用于模拟垂直流人工湿地去除污染的装置的制作方法

1.本实用新型涉及人工湿地去除污染物领域，特别是一种用于模拟垂直流人工湿地去除污染的装置。


背景技术：

2.随着经济的快速发展和人们生活水平的提高，水体环境的问题越来越严重。水体污染和富营养化不仅影响水生生物的生长和繁殖、种群分布，破坏水体的生态环境系统，同时也严重制约了国民经济的发展，水体污染问题已不容忽视。
3.目前，国内外人工湿地可分为表面流人工湿地、水平潜流人工湿地和垂直流人工湿地。表面流人工湿地建造成本和运行费用较低，但去污效果却一般；水平潜流人工湿地对有机物和重金属去除效果较好，但运行控制相对复杂，建造成本和运行费用较高；垂直流人工湿地对氮磷去除能力强，水力负荷高，基质内部臭氧效果好，但建造成本和运行费用较高。因此，当前的人工湿地存在去除污染物效果一般、建造费用高等缺陷。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提高人工湿地对不同废水的处理效果。该装置通过透水隔离层，火山岩填料，湿地基质及所种植的植物，实现了对人工湿地进行基质组合的复合垂直流人工湿地运行效果进行模拟及不同植物组合下人工湿地的运行的模拟。
5.为解决以上问题，本实用新型的具体技术方案如下：用于模拟垂直流人工湿地去除污染的装置，包括缸体，缸体侧壁设有进水管路和出水管路，缸体内部由下到上依次设置有湿地基质、透水隔离层、火山岩隙填料和透水隔离层。
6.所述的湿地基质由粗砾石和小石子组成，由下到上分别填充粒径为20~40mm的粗砾石填料60cm和粒径为10~20mm的小石子15cm。
7.所述的缸体由厚度为10mm的有机玻璃制成，所述缸体尺寸为2.0m*1.0m*1.0m，在缸体左侧刻度30cm、60cm处分别设置有进水孔，在缸体右侧刻度0cm、40 cm处分别设有出水孔，在进水孔和出水孔均连接有管阀。
8.所述的进水管为布水管，出水管为集水管。
9.所述的布水管和集水管均由支管和干管组成，支管和干管采用dn25的ppr穿孔管，ppr管均采用热熔方式进行连接。
10.所述的进出水管的干管长160 cm，支管长60 cm，支管间距40 cm，支管上孔径6 mm，孔距10 cm。
11.所述的进水孔和出水孔均依靠内径10mm的硅胶管连接，依靠蠕动泵进行流量控制和驱动，使其成为一个循环通路；所述蠕动泵为基本型蠕动泵bt300-2j，泵头型号为yz25。
12.该装置可以在一个容器中同时达到复合垂直流人工湿地的作用，将垂直下行池与垂直上行池进行空间叠加，综合两者的优点，减少投资，节省成本。
13.本实用新型复合流人工湿地系统装置具有以下优点：
14.1.本装置研究不同湿地植物的组合下的人工湿地在对污染物的去除效率，为不同类型人工湿地的植物筛选和污染物去除效果的优化提供数据支撑，并为明确不同类型人工湿地的污染物去除机理提供科学据。
15.2. 对水量和水质变化适应能力强，生态安全。
16.3.构建本装置所需的原料获取较容易。
附图说明
17.图1为复合垂直流人工湿地模拟装置的设计图。
18.图2为复合流人工湿地模拟装置实际效果图。
19.图3为干管和支管分布示意图。
具体实施方式
20.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。
21.如图1所示一种新型复合流人工湿地系统装置，包括缸体1、及出水管路3和进水管路2、出水管路3和进水管路2上均配置水龙头。缸体1由厚度为10mm的有机玻璃制成，用环氧树脂进行粘连并在外部用钢材将缸体所有接口处包围固定。缸体1左侧刻度为30 cm、60 cm处分别开一个7 cm的进水孔，进水管路2插入进水孔内，在缸体右侧刻度为0 cm、40 cm处分别开一个7 cm的出水孔，出水管路3插入出水孔内；在缸体1的进水孔和出水孔都配置直径为1 cm的管阀，接口处用环氧树脂粘接，缠上防水胶布。
22.如图1所示缸体1内部从下到上依次包括湿地基质4，透水隔离层5，火山岩孔隙填料6，透水隔离层7。湿地基质4由粗砾石和小石子组成，由下至上分别填充粒径为20-40 mm的粗砾石填料60 cm和粒径为10-15 mm的小石子填料15 cm，两种填料分别在两部分均匀分布。
23.如图3所示在缸体1内部用铁质支架将各个布水管和集水管支撑固定，布水管和集水管均采用pvc穿孔管，管径为70 mm，分别穿过四个缸体1的进水孔。干管8长160 cm，支管9长60 cm，支管9间距40 cm，支管9上孔径6 mm，孔距10 cm。四通和三通管的粘接接头来进行干管8和支管9连接。管径上的开孔处的表面覆盖尼龙网，防止堵塞。
24.如图2所示，所述的进水孔和出水孔均依靠内径10mm的硅胶管连接，依靠蠕动泵10进行流量控制和驱动，使其成为一个循环通路；所述蠕动泵10为基本型蠕动泵12bt300-2j，泵头型号为yz25。
25.通过本实用新型复合垂直流人工湿地，我们进行了基质组合的复合垂直流人工湿地运行效果研究及不同植物组合下人工湿地的运行的研究，并得出以下研究成果。
26.人工湿地植物的选择
27.考虑到东北地区的气候条件、植物种类分布与人工湿地环境的特殊性，并针对城镇污水处理厂尾水低碳高氮、磷的水质特点，选择沈阳地区常见的挺水植物芦苇（phragmites australis (cav.) trin. ex steud）和狭叶香蒲（typha angustifolia），浮水植物大薸（pistia stratiotes）和水葫芦（eichhornia crassipes (mart.) solms），沉水植物狐尾藻（myriophyllum verticillatum l.）和轮叶黑藻（hydrilla verticillata），作为人工湿地系统的种植植物。芦苇和香蒲采摘于浑南基地的水池，其余植物采购于沈阳
市大东北花卉市场。将植物的根部用自来水冲洗干净后，放进人工湿地中稳定15天后加入人工配置的污水进行植物搭配种植的人工湿地的污水处理效果研究。
28.芦苇：芦苇的叶、叶鞘、茎、根状茎和不定根都具有通气组织，所以它在净化污水中起到重要的作用。
29.香蒲：国际上公认和常用的一种治理污染的植物．它的结构与功能特殊。如叶片成肉质、栅栏组织发达等。香蒲植物长期生长在高浓度重金属废水中形成特殊结构以抵抗恶劣环境．并能自我调节某些生理活动，以适应污染毒害。
30.大薸：多年生漂浮性的水生草本植物，植株根系发达，生长繁殖迅速，可以吸收水体中大量营养物质对富营养化水体和污水处理具有重要作用。
31.水葫芦：水葫芦十分喜肥，尤其是氮肥，水层养分含量高时，则植株高大，根系较短，开花少，繁殖快而产量高；养分低时则植株小，根系长，叶色黄，葫芦带紫，容易开花，产量较低。
32.狐尾藻：狐尾藻既可以通过根吸收底质中的氮、磷营养也可通过茎叶利用水中的营养物质，氮、磷被吸收后用以合成植物自身的结构组成物质，而对狐尾藻有毒害作用的某些重金属和有机物则是脱毒后被储存于其体内或在其体内被降解。当狐尾藻被收割运移出水生生态系统时，大量的营养物质也随之从水体中输出，从而达到净化水体的作用。
33.轮叶黑藻：为多年生沉水植物，轮叶黑藻有很广泛的生存范围，且适应能力和富集能力强，是净化污水的理想植物，其能在水体中形成巨大的水下森林，对水生态系统结构和功能的稳定具有重要作用，对铅有着较快的吸附作用。
34.基质组合的复合垂直流人工湿地运行效果研究
35.1.不同水力负荷对cod处理效果的研究
36.本次实验将进水口和出水口构成一个闭合回路，通过控制流速来调节水力负荷。将水力负荷分别控制在0.28 m3/（m2·
d），0.36 m3/（m2·
d），0.72 m3/（m2·
d），考察系统对cod，nh
4 -n和tn，tp的去除效果。发现水力负荷为0.36 m3/（m2·
d）时，人工湿地模拟装置对四种污染物的去除效果最佳，过大的水力负荷会导致水力停留时间减小，可能引起处理效率降低；反之过小的水力负荷不能充分发挥湿地系统的水质净化能力，可能还会出现湿地系统中基质污染物的解析释放。
37.2.水流方式对系统处理效果的研究
38.本次实验通过分别改变水力负荷（0.28 m3/（m2·
d），0.36 m3/（m2·
d），0.72 m3/（m2·
d））和进出水方式（a1出—a4进、a1进a4出—a1出a4进一天一换，a3出—a4进）考察系统对cod，nh
4 -n和tn，tp的去除效果。发现水力负荷为0.36 m3/（m2·
d），进出水选择a1出—a4进时氨氮和总磷的去除效果最佳，a1出—a4进、a1进a4出—a1出a4进一天一换这两种方式对cod和总氮的去除效果相差不多，需要种植植物后进一步验证最佳进出水方式。
39.3.基质组合人工湿地运行效果总结
40.本次实验通过分别改变水力负荷（0.28 m3/（m2·
d），0.36 m3/（m2·
d），0.72 m3/（m2·
d））和进出水方式（a1出—a4进、a1进a4出—a1出a4进一天一换，a3出—a4进）考察系统对cod，nh
4 -n和tn，tp的去除效果。发现水力负荷为0.36 m3/（m2·
d），进出水选择a1出—a4进时氨氮和总磷的去除效果最佳，a1出—a4进、a1进a4出—a1出a4进一天一换这两种方式对cod和总氮的去除效果相差不多，需要种植植物后进一步验证最佳进出水方式。
41.不同植物组合下人工湿地的运行的研究
42.1.验证所得的最佳水力负荷和最佳水流方式在种植植物时的运行效果
43.通过改变种植芦苇和水葫芦的实验组人工湿地运行条件，验证最佳水力负荷和最佳水流方式在种植植物时的运行效果。在水力负荷为0.36 m3/（m2·
d）时，验证a1出—a4进和a1进a4出—a1出a4进一天一换这两种水流方式对污染物去除效果，参考模拟装置的ph和do的变化规律和对四种污染物的去除规律，最终得出a1出—a4进为运行的最佳水流方向。
44.2.不同植物组合对污染物的去除效果
45.种植植物的人工湿地的do含量，对四种污染物的去除效果均优于不种植植物的人工湿地，从而可以看出植物对人工湿地的重要性。挺水 挺水 浮水植物的人工湿地对总氮的去除效果好，挺水 浮水 沉水的人工湿地对cod、氨氮和总磷的去除效果较好。
46.3.污水污染物浓度对污染物去除效果的影响效果
47.实验组人工湿地的缸体内均种植芦苇和香蒲，将缸体b的人工污水污染物含量加倍，缸体a的污水保持原来的含量，空白对照组不种植植物，选择水力负荷为0.36 m3/（m2
·
d），进出水方式为a1出水—a4进水，发现种植植物的人工湿地的溶解氧含量和四种污染物去除效果比不种植植物的人工湿地好。当污染物浓度加倍时发现四种污染物的去除过程是相似的，在系统中的含量变化是相同的，由此可以看出种植芦苇和香蒲的模拟装置的污染物去除效果具有重复性。
48.本实用新型复合垂直流人工湿地装备将垂直下行池与垂直上行池空间叠加，选择最佳运行条件和最佳运行效果，并选用最佳植物组合，克服了人工湿地堵塞的效果，去除污染物效率高，并减少投资，节省成本。