燒結(jié)過(guò)程，從而提高城市污水的凈化效果。

24、作為優(yōu)選：所述燒制的溫度為700-1600℃，時(shí)間為48-75小時(shí)。

25、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，調(diào)節(jié)燒制的溫度為700-1600℃，時(shí)間為48-75小時(shí)，可以促進(jìn)原料中的物質(zhì)在燒結(jié)過(guò)程中更好地結(jié)合，形成更堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)，提高填料的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性；可以改善填料的孔隙結(jié)構(gòu)，使其更適合水分和氧氣的滲透，有利于植物根系的生長(zhǎng)和通氣；可以改善填料的表面性質(zhì)，提高填料的生物附著能力，有利于水生植物的生長(zhǎng)和根系的附著；還可以殺滅填料中的微生物和有害物質(zhì)，減少填料的生物污染，有利于水生植物的健康生長(zhǎng)。

26、作為優(yōu)選：所述種植基質(zhì)坯原料的細(xì)度為180-200目。

27、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，將種植基質(zhì)坯原料的細(xì)度控制在180-200目的范圍，可以使填料顆粒的大小更加均勻，有利于填料在燒結(jié)過(guò)程中的均勻燒結(jié)，有利于填料的穩(wěn)定性，使填料更加堅(jiān)固和耐用；還可以形成更加均勻的孔隙結(jié)構(gòu)，有利于水分和氧氣的滲透，提高填料的透氣性和透水性；并且可以提高填料的生物附著能力，有利于水生植物的根系附著和生長(zhǎng)。

28、綜上所述，本技術(shù)包括以下至少一種有益技術(shù)效果：

29、（1）本技術(shù)通過(guò)調(diào)節(jié)水生植物種植基質(zhì)填料各原料的種類(lèi)和摻量，使得到的水生植物種植基質(zhì)填料應(yīng)用在城市污水處理中后，提高了城市污水的凈化效果。

30、（2）本技術(shù)通過(guò)對(duì)水生植物種植基質(zhì)填料燒制時(shí)的各個(gè)工藝進(jìn)行調(diào)節(jié)，并用煤碳粉和生物質(zhì)粉進(jìn)行密封燒制，使得到的水生植物種植基質(zhì)填料應(yīng)用在城市污水處理中后，進(jìn)一步提高了城市污水的凈化效果。

31、（3）本技術(shù)通過(guò)調(diào)節(jié)水生植物種植基質(zhì)填料各原料的種類(lèi)和摻量，并調(diào)節(jié)水生植物種植基質(zhì)填料燒制時(shí)的各個(gè)工藝，得到的水生植物種植基質(zhì)填料應(yīng)用在城市污水處理中后，將處理后的水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，其化學(xué)需氧量、生化需氧量和總磷的去除效率最高可分別達(dá)到88.3%、84.5%和79.2%，具有良好的城市污水的凈化效果。