一种波裂解纳米介孔材料及其在农村农业污水处理上的应用的制作方法

1.本发明涉及农村农业污水处理领域，尤其涉及一种波裂解纳米介孔材料及其在农村农业污水处理上的应用。


背景技术：

2.现有技术中，无论是稻田水还是农村禽畜禽废水或者是生活污水、鱼塘尾水的处理流程基本上是收集污水、生态拦截、植物吸收消纳、好氧池、厌氧池代谢，原理基本上相同，处理技术科技含量低，能效尤显不足，对总氮指标处理效果微弱，特别是农业残留的危害基本上不涉及。
3.中国专利号201320604168.4公开了一种农业面源污染治理系统，由汇水沟、生态拦截渠、生态净化渠、生态系统组合净化支浜依次连接组成，其中汇水沟在水深1～2.2米处坡度为1：20，为水生植物的生长繁殖提供了保障，生态净化渠模拟自然界的生态驳岸和锅底型塘底，有利于为多样性生物提供各自适宜的场所，长期保持水体自净能力。锅底型塘底深度为2.5～3.5米，有利于多样性沉水植物的自我演替，长期保持水体的自净能力。该系统充分发挥能量循环的优势，实现了农业面源污染的治理，促进了农业生态的可持续发展。但是，该处理系统仅依靠水生植物的自净能力来实现农业面源的污染，治理效果有限。
4.中国专利号201810001431.8公开了一种农村面源污染治理方法，包括以下步骤：从农田面源污染、畜禽养殖污染、水产养殖污染、村域生活污水及地表径流和生活垃圾及固体废弃物方面进行源头控制；步骤二：在步骤一的基础上，通过生态沟渠、拦水坝、生态浮岛、梯级消纳和生物质利用的方式进行中段拦截和循环利用；步骤三：在步骤二的基础上，通过湿地植物组合消纳技术、无投喂水产养殖技术和生物质资源化利用技术进行末端治理；针对项目去农田面源水产养殖、畜禽养殖和地表径流等主要污水排放，以流域农业面源污染防控为总体目标，采取“源端控制－过程拦截－末端治理”的原则，采用养殖粪污回收利用技术、养殖固体废弃物资源化技术、健康水产养殖和循环用水技术、垃圾高效收集回收、居民生活污水就近生态处理技术等，实现项目区农业面源污染物减排及资源化利用，达到源头治理效果，但该治理方法对农药残留和抗生素并没有吸附及降解作用。
5.中国专利申请号202011609634.9公开了一种污水处理填料用复合纤维及好氧池用污水处理填料，该复合纤维包括依次设置的纤维束以及设置在纤维束外表面且用于将纤维束约束成股的包覆丝；其中，纤维束包括内部的骨架层以及外部的亲水性纤维层，骨架层包括多根骨骼单丝，亲水性纤维层包括多个相互嵌套且分别套设在骨架层的外表面的亲水性纤维线圈，亲水性纤维线圈由亲水性纤维环绕而成；以及由上述污水处理填料用复合纤维制成的污水处理填料；采用该复合纤维制成的污水处理填料，不仅比表面积高、强度高，而且利于菌种附着、不易于虫体增殖，能在提高专性菌种生长的同时避免红线虫爆发，生物膜挂膜量高，适于在好氧池中应用。但该填料不具备吸附生化作用、对基团和离子积作用甚微，没有离子交换作用，所能发挥治污的作用较为有限。


技术实现要素：

6.因此，针对上述的问题，本发明提供一种波裂解纳米介孔材料及其在农村农业污水处理上的应用，解决现有技术中污水处理所用填料性能不佳、污水处理方法所能达到的治理效果不佳、甚至加剧生态环境恶化的缺陷。
7.为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种波裂解纳米介孔材料，包括多孔的含水架状铝硅酸盐矿物，所述多孔的含水架状铝硅酸盐矿物由si、al和o组成硅氧四面体和铝氧四面体，所述硅氧四面体和铝氧四面体构成三维空间架状构造。
8.上述多孔的含水架状铝硅酸盐矿物是由中国专利号zl2019202809663的一种用于麻纤维或天然矿石的非标波裂解机加工而得的高科技污水处理新材料，其原理：利用波能转化成机械能，产生冲击波，由此而产生的机械效应、空化效应和自由基效应，对天然矿石进行深加工，疏通其2－50nm天然晶体状孔道，增加其比表面积，恢复其“微型反应器”功能，利用量子小尺寸效应、表面界面效应、宏观量子隧道效应等纳米级材料基本特性，增强其选择性吸附能力和催化作用，再通过去阴离子和高温烘干一系列工艺制备而成的纳米级硅系介孔材料。
9.该材料具有诸多优异性能，对农药残留、激素和抗生素有较好的吸附和降解作用，对修复原始生态也有很好自然均衡作用，在水土共治、提升处理能效上具有很好的作用。
10.一种波裂解纳米介孔材料在农业面源泵站前池的污水处理方法，包括以下处理步骤：(1)在支渠内撒入权利要求1所述的波裂解纳米介孔材料，利用波裂解纳米介孔材料的弛豫效应，同时构建纳米生物反应场，用于改善底泥生态；
11.(2)在支渠汇入干渠前端构建生态透水坝，在所述生态透水坝上端以波裂解纳米介孔材料为营养基质，盆栽移植沉水植物，所述生态透水坝内填充有权利要求1所述的波裂解纳米介孔材料；
12.(3)在较浅和支渠汇入处选取若干段做生态湿地，用于移栽水生湿地植物，构筑生物屏障，以茭白、荷花为优先选择，变废为宝，实现循环经济创收。
13.进一步的：所述波裂解纳米介孔材料为袋装形式，每袋12.5公斤，5袋为一组，用扎带绑定木质托盘，间隔2－4米沿两岸以插花式交叉投放于支渠和干渠内。
14.一种波裂解纳米介孔材料在农村生活污水处理上的应用方法，其特征在于：包括以下处理步骤：(1)收集农村生活废水；(2)将废水排入厌氧池处理，所述厌氧池内投放有上述所述波裂解纳米介孔材料，所述波裂解纳米材料的用量为废水量的8－13wt％；(3)再将经过步骤(2)处理后的废水排入预先构建的人工湿地，所述人工湿地内投放有上述所述的波裂解纳米介孔材料，废水在人工湿地内处理一定时间后再排入出水池，所述出水池内预先投放有波裂解纳米介孔材料；(4)将经过步骤(3)处理后的液体接入湿地公园系统回用或排入排水沟渠。
15.进一步的：在步骤(1)农村生活废水的收集处入口以及步骤(4)的排水沟渠处还设置有用于检测水质指标数据的无线水质传感器以及云服务终端，所述云服务终端每间隔一段时间从无线水质传感器获取水质指标数据。
16.一种波裂解纳米介孔材料在鱼塘尾水处理上的应用方法，包括以下处理步骤：(1)收集鱼塘尾水；(2)将鱼塘尾水排入预先构建好的生态透水坝拦截过滤，所述生态透水坝中投放有上述所述的波裂解纳米介孔材料；(3)将经过步骤(2)处理后的液体排入沉淀塘中进
行处理，所述沉淀塘中投放有上述所述的波裂解纳米介孔材料以及种植有沉水植物；(4)将经过步骤(3)处理的液体排入垂直潜流湿地处理，再送入水平湿地处理；(5)将经步骤(4)处理后的液体排入生态沟中，所述生态沟中投放有上述所述的波裂解纳米介孔材料以及种植有沉水、浮水植物；(6)经经过步骤(5)处理后的液体排入外沟渠或回收利用。
17.进一步的：步骤(4)的湿地种植有挺水植物和浮水植物，所述挺水植物种植密度为9株/m2～80株/m2，浮水植物的种植密度为1株/m2～30株/m2。
18.进一步的：在步骤(1)的鱼塘尾水收集进口处、步骤(3)的沉淀塘、步骤(5)的生态沟处均设置有用于检测水质指标数据的无线水质传感器以及云服务终端，所述云服务终端每间隔一段时间从无线水质传感器获取水质指标数据。
19.进一步的：所述水质指标数据包括激素、抗生素浓度和污染物指标ph值、cod(或高锰酸盐指数)、氨氮、总氮、总磷、ss等。
20.通过采用前述技术方案，本发明的有益效果为：
21.1、本发明所采用的波裂解纳米介孔材料，具有色散力作用，也即，表面具有较强的吸附力场，介孔材料内壁面较大，比表面积大，能够吸附各种杂质；可以双向调节ph，同时去除cod、bod、nh4－n、tn、tp，可以去除铅、镉、铬、铜、镍、锌、锑、汞、砷等重金属；还可以去除苯酚有机挥发物，降解激素、抗生素、苯醚甲环唑、丙环唑、有机膦等。
22.2、将本发明的波裂解纳米介孔材料应用在农业面源泵站前池的污水处理上，采用的是纯生态的工艺，遵循自然法则，对修复由于农业面源污染特别是农药残留造成的原始生态退化有着明显促进作用，精准治理、科学治理、长效治理，达到水土共治的作用。
23.3、本发明的波裂解纳米介孔材料应用在农业面源泵站前池的污水处理上，不需要消耗电能，安全可靠，运维简单，处理成本低，可实现循环经济，变废为宝。
24.4、本发明的波裂解纳米介孔材料在农村生物污水处理上的应用，具有如下优点：第一，采用新型高效生态波裂解纳米介孔材料作为核心技术材料，能够提升系统处理能效和科技含量。第二，利用波裂解纳米介孔材料构建纳米生物反应场，发挥自然法则自然均衡作用，提升原始微生态自我修复能力，抑制生态变异。第三，可实现“黑灰”不分离，同时借助原始微生物消纳污泥。第四，纯生态治理，不消耗电能，为“双碳”政策减负，为大自然减负。第五，新增无线水质传感器以及云服务终端，无线水质传感器和云服务终端构成监测系统，所述云服务终端能够每间隔一段时间从无线水质传感器获取水质指标数，能够及时监控系统运行状况，降低运维成本。
25.5、本发明的波裂解纳米介孔材料在鱼塘尾水处理上的应用，利用波裂解纳米介孔材料对激素、抗生素有良好去除性能，减轻尾水激素、抗生素给水体微生态造成的影响，提升微生态自我修复能力。新增了无线水质传感器与云服务终端，能够及时监测运行状况，降低运维成本。
附图说明
26.图1为本发明实施例三污水中菌群的扫描电镜图；
27.图2为本发明实施例三污水中菌群肉眼可见图；
28.图3为本发明实施例三波裂解纳米介孔材料与污水比为1：100的菌落图；
29.图4为本发明实施例三波裂解纳米介孔材料与污水比为1：4的菌落图。
具体实施方式
30.实施例一
31.一种波裂解纳米介孔材料，包括多孔的含水架状铝硅酸盐矿物，所述多孔的含水架状铝硅酸盐矿物由si、al和o组成硅氧四面体和铝氧四面体，所述硅氧四面体和铝氧四面体构成三维空间架状构造。
32.上述多孔的含水架状铝硅酸盐矿物是由中国专利号2019202809663的一种用于麻纤维或天然矿石加工的波裂解机加工而得的，可以双向调节ph，同时去除cod、bod、nh4－n、tn、tp，可以去除铅、镉、铬、铜、镍、锌、锑、汞、砷等重金属，还可以去除苯酚有机挥发物，降解激素、抗生素、苯醚甲环唑、丙环唑等，
33.该材料具有诸多优异性能，对农药残留、激素和抗生素有较好的吸附和降解作用，对修复原始生态也有很好自然均衡作用，在水土共治、提升处理能效上具有较好的作用。
34.泵站前池农业面源污染相对集中区域，它连通圩区农田水渠，调节水系，涝时排水入河，旱时回水灌溉。因此，泵站前池的治理，对整个水系水质的稳定具有决定性作用。
35.上述波裂解纳米介孔材料在农业面源泵站前池的污水处理方法，包括以下处理步骤：(1)在支渠内撒入上述所述的波裂解纳米介孔材料，根据支渠内污水的总量，测算需要加入的波裂解纳米介孔材料，用于改善底泥生态；具体的，所述波裂解纳米介孔材料为袋装形式，每袋12.5公斤，5袋为一组，用扎带绑定木质托盘，间隔3米沿两岸以插花式交叉投放于支渠内；
36.(2)在支渠汇入干渠前端构建生态透水坝，在所述生态透水坝上端以波裂解纳米介孔材料为营养基质，盆栽移植沉水植物，用于发挥过滤拦截的作用；所述生态透水坝内填充有上述所述的波裂解纳米介孔材料；该设计既可以保证及时处理污水，使水质得到提升，还可以保证汛期和灌溉季水量过大时，生态透水坝上端有足够空间泄洪，无需拆卸透水坝；
37.(3)在较浅和支渠汇入处选取若干段做生态湿地，用于移栽水生湿地植物，在本实施例中水生植物为为茭白、荷花，对汛期和灌溉季水量须集中快速处理有很好的生物屏障，可就地取材，成本也低，还能创收，变废为宝。
38.(4)在投料深水区和泵站前池，移栽少量的沉水植物、睡莲等，波裂解纳米介孔材料通过其纳米级孔道大量吸附周边营养素，水体微生物也随之聚拢于波裂解纳米介孔材料周边繁衍挂膜生存，共同构建相对完整的纳米生物反应场，为自然界的土著微生物和水生动植物创造更为适宜的生存条件，加速生化过程，代谢污染物，提升水体自净能力，提高污泥活性，同时兼顾美化环境。
39.农业面源排水模式分为：生态排水模式、农耕排水模式、汛期排水模式。要统筹兼顾各种模式状况下的特点，结合实际应用场景，因地制宜、因时制宜。特别是农药降解速率和农药残留量，对生态影响程度。通过对波裂解纳米介孔材料对现阶段常用几种农药的降解速率分析数据，除了对2甲4氯钠作用不明显外，对甲氨基阿维菌素苯甲酸盐、苯醚甲环唑、丙环唑等降解速率大大提升，更大程度减少农药残留对生态的伤害。表1数据分析报告由安徽赛如分析检测科技有限公司监测提供。
[0040][0041]
实施例二
[0042]
一种波裂解纳米介孔材料在农村生活污水处理上的应用方法，其采用的波裂解纳米介孔材料与实施例一的相同，处理步骤包括：(1)收集农村生活废水；(2)将废水排入厌氧池处理，所述厌氧池内投放有上述所述波裂解纳米介孔材料，所述波裂解纳米材料的用量为废水量的10wt％；
[0043]
厌氧池规格根据应用现场条件设定，格栅拦截固体物，投放波裂解纳米介孔材料，利用波裂解纳米介孔材料强大分子筛、吸附功能和微生物着床挂膜生化功能，去除部分ss、cod、nh3－n、tp、tn和粪大肠杆菌。厌氧池加盖板，减少与空气接触；
[0044]
(3)再将经过步骤(2)处理后的废水排入预先构建的人工湿地，所述人工湿地内投放有上述所述的波裂解纳米介孔材料，废水在人工湿地内处理一定时间后再排入出水池，所述出水池内预先投放有波裂解纳米介孔材料；
[0045]
上述人工湿地的构建方法如下：
[0046]
a、设计进、出水水质；
[0047]
b、收集处理水量；
[0048]
c、湿地面积设计：根据收集水量，应纳尽纳，计算湿地面积；
[0049]
d、湿地填料设计：填料采用实施例一的波裂解纳米介孔材料，充分发挥其强大吸附和生化功能，去除污染物指标；
[0050]
e)湿地植物选择：人工湿地植物的选择和种植应符合以下要求：
[0051]
1)人工湿地植物的选择应遵循以下原则：
①
宜选择适应当地自然条件、收割与管理容易、经济价值高、景观效果好的本土植物；
②
宜选择成活率高、耐污能力强、根系发达、茎叶茂密、输氧能力强和水质净化效果好等综合特性良好的水生植物；
③
宜选择抗冻、耐盐、耐热及抗病虫害等较强抗逆性的水生植物；
④
禁止选择水葫芦、空心莲子草、大米草、互花米草等外来入侵物种。
[0052]
2)人工湿地可选择一种或多种植物作为优势种搭配栽种，增加植物的多样性和景观效果；根据湿地水深合理配植挺水植物，并根据季节合理配植不同生长期的水生植物；
[0053]
3)应根据人工湿地类型、水深、区域划分选择植物种类；
[0054]
4)人工湿地植物种植应符合以下要求：
①
植物栽种以植株移栽为主，同一批种植的植物植株应大小均匀；
②
种植时间应根据植物生长特性确定，一般在春季或初夏，必要时也可在夏季、秋季种植，但应采取保证成活率的措施；
③
应根据植物种类与工艺类型合理确定种植密度，挺水植物宜为9株/m2～25株/m2，浮水植物宜为1株/m2～9株/m2，在用地受限或进水悬浮物浓度较高时，可采取高密植单元以节约用地空间、降低进水负荷，种植密度宜为前述密度最大值的3倍以上；
[0055]
在本实施例中，挺水植物为12株/m2，浮水植物宜为4株/m2，
[0056]
5)人工湿地可选择多种植物分区搭配种植，增加植物的多样性及景观效果，但应避免后期植物生长串混或侵占。
[0057]
(4)将经过步骤(3)处理后的液体接入湿地公园系统回用或排入排水沟渠。
[0058]
其中，在步骤(1)农村生活废水的收集处入口以及步骤(4)的排水沟渠处还设置有用于检测水质指标数据的无线水质传感器以及云服务终端，所述云服务终端每间隔一段时间从无线水质传感器获取水质指标数据。
[0059]
合肥市庐江县农村生活污水2022年3月29日至5月29日2个月连续监测数据：表2数据由安徽华瑞检测有限公司监测提供。
[0060][0061][0062]
cod浓度变化基本达到或优于一级a标准，降幅最大由303mg/l降到19mg/l，去除率最高达93.73％；
[0063]
氨氮仅5月27日12.2mg/l，超一级a标准(≤8mg/l)，去除率最高达99.06％(5月15日数据)；
[0064]
总氮全部达一级a标准，去除率最高达93.68％(5月15日数据)；
[0065]
总磷仅5月27日1.04mg/l超一级a(≤1mg/l)，去除率最高达95.14％(5月15日数据)；
[0066]
粪大肠杆菌由最高百万级降到百级，本材料对微生物种群和数量调控效果明显。
[0067]
导致5月27日处理能力下降这一变化的原因是：进入夏季，居民用水量增大，气温超过30℃后微生物活性变弱，需加盖遮挡阳光暴晒，降低水温。
[0068]
4月24日和5月29日都是暴雨后，池1#和池3#数据差别不大。
[0069]
实施例三
[0070]
一种波裂解纳米介孔材料在鱼塘尾水处理上的应用方法，包括以下处理步骤：(1)收集鱼塘尾水；(2)将鱼塘尾水排入预先构建好的生态透水坝中，所述生态透水坝中投放有实施例一所述的波裂解纳米介孔材料；生态透水坝规格根据应用现场条件设定，每延米格栅内叠加放置袋装波裂解纳米介孔材料20袋(每袋12.5kg)标准袋，装填完毕后，在生态滤坝上种植挺水植物。利用波裂解纳米介孔材料强大分子筛、吸附功能和微生物着床挂膜生化功能，去除部分ss、cod、nh3－n、tp、tn及抗生素等，再利用水生植物加速净化和波裂解纳米介孔材料的生化进程；(3)将经过步骤(2)处理后的液体排入沉淀塘中进行处理，所述沉淀塘中投放有实施例一所述的波裂解纳米介孔材料以及种植有沉水植物；
[0071]
沉淀塘的作用：沉塘池设置在人工湿地前端，起沉淀、水解、配水等作用，能够有效沉淀人工湿地进水中的悬浮物；减轻后续处理单元污染负荷。主要去除污染物有：粪便、ss、颗粒态磷及有机物等。沉塘池的净化机理：水体中的主要污染来自水产养殖中鱼类等所产生的粪便，因此，在前置沉淀塘中，足够的水力停留时间有利于河水中颗粒态磷沉降，但水力停留时间过长也会影响水解、酸化的反应进程，在污水处理中，复杂有机物的厌氧消化过程要经历数个阶段，由不同的细菌群接替完成。根据复杂有机物在此过程中的物态及物性变化，依次经历以下三个阶段：水解、酸化、甲烷化。实际工程应用中的水解酸化并非完全的水解和酸化，而是把微生物难降解的大分子物质转变为易降解的小分子物质，进而提高废水的可生化性，以利于后续的生物处理。由于酸化水解在第三阶段会产生异味，因此工程方案通过控制水体在生态塘内水力停留时间将有机物厌氧硝化反应控制在前两个阶段(水解酸化阶段)，既能达到水解酸化的目的，又能避免异味发生。充分利用波裂解纳米介孔材料吸附激素、抗生素，减轻激素和抗生素对水体微生态的危害，利用自然法则修复水体微生态，同时配合沉水植物，修复生态食物链，提升水体自净能力。沉塘池设计参数：根据《人工湿地水质净化技术指南》，根据气候分区，主要设计参数的水力负荷和消减负荷设计沉淀塘停留时间和体积。
[0072]
前置生态型沉淀塘设计：前置生态塘的表面积可根据codcr、nh3－n、tp和tn等主要污染物削减负荷和表面水力负荷计算，并取计算结果的最大值，同时满足水力停留时间要求。污染物削减负荷、表面水力负荷、水力停留时间按下列公式计算：
[0073]
1)采用污染物削减负荷(na)计算湿地面积：
[0074]
式中：a——表面积，m2；
[0075]
na——污染物削减负荷，g/(m2·
d)；
[0076]
q——设计流量，m仩/d；
[0077]
s0——进水污染物浓度，g/m仩；
[0078]
s1——出水污染物浓度，g/m仩。
[0079]
2)采用表面水力负荷(q)计算人工湿地面积：
[0080][0081]
式中：q——表面水力负荷，m仩/(m2·
d)；
[0082]
植物配置：采用实施例一的波裂解纳米介孔材料与漂浮植物(4％)、浮水植物(3％)、挺水植物(6％)进行沉淀塘植物配置；本实施例采用的即为前置生态型沉淀塘；
[0083]
(4)将经过步骤(3)处理的液体排入垂直潜流湿地处理，再送入水平湿地处理；(5)将经步骤(4)处理后的液体排入生态沟中，所述生态沟中投放有实施例一所述的波裂解纳米介孔材料以及种植有沉水植物；湿地种植有挺水植物和浮水植物，所述挺水植物种植密度为15株/m2，浮水植物的种植密度为3株/m2；
[0084]
生态沟构建：采用波裂解纳米介孔材料对生态沟渠进行水、底泥共治，完善现有沟渠里的湿地和生态系统，生态沟渠分段一级生态沟和二级生态沟，进行两级净化。其主要原理是：利用波裂解纳米介孔材料改善底泥的生态系统，强化底泥活性，完善河床功；
[0085]
(6)经经过步骤(5)处理后的液体排入外沟渠或回收利用。
[0086]
另外，在步骤(1)的鱼塘尾水收集进口处、步骤(3)的沉淀塘、步骤(5)的生态沟处均设置有用于检测水质指标数据的无线水质传感器以及云服务终端，所述云服务终端每间隔一段时间从无线水质传感器获取水质指标数据，所述水质指标数据包括激素、抗生素浓度和污染物指标。
[0087]
另外，本发明的波裂解纳米介孔材料是由中国专利号2019202809663的一种用于麻纤维或天然矿石加工的波裂解机加工而得的，其吸附机理、生化机理及纳米生物反应场运行原理如下：
[0088]
一、选择性吸附机理
[0089]
1.1、色散力作用：一切固体物质表面的原子或分子和固体内部的原子或分子所处的状态是不同的。在固体内部原子或分子所受的吸引力是对称的，它均匀地分布在周围的原子或分子中，处在力场饱和的平衡状态；而表面的原子或分子所受的力是不对称的，也就是说固体表面有过剩的表面自由能，即表面有吸附力场存在，这种吸附力称为色散力。天然矿石的这种不饱和力场的作用范围很小，大约相当于分子直径的大小，我们通过波裂解将其由微孔扩大到介孔，内孔壁面就增加了，使其表面积变大(最大可达500－800平米/克)，作用范围和色散力也相应扩大。产生孔壁场迭加，形成超空效应。波裂解纳米介孔材料2－50nm直径的孔道就像一个“微型反应器”，小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应都是纳米级材料的基本特性，它使纳米微粒呈现许多奇异的物理、化学性质，出现一些“反常现象”。可以使物质熔点降低，比热增大、化学活性增强等特点，会产生催化效应。
[0090]
1.2静电作用：由于其晶体格架的作用，格架上的电荷即阳离子格架上的负电与阳离子正电在空间上是不重叠的，中间隔着孔道，所以在其孔穴中有很大的静电吸引力，因而使其对极性物质具有吸附作用。同时部分格架中的氧(alo4)还有未被抵消的负电荷，于是在这些电荷周围便形成了电场。
[0091]
1.3离子交换作用：介孔材料骨架外被碱金属、碱土元素或稀土元素包围覆盖，部分外层电子多的元素被外层电子少的元素所取代或被取代，出现了多余或缺少电子，为平衡其晶体骨架中多余的(或缺少)电子，使其达到电中性，就有部分金属离子(或阴离子)来
平衡其电荷，这些金属离子(或阴离子)与介孔材料分子晶格结合力很弱，可在骨架结构中自由移动，在一定条件下，易与其他阳离子(或阴离子)进行可逆交换，从而改变物质特性或价态。
[0092]
波裂解纳米介孔材料是一族多孔的含水架状铝硅酸盐矿物。由si、al和o组成的四面体，其中硅氧四面体(sio2)和铝氧四面体(alo4)构成了具有无限扩展的三维空间架状构造。这种构造开放性较大，整个晶体内部有大小均一且相互连通的通道和孔隙，在这些孔道中占据有碱金属阳离子、碱土元素阳离子、稀土元素阳离子和水分子。因为这些阳离子只是很松散地连接在晶体结构上，不够稳定，易与其他阳离子发生交换，其内部表面积很大，因此对离子吸附量很大。由于吸附的选择性与其结构有关，也和阳离子的有关特性(电荷数、离子半径、水合度等)以及交换条件有关。重金属的毒性与其在水和土壤中存在的各种形态密切相关。水和土壤中的重金属可分为交换态、碳酸盐结合态、铁锰结合态、有机结合态和残渣态，植物吸收的重金属主要是交换态重金属。因此，控制水和土壤重金属的有效形态，是降低植物对重金属吸收的关键。波裂解纳米介孔材料具有较大的比表面积和离子交换量，可促进水和土壤中的重金属由交换态和碳酸盐结合态向铁锰结合态、有机态和残渣态转化，即由生物有效态向非生物有效态的转化，降低重金属在水和土壤环境中的生物有效性，有效地钝化水和土壤中的重金属，降低重金属的可迁移性，增加重金属离子的地球化学稳定性，从而减轻重金属对动植物的毒害，维护土壤的生态平衡。波裂解纳米介孔材料对重金属的固定转化有竞争性。一般二价金属的选择性是：cu
2+
＞ni
2+
＞co
2+
＞pb
2+
＞ca
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＞zn
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，可能还受离子半径、水合能、水合离子半径等因素的影响。
[0093]
二、生化机理
[0094]
2.1孔道与污染物的尺度匹配性有增强作用。
[0095]
2.2蛋白质转运的关键作用。生化反应大都是要在生物细胞内进行的，要进入细胞就要通过生物的细胞膜。有益菌菌膜上平均具有大约4nm孔道，可通过相对分子质量小于60000的白蛋白分子，而对其他物质只能通过相对分子量小于100的且不带电荷的其他极性分子，如水、乙醇、乳酸等水溶性小分子。氧气、二氧化碳等气体可通过难溶扩散跨膜转运，其相对扩散率与该物质在膜两侧的浓度差成正比，葡萄糖几乎不能通过。细菌菌膜这种选择性过滤为产生易化扩散提供了条件。
[0096]
介孔材料吸附的蛋白质和污染物，以纳米孔道为反应器，发生了构型变化，使本来不能通过菌膜的污染物，变成了能进入细菌细胞内，加速了生化反应。主动转运也是在载体蛋白帮助下，加入一定能量，让负载了污染物的蛋白发生逆浓度梯度的分子穿膜运动，带动污染物，依靠浓度差扩散到孔外，在孔外进入有益菌细胞，发生生化反应。如：动物的肠粘膜细胞从糖浓度低的肠腔摄取葡萄糖的过程。蛋白负载转运，这是纳米介孔材料加强生化反应的主要机理。
[0097]
三、纳米生物反应场
[0098]
波裂解纳米介孔材料依靠吸附、离子交换能力把湖泊、土壤中污染物集中到自己孔道和周围，动物、植物、微生物跟着营养物质也会向纳米吸附剂及周围集中，这样就形成了以纳米吸附缓释剂为中心的反应场，进行着不断的纳米生物反应。对重金属是分别对待的，首先它们都可以进入纳米吸附缓释剂的孔道中，缺少的品种是储存在孔道中的，过多产生溢出的，微生物才对其进行以下降解。降解类型有以下几种情况：
[0099]
3.1、微生物新陈代谢，降低有机物分子量，产生较易于与重金属污染物络合的物质，促进有机物和重金属二类污染物同时转移；
[0100]
3.2、放出生物酸对重金属起溶解作用，淋滤出底泥和水中的结合态的重金属；
[0101]
3.3、微生物的氧化还原作用，改变重金属离子的价态，降低其毒性；
[0102]
3.4、利用含硫、磷，氧等含有孤对电子的物质，提供配位电子对，让重金属离子在微生物胞外发生络合、沉淀作用，胞内发生积累作用，使重金属固定；
[0103]
3.5、利用微生物和植物间的菌根联合作用对重金属污染进行治理修复。
[0104]
参考图1及图2，从图1和图2可以看出污水中有微生物菌和存在和活动；从图3和图4可以看出，相同条件下，1：4比例的菌落数比1：100的比例的菌落数要高很多，菌种活性也有较大差异，空白样电镜显示几乎无存活菌(此实验图谱和数据由扬州海诚生物有限公司提供)。
[0105]
无线水质监测系统采用户外小型水质自动监测站、固定式水站或太阳能浮标水站，可根据需要同时监测水温、水文、ph值、溶解氧、电导率、浊度、叶绿素a、蓝绿藻、cod、氨氮、总氮、总磷、高锰酸盐指数、重金属及其它特殊因子等，无线水质传感器型号hghwsz/hgfbsz，rs485接口，可根据需要制定传输协议。
[0106]
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种波裂解纳米介孔材料,其特征在于:包括多孔的含水架状铝硅酸盐矿物,所述多孔的含水架状铝硅酸盐矿物由si 、al和o组成硅氧四面体和铝氧四面体,所述硅氧四面体和铝氧四面体构成三维空间架状构造。2.一种波裂解纳米介孔材料在农业面源泵站前池的污水处理方法，其特征在于，包括以下处理步骤：（1）在支渠内撒入权利要求1所述的波裂解纳米介孔材料，利用波裂解纳米介孔材料的弛豫效应，同时构建纳米生物反应场，用于改善底泥生态；（2）在支渠汇入干渠前端构建生态透水坝，在所述生态透水坝上端以波裂解纳米介孔材料为营养基质，盆栽移植沉水植物，所述生态透水坝内填充有权利要求1所述的波裂解纳米介孔材料；（3）在较浅和支渠汇入处选取若干段做生态湿地，用于移栽水生湿地植物，构筑生物屏障，以茭白、荷花为优先选择。3.根据权利要求2所述的一种波裂解纳米介孔材料在农业面源泵站前池的污水处理方法，其特征在于：所述波裂解纳米介孔材料为袋装形式，每袋12.5公斤，5袋为一组，用扎带绑定木质托盘，间隔2-4米沿两岸以插花式交叉投放于支渠和干渠内。4.一种波裂解纳米介孔材料在农村生活污水处理上的应用方法，其特征在于：包括以下处理步骤：（1）收集农村生活废水；（2）将废水排入厌氧池处理,所述厌氧池内投放有权利要求1所述波裂解纳米介孔材料,所述波裂解纳米材料的用量为废水量的8-13wt%;（3）再将经过步骤（2）处理后的废水排入预先构建的人工湿地，所述人工湿地内投放有权利要求1所述的波裂解纳米介孔材料，废水在人工湿地内处理一定时间后再排入出水池，所述出水池内预先投放有波裂解纳米介孔材料；（4）将经过步骤（3）处理后的液体接入湿地公园系统回用或排入排水沟渠。5.根据权利要求5所述的一种波裂解纳米介孔材料在农村生活污水处理上的应用方法，其特征在于：在步骤（1）农村生活废水的收集处入口以及步骤（4）的排水沟渠处还设置有用于检测水质指标数据的无线水质传感器以及云服务终端，所述云服务终端每间隔一段时间从无线水质传感器获取水质指标数据。6.一种波裂解纳米介孔材料在鱼塘尾水处理上的应用方法，本系统适合大型淡水养殖，清塘期日排水量在万吨级的大型鱼场。其特征在于，包括以下处理步骤：（1）收集鱼塘尾水；（2）将鱼塘尾水排入预先构建好的生态透水坝拦截过滤，所述生态透水坝中投放有权利要求1所述的波裂解纳米介孔材料；（3）将经过步骤（2）处理后的液体排入沉淀塘中进行处理，所述沉淀塘中投放有权利要求1所述的波裂解纳米介孔材料以及种植有沉水植物；（4）将经过步骤（3）处理的液体排入垂直潜流湿地处理，再送入水平湿地处理；（5）将经步骤（4）处理后的液体排入生态沟中，所述生态沟中投放有权利要求1所述的波裂解纳米介孔材料、种植有沉水及浮水植物；（6）经经过步骤（5）处理后的液体排入外沟渠或回收利用。7.根据权利要求6所述的一种波裂解纳米介孔材料在鱼塘尾水处理上的应用方法，其特征在于：步骤（4）的湿地种植有挺水植物和浮水植物，所述挺水植物种植密度为9株/m2～80株/m2，浮水植物的种植密度为1株/m2～30株/m2。8.根据权利要求6所述的一种波裂解纳米介孔材料在鱼塘尾水处理上的应用方法，其特征在于：在步骤（1）的鱼塘尾水收集进口处、步骤（3）的沉淀塘、步骤（5）的生态沟处均设置有用于检测水质指标数据的无线水质传感器以及云服务终端，所述云服务终端每间隔一
段时间从无线水质传感器获取水质指标数据。9.根据权利要求7所述的一种波裂解纳米介孔材料在鱼塘尾水处理上的应用方法，其特征在于：所述水质指标数据包括激素、抗生素浓度和污染物指标ph值、cod或高锰酸盐指数、氨氮、总氮、总磷、ss。

技术总结
本发明涉及农村农业污水处理领域，提供一种波裂解纳米介孔材料及其在农村农业污水处理上的应用，解决现有技术中污水处理所用填料性能不佳、污水处理方法所能达到的治理效果不佳，甚至加剧生态环境恶化的缺陷。波裂解纳米介孔材料是采用2019202809663非标波裂解机对天然矿石进行深加工，疏通其2－50NM天然晶体状孔道，增加其比表面积，恢复其“微型反应器”功能，利用量子小尺寸效应、表面界面效应、宏观量子隧道效应等纳米级材料基本特性，增强其选择性吸附能力和催化作用，再通过去阴离子和高温烘干一系列工艺制备而成的纳米级硅系介孔材料。材料。材料。


技术研发人员：潘凝晖 潘君安
受保护的技术使用者：上海神石环境工程有限公司
技术研发日：2022.11.23
技术公布日：2023/7/11