CN103086516A

CN103086516A - 一种垂直流红树林人工湿地生态系统污水处理方法

Info

Publication number: CN103086516A
Application number: CN2013100357391A
Authority: CN
Inventors: 昝启杰; 杨琼; 程华荣; 程丛星; 昝欣; 周海旋; 毛礼; 杨远铿
Original assignee: SHENZHEN DONGHUA LANDSCAPING CO Ltd
Current assignee: GUANGDONG RONGJIA ECOLOGICAL TECHNOLOGY CO., LTD.
Priority date: 2013-01-30
Filing date: 2013-01-30
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2033-01-30
Also published as: CN103086516B

Abstract

本发明提供一种垂直流红树林人工湿地生态系统工艺的构造方法，包括以下几个步骤：步骤A:建立人工湿地；步骤B:再将所述进水管道平铺于人工湿地表层，所述进水管道的底部两侧分布有多个孔；步骤C:人工湿地床体的底部铺设砾石，所述砾石上再铺设碎石,所述碎石上面铺设生物蚝壳，所述生物蚝壳上铺设带网孔的PVC软板，所述软板上铺设红树林种植土，用于种植红树植物；步骤D:于所述进水区内放入生物蚝壳填充，在红树植物种植土层人工放养大型底栖动物；步骤E:每隔8-15年，红树植物全部砍伐，重新种植红树植物。本发明采用了多年生木本植物红树林作为人工湿地植物，解决了湿地植物每年需要收割节,省了大量的人力物力。

Description

一种垂直流红树林人工湿地生态系统污水处理方法

技术领域

本发明涉及生态修复、环保工程及污水处理技术领域，尤其涉及一种垂直流红树林人工湿地生态系统污水处理工艺技术。

背景技术

人工湿地污水处理系统自上世纪七、八十年代兴起以来，以其投资成本低、净化效率高、维护简单等优点在全世界迅速发展，广泛建立用于工业、农业和生活污水的处理。人工湿地的功能实施归根结底是作为自然界分解者的微生物活动的结果，湿地植物不仅为微生物的生长提供物理依附面，促进生物膜的形成，而且为微生物提供生长所需要的氧气、养料等生存环境条件。

目前，应用于人工湿地的植物多为一年生的草本植物，草本植物生长迅速，净化效率较好，但每年需花费大量的人力物力收割，否则营养会重返水体，造成二次污染。再者，湿地填料易营养饱和而不再具备污染净化能力，而更换填料需要大量的人力物力；最后，现有湿地易堵塞，污水净化能力难以持续。

红树林是热带亚热带海岸潮间带特有的木本植物群落，具有高生物多样性、高生产力、高归还率和高分解率的特性，其营养循环和能量流动均非常迅速，是热带亚热带海岸带的生态关键区，能净化污水，对维持沿海一带的生态平衡有重要作用，具有“海上森林”的美称，对整个地球环境保护和生物资源开发也有着不可忽视的作用。研究证实，红树林湿地可以作为一种高效、低成本、环保型的污水处理系统。但由于红树林的稀缺性和珍贵性，不适宜利用天然红树林湿地进行污水处理，只能通过工程手段建立红树林人工湿地工艺用于污水处理。但目前的红树林人工湿地仅仅是将湿地植物换成了红树林植物，并没有构造出一个完整的红树林生态系统，使得红树林生态系统在污染净化方面的功能没有完全发挥出来。

发明内容

本发明针对以上现状，提供一种垂直流红树林人工湿地生态系统工艺的构造方法，包括以下几个步骤：

步骤A: 建立人工湿地，所述人工湿地包括进水管道、进水区、出水区、湿地床，污水经所述进水管道流入进水区的底部端，从所述进水区经所述进水管流入所述湿地床；底部还设置有用于排干积蓄残渣的出渣阀门；

步骤B:再将所述进水管平铺于人工湿地表层，管底两侧分布有多个孔；

步骤C:人工湿地床体采用防水材料结构，底部铺设砾石，所述砾石上再铺设碎石,所述碎石上面铺设生物蚝壳，所述生物蚝壳上铺设带网孔的PVC软板，所述软板上铺设红树林种植土，用于种植红树植物。

步骤D:于所述进水区内放入生物蚝壳填充，出水区内充填生物蚝壳,在红树植物种植土层人工放养大型底栖动物。

步骤E: 每隔8-15年，红树植物全部砍伐，并更换种植土，重新种植红树植物。

本发明采用以上技术方案，其优点在于，选择去污能力较强的木本植物红树林植物作为湿地植物，建立垂直流红树林人工湿地生态系统，放养螃蟹、螺类、弹涂鱼、沙蚕等大型底栖生物，一方面底栖生物分解了凋落物，解决了污染物重返水体造成二次污染的问题，另一方面，因为底栖生物的穴居习性，增加了填料中氧气含量，防止湿地系统堵塞；利用生物蚝壳为填料增大了微生物附着面积，增大了湿地脱氮、除磷效率；用PVC软板将种植土和生物蚝壳间隔开，采用垂直流方式将污染物截流于表层种植土，既克服了湿地植物枯萎凋落物造成二次污染的生态问题，又解决了填料更换困难的难题，非常适合华南沿海地区及热带亚热带地区的生活污水、城镇污水、养殖废水或其它富营养化水体的净化。

优选的，进水区的宽度100—300cm，放入生物蚝壳填充至一半深度。污水经进水管道（粒径9-12cm,）流入进水区接近底部的一端，从进水区另一端的顶部孔道（粒径9-12cm，孔间距10cm，管的安装位置以填料到达的水平面为准，管道中部平行于基质）经进水管流入湿地床；底部另外再安装一个出水阀门用于将清淤时排干污水。

进水管（（粒径 9-12cm，一端开放，一端封闭）平铺于人工湿地表层，一半露出地面。管底两侧分布有许多小孔（粒径 5mm，距离管底三分之一处，孔间距5mm）。

优选的，人工湿地床体为钢筋混凝土或其它防水材料结构，底部铺设粒径3-5cm的砾石10cm，再铺设粒径1-3cm的碎石10cm, 上面铺设生物蚝壳30-50cm,生物蚝壳上铺设一层带网孔（孔径粒径 5cm）的PVC软板，软板上铺设红树林种植土50-80cm，分别种植秋茄、桐花树、木榄、红海榄、无瓣海桑、海桑、海莲、尖瓣海莲、正红树、拉关木等红树植物。

优选的，出水区宽度100-150cm，充填生物蚝壳。净化后的污水从湿地床底部流入出水区，湿地床底部排水孔均匀分布(接近地面，孔径9-12cm，孔间距10cm),经短暂停留后由可调节高度的排水管排出。

优选的，在红树植物种植土层人工放养螃蟹、螺、沙蚕等大型底栖动物。螃蟹放养种类为寄居蟹科、梭子蟹科、沙蟹科、方蟹科的诸如：弧边招潮蟹、马氏招潮蟹、锯缘青蟹、寄居蟹、长足方蟹等，弹涂鱼种类为：大弹涂鱼、青弹涂鱼、大鳍弹涂鱼等，螺类为拟沼螺科、黑螺科、汇螺科、蜒螺科、滨螺科、耳螺科的螺类），以及沙蚕类为河口沙蚕、羽须鳃沙蚕、锐足全刺沙蚕、腺带沙蚕等。螃蟹放养密度为3-5只/m²，弹涂鱼放养密度为1-2条/m²，螺类放养密度为1-3只/m²，沙蚕放养密度为2-5条/m²。

优选的，海桑、无瓣海桑、海莲、尖瓣海莲种植的株距为1～2m、行距为1～2m；秋茄、木榄、桐花树、红海榄、拉关木、红树的种植株距为0.3～0.5m、行距为0.3～0.5m。

优选的，海桑和无瓣海桑种植土为5：4：1的海砂、海泥和粒径 5mm的石米混合而成；木榄、海莲、尖瓣海莲的种植土为6：1：3的海砂、海泥和粒径 5mm的石米混合而成；秋茄、红海榄、桐花树、拉关木、正红树的种植土为6：2：2的海砂、海泥和粒径 5mm的石米混合而成。

优选的，每隔8-15年，红树植物全部砍伐，并更换种植土，重新种植红树植物，种植土经消毒后可回收用于制作有机肥料。

本发明的有益效果：

1. 采用了多年生木本植物红树林作为人工湿地植物，解决了湿地植物每年需要收割节，省了大量的人力物力。

2. 人工放养螃蟹、螺、弹涂鱼、沙蚕等大型底栖生物于种植土层，一方面底栖生物分解了凋落物，解决了污染物重返水体造成二次污染的问题，另一方面，因为底栖生物的穴居习性，活动时增加了填料中氧气含量，洞穴的开挖能防止湿地堵塞。

3. 采用生物蚝壳为填料，增大了微生物附着面积，有利于微生物的生长、繁殖，增大了污水脱氮除磷效率。

4. 采用垂直流的方式将污染物截流于表层种植土，且种植土与生物蚝壳间的PVC软板使得填料易于更换，每8-15年更换一次种植土和湿地植物，保证了人工湿地的污水净化效率。

附图说明

图1 本发明进水区的结构示意图。

图2 本发明人工湿地结构示意图。

图3 本发明进水管结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明：

实施例1

如图1和图2所示，一种垂直流红树林人工湿地生态系统工艺的构造方法，包括：步骤A: 建立人工湿地，所述人工湿地包括进水管道5、进水区2、出水区1、湿地床3，污水经所述进水管道5流入进水区2的底部端，从所述进水区2经所述进水管流5入所述湿地床3；底部还设置有用于排干污水的出水阀门10；

步骤B:如图3所示，再将所述进水管道5（一端开口，一端封闭）平铺于人工湿地表层，管底两侧分布有多个孔；

步骤C:人工湿地床3为钢筋混凝土或其它防水材料结构，底部将粒径3-5cm的砾石7铺10cm，再将粒径1-3cm的碎石8铺10cm, 再在碎石8上面将生物蚝壳9铺设30-50cm,生物蚝壳9上铺设一层带网孔（孔径为 5cm）的PVC软板。

实施例2

在低洼处建立人工湿地（长×宽×高，9m*3m*1.0m）,按实施例1所述，铺设管道，依次填入粒径 3-5cm的砾石10cm、粒径 1-3cm的碎石10cm、生物蚝壳30cm、带网孔（粒径 5cm）的PVC软板和种植土50cm（5：4：1海砂:淤泥:粒径 5mm的石米）, 株距为1m、行距1m的规格种入海桑幼苗。植物种植3个月后，人工放养无齿相手蟹和褶痕相手蟹（放养密度为3-5只/m²），放养弹涂鱼（放养密度为1-2条/m²）；放养羽须鳃沙蚕（放养密度为2-5条/m²）。在水力负荷为5 m³ d^-1，停留时间约3天的运行参数下，经过近三年的运行，进水中溶解氧非常低，多小于1 mg L^-1, 出水中的溶解氧含量多大于5.0 mg L^-1，在COD、BOD₅、TN、NH₃－N、TP、SP的平均浓度分别为180 mg L^-1、100 mg L^-1、15 mg L^-1、10 mg L^-1、5 mg L^-1、3 mg L^-1的条件下，出水中COD、BOD₅、TN、NH₃－N、TP、SP的平均浓度分别为25 mg L^-1、10 mg L^-1、2 mg L^-1、1.5mg L^-1、0.5 mg L^-1、0.3 mg L^-1。湿地运行8年后，将海桑砍伐，移除残根，将PVC软板上的种植土全部更换，并重新种植海桑，更换的种植土经消毒处理后用于化肥制作。

实施例3

在低洼处建立人工湿地（长×宽×高，9m*3m*1.2m）,按上所述，铺设管道，依次填入粒径 3-5cm的砾石10cm、粒径 1-3cm的碎石10cm、生物蚝壳40cm、带网孔（粒径 2mm）的PVC软板和种植土60cm（6：2：2海砂:淤泥:粒径 5mm的石米）, 按株距为0.3m、行距为0.3m的规格种入秋茄幼苗。植物种植3个月后，人工放养无齿相手蟹和褶痕相手蟹（放养密度为3-5只/m²）,放养拟黑螺、黑环左式螺（放养密度为1-3只/m²），放养腺带刺沙蚕（放养密度为2-5条/m²）。在水力负荷为5 m³ d^-1，停留时间约3天的运行参数下，经过近三年的运行，进水中溶解氧非常低，多小于1 mg L^-1, 出水中的溶解氧含量多大于5.0 mg L^-1，在COD、BOD₅、TN、NH₃－N、TP、SP的平均浓度分别为180 mg L^-1、120 mg L^-1、15 mg L^-1、10 mg L^-1、4 mg L^-1、2 mg L^-1的条件下，出水中COD、BOD₅、TN、NH₃－N、TP、SP的平均浓度分别为28 mg L^-1、10 mg L^-1、2.5 mg L^-1、1.5mg L^-1、0.5 mg L^-1、0.3 mg L^-1。湿地运行10年后，将秋茄砍伐，移除残根，将PVC软板上的种植土全部更换，并重新种植秋茄，更换的种植土经消毒处理后用于化肥制作。

实施例4

在低洼处建立人工湿地（长×宽×高，9m*3m*1.5m）,按上所述，铺设管道，依次填入粒径 3-5cm的砾石10cm、粒径 1-3cm的碎石10cm、生物蚝壳50cm、带网孔（粒径 5cm）的PVC软板和种植土80cm（6：2：2海砂:淤泥:粒径 5mm的石米）, 按株距为0.3m、行距为0.3m的规格种入桐花树幼苗。植物种植3个月后，人工放养无齿相手蟹和褶痕相手蟹(放养密度为3-5只/m²) ,放养拟黑螺、光滑狭口螺、黑环左式螺（放养密度为1-3只/m²），放养羽须鳃沙蚕和腺带沙蚕（放养密度为2-5条/m²）。在水力负荷为5 m³ d^-1，停留时间约3天的运行参数下，经过近三年的运行，进水中溶解氧非常低，多小于1 mg L^-1, 出水中的溶解氧含量多大于5.0 mg L^-1，在COD、BOD₅、TN、NH₃－N、TP、SP的平均浓度分别为180 mg L^-1、80 mg L^-1、15 mg L^-1、10 mg L^-1、5 mg L^-1、3 mg L^-1的条件下，出水中COD、BOD₅、TN、NH₃－N、TP、SP的平均浓度分别为20 mg L^-1、15 mg L^-1、3.5 mg L^-1、1.5mg L^-1、0.5 mg L^-1、0.3 mg L^-1。湿地运行10年后，将桐花树砍伐，移除残根，将PVC软板上的种植土全部更换，并重新种植桐花树，更换的种植土经消毒处理后用于化肥制作。

实施例5

在低洼处建立人工湿地（长×宽×高，9m*3m*1.0m）,按上所述，铺设管道，依次填入粒径 3-5cm的砾石10cm、粒径 1-3cm的碎石10cm、生物蚝壳30cm、带网孔（粒径 2mm）的PVC软板和种植土50cm（6：1：3海砂:淤泥:粒径 5mm的石米）, 按株距为0.5m、行距为0.5m的规格种入木榄幼苗。植物种植3个月后，人工放养无齿相手蟹和褶痕相手蟹(放养密度为3-5只/m²) ,放养拟黑螺、光滑狭口螺、黑环左式螺（放养密度为1-3只/m²），放养羽须鳃沙蚕和腺带沙蚕（放养密度为2-5条/m²）。在水力负荷为5 m³ d^-1，停留时间约3天的运行参数下，经过近三年的运行，进水中溶解氧非常低，多小于1 mg L^-1, 出水中的溶解氧含量多大于5.0 mg L^-1，在COD、BOD₅、TN、NH₃－N、TP、SP的平均浓度分别为180 mg L^-1、80 mg L^-1、15 mg L^-1、10 mg L^-1、5 mg L^-1、3 mg L^-1的条件下，出水中COD、BOD₅、TN、NH₃－N、TP、SP的平均浓度分别为30 mg L^-1、18 mg L^-1、2.5 mg L^-1、1.5mg L^-1、0.5 mg L^-1、0.3 mg L^-1。湿地运行10年后，将木榄砍伐，移除残根，将PVC软板上的种植土全部更换，并重新种植木榄，更换的种植土经消毒处理后用于有机肥料制作。

由实施例3-5可知，本发明采用以上技术方案增加了污水脱氮除磷效率，提高了污水净化的效率。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种垂直流红树林人工湿地生态系统工艺的构造方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

步骤B:再将所述进水管道平铺于人工湿地表层，所述进水管道的底部两侧分布有多个孔；

步骤C:人工湿地床体的底部铺设砾石，所述砾石上再铺设碎石,所述碎石上面铺设生物蚝壳，所述生物蚝壳上铺设带网孔的PVC软板，所述软板上铺设红树林种植土，用于种植红树植物；

步骤D:于所述进水区内放入生物蚝壳填充，出水区内充填生物蚝壳,在红树植物种植土层人工放养大型底栖动物；

步骤E:每隔8-15年，红树植物全部砍伐，并更换种植土，重新种植红树植物。

2.如权利要求1所述的垂直流红树林人工湿地生态系统工艺的构造方法，其特征在于，人工湿地床体采用防水材料结构，人工湿地床深度为100-150cm、进水区的宽度100—300cm、出水区宽度100-150cm。

3.如权利要求1所述的垂直流红树林人工湿地生态系统工艺的构造方法，其特征在于，所述进水管道的粒径为9-12cm，所述孔的粒径为 5mm，所述孔设置在距离管底三分之一处，所述孔之间的间距5mm。

4.如权利要求1所述的垂直流红树林人工湿地生态系统工艺的构造方法，其特征在于，所述砾石的粒径为3-5cm，所述碎石的粒径为1-3cm，所述砾石和碎石铺的厚度为10cm、所述生物蚝壳铺的厚度为30-50cm、种植土的厚度为50-80cm。

5.如权利要求1所述的垂直流红树林人工湿地生态系统工艺的构造方法，其特征在于，所述湿地床底部设置有多个排水孔，所述排水孔的孔径9-12cm，所述排水孔之间的间距为10cm。

6.如权利要求1所述的垂直流红树林人工湿地生态系统工艺的构造方法，其特征在于，所述种植土中，海桑和无瓣海桑种植土为按质量比5：4：1的海砂、海泥，以及粒径为的石米混合而成；木榄、海莲、尖瓣海莲的种植土为按质量比6：1：3的海砂、海泥，以及粒径为 5mm的石米混合而成；秋茄、红海榄、桐花树、拉关木、正红树的种植土为按质量比6：2：2的海砂、海泥，以及粒径为5mm的石米混合而成。

7.如权利要求1所述的垂直流红树林人工湿地生态系统工艺的构造方法，其特征在于，所述红树植物采用秋茄、桐花树、木榄、红海榄、无瓣海桑、海桑、海莲、尖瓣海莲、正红树、拉关木中的至少一种。

8.如权利要求1所述的垂直流红树林人工湿地生态系统工艺的构造方法，其特征在于，所述大型底栖动物为螃蟹、弹涂鱼、螺、沙蚕，螃蟹放养密度为3-5只/m²，弹涂鱼放养密度为1-2条/m²，螺类放养密度为1-3只/m²，沙蚕放养密度为2-5条/m²。

9.如权利要求8所述的垂直流红树林人工湿地生态系统工艺的构造方法，其特征在于，所述所螃蟹采用弧边招潮蟹、马氏招潮蟹、锯缘青蟹、寄居蟹、长足方蟹中的至少一种，所述弹涂鱼种类采用大弹涂鱼、青弹涂鱼、大鳍弹涂鱼中的至少一种，螺类为拟沼螺科、黑螺科、汇螺科、蜒螺科、滨螺科、耳螺科中的至少一种，所述沙蚕类为河口沙蚕、羽须鳃沙蚕、锐足全刺沙蚕、腺带沙蚕中的至少一种。

10.如权利要求1所述的垂直流红树林人工湿地生态系统工艺的构造方法，其特征在于，海桑、无瓣海桑、海莲、尖瓣海莲种植的株距为1～2m、行距为1～2m；秋茄、木榄、桐花树、红海榄、拉关木、红树的种植株距为0.3～0.5m、行距为0.3～0.5m。