專利名稱：用稻殼炭進行陽離子交換、吸附、過濾的生物處理污水法的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種利用稻殼炭進行陽離子交換、吸附、過濾的生物處理污水法， 屬于人工濕地水處理技術領域。
背景技術：
人工濕地是一種經(jīng)濟高效的污水處理系統(tǒng)，利用生態(tài)系統(tǒng)中基質-水生植物-微生物的物理、化學和生物的三重協(xié)同作用來實現(xiàn)對污水的凈化。當污水流過濕地床過程中， 懸浮顆粒物首先通過植物的根系以及濕地填料的攔截、吸附、共沉降等作用從污水中去除。 而其中有機部分隨著時間的推移被植物根際微生物和填料上生成的生物膜逐漸降解。無機部分被截留成為濕地床的一部分及草本植物。目前常被應用于人工濕地的填料有礫石、沸石、粗砂以及煤灰渣等。因其通透性好、比表面積大、具有物理吸附能力，大大提高了污染物的去除效果。然而這些填料除截留小部分溶解性氮、磷供植物吸收利用外，對改善濕地土壤的陽離子交換能力的作用不是特別明顯。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供的是一種利用稻殼炭進行離子交換、吸附、過濾的生物處理污水方法， 其目的旨在去除氮磷等污染的同時，通過投加的稻殼炭改善土壤周圍環(huán)境，改善土壤陽離子交換水平，提高土壤肥力，促進植物更好的生長。本發(fā)明的技術解決方案生物處理污水方法包括如下工藝步驟，
一、在溝渠、水塘濱水地帶，每5米左右均等挖出一小土方，土方尺寸為 1. 5m*l. 5m*l. 5m ；
二、回填土方，回填土層用稻殼炭與原土壤每5cm層高間隔鋪墊，鋪好后在土方中種植一株落羽杉，利用自然水體水位落差，水流流經(jīng)人工炭土夾層使水體與炭材充分接觸，截留氮磷，一方面水體中溶解的陽離子與炭材表面官能基團發(fā)生交換，固定于稻殼炭材表面，被截留的氮磷以及陽離子被落羽杉根系吸收，轉換成為生物質，排除出水體系統(tǒng)；另一方面經(jīng)稻殼炭改良的土壤，土壤中的陽離子交換能力得到了提高，微生物群落多樣性顯著，土壤肥力增強，更好的促進了落羽杉等植物的生長。本發(fā)明的優(yōu)點稻殼炭表面帶有大量的負電荷，不僅吸附水、土壤或沉積物中的極性或非極性有機化合物，還可吸附大量陽離子(如K+，NH4+, Ca2+，Mg2+等)，使炭材表面的活性基團與水體中的陽離子交換水平提高，使土壤有機質、PH、黏粒含量、體積質量、通氣孔隙度都得到改善，從而使土壤的肥力水平、保肥能力和離子緩沖能力得到提高。再者稻殼炭疏松多孔的結構以及巨大的表面積為特殊類群的微生物的生長提供了載體，從而促進土壤營養(yǎng)元素的循環(huán)，并且稻殼炭中含有植物生長所需的15種營養(yǎng)元素，可促進植物生長。


圖1是本發(fā)明人工濕地橫向剖面示意圖。
圖2是本發(fā)明人工濕地縱向剖面示意圖。圖中的1是稻殼炭層，2是土層，3是水面，4是土方，5是落羽杉。
具體實施例方式實施例
在一塊寬5m，長500m的田間溝渠一側，每隔五米挖一長寬高分別為1. 5m* 1. 5m* 1. 5m的土方(如圖2所示)。后回填土方，在土方中每5cm間隔鋪上2. 5mm左右粒徑的稻殼炭與原土壤，鋪好后在土方中種植一株落羽杉(如圖1)。利用自然水體水位落差，水流流經(jīng)人工炭土夾層使水體與炭材充分接觸，從而發(fā)生過濾，吸附，離子交換反應，形成污水處理系統(tǒng)，吸收去除氮磷等污染物。同時經(jīng)稻殼炭改良的土壤，由于陽離子交換能力增強，使周圍土壤環(huán)境得到改善，使土壤肥力增強，更好的促進了作物的生長。改良土壤的是稻殼炭，其碳素含量為389^5096，水分彡2%,碳粒度為2. 5 mm左右， I-IOOMffl孔隙率約為42%，陽離子交換量約(72cmol/kg)，稻殼碳除本身含植物生長所需營養(yǎng)元素外，內部為微孔結構具有較高的比表面積，炭材內部的活性基團可與周圍的陽離子進行離子交換，使土壤陽離子濃度提高，改善土壤環(huán)境，在去除污染物的同時，土壤肥力得到增強。稻殼炭與原土壤每5cm層高間隔鋪于挖出的土方空間中，其中一種土方尺寸為 1. 5m*l. 5m*l. 5m。種植適應性強的木本植物落羽杉。落羽杉耐水，耐鹽，耐污染力強，在改良的土壤中能很好的適應和較好的生長。再者落羽杉生長周期長，生物量較草本植物大，可保證濕地系統(tǒng)長期間穩(wěn)定運行，減少頻繁收割等后續(xù)處理的麻煩，且長成的大量木材具有較高的經(jīng)濟價值。反應器分布于溝渠、水塘濱水地帶，富含氮磷的水體流過時，從一側流入稻殼炭生物反應器，水體與炭層發(fā)生作用。稻殼炭層通過過濾、吸附、離子交換，截留富氮磷水體中的富營養(yǎng)污染物質。水體中溶解的陽離子與稻殼炭表面的官能基團發(fā)生置換反應，大量陽離子(如K+，Ca2+，Mg2+等)被稻
殼炭表面功能集團交換固定。水體從另一側流出時，水質指標得到改善。同時，落羽杉根系立體網(wǎng)狀分布于反應器中，吸取稻殼炭表面的陽離子和氮磷營養(yǎng)元素，進而轉化為有機生物量，使污染物質分離出富氮磷水體系。該反應器不僅能夠有效減少農(nóng)田耕地等溢流水體造成的氮磷流失，降低農(nóng)業(yè)面源污染。還可提高表土層的養(yǎng)分固持力，減少肥料施用總量，潴留富營養(yǎng)化污染物的遷移。陽離子交換作用是土壤中存在的現(xiàn)象，它是土壤最重要的化學性質之一，是土壤具有供應、保蓄養(yǎng)分元素，對污染物具有一定自凈能力和環(huán)境容量的根本原因。土壤陽離子交換能力直接反映土壤保蓄、供應和緩沖養(yǎng)分的能力，同時影響多種其它土壤理化性質。通過稻殼炭改良的土壤，其陽離子交換能力極大增強，土壤環(huán)境得到改進，能更好的促進林農(nóng)作物的生長，帶來更大的經(jīng)濟效益。同時稻殼炭是一種環(huán)境友好材料，本身含有植物生長所需的營養(yǎng)元素，且施用于土壤中不會帶來二次污染，因此具有很高的適用性。
權利要求
1.一種利用稻殼炭進行陽離子交換、吸附、過濾的生物處理污水方法，其特征是該方法包括如下工藝步驟，A、在溝渠、水塘濱水地帶，每5米左右均等挖出一小土方，土方尺寸為 1. 5m*l. 5m*l. 5m ；B、回填土方，回填土層用稻殼炭與原土壤每5cm層高間隔鋪墊，鋪好后在土方中種植一株落羽杉，利用自然水體水位落差，水流流經(jīng)復合炭土夾層使水體與炭材充分接觸，截留氮磷，一方面水體中的陽離子與炭材表面官能基團發(fā)生交換，固定于炭材表面，被截留的氮磷以及陽離子被落羽杉根系吸收，轉換成生物量，排除出水體系統(tǒng)；另一方面經(jīng)稻殼炭改良的土壤，土壤中的陽離子交換能力得到了提高，微生物群落多樣性顯著，土壤肥力增強，更好的促進了落羽杉等植物的生長。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種利用稻殼炭進行陽離子交換、吸附、過濾的生物處理污水方法，其特征是改良土壤的是稻殼炭，其碳素含量為389^5096，水分<296，碳粒度為2.5 mm左右，I-IOOMffl孔隙率約為42%，陽離子交換量約72cmol/kg，稻殼碳除本身含植物生長所需營養(yǎng)元素外，內部為微孔結構具有較高的比表面積、炭材內部的活性基團可與周圍水體中的陽離子進行離子交換，使復合土壤陽離子濃度提高，改善土壤物理化學性質，在阻斷污染物遷移的同時，復合土壤的肥力得到增強。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種利用稻殼炭進行陽離子交換、吸附、過濾的生物處理污水方法，其特征是稻殼炭與原土壤每5cm層高間隔鋪于挖出的土方中，其中土方尺寸 1. 5m* 1. 5m* 1. 5m。
全文摘要
本發(fā)明是一種利用稻殼炭進行陽離子交換、吸附、過濾的生物處理污水方法，其特征是在溝渠、水塘濱水地帶挖尺寸為1.5m×1.5m×1.5m的土方，回填土層用稻殼炭與原土壤每5cm層高間隔鋪墊，鋪好后在土方中種植一株落羽杉。利用自然水體水位落差，水流流經(jīng)人工炭土夾層使水體與炭材充分接觸，水體中的陽離子與炭材表面官能基發(fā)生交換，固定于炭材表面，炭材截留交換的陽離子被落羽杉根系吸收，排除出水體系統(tǒng)。較之前的人工濕地處理技術，優(yōu)點氮磷去除率明顯提高，同時經(jīng)稻殼炭改良的土壤，陽離子交換頻繁，微生物群落展現(xiàn)出多樣性，固肥、植物生長能力得到增強，更好的促進了落羽杉等植物的生長。
文檔編號C02F3/32GK102351319SQ201110276640
公開日2012年2月15日 申請日期2011年9月19日 優(yōu)先權日2011年9月19日
發(fā)明者劉新, 張齊生 申請人:南京林業(yè)大學