本發(fā)明屬于人工濕地技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低滲透基質(zhì)及其在建造人工濕地中的應用。
背景技術(shù)：
人工濕地基質(zhì)支撐著人工濕地動植物與微生物的生命過程，為污染物的成功截留和后續(xù)植物吸收創(chuàng)造良好條件，是出水水質(zhì)的重要保證。人工濕地在處理污水的過程中，進入人工濕地的污染物在填料-植物-微生物的協(xié)同作用下去除或截留，被截留的污染物有的以原有形態(tài)留在填料孔隙中，有的在微生物的作用下轉(zhuǎn)變成其他形態(tài)或微生物組織留在填料孔隙中，有的則被濕地植物吸收。
由于目前人工濕地填料多就地取材，(采用細沙、礫石、粘土等)，一般使用單一原料，且沒有就填料進行有效的清洗、篩分和配比，因此填料的理化性質(zhì)差異性大，比表面積小、孔隙分布不均勻。這樣的填料特性，導致植物根系延伸性差、微生物膜生長差、比表面積小，相應的污染物去除效率也低。同時由于填料內(nèi)微生物與污水接觸不均勻，導致了局部反應效率不均勻,人工濕地中各處污水中污染物的去除效率不一致。隨著人工濕地的運行，被截留在孔隙中的污染物不斷累積占據(jù)填料孔隙，導致人工濕地局部堵塞，污水處理效率隨著運行時間的增加進一步降低。為了使出水水質(zhì)達到規(guī)定標準，絕大多數(shù)人工濕地通過增加面積來提高處理效率，而且還需要每隔兩年或三年更換填料，造成了資源浪費和投資成本的增加。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種低滲透基質(zhì)及其在建造人工濕地中的應用。
一種低滲透基質(zhì)，其特征在于，包括如下粒徑大小的填料：小于0.075mm粒徑的填料；0.075mm–0.6mm粒徑的填料；0.6mm–2mm粒徑的填料；2mm-6mm粒徑的填料；6-10mm粒徑的填料。
所述小于0.075mm粒徑的填料占總填料的質(zhì)量分數(shù)為1-10％；0.075mm-0.6mm粒徑的填料占總填料的質(zhì)量分數(shù)為15-30％；0.6mm-2mm粒徑的填料占總填料的質(zhì)量分數(shù)為35-50％；2mm-6mm粒徑的填料占總填料的質(zhì)量分數(shù)為25％-35％；6mm-10mm粒徑的填料占總填料的質(zhì)量分數(shù)為1-10％。
所述填料為碎石，卵石，細砂，粗砂，陶粒，礫石中的一種或一種以上。
上述的低滲透基質(zhì)的制備方法，包括如下步驟：
(1)將填料表面采用高壓水清洗，水的壓強控制在80-100MPa；
(2)篩選填料粒徑，按照重量份數(shù)，選取粒徑小于0.075mm的填料1-10份，粒徑在0.075mm–0.6mm的填料15-30份，粒徑在0.6mm-2mm的填料35-50份，粒徑在2mm-6mm的填料25-35份，粒徑在4-6mm的填料1-10份，均勻混合，制成。
上述的低滲透基質(zhì)在建造人工濕地中的應用。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：本發(fā)明的低滲透基質(zhì)，通過對傳統(tǒng)人工濕地填料的多次清洗和篩分，獲得的填料具有更加均勻的理化性質(zhì)，孔隙率控制在30％-40％之間，滲透率平均比表面積達到5000-12000㎡/m以上，為傳統(tǒng)填料的15-20倍。由于低滲透基質(zhì)特殊的表面結(jié)構(gòu)，能夠促進微生物的生長，及污水處理效果的快速穩(wěn)定達標；由于具有較大的表面積和合理的孔隙度，從而使微生物和植物與污水的接觸更均勻、充分，最大限度地發(fā)揮了填料-植物-微生物的協(xié)同作用，提高了人工濕地的污水處理效率，，從而解決了人工濕地長期運行時處理效率下降和堵塞的問題。
具體實施方式
下面對本發(fā)明的具體實施方式進行詳細描述，但應當理解本發(fā)明的保護范圍并不受具體實施方式的限制。
實施例1
一種低滲透基質(zhì)，包括如下重量份數(shù)及粒徑大小的填料：小于0.075mm粒徑的細砂2份；0.075mm–0.6mm粒徑的粗砂20份；0.6mm-2mm粒徑的粗砂40份；2mm-6mm粒徑的碎石30份；6-10mm粒徑的碎石6份。
上述的低滲透基質(zhì)的制備方法，包括如下步驟：
(1)將粗砂及細砂表面采用80MPa的高壓水清洗3min，將碎石表面采用100MPa的高壓水清洗5min；
(2)篩選填料粒徑，按照重量份數(shù)，選取粒徑小于0.075mm的細砂2份，粒徑在0.075mm–0.6mm的粗砂20份，0.6mm-2mm粒徑的粗砂40份，粒徑在2mm-6mm的碎石30份，粒徑在6-10mm的碎石6份，均勻混合，制成。
本實施例制備的低滲透基質(zhì)孔隙率為35％，平均比表面積為10000㎡/m，滲透率為1.8*10-4m/s。
實施例2
一種低滲透基質(zhì)，包括如下粒徑大小的填料：小于0.075mm粒徑的細砂1份；0.075mm–0.6mm粒徑的粗砂15份；0.6mm-2mm粒徑的粗砂45份；2mm-6mm粒徑的碎石35份；6-10mm粒徑的碎石8份。
上述的低滲透基質(zhì)的制備方法，包括如下步驟：
(1)將粗砂及細砂表面采用80MPa的高壓水清洗3min，將碎石表面采用90MPa的高壓水清洗5min；
(2)篩選填料粒徑，按照重量份數(shù)，選取小于0.075mm粒徑的細砂1份；0.075mm–0.6mm粒徑的粗砂15份；0.6mm-2mm粒徑的粗砂45份；2mm-6mm粒徑的碎石35份；6-10mm粒徑的碎石8份，均勻混合，制成。
本實施例制備的低滲透基質(zhì)孔隙率為30％，平均比表面積為10110㎡/m，滲透率為5*10-4m/s。
實施例3
一種低滲透基質(zhì)，包括如下粒徑大小的填料：小于0.075mm粒徑的細砂9份；0.0.75mm–0.6mm粒徑的粗砂15份；0.6mm-2mm粒徑的粗砂40份；2mm-6mm粒徑的陶粒35份；6-10mm粒徑的卵石2份。
上述的低滲透基質(zhì)的制備方法，包括如下步驟：
(1)將粗砂及細砂表面采用80MPa的高壓水清洗3min，將陶粒表面采用95MPa的高壓水清洗5min,將卵石表面采用85MPa的高壓水清洗5min；
(2)篩選填料粒徑，按照重量份數(shù)，選取小于0.075mm粒徑的細砂9份；0.075mm–0.6mm粒徑的粗砂15份；0.6mm-2mm粒徑的粗砂40份；2mm-6mm粒徑的陶粒35份；6-10mm粒徑的卵石2份。
本實施例制備的低滲透基質(zhì)孔隙率為36％，平均比表面積為10100㎡/m，滲透率為9*10-4m/s。
對比例1
一種滲透基質(zhì)，包括如下重量份數(shù)及粒徑大小的填料：小于0.075mm粒徑的黏土2份；0.1mm–0.6mm粒徑的粗砂20份；1mm-10mm粒徑的碎石70份；10-30mm粒徑的碎石6份。
上述的滲透基質(zhì)的制備方法，包括如下步驟：
(1)將粗砂表面采用80MPa的高壓水清洗3min，將碎石表面采用100MPa的高壓水清洗5min；
(2)篩選填料粒徑，按照重量份數(shù)，選取粒徑小于0.075mm的黏土2份，粒徑在0.1mm–0.6mm的粗砂20份，粒徑在1mm-10mm的碎石70份，粒徑在10-30mm的碎石6份，均勻混合，制成。
本實施例制備的滲透基質(zhì)孔隙率為56％，平均比表面積為565㎡/m，滲透率為9*10-2m/s。
對比例2
一種滲透基質(zhì)，包括如下粒徑大小的填料：小于0.075mm粒徑的細砂1份；0.085mm–0.095mm粒徑的砂15份；1mm-10mm粒徑的碎石80份；10-30mm粒徑的碎石8份。
上述的滲透基質(zhì)的制備方法，包括如下步驟：
(1)將粗砂及細砂表面采用80MPa的高壓水清洗3min，將碎石表面采用90MPa的高壓水清洗5min；
(2)篩選填料粒徑，按照重量份數(shù)，選取小于0.075mm粒徑的細砂1份；0.085mm–0.095mm粒徑的砂15份；1mm-10mm粒徑的碎石80份；10-30mm粒徑的碎石8份，均勻混合，制成。
本實施例制備的滲透基質(zhì)孔隙率為55％，平均比表面積為555㎡/m，滲透率為8*10-2m/s。
對比例3
一種滲透基質(zhì)，包括如下粒徑大小的填料：小于0.075mm粒徑的細砂9份；0.1mm–0.6mm粒徑的粗砂15份；0.7mm-0.9mm粒徑的陶粒80份；10-30mm粒徑的卵石2份。
上述的滲透基質(zhì)的制備方法，包括如下步驟：
(1)將粗砂及細砂表面采用80MPa的高壓水清洗3min，將陶粒表面采用95MPa的高壓水清洗5min,將卵石表面采用85MPa的高壓水清洗5min；
(2)篩選填料粒徑，按照重量份數(shù)，選取小于0.075mm粒徑的細砂9份；0.1mm–0.6mm粒徑的粗砂15份；0.7mm-0.9mm粒徑的陶粒80份；10-30mm粒徑的卵石2份。
本實施例制備的滲透基質(zhì)孔隙率為56％，平均比表面積為543㎡/m，滲透率為8*10-2m/s。
對比例4
一種滲透基質(zhì)，包括如下粒徑大小的填料：小于0.075mm粒徑的細砂1份；0.08mm–0.09mm粒徑的粗砂15份；0.7mm-0.9mm粒徑的碎石80份；35-45mm粒徑的碎石8份。
上述的滲透基質(zhì)的制備方法，包括如下步驟：
(1)將粗砂及細砂表面采用80MPa的高壓水清洗3min，將碎石表面采用90MPa的高壓水清洗5min；
(2)篩選填料粒徑，按照重量份數(shù)，選取小于0.075mm粒徑的細砂1份；0.08mm–0.09mm粒徑的粗砂15份；0.7mm-0.9mm粒徑的碎石80份；35-45mm粒徑的碎石8份，均勻混合，制成。
本實施例制備的滲透基質(zhì)孔隙率為59％，平均比表面積為523㎡/m，滲透率為9*10-2m/s。
應用實施例：
人工濕地的污水進水水質(zhì)為有機物輕度污染，將實施例1-3及對比例1-4制備的滲透基質(zhì)，按照600mm的厚度添加到人工濕地中，完全采用人工施工，不能壓實；鋪好后3天，檢測CODCr、BOD5、NH3-N、TP、SS的變化，計算去除率，計算公式為：
去除率％＝(進水水質(zhì)指標濃度-3天后濕地水質(zhì)指標濃度)/進水水質(zhì)指標濃度X100％；結(jié)果如表1所示：
表1
低滲透基質(zhì)具有更加合理的孔隙度，能夠為人工濕地植物根際生化反應提供更加充足的氧氣，同時低滲透基質(zhì)具有更大的比表面積，增加了微生物在填料表面的附著，從而提高了污染物的降解效率，為人工濕地下層的反硝化過程提供充足的碳源，也促進了植物對污水中污染物的吸收利用。由于低滲透基質(zhì)具有更均一的理化性質(zhì)，使得填料-植物-微生物的協(xié)同反應更充分污水處理效率更高，也解決了人工濕地局部處理效果不一致和板結(jié)的問題。
使用低滲透基質(zhì)的人工濕地，基質(zhì)的比表面積達到5000㎡/m3以上，為傳統(tǒng)填料的15-20倍，在為植物和微生物提供了一個更有利生長環(huán)境的同時，促使植物和微生物可以與污水充分接觸，植物、微生物和填料的協(xié)同作用得到充分發(fā)揮，使得污染物在濕地中可以均勻反應，達到均勻降解的效果，提高了單位面積人工濕地的去除率，如表1所示，CODCr、BOD5、NH3-N、TP、SS的去除率分別為85％-90％、85％-95％、85％-97％、85％-97％、85％-97％，而傳統(tǒng)人工濕地對CODCr、BOD5、NH3-N、TP、SS平均去除效率分別為80％、87％、75％、77％、83％，經(jīng)過對比可知，各項指標去除率均可提高5％到15％之間。
以上公開的僅為本發(fā)明的具體實施例，但是，本發(fā)明并非局限于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員能思之的變化都應落入本發(fā)明的保護范圍。