一种强化去除腐殖质的复合人工湿地系统的制作方法

1.本发明涉及水生态环境修复领域，具体的，涉及一种强化去除腐殖质的复合人工湿地系统。


背景技术：

2.腐殖质是自然界中的湖泊沉积物、泥煤和褐煤等有机沉淀物以及土壤和水体中天然有机质的主要组成部分，其结构和组成十分复杂。在水体中大约有50％的可溶性有机质是腐殖质。这些腐殖质不仅会影响水生生态系统的生物生产率，水体中化合物的化学性质、生物可获得性以及转移性和降解性，还会影响土壤中污染物的迁移和转化过程。根据腐殖质在酸碱溶液中的溶解性，土壤腐殖质主要可分为胡敏酸、富里酸和胡敏素3个组分。
3.针对水环境治理，人工湿地作为生态方法，可以很好的规避物化法对环境破坏大、易造成二次污染的特点，故被广泛应用。人工湿地包括坑塘型人工湿地、表面流人工湿地和潜流人工湿地。塘系统在实际运行中抗冲击负荷能力弱且工程占地面积大，表流人工湿地相较于潜流人工湿地处理效果低，而潜流湿地易发生堵塞，后期管理较为麻烦。因此，为了因地制宜的建设人工湿地并取得较好的处理效果，本发明将生态景观塘和上行垂直流潜流人工湿地结合起来，通过坑塘的预处理能有效解决潜流人工湿地的堵塞问题，并具有一定的景观效果，然后通过潜流人工湿地强有力的去除作用，起到净化水质的效果。
4.腐殖质是天然的难降解有机物。人工湿地去除腐殖质由微生物、植物和基质等因素共同作用。其中，微生物将腐殖质分解生成无机盐，进而可以被植物吸收利用，达到腐殖质的降解去除效果。基质对腐殖质的去除起到极其重要的作用。研究表明，水中的腐殖质可以通过沉积作用吸附在土壤中，富里酸经潜流湿地后易被降解为芳香族化合物和蛋白类物质。多孔填料的大比表面积有利于腐殖质的吸附，还能附着大量微生物，更有利于腐殖质的降解。
5.因此，本发明提出了一种强化去除腐殖质的复合人工湿地系统，包括生态景观塘和上行垂直流潜流人工湿地。在生态景观塘中铺设土壤基质便于植物和微生物生长，并栽种不同种类的挺水植物及沉水植物，持续曝气避免氧气不足水体出现黑臭现象，也更有利于鱼虾生存。垂直流人工湿地填充不同种类的填料以及上部栽种挺水植物。该系统工艺流程简单，抗负荷能力强，地域适用性广，可因地制宜处理多种污染废水。在生态景观塘中放置食螺、孑孓、藻、腐殖质的鱼虾，能增强腐殖质的去除效果，利于系统平衡稳定且具有一定的景观效益。本发明通过植物、填料和微生物的共同作用净化水体，易于建设和管理，投资省且运行成本低，有着良好的经济效益与环境效益。


技术实现要素：

6.本发明针对被污染的地表水，提出一种强化去除腐殖质的复合人工湿地系统，有效对地表水进行净化，使其水质进一步提升。
7.本发明的工艺单元按水流方向依次为生态景观塘、上行垂直流潜流人工湿地。
8.进一步，上述生态景观塘包括曝气装置、土壤基质、挺水植物、沉水植物，曝气量0.1
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0.35m3/m2/d，水深0.8
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1.2m，水力负荷0.25
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0.4m3/m2/d，水力停留时间1
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2d，生态景观塘出水通过管道进入上行垂直流潜流人工湿地。
9.进一步，上述上行垂直流潜流人工湿地包括挺水植物及填料，填料从下到上依次为卵石、火山岩、陶粒、沸石，水深位于潜流湿地填料表层下方3
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8cm，水力负荷0.2
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0.35m3/m2/d，水力停留时间18
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36h。
10.进一步，上述生态景观塘为了实现均匀曝气，每平方米在土壤基质上布设1个曝气盘。
11.进一步，上述的生态景观塘中为了适应季节性及根据不同植物的污染物去除特性，挺水植物从莲(nelumbo nucifera)、芦苇(phragmites australis)、水葱(scirpus validus)、菖蒲(acorus calamus)中选择栽种1
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3种，种植密度为15
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20芽/丛，8
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12丛/m2，5
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10株/m2沉水植物从狐尾藻(myriophylum verticilatum)、黑藻(hydrila verticilata)、苦草(valisneria natans)、菹草(potamogeton crispus)中选择栽种2
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3种，种植密度20
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30株/m2。
12.进一步，上述的上行垂直流潜流人工湿地中考虑填料的透水性以及比表面积大小，选取的卵石粒径为30
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50mm，铺设厚度15
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20cm，火山岩粒径为3
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6mm，铺设厚度18
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24cm，陶粒粒径为3
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5mm，铺设厚度15
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20cm，沸石粒径为2
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4mm，铺设厚度12
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20cm。挺水植物从芦苇和菖蒲中选择1种栽种，种植密度为15
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20芽/丛，8
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12丛/m2。
13.进一步，为保证植物及微生物生长，生态景观塘土壤基质填充高度为25
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40cm。
14.进一步，为了生态系统的长期稳定运行，且增强系统的腐殖酸去除效果，系统稳定后投放可食藻、螺、孑孓等有害生物的鱼虾，从黑带龙脊鲀、剑尾鱼、豹纹脂身鲇、孔雀花鳉、黑壳虾中选取2
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5种投放，投放密度为8
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16条/m3。
15.进一步，为了系统有着较好的处理效果，在处理地表水前先对微生物进行驯养，即以高浓度污染物进水建立微生物系统，培养降解腐殖质的细菌；在系统运行过程中应定期进行植物收割和鱼类捕捞管理，避免繁殖过多影响生态系统稳定性。
16.一种强化去除腐殖质的复合人工湿地系统，按水流方向依次包括生态景观塘和上行垂直流潜流人工湿地，其中，各工艺单元的功能如下：
17.生态景观塘，较长的水力停留时间有利于腐殖质的沉降，厚实的土壤基质中有着丰富的微生物系统，微生物将腐殖质降解后转化为无机物，可以被植物根系吸收利用，达到腐殖质的去除效果。投放的鱼虾等也以腐殖质为食。采取密植混种挺水植物和沉水植物的方式，既有着沉水植物对水质净化的良好效果，又可以依赖挺水植物的茎叶的截留作用防止悬浮物进入潜流湿地而堵塞。同时，植物吸收、微生物降解等共同作用下cod、总氮、总磷也有着一定的去除效果。
18.上行垂直流潜流人工湿地，对腐殖质的去除起到主要作用，为了提高处理效率，采用上行流的方式运行，生态景观塘出水口通过管道进入上行垂直流潜流人工湿地底部布水区，布水区由进水主管路和支管路十字交叉密闭连接，每根支管的管体上每隔5
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10cm布设开口向上的布水孔，进水主管路和支管路均匀的布设在底部，进水阀门固定安装在底部进水的主管路进水口处。上行垂直流潜流人工湿地将微生物降解、植物根系吸收以及填料吸附巧妙的结合起来，填料的大量附着位点保证了微生物的生长繁殖，良好的透水性使植物
有着发达的根系，三者的共同作用下可以很有效的去除腐殖质和其他污染物。
19.本发明的优点在于：
20.1.本发明可以有效去除腐殖质和其他污染物，净化地表水水质；
21.2.本发明抗水力负荷、污染负荷能力均较强，在冬季也能保证较好的处理效果，耐寒能力强，处理效果好且稳定；
22.3.本发明工艺流程简单，投资建设及运行成本低，且易于管理；
23.4.本发明为生态工艺方法，不涉及物理设施的构建以及化学药剂的使用，不会对环境破坏及造成二次污染；
24.5.本发明通过种植植物、投放鱼虾等方式建设人工湿地，在具有环境效益的同时具有一定的景观效益；
25.6.本发明通过收割植物、捕捞鱼虾等方式管理，可以创造一定的经济效益；
26.7.本发明强调因地制宜，适用于南北地区的河、湖、库等多种地表水，应用灵活，适用范围广。
附图说明
27.图1为本发明的一种强化去除腐殖质的复合人工湿地系统工艺单元组成示意图。
28.图2为本发明的一种强化去除腐殖质的复合人工湿地系统中生态景观塘结构示意图。
29.图3为本发明的一种强化去除腐殖质的复合人工湿地系统中上行垂直流潜流人工湿地结构示意图。
30.图中：1、挺水植物，2、沉水植物，3、土壤基质，4、沸石，5、陶粒，6、火山岩，7、卵石。
具体实施方式
31.下面结合实施例对本发明作进一步说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，本发明的保护范围并不限于此。
32.试验背景介绍：试验地点为某城市河口处湿地，在河口湿地区域构建了一套净化河流水质强化去除腐殖质的复合人工湿地系统，该河流水体以城市污水处理厂排放的再生水、生活污水、雨水径流为主，腐殖质通过荧光性测定主要为富里酸、类富里酸和胡敏酸。水量随着季节的变化而变化，6
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8月份为丰水期，1
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3、11
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12月份为枯水期，湿地共占地48000m2。
33.河水先进入生态景观塘，曝气量为0.2m3/m2/d，生态景观塘底部为35cm厚的土壤基质，池中挺水植物种植有芦苇、莲，种植密度为20芽/丛，8丛/m2，7株/m2。沉水植物种植有狐尾藻、黑藻和菹草，种植密度为20株/m2，投放鱼虾有黑带龙脊鲀、剑尾鱼、豹纹脂身鲇、黑壳虾，投放密度为15条/m3，水深为0.8m，水力负荷为0.3m3/m2/d，水力停留时间为1.5d。
34.河水流经生态景观塘1.5h后通过管路流入上行垂直流潜流人工湿地，人工湿地最上层铺设15cm的沸石，沸石下边铺设20cm的陶粒，陶粒下边铺设20cm的火山岩，沸石下边铺设15cm的卵石。填料基质最上层种植有挺水植物菖蒲，种植密度为15株/m2。维持上行垂直流潜流人工湿地的水位低于土壤表层5cm，水力负荷为0.3m3/m2/d，水力停留时间为24h。
35.河水经本发明一种强化去除腐殖质的复合人工湿地系统后，腐殖质(主要包括富里酸、类富里酸和类胡敏酸)降解为芳香族化合物和蛋白类物质，使腐殖质得到有效去除，系统效果良好且稳定。