CN108569768B

CN108569768B - 一种玉米秸秆制备人工湿地基质的方法

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Publication number: CN108569768B
Application number: CN201710659936.9A
Authority: CN
Inventors: 徐建玲; 王汉席; 刘学军; 盛连喜
Original assignee: Northeast Normal University
Current assignee: Northeast Normal University
Priority date: 2017-08-04
Filing date: 2017-08-04
Publication date: 2021-06-18
Anticipated expiration: 2037-08-04
Also published as: CN108569768A

Abstract

本发明公开了一种玉米秸秆制备人工湿地基质的方法，该方法将秸秆依次经过晾晒、粉碎、碳化、低温活化、基质调配和基质块制备六个步骤。首先将收割完成的玉米秸秆去叶后进行晾晒，晾晒至含水量低于15％后进行皮穰分离，皮和穰分别粉碎成不同规格后在不同温度下进行炭化，炭化后在水中浸泡再进行低温活化，活化之后的秸秆穰基活性炭加入粒径为0.5～1mm的粗砂制备成基质块。将基质块用于人工湿地，秸秆皮基活性炭放置于人工湿地的顶部。制备的人工湿地基质具有可再生性、净化生活污水的效果好，且完成使用周期的废弃基质可用于制备有机肥，资源化利用率高。

Description

一种玉米秸秆制备人工湿地基质的方法

技术领域

本发明涉及环境科学与工程中的环境生态技术领域，尤其涉及一种玉米秸秆制备人工湿地基质的方法。

背景技术

随着我国经济的发展，城市化水平的提高，我国城市生活污水产生量大，呈逐年增加。采用工业方法净化生活污水成本高，且净化后的污泥处理困难，不仅污染环境，处理成本高。人工湿地通过基质吸收、植物吸附和微生物分解，实现对生活污水的高效净化，同时产生一定的景观效果。人工湿地处理生活污水成本低，同时产生生物质能，有效的利用污水中的氮磷。

目前生活污水主要通过建设的工业化设备净化，运行成本高，产生的污泥脱水处理困难，很难有效的利用污水中的有机质污染物，资源化利用率低。而人工湿地处理生活污水成本低，有机质能够被植物充分吸收，获得生物质能源。在人工湿地实际运行一段时间后，人工湿地基质被污水中的污染物堵塞，致使湿地基质的渗透系数下降，污水的污染物去除效果大大降低，甚至无法运行。因此，开发渗透效率高，不易堵塞且能够有效利用污水中的有机质作为资源，降低运行成本，同时在长期运行后人工湿地基质因堵塞无法继续运行时，能够有效的资源化利用，是当前人工湿地研究的关键。人工湿地基质的研究对提高人工湿地技术的进步、实现低成本的处理生活污水以及有效的改善人们的居住环境等都将具有重要意义。目前关于人工湿地基质的研究主要授权或公开的专利包括：一种秸秆 -污泥复合基活性炭的制备方法(申请专利号：201310486648.X)、活性炭纤维毡、布连续制备工艺(申请专利号：201310669204.X)、耐洗涤、高强度粘胶基活性炭纤维织物的炭化方法(申请专利号：201510305767.X)、长寿命、高强度粘胶基活性炭纤维织物的炭化方法(申请专利号：201510306383.X)、一种表面富氮活性炭及其制备方法与应用(申请专利号：201610328079.X)、一种微波适应型复合活性炭的制备方法及其微波再生方法(申请专利号：200910214233.0)、一种利用稻壳灰生产多孔纳米二氧化硅和活性炭的方法(申请专利号： 201010231668.9)、一种以稻壳联产木糖、白炭黑和活性炭的方法(申请专利号：201010589328.3)、低温定向制备高比表面积木质颗粒活性炭的方法(申请专利号：201110033145.8)、低风阻活性炭纤维的制备工艺(申请专利号： 201110047887.6)、一种造纸污泥颗粒活性炭填料及其制备方法(申请专利号： 201110103056.6)、以毛竹下脚为原料制备燃油回收专用活性炭及方法(申请专利号：201110320478.9)、一种以木屑为原料制备颗粒活性炭的方法(申请专利号： 201210097738.5)和低温预处理磷酸法制备活性炭的方法(申请专利号： 201210245657.5)等。以上这些专利都是关于人工湿地基质制备方法的，这些方法制备的人工湿地基质都具有一定的优点，对推动人工湿地基质制备水平的提高都有一定的促进作用。但是因存在方法复杂、成本高、易堵塞、产生二次污染、资源化利用率低或没有进行资源化利用等一种或多种缺陷，推广应用困难。因此，开发一种方法简单，制造成本低、材料为可再生的、处理污水后能够资源化利用的人工湿地制造方法，对推进人工湿地建设水平的提高以及生活污水处理技术的进步都具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种秸秆制备人工湿地基质的方法，实现人工湿地基质制备材料的可再生性，降低人工湿地的基质的制造成本，提高人工湿地对污水的净化效果，同时实现人工湿地基质的完全资源化利用；该方法工艺简单，具有较高推广应用价值。

本发明采取的技术方案如下：

一种玉米秸秆制备人工湿地基质的方法，其特征在于：该方法秸秆依次经过晾晒、粉碎、碳化、低温活化、基质调配和基质块制备六个步骤。第一，首先将收割完成的玉米秸秆去叶后进行晾晒，晾晒至含水量低于15％后进行皮穰分离；第二，去皮的后的玉米秸秆穰粉碎至粒径1～5mm、5～8mm、8～12mm三个粒径范围，去掉的秸秆皮粉碎长度为5～10mm，宽小于5mm；第三，将粉碎的玉米秸秆穰颗粒在225～255℃温度条件下碳化80～100min，粉碎的秸秆皮颗粒在400～450℃温度条件下炭化45～55min；第四，将碳化后的玉米秸秆穰基活性炭和秸秆皮基活性炭浸泡18～26小时，再将饱和的基质在-25～-35℃温度条件下冻胀2～3天低温活化；第五，活化之后不同粒径的秸秆穰基活性炭进行混合，同时在混合物中加入总质量的35～45％且粒径为0.5～1mm的粗砂，进行充分搅拌混合；第六，将混合后的基质在高压下压缩，制备成人工湿地基质块。

所述的去皮厚度为0.8～1.2mm，制备的秸秆皮基活性炭低温活化后铺设于秸秆穰基活性炭与粗砂混合物制备的人工湿地基质块组成的人工湿地基质的顶面，铺设厚度为10～20mm。

所述的去皮后的粒径为1～5mm、5～8mm、8～12mm的玉米秸秆基活性炭颗粒混合比为10～15％：25～35％：50～65％。

所述的制备的人工湿地基质的渗透系数低于1.0m/d时，取出基质块，在通风条件下进行好氧发酵制肥，发酵温度控制在30℃以上，每日通风量为1.5～2.0m³/吨。

所述的厌氧发酵后的人工湿地基质在进行筛分后，对筛上物进行造粒风干，将筛下物主要成分粗砂再次与不同粒径的秸秆基活性炭混合制备人工湿地基质块。

所述的混合基质块边长为400～700mm，压缩强度为0.35～0.60MPa，强度维持时间为10～15min。

有益效果：本发明能够有效的提高人工湿地基质对污水的净化效果，减少人工湿地基质的制造成本；本发明能够实现人工湿地基质的完全资源化利用，同时解决人工湿地堵塞的难题；本发明方法简单，成本低，使用寿命长，可操作性强。

附图说明

图1是本发明的人工湿地基质流程图。

具体实施方式

本发明采用玉米秸秆制备人工湿地基质，实现人工湿地基质的完全资源化利用，为提高基质的利用效率，将用于调配的人工湿地基质密度的粗砂在发酵后筛分再次利用，本发明采用秸秆皮和穰分开活化制备活性炭，提高活化效率，节约了能源，同时提高活性炭的吸附性，进而提高人工湿地基质的净化效果和和净化效率，本发明方法制造成本低，推广应用价值较高。

以下结合实例对本发明进一步说明，具体实施步骤如下：

实例1：城市公园人工湿地基质制备

如图1所示，该方法秸秆依次经过晾晒、粉碎、碳化、低温活化、基质调配和基质块制备六个步骤。第一，首先将收割完成的玉米秸秆去叶后进行晾晒，晾晒至含水量低于15％后进行皮穰分离；第二，去皮的后的玉米秸秆穰粉碎至粒径1～5mm、5～8mm、8～12mm三个粒径范围，去掉的秸秆皮粉碎长度为 5～10mm，宽小于5mm；第三，将粉碎的玉米秸秆穰颗粒在225℃温度条件下碳化100min，粉碎的秸秆皮颗粒在400℃温度条件下炭化55min；第四，将碳化后的玉米秸秆穰基活性炭和秸秆皮基活性炭浸泡18小时，再将饱和的基质在-25℃条件下冻胀3天后进行低温活化；第五，活化之后不同粒径的秸秆穰基活性炭进行混合，同时在混合物中加入总质量35％且粒径为0.5～1mm的粗砂，同时进行充分搅拌混合；第六，将混合后的基质在高压下压缩，制备成人工湿地基质块。

去皮厚度为0.8～1.2mm，制备的秸秆皮基活性炭低温活化后铺设于秸秆穰基活性炭与粗砂混合物制备的人工湿地基质块组成的人工湿地基质的顶面，铺设厚度为10mm。

去皮后的粒径为1～5mm、5～8mm、8～12mm的玉米秸秆基活性炭颗粒混合比为10％：25％：65％。

制备的人工湿地基质的渗透系数低于1.0m/d时，取出基质块，在通风条件下进行好氧发酵制肥，发酵温度控制在30℃以上，每日通风量为1.5m³/ 吨。

厌氧发酵后的人工湿地基质在筛分后，对筛上物进行造粒风干，筛下物粗砂再次与不同粒径的秸秆基活性炭混合制备人工湿地基质块，实现粗砂的重复利用。

混合基质块边长为700mm，压缩强度为0.35MPa，强度维持时间为 10min。

采用上述发明方法制备的人工湿地基质，符合地表水体三类水质标准，效果显著。

实例2：污水处理人工湿地基质制备

如图1所示，该方法的六个步骤：第一，首先将收割完成的玉米秸秆去叶后进行晾晒，晾晒至含水量低于15％后进行皮穰分离；第二，去皮的后的玉米秸秆穰粉碎至粒径1～5mm、5～8mm、8～12mm三个粒径范围，去掉的秸秆皮粉碎长度为5～10mm，宽小于5mm；第三，将粉碎的玉米秸秆穰颗粒在255℃条件下碳化80min，粉碎的秸秆皮颗粒在450℃条件下炭化45min；第四，将碳化后的玉米秸秆穰基活性炭和秸秆皮基活性炭浸泡26小时，再将饱和的基质在 -35℃条件下冻胀3天进行低温活化；第五，活化之后不同粒径的秸秆穰基活性炭进行混合，同时在混合物中加入总质量45％且粒径为0.5～1mm的粗砂，同时进行充分搅拌混合；第六，将混合后的基质在高压下压缩，制备成人工湿地基质块。

去皮厚度为0.8～1.2mm，制备的秸秆皮活性炭低温活化后放置于秸秆穰基活性炭与粗砂混合物制备的人工湿地基质块组成的人工湿地基质的顶面，铺设厚度为20mm。

去皮后的粒径为1～5mm、5～8mm、8～12mm的玉米秸秆基活性炭颗粒混合比为15％：35％：50％。

制备的人工湿地基质的渗透系数低于1.0m/d时，取出基质块，在通风条件下进行好氧发酵制肥，发酵温度控制在30℃以上，每日通风量为2.0m³/ 吨。

厌氧发酵后的人工湿地基质在进行筛分后，对筛上物进行造粒风干，筛下物粗砂与不同粒径的秸秆基活性炭混合制备人工湿地基质块。

混合基质块边长为400mm，压缩强度为0.60MPa，强度维持时间为 15min。

采用上述发明方法，制备的人工湿地基质净化污水厂的污水，效果显著，净化后的水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918－2002) 的一级A标准，效果显著。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在不脱离本发明实质的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种玉米秸秆制备人工湿地基质的方法，其特征在于：该方法秸秆依次经过晾晒、粉碎、碳化、低温活化、基质调配和基质块制备六个步骤，第一，首先将收割完成的玉米秸秆去叶后进行晾晒，晾晒至含水量低于15％后进行皮穰分离；第二，去皮后的玉米秸秆穰粉碎至粒径1～5mm、5～8mm、8～12mm三个粒径范围，去掉的秸秆皮粉碎长度为5～10mm，宽小于5mm；第三，将粉碎的玉米秸秆穰颗粒在225～255℃温度条件下碳化80～100min，粉碎的秸秆皮颗粒在400～450℃温度条件下炭化45～55min；第四，将碳化后的玉米秸秆穰基活性炭和秸秆皮基活性炭浸泡18～26小时，再将饱和的基质在-25～-35℃温度条件下冻胀2～3天低温活化；第五，活化之后不同粒径的秸秆穰基活性炭进行混合，同时在混合物中加入总质量的35～45％且粒径为0.5～1mm的粗砂，进行充分搅拌混合；第六，将混合后的基质在高压下压缩，制备成人工湿地基质块；所述的去皮厚度为0.8～1.2mm，制备的秸秆皮基活性炭低温活化后铺设于秸秆穰基活性炭与粗砂混合物制备的人工湿地基质块组成的人工湿地基质的顶面，铺设厚度为10～20mm；所述的去皮后的粒径为1～5mm、5～8mm、8～12mm的玉米秸秆基活性炭颗粒混合比为10～15％：25～35％：50～65％；所述的制备的人工湿地基质的渗透系数低于1.0m/d时，取出基质块，在通风条件下进行好氧发酵制肥，发酵温度控制在30℃以上，每日通风量为1.5～2.0m³/吨；所述的好氧发酵后的人工湿地基质在进行筛分后，对筛上物进行造粒风干，将筛下物主要成分粗砂再次与不同粒径的秸秆基活性炭混合制备人工湿地基质块；所述的混合基质块边长为400～700mm，压缩强度为0.35～0.60MPa，强度维持时间为10～15min。