CN104730590B - 用植物纤维素氧同位素组成确定潜流湿地堵塞位置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于环境监测领域，具体涉及用植物纤维素氧同位素组成确定潜流湿地堵塞位置的方法。在待评估潜流人工湿地区域均匀布点，采集生长健全的植物，提取潜流湿地中植物纤维素，利用质谱仪对纤维素中氧同位素进行分析，绘制待评估潜流湿地区域氧同位素丰度等高线分布图。分布图中等高线密集区域为潜流湿地水流的堵塞位置。本发明能快速准确确定潜流人工湿地堵塞区域，成本低，实用性强，无二次污染。

Description

用植物纤维素氧同位素组成确定潜流湿地堵塞位置的方法

技术领域

本发明属于环境监测技术领域，具体涉及用植物纤维素氧同位素组成确定潜流湿地堵塞位置的方法。

背景技术

人工湿地作为一个污水处理系统，因建造运行费用低、易于维护、处理效果好、生态效益好等优势，已广泛应用于污水处理。潜流人工湿地作为一种湿地类型，具有处理负荷高、卫生条件好的优越性，已成为人工湿地发展的新趋向。

潜流人工湿地中污水流动可充分利用填料表面生长的微生物膜、植物丰富的根系及填料截流和土壤等的作用，达到其处理能力和处理效果，但潜流湿地存在堵塞的问题，严重影响处理效果。因此确定潜流湿地中堵塞区域、改变水力流态有利于潜流湿地稳定运行。

目前，对潜流人工湿地堵塞问题的研究多集中在前处理工艺、基质种类、植物搭配、湿地运行方法方面，对如何快速确定潜流人工湿地堵塞区域的研究不足。之前有学者利用植物木质部水分组成分析湿地缓流区、滞留区，此方法在提取叶片及根系中的水分时易造成水分蒸发从而使氧同位素发生分馏导致测量结果有较大偏差，同时，在潜流湿地中，根系泌氧是其内部氧来源，而该方法须采集根系，从而导致潜流湿地内部缺氧，破坏潜流湿地中赖以发挥净化作用的根系微生物、根部生物膜。因此，该方法不适于潜流湿地，只适用于可通过大气复氧补充氧量的表流湿地。

发明内容

本发明针对目前潜流人工湿地中堵塞研究中存在的不足，提出一种简单方便、成本低、准确度高、不对潜流湿地内部产生破坏作用、不存在二次污染的利用潜流湿地植物中纤维素成分组成确定潜流湿地堵塞位置的监测评价方法。

为解决上述问题，本发明采用如下方案：

一种用植物纤维素氧同位素组成确定潜流湿地堵塞位置的方法，包括如下步骤：

(1)在选定的潜流人工湿地中，运用均匀布点法在待评估区域布点，选择在无风、无雨时段进行植物茎部采集，每个采样点选3棵植物进行剪取，装入自封袋中编号，同时记录采样点处气温、湿度，并进行GPS定位；

(2)取植物纤维素，利用质谱仪对样品中¹⁸O含量进行测量，应用SMOW标准计算各点处¹⁸O值，利用数据软件作潜流湿地¹⁸O等高线分布图，¹⁸O含量高、等高线密集区域即潜流湿地堵塞区域。

优选的是，所述纤维素氧元素直接来源于植物内部水分，植物内部水分直接反映出植物根部水组成成分，结果真实可靠，精确度高。

优选的是，所述均匀布点法为：根据人工湿地规模划分采样网格，100亩以下的人工湿地，划分等面积网格10个，100亩-500亩之间的人工湿地，划分等面积网格15个，500亩以上的人工湿地划分等面积网格20个，在网格中心设置采样点。

优选的是，所述均匀布点法为：根据潜流人工湿地长度选定采样断面个数，采样断面为水流方向的垂直面，在长度小于200m的潜流湿地中，沿长度方向均匀设置4个监测断面；在长度200m-800m的潜流湿地中，沿长度方向均匀设置8个断面；在长度大于800米的潜流湿地中，沿长度方向均匀设置12个采样断面；当采样断面宽度小于20m时，在采样断面宽度方向均匀设置2个采样点；当采样断面20m-100m时，沿采样断面宽度方向均匀设置3个采样点；当采样断面宽度大于100m时，沿采样断面宽度方向均匀设置4个采样点。

本发明采集样品均直接来自于湿地内部，不需添加任何示踪剂，方法无外部污染源汇入，无二次污染，对人工湿地无危害性，且成本低；

本发明的纤维素氧同位素分析方法准确实用，数据处理方法精确可靠，同位素等高线分布图能直接反应出人工湿地堵塞区域，简单有效。

本发明的思路如下：

人工湿地中，植物合成纤维素的必需元素氧元素来自于植物根部区域水介质，水分由根部向上运输，水体氧同位素的组成直接决定纤维素中氧同位素的组成。在湿地堵塞区域，污水蒸发累积量大，造成水体中¹⁸O的富集，致使此区域植物纤维素中¹⁸O含量高。在人工湿地中均匀布点采集长势良好的植物茎部存入自封袋中，带回实验室洗净、烘干、磨碎，对植物样品纤维素进行提取，后对纤维素氧同位素组成进行分析，确定采样点处植物纤维素中¹⁸O含量，绘制待评估潜流人工湿地¹⁸O含量等高线分布图，在分布图密集区域即为潜流湿地堵塞区域。

本发明的有益效果

(1)本发明运用均匀布点法在潜流湿地中采取植物样品，充分考虑到潜流人工湿地中植物多样性，此法采集植物样品具有代表性、均匀性，误差小，可准确反映潜流湿地植物纤维素组成情况，方法简便易于实现；

(2)本发明采集植物均来源于潜流湿地内部，能实时准确反映潜流湿地内部不同区域水力情况，不需要破坏湿地基质组成以及发挥净化作用的生物膜系统，不需在潜流湿地中添加外源物质中，无二次污染，方法经济环保；

(3)本发明可以直接确定潜流湿地中堵塞区域的具体位置，确定堵塞程度，为改善潜流湿地的水力状态进而提高湿地利用率及保证潜流湿地稳定、持续性运行提供依据。

附图说明

图1：潜流人工湿地示意图

图2：潜流人工湿地水分运输示意图

图3：潜流人工湿地植物纤维素氧同位素组成分布图

具体实施例

实施例1

选定待评估人工湿地，根据人工湿地规模划分采样网格，100亩以下的人工湿地，划分等面积网格10个，100亩-500亩之间的人工湿地，划分等面积网格15个，500亩以上的人工湿地划分等面积网格20个，在网格中心设置采样点。在采样点处选取3棵长势良好的植物，运用园林剪刀剪取每棵植物茎部50g左右，装入自封袋中，编号，带回实验室备用。记录采样点处气温、相对湿度等气象信息，运用GPS定位采样点处以及人工湿地轮廓坐标。将植物带入实验室后，装入烧杯中，用纱布封口，编号，之后置于温度为65℃烘箱中烘48h，后将每个采样点处3棵植物标本用球磨机压碎后混合，经40目筛筛选后，取每个采样点混合后植物粉末30g，放入500mL烧杯中，在质量分数5％的氢氧化钠溶液中常温浸泡24h左右，移除上层液体，剩余物质使用蒸馏水清洗2-3遍。向样品中加入5％的盐酸200mL，用2-3层纱布封口，震荡混匀，在水温为65℃的水浴锅中加热3h，加热完毕待样品完全冷却后用蒸馏水清洗2-3次，过300目水筛。将沉淀物质转移进250mL烧杯中，向烧杯中按顺序分别加入1.0ml冰醋酸、1.0g亚氯酸钠、200mL蒸馏水，在水温为90℃的水浴锅中加热1.5h，再次加入1.0ml冰醋酸、1.0g亚氯酸钠、200mL蒸馏水，直至样品变为灰白色，用蒸馏水清洗多次，直至漂白液变为无色后，向烧杯中加入20％的NaOH溶液100mL，混匀，静置1.5h,用蒸馏水清洗4-5次，在冰箱中冷冻干燥，得到纤维素样品。将样品置于烧杯中，在70℃的烘箱中烘干，取0.25mg置入银箔帽中，应用MAT253稳定同位素比质谱仪进行分析，测定每个采样点处同位素含量，利用软件绘制¹⁸O含量等高线分布图，图中等高线密集区域即为堵塞区域，可作疏通处理。

实施例2

选定待测潜流人工湿地，根据潜流人工湿地长度选定采样断面个数，采样断面为水流方向的垂直面，在长度小于200m的潜流湿地中，沿长度方向均匀设置4个监测断面；在长度200m-800m的潜流湿地中，沿长度方向均匀设置8个断面；在长度大于800米的潜流湿地中，沿长度方向均匀设置12个采样断面；当采样断面宽度小于20m时，在采样断面宽度方向均匀设置2个采样点；当采样断面20m-100m时，沿采样断面宽度方向均匀设置3个采样点；当采样断面宽度大于100m时，沿采样断面宽度方向均匀设置4个采样点。在采样点处选取3棵长势良好的植物，运用园林剪刀剪取每棵植物茎部、叶片50g左右，装入自封袋中，编号，带回实验室备用。记录采样点处气温、相对湿度等气象信息，运用GPS定位采样点处以及人工湿地坐标。将植物带入实验室后，装入烧杯中，用纱布封口，编号，之后置于温度为65℃烘箱中烘48h，用粉碎机粉碎，经40目筛筛选后，取每个采样点混合后植物粉末20g，分别放入500mL烧杯中，向每个烧杯中加入400mL硝酸溶液(Ph＝3),用玻璃棒搅拌混匀后放入60℃水浴锅中，水浴80min。结束后，用抽滤机抽滤滤，滤纸规格采用0.45μm，用蒸馏水洗涤后抽滤，重复3-5次，之后将剩余物质放入洗净的烧杯中，编号，烘干。取出烧杯后，向内加入400mL氢氧化钠溶液(Ph＝10),用玻璃棒搅拌混匀后放入60℃水浴锅中，水浴60min。结束后，用抽滤机抽滤滤，滤纸规格采用0.45μm，用蒸馏水洗涤后抽滤，重复3-5次，后放入烘箱中烘干，冷却干燥后得到纤维素。纤维素中氧同位素分析方法及数据处理方法同(1)。

该方法用于准确判断潜流湿地中堵塞区域的位置，结合潜流湿地的运行效果发现该发明有效可行。

实施例3.

图3给出某潜流人工湿地植物中纤维素氧同位素组成分布图，从图中可以快速确定1、2两处为潜流湿地中堵塞最严重的区域，3处区域相对于1、2两处堵塞程度较轻，可以以此为依据，对潜流湿地局部堵塞区域进行疏通，改善水力条件，提高潜流湿地面积利用率。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (1)

1.一种用植物纤维素氧同位素组成确定潜流人工湿地堵塞位置的方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）在选定的潜流人工湿地中，运用均匀布点法在待评估区域布点，选择在无风、无雨时段进行植物茎部采集，每个采样点选3棵植物进行剪取，装入自封袋中编号，同时记录采样点处气温、湿度，并进行GPS定位；

（2）对上述采集的植物茎部进行洗净、烘干、磨碎、提取纤维素，利用质谱仪对提取的植物纤维素中¹⁸O含量进行测量，应用SMOW标准计算各点处¹⁸O值，利用数据软件作潜流人工湿地¹⁸O等高线分布图，¹⁸O含量高、等高线密集区域即潜流人工湿地堵塞区域；

所述纤维素氧元素直接来源于植物内部水分；

所述均匀布点法为：根据人工湿地规模划分采样网格，100亩以下的人工湿地，划分等面积网格10个，100亩-500亩之间的人工湿地，划分等面积网格15个，500亩以上的人工湿地划分等面积网格20个，在网格中心设置采样点；

所述均匀布点法为：根据潜流人工湿地长度选定采样断面个数，采样断面为水流方向的垂直面，在长度小于200m的潜流人工湿地中，沿长度方向均匀设置4个采样断面；在长度200m-800m的潜流人工湿地中，沿长度方向均匀设置8个断面；在长度大于800米的潜流人工湿地中，沿长度方向均匀设置12个采样断面；当采样断面宽度小于20m时，在采样断面宽度方向均匀设置2个采样点；当采样断面20m-100m时，沿采样断面宽度方向均匀设置3个采样点；当采样断面宽度大于100m时，沿采样断面宽度方向均匀设置4个采样点。