CN109896631A - 一种生物协同净化型人工湿地 - Google Patents

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金秋
李伟
李先宁
粟世华
许晓光
任飞凡
梁梅英
郭攀
高照
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Guilin Farmland Irrigation Testing Central Station
Chongqing University
Hohai University HHU
Nanjing Hydraulic Research Institute of National Energy Administration Ministry of Transport Ministry of Water Resources
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Guilin Farmland Irrigation Testing Central Station
Chongqing University
Hohai University HHU
Nanjing Hydraulic Research Institute of National Energy Administration Ministry of Transport Ministry of Water Resources
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Abstract

本发明公开了一种生物协同净化型人工湿地，包括厌氧调节池、管道、湿地池及出水端；湿地池中引入湿地动物；所述管道的一端连接厌氧调节池，管道的另一端连接湿地池；湿地池包括湿地植物层和基质层，湿地植物层位于基质层上方，湿地植物层种植有湿地植物，所述管道与湿地池的连接处位于基质层上端，出水端位于基质层下端，基质层从上至下依次包括无烟煤层、圆陶粒层、沸石层，所述基质层深度为30~40cm。本发明引入湿生动物健全人工湿地生态***，延长食物链消耗能量；强化植物侧须根系，进而促进微生态***的净化功能；降低土壤板结程度；改善土壤氧气条件，进而提升净化效率。

Description

一种生物协同净化型人工湿地
技术领域
本发明属于污水处理领域，特别涉及如何利用生物协同净化原理同时强化植物根系以进行污水处理的人工湿地。
背景技术
人工湿地是指通过模拟天然湿地的结构与功能，选择一定的地理位置与地形，根据需要人为设计与建造的湿地生态***，能通过自然生态过程进行污水净化等功能。但供氧、易板结、微生态***活性不稳定等问题造成了常规人工湿地占地面积大、处理效率低等缺陷。
目前，针对湿地易板结问题已有防堵塞处理技术，针对供氧问题也有各类曝气充氧技术，但对于微生态***活性不稳定问题，目前还没有特别有效的技术对策。
发明内容
发明目的：为了解决现有人工湿地***中存在的供氧、易板结、***活性不稳定、处理效率低等问题，本发明提供一种生物协同净化型人工湿地。
技术方案：一种生物协同净化型人工湿地，包括厌氧调节池、管道、湿地池及出水端；湿地池中引入湿地动物；所述管道的一端连接厌氧调节池，管道的另一端连接湿地池；湿地池包括湿地植物层和基质层，湿地植物层位于基质层上方，湿地植物层种植有湿地植物，所述管道与湿地池的连接处位于基质层上端，出水端位于基质层下端，基质层从上至下依次包括无烟煤层、圆陶粒层、沸石层，所述基质层深度为30~40cm。
优选地，所述无烟煤层、圆陶粒层、沸石层的填料等量布置。
优选地，所述湿地动物为赤子爱胜蚯蚓、田螺、泥鳅、水蚯蚓中的一种或多种。
优选地，湿地动物包括发育期湿地动物，发育期湿地动物比例≥80%。
优选地，所述湿地植物为香蒲或芦苇，香蒲或芦苇的入池高度≤ 60 cm，香蒲或芦苇的高度偏差≤ 15%，栽种密度为45~55 cm距离见方定植。
优选地，湿地池的湿地表面为矩形，矩形的长宽比为1~2:1，湿地坡度≤0.2，湿地表面沿长度方向分隔为两条廊道，湿地植物种植在廊道上，廊道宽度为0.7~1 m。
优选地，所述湿地池水力负荷设定为0.3~0.5 m3/(m2•d)，水量停留时间为3天，白天流量16~22 L/h，夜间流量8~12 L/h。
优选地，所述湿地池流态为垂直流。
优选地，若引入的湿地动物为赤子爱胜蚯蚓，单位立方米体积与投加数量比为：1:200；若引入的湿地动物为田螺，单位立方米体积与投加数量比为：1:100；若引入的湿地动物为泥鳅，单位立方米体积与投加数量比为：1:25；若引入的湿地动物为水蚯蚓，单位立方米体积与投加数量比为：1:300。
有益效果：相比较现有技术，本发明提供一种生物协同净化型人工湿地，针对人工湿地***中存在的供氧、易板结、微生态***活性不稳定、处理效率低等问题，引入湿生动物健全人工湿地生态***，延长食物链消耗能量，同时通过控制湿地基质深度以强化植物侧须根系，进而促进微生态***的净化功能。针对供氧及易板结问题，湿地动物的自然活动能在土壤中构成大量纵横交错的孔道，降低土壤板结程度的同时改善土壤氧气条件。针对微生态***活性及处理效率低的问题，控制基质有效高度在30~40cm以强化植物侧须根系，结合湿地动物的生物协同作用促进微生态***的净化功能，进而提升净化效率。实验发现该人工湿地对COD、NH4 +-N、TN、TP的平均去除率分别为64.21%、63.63%、68.95%、79.01%，比相同条件下的常规湿地分别高出15%、21%、19%、16%，出水平均DO浓度比相同条件下常规湿地高出0.3mg/L。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明在不同基质深度下的根系生物量及总细菌数量对比图；
图3为本发明在常温状态下对TN的去除率与常规湿地对比图；
图4为本发明在常温状态下对TP的去除率与常规湿地对比图；
图5为本发明在常温状态下对COD的去除率与常规湿地对比图；
图6为本发明在常温状态下对NH4 +-N的去除率与常规湿地对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例一：
如图1所示，生物协同净化型人工湿地，包括厌氧调节池1、管道2、湿地池3及出水端5；湿地池3中引入湿地动物；所述管道2的一端连接厌氧调节池1，管道2的另一端连接湿地池3；湿地池3包括湿地植物层6和基质层4，湿地植物层6位于基质层4上方，湿地植物层6种植有湿地植物，所述管道2与湿地池3的连接处位于基质层4上端，出水端5位于基质层4下端。基质层4从上至下依次包括无烟煤层、圆陶粒层、沸石层，这样布置的分层顺序符合过滤吸收孔隙粒径的级配，同时上部分无烟煤质地柔软，适宜水生动物生存。厌氧调节池1在湿地***中起预处理及稳定水力负荷的作用，湿地池3起主要净化作用。
所述无烟煤层、圆陶粒层、沸石层的填料等量分层。
所述湿地动物为赤子爱胜蚯蚓，引入赤子爱胜蚯蚓的单位立方米体积与投加数量比为1:200，其中，发育期湿地动物比例约为80%。引入湿生动物健全人工湿地生态***，延长食物链消耗能量，也可以投入其他湿地动物。湿地动物的自然活动能在土壤中构成大量纵横交错的孔道，降低土壤板结程度的同时改善土壤氧气条件。
所述湿地植物为香蒲，香蒲的入池高度为50~60 cm，高度偏差约为15%，栽种密度为50 cm距离见方定植。
湿地池的湿地表面为矩形，矩形的长宽比为1~2:1，湿地坡度≤0.2，湿地表面沿长度方向分隔为两条廊道，湿地植物种植在廊道上，廊道宽度为0.7~1 m。
所述湿地池流态为垂直流。所述湿地池水力负荷设定为0.4 m3/(m2•d)，水量停留时间为3天，白天流量16~22 L/h，夜间流量8~12 L/h。
基质层4从上至下依次包括无烟煤层、圆陶粒层、沸石层，所述基质层4有效高度控制在10 cm。
实施例二：生物协同净化型人工湿地中的基质层4有效高度控制在20 cm。其他内容与实施例一完全一样。
实施例三：生物协同净化型人工湿地中的基质层4有效高度控制在30 cm。其他内容与实施例一完全一样。
实施例四：生物协同净化型人工湿地中的基质层4有效高度控制在40 cm。其他内容与实施例一完全一样。
实施例五：生物协同净化型人工湿地中的基质层4有效高度控制在50 cm。其他内容与实施例一完全一样。
实施例一至五的实验稳定运行一段时间后，每间隔5天在每个装置内取一株标记香蒲进行根系观察，用挖土块法取回根系样品后，放入冰箱内保存。对每个根系样品先浸泡1d后，用筛孔为0.2mm筛子反复淘洗。将洗净煤渣颗粒后的样品放入蒸发皿中，用镊子将细根(<2mm，游标卡尺确定)从杂质中分离，同时要对细根种类和死活进行区分。将细根区分后，装入纸袋标记，在60℃的温度中烘干至恒重，然后称重测定其生物量。测得各实施例的根系生物量及总细菌数量如图2所示。由图2可见，实施例四的总根系生物量最多，总细菌数量也最多。针对微生态***活性及处理效率低的问题，控制基质有效高度在30~40cm可以更好地强化植物侧须根系，结合湿地动物的生物协同作用促进微生态***的净化功能，进而提升净化效率。
实施例六：生物协同净化型人工湿地中未投加湿地动物，其他内容与实施例四完全一样。图3~6为实施例四与未投加湿地动物的空白对照组实施例六的污染物去除效果对比图。实施例四对COD、NH4+-N、TN、TP的平均去除率分别为64.21%、63.63%、68.95%、79.01%，比相同条件下的常规湿地分别高出15%、21%、19%、16%，实施例四出水平均DO浓度比相同条件下常规湿地高出0.3mg/L。

Claims (9)

1.一种生物协同净化型人工湿地，其特征在于，包括厌氧调节池、管道、湿地池及出水端；湿地池中引入湿地动物；所述管道的一端连接厌氧调节池，管道的另一端连接湿地池；湿地池包括湿地植物层和基质层，湿地植物层位于基质层上方，湿地植物层种植有湿地植物，所述管道与湿地池的连接处位于基质层上端，出水端位于基质层下端，基质层从上至下依次包括无烟煤层、圆陶粒层、沸石层，所述基质层深度为30~40cm。
2.根据权利要求1所述的生物协同净化型人工湿地，其特征在于，所述无烟煤层、圆陶粒层、沸石层的填料等量布置。
3.根据权利要求1所述的生物协同净化型人工湿地，其特征在于，所述湿地动物为赤子爱胜蚯蚓、田螺、泥鳅、水蚯蚓中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的生物协同净化型人工湿地，其特征在于，湿地动物包括发育期湿地动物，发育期湿地动物比例≥80%。
5.根据权利要求1所述的生物协同净化型人工湿地，其特征在于，所述湿地植物为香蒲或芦苇，香蒲或芦苇的入池高度≤ 60 cm，香蒲或芦苇的高度偏差≤ 15%，栽种密度为45~55 cm距离见方定植。
6.根据权利要求1所述的生物协同净化型人工湿地，其特征在于，湿地池的湿地表面为矩形，矩形的长宽比为1~2:1，湿地坡度≤0.2，湿地表面沿长度方向分隔为两条廊道，湿地植物种植在廊道上，廊道宽度为0.7~1 m。
7.根据权利要求1所述的生物协同净化型人工湿地，其特征在于，所述湿地池水力负荷设定为0.3~0.5 m3/(m2•d)，水量停留时间为3天，白天流量16~22 L/h，夜间流量8~12 L/h。
8.根据权利要求1所述的生物协同净化型人工湿地，其特征在于，所述湿地池流态为垂直流。
9.根据权利要求3所述的生物协同净化型人工湿地，其特征在于，若引入的湿地动物为赤子爱胜蚯蚓，单位立方米体积与投加数量比为：1:200；若引入的湿地动物为田螺，单位立方米体积与投加数量比为：1:100；若引入的湿地动物为泥鳅，单位立方米体积与投加数量比为：1:25；若引入的湿地动物为水蚯蚓，单位立方米体积与投加数量比为：1:300。
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