专利名称：高新用稻壳炭进行阳离子交换、吸附、过滤的生物处理污水法技术
技术领域：
本发明涉及的是一种利用稻壳炭进行阳离子交换、吸附、过滤的生物处理污水法， 属于人工湿地水处理技术领域。
背景技术：
人工湿地是一种经济高效的污水处理系统，利用生态系统中基质-水生植物-微生物的物理、化学和生物的三重协同作用来实现对污水的净化。当污水流过湿地床过程中， 悬浮颗粒物首先通过植物的根系以及湿地填料的拦截、吸附、共沉降等作用从污水中去除。 而其中有机部分随着时间的推移被植物根际微生物和填料上生成的生物膜逐渐降解。无机部分被截留成为湿地床的一部分及草本植物。目前常被应用于人工湿地的填料有砾石、沸石、粗砂以及煤灰渣等。因其通透性好、比表面积大、具有物理吸附能力，大大提高了污染物的去除效果。然而这些填料除截留小部分溶解性氮、磷供植物吸收利用外，对改善湿地土壤的阳离子交换能力的作用不是特别明显。
发明内容
本发明提供的是一种利用稻壳炭进行离子交换、吸附、过滤的生物处理污水方法， 其目的旨在去除氮磷等污染的同时，通过投加的稻壳炭改善土壤周围环境，改善土壤阳离子交换水平，提高土壤肥力，促进植物更好的生长。本发明的技术解决方案生物处理污水方法包括如下工艺步骤，
一、在沟渠、水塘滨水地带，每5米左右均等挖出一小土方，土方尺寸为 1. 5m*l. 5m*l. 5m ；
二、回填土方，回填土层用稻壳炭与原土壤每5cm层高间隔铺垫，铺好后在土方中种植一株落羽杉，利用自然水体水位落差，水流流经人工炭土夹层使水体与炭材充分接触，截留氮磷，一方面水体中溶解的阳离子与炭材表面官能基团发生交换，固定于稻壳炭材表面，被截留的氮磷以及阳离子被落羽杉根系吸收，转换成为生物质，排除出水体系统；另一方面经稻壳炭改良的土壤，土壤中的阳离子交换能力得到了提高，微生物群落多样性显著，土壤肥力增强，更好的促进了落羽杉等植物的生长。本发明的优点稻壳炭表面带有大量的负电荷，不仅吸附水、土壤或沉积物中的极性或非极性有机化合物，还可吸附大量阳离子(如K+，NH4+, Ca2+，Mg2+等)，使炭材表面的活性基团与水体中的阳离子交换水平提高，使土壤有机质、PH、黏粒含量、体积质量、通气孔隙度都得到改善，从而使土壤的肥力水平、保肥能力和离子缓冲能力得到提高。再者稻壳炭疏松多孔的结构以及巨大的表面积为特殊类群的微生物的生长提供了载体，从而促进土壤营养元素的循环，并且稻壳炭中含有植物生长所需的15种营养元素，可促进植物生长。
图1是本发明人工湿地横向剖面示意图。
图2是本发明人工湿地纵向剖面示意图。图中的1是稻壳炭层，2是土层，3是水面，4是土方，5是落羽杉。
具体实施例方式实施例
在一块宽5m，长500m的田间沟渠一侧，每隔五米挖一长宽高分别为1. 5m* 1. 5m* 1. 5m的土方(如图2所示)。后回填土方，在土方中每5cm间隔铺上2. 5mm左右粒径的稻壳炭与原土壤，铺好后在土方中种植一株落羽杉(如图1)。利用自然水体水位落差，水流流经人工炭土夹层使水体与炭材充分接触，从而发生过滤，吸附，离子交换反应，形成污水处理系统，吸收去除氮磷等污染物。同时经稻壳炭改良的土壤，由于阳离子交换能力增强，使周围土壤环境得到改善，使土壤肥力增强，更好的促进了作物的生长。改良土壤的是稻壳炭，其碳素含量为389^5096，水分彡2%,碳粒度为2. 5 mm左右， I-IOOMffl孔隙率约为42%，阳离子交换量约(72cmol/kg)，稻壳碳除本身含植物生长所需营养元素外，内部为微孔结构具有较高的比表面积，炭材内部的活性基团可与周围的阳离子进行离子交换，使土壤阳离子浓度提高，改善土壤环境，在去除污染物的同时，土壤肥力得到增强。稻壳炭与原土壤每5cm层高间隔铺于挖出的土方空间中，其中一种土方尺寸为 1. 5m*l. 5m*l. 5m。种植适应性强的木本植物落羽杉。落羽杉耐水，耐盐，耐污染力强，在改良的土壤中能很好的适应和较好的生长。再者落羽杉生长周期长，生物量较草本植物大，可保证湿地系统长期间稳定运行，减少频繁收割等后续处理的麻烦，且长成的大量木材具有较高的经济价值。反应器分布于沟渠、水塘滨水地带，富含氮磷的水体流过时，从一侧流入稻壳炭生物反应器，水体与炭层发生作用。稻壳炭层通过过滤、吸附、离子交换，截留富氮磷水体中的富营养污染物质。水体中溶解的阳离子与稻壳炭表面的官能基团发生置换反应，大量阳离子(如K+，Ca2+，Mg2+等)被稻
壳炭表面功能集团交换固定。水体从另一侧流出时，水质指标得到改善。同时，落羽杉根系立体网状分布于反应器中，吸取稻壳炭表面的阳离子和氮磷营养元素，进而转化为有机生物量，使污染物质分离出富氮磷水体系。该反应器不仅能够有效减少农田耕地等溢流水体造成的氮磷流失，降低农业面源污染。还可提高表土层的养分固持力，减少肥料施用总量，潴留富营养化污染物的迁移。阳离子交换作用是土壤中存在的现象，它是土壤最重要的化学性质之一，是土壤具有供应、保蓄养分元素，对污染物具有一定自净能力和环境容量的根本原因。土壤阳离子交换能力直接反映土壤保蓄、供应和缓冲养分的能力，同时影响多种其它土壤理化性质。通过稻壳炭改良的土壤，其阳离子交换能力极大增强，土壤环境得到改进，能更好的促进林农作物的生长，带来更大的经济效益。同时稻壳炭是一种环境友好材料，本身含有植物生长所需的营养元素，且施用于土壤中不会带来二次污染，因此具有很高的适用性。
权利要求
1.一种利用稻壳炭进行阳离子交换、吸附、过滤的生物处理污水方法，其特征是该方法包括如下工艺步骤，A、在沟渠、水塘滨水地带，每5米左右均等挖出一小土方，土方尺寸为 1. 5m*l. 5m*l. 5m ；B、回填土方，回填土层用稻壳炭与原土壤每5cm层高间隔铺垫，铺好后在土方中种植一株落羽杉，利用自然水体水位落差，水流流经复合炭土夹层使水体与炭材充分接触，截留氮磷，一方面水体中的阳离子与炭材表面官能基团发生交换，固定于炭材表面，被截留的氮磷以及阳离子被落羽杉根系吸收，转换成生物量，排除出水体系统；另一方面经稻壳炭改良的土壤，土壤中的阳离子交换能力得到了提高，微生物群落多样性显著，土壤肥力增强，更好的促进了落羽杉等植物的生长。
2.根据权利要求1所述的一种利用稻壳炭进行阳离子交换、吸附、过滤的生物处理污水方法，其特征是改良土壤的是稻壳炭，其碳素含量为389^5096，水分<296，碳粒度为2.5 mm左右，I-IOOMffl孔隙率约为42%，阳离子交换量约72cmol/kg，稻壳碳除本身含植物生长所需营养元素外，内部为微孔结构具有较高的比表面积、炭材内部的活性基团可与周围水体中的阳离子进行离子交换，使复合土壤阳离子浓度提高，改善土壤物理化学性质，在阻断污染物迁移的同时，复合土壤的肥力得到增强。
3.根据权利要求1所述的一种利用稻壳炭进行阳离子交换、吸附、过滤的生物处理污水方法，其特征是稻壳炭与原土壤每5cm层高间隔铺于挖出的土方中，其中土方尺寸 1. 5m* 1. 5m* 1. 5m。
全文摘要
本发明是一种利用稻壳炭进行阳离子交换、吸附、过滤的生物处理污水方法，其特征是在沟渠、水塘滨水地带挖尺寸为1.5m×1.5m×1.5m的土方，回填土层用稻壳炭与原土壤每5cm层高间隔铺垫，铺好后在土方中种植一株落羽杉。利用自然水体水位落差，水流流经人工炭土夹层使水体与炭材充分接触，水体中的阳离子与炭材表面官能基发生交换，固定于炭材表面，炭材截留交换的阳离子被落羽杉根系吸收，排除出水体系统。较之前的人工湿地处理技术，优点氮磷去除率明显提高，同时经稻壳炭改良的土壤，阳离子交换频繁，微生物群落展现出多样性，固肥、植物生长能力得到增强，更好的促进了落羽杉等植物的生长。
文档编号C02F3/32GK102351319SQ201110276640
公开日2012年2月15日 申请日期2011年9月19日 优先权日2011年9月19日
发明者刘新, 张齐生 申请人:南京林业大学
