[发明专利]作为除磷基质材料的镁橄榄石的应用

说明书

技术领域

本发明涉及除磷基质材料，特别涉及一种高效、环保、稳定的作为除磷基质材料的镁橄榄石（forsterite）的应用。

背景技术

改革开放以来，尽管我国污水处理取得了长足进步，但我国的水环境质量不容乐观，水污染防治形势严峻。根据《2011年中国环境状况公报》，全国地表水污染依然较重，七大水系总体为轻度污染，湖泊（水库）富营养化问题突出。因此，水体富营养化的防治已成为人们关注的热点问题。水体富营养化主要是由水体中的N、P浓度增加所致。大量研究表明，控制水体中P的浓度是控制水体富营养化的关键因素。作为典型的生态处理技术，人工湿地广泛应用于污染水体的水质净化与恢复、面源污染控制等领域，具有投资及维护费用低、出水水质好、二次污染小等优点，是消减水体氮磷污染物的有效工艺之一，它不仅可满足脱氮除磷的水质要求，而且可大幅削减进入受纳水体的污染负荷，在一定程度上保障受纳水体的水质需求，具有良好的环境、经济效益。

人工湿地（constructed wetland，CW）是人为建造的利用植物、基质与微生物三者的物质循环与能量流动来处理污水的一种生态系统。磷是人工湿地中主要的限制性养分之一，人工湿地对磷的去除主要依靠基质的物理化学作用、植物的吸收作用和微生物正常的同化及聚磷菌的过量摄磷作用这三方面作用来完成。其中，基质一直被公认为是进入湿地系统的磷的最终归宿，其沉淀和吸附作用是磷素最主要的去除途径，贡献率高达70~87%。人工湿地的除磷效果与基质类型密切相关，基质的理化性质以及特定的吸附能力影响磷的去除。富含Al³⁺、Fe³⁺、Ca²⁺的基质可通过吸附和沉淀反应达到较好的除磷效果，而镁系吸附剂对水中的磷酸盐也有着较好的去除能力。因此，选择合适的人工湿地基质材料，是构建人工湿地，提高人工湿地净化能力的关键举措。

目前，人们已经探讨了多种天然材料或经物理、化学改性的天然材料以及人工合成的材料来强化人工湿地吸附除磷效果。但均存在相应的问题，包括性质不稳定、效率低、投放量大、易造成水体二次污染等。

镁橄榄石（forsterite）作为高效耐火材料，成本低廉、性质稳定，作为富镁材料具有良好的除磷潜力。目前，利用镁橄榄石作为一种高效除磷材料并在实际中进行应用，在国内外尚未见报道。

发明内容

本发明的目的在于应用镁橄榄石（forsterite）作为一种除磷基质材料。

本发明的作为除磷基质材料的镁橄榄石的应用，是利用镁橄榄石的具有性能稳定、高效除磷、成本低廉等的特点，既可直接将镁橄榄石用于人工湿地中或应用于滤池中作为除磷基质材料，对污水厂二级生化出水或微污染河水的除磷；也可将镁橄榄石作为复合填料的原料之一用于人工湿地中作为除磷基质材料，对污水厂二级生化出水或微污染河水的除磷。应用镁橄榄石作为人工湿地和滤池的除磷基质材料，出水总磷（磷酸盐）浓度优于《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）的Ⅳ类水质标准，可大大降低受纳水体富营养化的危险，改善水体环境。

所述的直接将镁橄榄石用于人工湿地中作为除磷基质材料，其中人工湿地中镁橄榄石的填充比例为28.15~47.20kg·m^-2（单位面积填充质量）。填充了镁橄榄石的人工湿地可高效除磷，且强度高、性质稳定、对水体无二次污染风险，镁橄榄石作为人工湿地除磷基质材料可得到广泛应用。

所述的直接将镁橄榄石应用于滤池中作为除磷基质材料，其中填充了镁橄榄石的滤池中的孔隙率为48~53%。

所述的将镁橄榄石作为复合填料的原料之一用于人工湿地中作为除磷基质材料，是将复合填料中的各填料依照三段式除磷系统中水流方向自进水端至出水端依次进行填充，按固定填充比例分别平铺填充于三段式除磷系统中，所述的三段式除磷系统中的第一段除磷系统自进水端开始由上至下分别填充沸石、无烟煤、钢渣和生物陶粒，填充的沸石：无烟煤：钢渣：生物陶粒的体积比为1:1~2:1:1；自所述的三段式除磷系统的第二段除磷系统的进水端开始，由下至上分别填充生物陶粒、镁橄榄石和无烟煤，填充的生物陶粒：镁橄榄石：无烟煤的体积比为1~2:1:1；自所述的三段式除磷系统的第三段除磷系统的进水端开始，由上至下分别填充沸石和生物陶粒，填充的沸石：生物陶粒的体积比为3~4:1。