CN101624233A - 自流式半基质人工水培湿地装置 - Google Patents

Abstract

一种环境保护技术领域的自流式半基质人工水培湿地装置，包括：挡水堰、配水渠、水培槽和集水渠，其中挡水堰设置于河流内并与配水渠的一端相连接，配水渠和集水渠分别垂直于河流流向，水培槽位于配水渠和集水渠之间并分别与配水渠和集水渠相连接。本发明河水总氮的去除率可达到20－40％，总磷去除率可达到30－50％，其处理效果优于现有技术且由于采用自流方式，运行成本低。

Description

自流式半基质人工水培湿地装置

技术领域

本发明涉及的是一种环境保护技术领域的装置，具体是一种用于原位净化低污染河水的自流式半基质人工水培湿地装置。

背景技术

水培是一种植物无土栽培方式，是将植物根系自然垂入植物营养液中，由营养液代替自然土壤向植物体提供水分、养分、氧气、温度等生长因子，使植物能够正常生长并完成其整个生命周期。这种体现先进生产力的植物栽培技术具有集约化、规模化和精确化的生产优势，而采用这种无土栽培技术培育出来的水培植物更是以其清洁卫生、格调高雅、观赏性强、环保无污染等优点而得到了国内外生产者和消费者的青睐，在欧美一些国家更早，在我国农业生产实际中也已经有二十余年的历史了。

近年来，作为水质净化的一项技术，已经将水培方法扩展到自然水体，包括湖泊、河流、池塘等，由自然水体向植物提供水分、养分、氧气、温度等生长因子，并由此使水质得到净化。该技术将聚苯乙烯泡沫板等制作的浮床作为水面漂浮式载体，在浮床开孔处种植植物，主要以高等植物吸收水中营养污染物质，同时以高等植物的根系与水中微生物的联合作用也可以起到部分水质净化的效果。在本发明之前，已有很多关于该技术的发明与实用专利。但这些专利技术主要涉及浮床材料或构造，目的是使得浮床更环保、更易固定、或更有利于微生物的附着与生活等。尽管高等植物对水中营养物质的吸收是该技术净化水质的主要途径，但目前的技术没有考虑如何促进高等植物的生长、增加高等植物对营养物质的吸收、如何实施对高等植物的定期收割、以及在装置设计上如何降低成本和增加收益等问题，因此，目前的技术事实上很难得到实际推广应用。

经过对现有技术的检索发现，中国专利公告号CN1313394C公开了一种浮床植物及生物膜复合技术原位净化受污染河水的方法，即采用浮床上部种植植物，浮床下部悬挂填料有利于微生物附着的结构，充分利用空间立体全方位净化受污染河水。该技术的不足之处在于：1)植物直接从河水中吸收营养物质，而河水中营养物质尽管从环境保护的角度来讲太高，但从植物生长的角度来讲太低(一般比农业上的植物营养液的浓度低100倍以上)，因此植物生长速度和产量及其吸收的营养物质均有限；2)在装置上未考虑到有利于农民实施农作业和收割植物的要求；3)产生的经济效益有限，不利于推广。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种自流式半基质人工水培湿地装置，不仅实现对植物进行定期收割的目标，而且运行成本低，植物生长好，经济植物的快速生长可产生明显效益，对河水的净化效果好。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：挡水堰、配水渠、水培槽和集水渠，其中：挡水堰设置于河流内并与配水渠的一端相连接，配水渠和集水渠分别垂直于河流流向，水培槽位于配水渠和集水渠之间并分别与配水渠和集水渠相连接。

所述的挡水堰位于河流内并垂直于河流流向设置，用于抬高河流水位，从而将河水导入配水渠中。

所述的配水渠位于河岸上垂直于河流流向设置，其厚度为30-50cm，为混凝土结构，该配水渠位于河流下游方向的边梗部分与挡水堰相连。

所述的集水渠位于河岸上垂直于河流流向设置，为混凝土结构，该集水渠与水培槽之间通过用水管连接，因此河水经水培槽处理后由集水渠收集，并最终排回河流。

所述的挡水堰、配水渠、水培槽和集水渠之间的高度差小于等于10cm。

所述的水培槽包括若干个沿河流方向平行排列的单元水培槽和水培槽边梗部分，其中：水培槽边梗部分位于相邻两个单元水培槽之间。

所述的单元水培槽为混凝土结构。四周槽梗的宽度以方便行人，从而能开展农作业为宜。各单元水培槽为长方形，宽1-1.5m，深30-50cm。

所述的单元水培槽与配水渠位于河流下游方向的边梗部分之间通过用水管连接，在用水管上分别设置有流量阀，用于将河水按一定流量均匀分配到各单元水培槽内。

所述的单元水培槽的长边与河流相平行，其槽底坡度为2.5-8‰，以使水流在单元水培槽内形成推流状态。

所述的单元水培槽中对应水面位置设有浮床，该浮床为塑料制成，在所述浮床的表面设有相邻两排相互交叉排列的孔穴。

所述的孔穴与相邻孔穴之间间距10-15cm，该孔穴的直径为8-13cm。

所述的孔穴中设有塑料制成的高25-40cm的定植篮，该定植篮的顶部的边缘较宽(0.8-1.3cm)，因此无需另行固定，放入孔穴中即被挂住。定植篮内放置塑料网兜，网兜内放入能从水中富集营养物质的基质材料，用于高等经济植物的栽培。网兜的孔径视基质的孔径而定，以防止基质的透过为宜。本发明中所述基质为能富集水中氮磷营养盐的吸附材料，包括一些天然硅酸盐矿物以及人工合成的氮磷吸附材料等。基质将河水中的营养物质富集后提供给植物，同时给植物提供支撑和固定的作用。

所述的定植篮呈交叉排列方式，从而可对单元水培槽中的水流进行分流、折流引导，提高低污染河水在水培槽内流程，促进其与定植篮内基质充分接触，强化利用基质、微生物对河水中污染物，特别是氮磷进行吸附、过滤净化。

本发明与现有技术相比，能充分利用河水本身的流动力和河流旁的有利地形条件，河水在水培湿地装置内实现自流，因此运行成本低；根据植物根部对营养物的吸收速度与根圈环境中营养物浓度成正比的植物生理生态学规律，由于在本发明的水培湿地装置的定植篮中使用能富集河水中营养物质的基质，提高了根圈环境中的营养物浓度，因此不仅植物吸收营养物质多，水质净化效果好，而且植物生长好，产量高；本发明装置介于水培和基质培之间，故称“半基质水培”，因而兼有水培和基质培的特点，也就是说，在水培槽的定植篮内填充基质，但在定植篮之间不填充基质，因此与一般的潜流型人工湿地不同，本发明装置适合于对低污染浓度和大容量的河水进行处理。本发明通过水培槽内定植篮的优化排列，使得槽内水流的流态得到优化，增强了河水与基质、以及河水与基质和植物根系表面微生物的接触与反应强度，处理效果好；本发明采用的水培槽的结构使得植物的栽培，管理和定期收割易于进行。本发明由于种植经济植物(蔬菜，花卉等)，且生长速度快，可以产生明显经济效益，易于被用户接收和推广。本发明中植物的营养物质来源于河水，因此不仅具有净化河水效果，而且实现了河水中营养污染物质的资源化。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为水培槽结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例包括：挡水堰1、配水渠2、水培槽3和集水渠4，其中：挡水堰1设置于河流5内并与配水渠2的一端相连接，配水渠2和集水渠4分别垂直于河流流向6，水培槽3位于配水渠2和集水渠4之间并分别与配水渠2和集水渠4相连接。

所述的挡水堰1位于河流5内并垂直于河流流向6设置，用于抬高河流5水位，从而将河水导入配水渠2中。

所述的配水渠2位于河岸上垂直于河流流向6设置，其厚度为30-50cm，为混凝土结构，该配水渠2位于河流5下游方向的边梗部分与挡水堰1相连。

所述的集水渠4位于河岸上垂直于河流流向6设置，为混凝土结构，该集水渠4水培槽3与之间通过用水管连接，因此河水经水培槽3处理后由集水渠4收集，并最终排回河流5。

所述的挡水堰1、配水渠2、水培槽3和集水渠4之间的高度差小于等于10cm。

所述的水培槽3包括若干个沿河流5方向平行排列的单元水培槽7和水培槽边梗部分8，其中：水培槽边梗部分8位于相邻两个单元水培槽7之间。

每个单元水培槽7的宽为1.2m，深35cm，长330m，单元水培槽7为混凝土结构，混凝土边埂可以行人，从而可对水培槽3进行必要的管理并对高等经济植物进行定期收割，一方面可以产生经济效益，另一方面也将营养物质带出河流5生态系统之外。

所述的单元水培槽7与配水渠2位于河流下游方向的边梗部分之间通过用水管连接，在用水管上分别设置有流量阀，用于将河水按一定流量均匀分配到各单元水培槽内。

所述的单元水培槽7的长边与河流相平行，其槽底坡度为6‰，以使水流在单元水培槽7内形成推流状态。

如图2所示，所述的单元水培槽7内的水面设有浮床13，孔穴与相邻孔穴之间间距15cm，该孔穴的直径为10cm，孔穴内放置有定植篮10，该定植篮10在单元水培槽7内采用相邻两行交叉排列的方式设置(图1)，对水流进行分流、折流引导，提高低污染河水在水培槽3内流程，促进其与定植篮内基质11充分接触，强化利用基质、微生物对河水中污染物，特别是氮磷进行吸附、过滤净化，并进一步被经济植物12吸收。

所述的有孔浮床13，定植篮10和定植篮内的网兜均为塑料制品。

本实施的工作过程如下：

如图1所示，河流5中的河水沿箭头方向6流动，当河水被挡水堰1拦截抬升自流进入配水渠2并分配进入各人工水培槽3。水培槽3的混凝土边梗部分7可以行人，水培槽3中的有孔浮板为水面漂浮式载体，在浮床上制成了圆状孔穴，其中依次放入定植篮、网兜、营养盐富集基质，并种植高等经济植物，以基质富集河水中营养污染物质，以植物吸收富集的营养污染物质，同时通过定期收割经济植物将河水中营养物质带出系统之外。此外，以高等植物的根系与水中微生物的联合作用也可以起到部分水质净化的效果。

如图2所示，所述的水培槽3由20个单元水培槽7构成，每个单元水培槽的宽为1.2m，水深35cm，长30m，定植篮10直达水培槽的混凝土底板9，但也可以适当悬空。经济植物12种植于营养盐富集基质11内，富集基质11装入网兜后放入定植篮10，而定植篮又放在有孔浮板13的圆形孔穴内。网兜的孔径以阻止基质的通过为基准。富集基质11可以是一种材料，也可以是两种以上的材料的混合物，具有从河水中富集氮磷及有机物的能力即可。定植篮10和网兜均为塑料制品，具有长久使用不变色，不变脆，不老化的特点。有孔浮板13采用塑料材料制模而成，可浮于水面，耐用，不变形，不易破碎。河水在定植篮之间流动，但由于定植篮是交叉排列的，流动的河水总是与定植篮相碰撞，有利于基质捕获河水中的营养物质。

本实施例实施流域的河流5在处理前为劣V类水，总氮2.5mg/L，总磷0.23mg/L。使用的基质为方解石和天然沸石(各占50％)，两排定植篮之间的间隔和同一排之内的定植篮之间的间隔均为15cm。种植的经济植物为水芹菜。通过实际的检测，河水总氮的去除率达到20-40％，总磷去除率可达到30-50％，对于一个不断有水流入，处理水量大的低污染河水来说，其处理效果优于其它水培湿地。而且由于采用自流方式，运行成本低。

Claims (10)

1、一种自流式半基质人工水培湿地装置，包括：挡水堰、配水渠、水培槽和集水渠，其特征在于：挡水堰设置于河流内并与配水渠的一端相连接，配水渠和集水渠分别垂直于河流流向，水培槽位于配水渠和集水渠之间并分别与配水渠和集水渠相连接。

2、根据权利要求1所述的自流式半基质人工水培湿地装置，其特征是，所述的挡水堰位于河流内并垂直于河流流向设置，用于抬高河流水位，从而将河水导入配水渠中。

3、根据权利要求1所述的自流式半基质人工水培湿地装置，其特征是，所述的配水渠位于河岸上垂直于河流流向设置，其厚度为30-50cm，为混凝土结构，该配水渠位于河流下游方向的边梗部分与挡水堰相连。

4、根据权利要求1所述的自流式半基质人工水培湿地装置，其特征是，所述的集水渠位于河岸上垂直于河流流向设置，为混凝土结构，该集水渠与水培槽与之间通过用水管连接。

5、根据权利要求1所述的自流式半基质人工水培湿地装置，其特征是，所述水培槽包括若干个沿河流方向平行排列的单元水培槽和水培槽边梗部分，其中：水培槽边梗部分位于相邻两个单元水培槽之间。

6、根据权利要求5所述的自流式半基质人工水培湿地装置，其特征是，所述的单元水培槽为混凝土结构，单元水培槽为长方形，宽1-1.5m，深30-50cm。

7、根据权利要求5所述的自流式半基质人工水培湿地装置，其特征是，所述的单元水培槽与配水渠位于河流下游方向的边梗部分之间通过用水管连接，在用水管上分别设置有流量阀，用于将河水按一定流量均匀分配到各单元水培槽内。

8、根据权利要求5所述的自流式半基质人工水培湿地装置，其特征是，所述的单元水培槽的长边与河流相平行，其槽底坡度为2.5-8％，以使水流在单元水培槽内形成推流状态。

9、根据权利要求1所述的自流式半基质人工水培湿地装置，其特征是，所述的单元水培槽中对应水面位置设有浮床，该浮床为塑料制成，在所述浮床的表面设有两排相互交叉排列的孔穴，所述的孔穴中设有塑料制成的高25-40cm的定植篮。

10、根据权利要求9所述的自流式半基质人工水培湿地装置，其特征是，所述的定植篮内放置塑料网兜，网兜内放入能从水中富集营养物质的基质材料，用于高等经济植物的栽培。

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