[发明专利]一种针对矿山废水重金属污染修复的红壤基人工湿地装置

说明书

技术领域

本发明涉及废水处理领域，尤其涉及一种针对矿山废水重金属污染修复的红壤基人工湿地装置。

背景技术

随着中国经济的日益发展，各种重金属污染问题逐渐成为人们关注的焦点问题。从2009年至今，我国已连续发生30多起重特大重金属污染事件，其中矿品开采冶炼引发的重金属环境污染在小矿山小冶炼比较集中的南方省份常常成为危害人民健康的重要因素。矿品开采冶炼带来了大量矿山废水，具有极强的酸性和极高的金属浓度，对矿山周边生态健康和环境安全构成巨大的威胁。常规的中和沉淀法、生物化学法和植物生态修复等治理方法普遍存在着投入资金大，运行维护成本高，设备繁多复杂等问题，迫切需要开发更加快速高效低廉的矿山废水修复技术。

人工湿地技术可以有效去除进水中的重金属，其出水水质好、抗冲击力强、操作简单、维护和运行费用低廉，还能提供生态附加值。基质是构成人工湿地的主要成分之一，已有工艺及国内外最新文献中报导的人工湿地基质多种多样，包括土壤、砂石、锰砂、泥炭、尾矿渣等，专利申请CN 203048673 U提出的处理含铅废水的人工湿地利用的便是砾石和沸石作为基质。土壤具有吸附潜力大，来源广泛，成本低廉等优势，如果能够可以作为人工湿地的填料，则可以大大降低构建成本。红壤是中国南方省份的典型土壤，富含大量的粘土矿物和铁（氢）氧化物，对重金属具有极高的吸附潜力，可能作为构建处理矿山废水的人工湿地的填料；但单纯的土壤作为湿地填料在处理矿山废水中容易堵塞失效，同时红壤具有极强酸性，限制了其对重金属的高效吸附，也不利于湿地植物/微生物的正常生长，需要辅以其他调控措施（如pH改良），使红壤发挥对重金属吸附的更大潜力。专利申请200910107815.9曾经提出以红壤等多种材料复合构建处理重金属废水的人工湿地，但其填料中红壤仅占并不作为主要基质，仍需5%-75%火山岩来提供去除能力，如果要在以红壤为典型土壤的南方矿区使用，相对构建成本不低。

同时，微生物活动对于重金属的运移转化具有着重要影响，类似硫酸盐还原作用、异化金属还原作用等生物地球化学过程能够以相对稳定的形态将金属离子固定于土壤中，避免弱吸附态的金属离子日后重新溶出，形成二次污染。专利申请201110220072.3和200810234601.3便是利用了硫酸盐还原作用来修复重金属污染，但矿山废水的强酸性会严重抑制微生物活动，需要提前对酸度进行一定的调节，增加了处理成本，同时单靠微生物反应器要实现重金属的完全去除，需要添加大量碳源及营养物质。如果能将人工湿地厌氧层的微生物活动调节利用，则可以在利用土壤吸附能力的同时发挥微生物作用，最大化去除矿山废水中的重金属污染。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于重金属废水处理的人工湿地系统，能够对重金属污染的酸性矿山废水的突发性泄漏和长期排放实现有效防治。

为实现上述目的， 本发明提供一种基于红壤的用于矿山废水重金属污染修复的人工湿地装置，其特征在于，其从上至下依次包含进水口（1）、布水层（2）、化学反应层（3）、复合反应层（4）、集水层（5）、出水口（6）；其中布水层（2）、化学反应层（3）、复合反应层（4）、集水层（5）依次相连；进水口（1）安置在布水层（2）上方，从进水口（1）进来的水刚好进入到布水层（2）中；出水口（6）设置在集水层（5）的最下方，利于水的导出；所述化学反应层（3）的填料包括红壤、结构调节剂和pH改良剂，其中红壤占50-60重量%。

还包括在所述人工湿地中种植有植物；优选挺水植物；更优选美人蕉、芦苇、香蒲等植物。

所述结构调节剂为粒径0-3cm的砂石；pH改良剂为碳酸钙。

所述结构调节剂的重量百分比为30-40%；pH改良剂的重量百分比为1-10%。

所述布水层（2）由粒径0-10cm的砂石填充构成，厚度5-15cm。

所述化学反应层（3）的平均容重为1.2g/cm³，反应层厚度为5-30cm。

所述复合反应层（4）的填料包括红壤、结构调节剂、pH改良剂和微生物活动调控剂；

优选的，所述红壤的重量百分比为50-60%、结构调节剂为粒径0-3cm的砂石，重量百分比为30-40%、pH改良剂为碳酸钙，重量百分比为1-5%和微生物活动调控剂为含硫有机物质，重量百分比为1-5%。

所述复合反应层（4）的平均容重为1.2g/cm³，反应层厚度为10-60cm；

任选的，所述集水层（5）由粒径0-3cm的砂石构成，厚度10-20cm。