CN105923778B - 一种进行水质调控的表面流湿地富集无毒绿藻的方法 - Google Patents

一种进行水质调控的表面流湿地富集无毒绿藻的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种进行水质调控的表面流湿地富集无毒绿藻的方法，包括以下步骤：(1)构建表面流湿地：该表面流湿地包括一处理池，在处理池内部由下到上依次为土壤层与浅水层，在土壤层内种植化感挺水植物，在浅水层内接种无毒绿藻，浅水层的前后两端设置进水管与出水管；(2)城市污水厂二级出水流经表面流湿地，在净化污水的同时，富集无毒绿藻。与现有技术相比，本发明将表面流湿地的净化水质与无毒绿藻富集效能相结合，通过强化无毒绿藻的生长，还可抑制水体中有毒微藻的生长。富集的无毒绿藻可作为水产饲料，实现了湿地出水的生态资源化利用。

Description

一种进行水质调控的表面流湿地富集无毒绿藻的方法
技术领域
本发明涉及一种表面流湿地富集无毒绿藻，尤其是涉及一种进行水质调控的表面流湿地富集无毒绿藻的方法，属于环境工程技术领域。
背景技术
目前的城市污水厂二级处理工艺过程中，往往因为进水有机碳源不足而导致氮磷的处理效果不理想，所以存在出水氮磷残留量高且氮磷比率不合理等问题。若直接排放，易引起水体富营养化，进而造成有毒微藻恶性增殖，引起水华；另外二级出水有机碳源不足，无法继续通过活性污泥法继续削除氮磷等营养元素，若引入膜等深度处理技术，则成本较高。
由于氮磷等营养元素过剩引起的水华会导致水体富营养化，进而导致水体中大量有害藻类过度繁殖引起水华。这些有害藻类在大量繁殖的过程中还会产生释放藻毒素，会进一步污染水质、破坏水体平衡、威胁其他水生生物，进而威胁人类的健康，因此，通过水质调控来抑制有害微藻的繁殖，在实际工程运行时，意义重大。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种进行水质调控的表面流湿地富集无毒绿藻的方法，通过调节氮磷比例，限定表面流湿地的结构，种植化感挺水植物，接种具有对有毒微藻(铜绿微囊藻)具有竞争优势的无毒绿藻等手段，实现了湿地出水的生态资源化利用，以达到防止水华发生和进一步净化出水水质的目的。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种进行水质调控的表面流湿地富集无毒绿藻的方法，包括以下步骤：
(1)构建表面流湿地：该表面流湿地包括一处理池，在处理池内部由下到上依次为土壤层与浅水层，在土壤层内种植化感挺水植物，在浅水层内接种无毒绿藻，浅水层的前后两端设置进水管与出水管；
(2)城市污水厂二级出水流经表面流湿地，在净化污水的同时，富集无毒绿藻，实现了湿地进水的生态资源化利用。
进一步地，表面流湿地底部采用粘土夯实并进行防渗处理，湿地外壁高于地面20cm，以实现避免湿地内部污水渗出和外部雨水等流入的问题，湿地底部土壤层高度30～50cm，以达到种植化感挺水植物的要求，考虑化感挺水植物生长高度，以及无毒微藻生长采光的要求，设定表面流湿地池体中土壤层上部的浅水层水深20～40cm，进水管与出水管管顶与水面同高。
进一步地，表面流湿地池体底部坡度参数0.5～1％，水力负荷0.3～0.5[m3/(m2·d)]，水平水流流速不超过0.001m/s，以达到使水体缓慢流动的要求。
进一步地，表面流湿地处理池的长宽比为6～10：1，并限制处理池宽度小于6米，使表面流湿地进水水质均匀，水流缓慢，同时实现水质调控和富集微藻的作用。
进一步地，所述的化感挺水植物为具有化感作用和气候适应性较强的挺水植物，选自菖蒲、芦苇或芦竹等，实现保证植物存活率，提高净水作用以及扩大方法适用范围的效果。菖蒲、芦苇、芦竹等挺水植物，根系发达，固着力强，受水体流动和搅动影响较小；其生长过程中还可将水中的氮磷等作为营养物质，净化水质；适应水深0-50cm水体，对气候适应性强，栽植范围广，景观效果好；其化感作用释放的化学物质可有效地抑制有毒藻类如铜绿微囊藻的生长繁殖，化感植物可通过减少藻类同化物质、影响其细胞膜结构与酶功能来改变藻类的生理功能和生长状态，从而抑制其生长增殖。即化感挺水植物能够抑制水华微藻的生长，并具有高效、快速、生态安全性好等特点，是一种良好的控藻方式。
进一步地，表面流湿地化感挺水植物种植间隔为30～40cm，以保证植物生长空间以及水体微藻采光的要求。
进一步地，考虑到自然水体微藻密度以及本表面流湿地富集的要求，表面流湿地无毒绿藻接种密度参数为1～5×105mL，确保水体中无毒绿藻:有毒微藻＞10:1，使之生长为优势藻种。
进一步地，无毒绿藻具有生长速率快、光合速率高、营养要求低、抗污能力强的特点，其可利用周围环境中的氮磷等营养元素通过光合作用合成自身营养物质，从而可以达到进一步降低环境中氮磷营养物质的效果。所述的无毒绿藻选择吸收氮磷能力较强并具有资源化利用价值的绿藻，具体选自蛋白核小球藻或椭圆小球藻，蛋白核小球藻胞内蛋白质含量较高，椭圆小球藻胞内油脂积累含量较高，以达到有利于出水鱼类饵料的要求。故以无毒绿藻作为生物质能原料和渔业饲养饵料均具有良好的前景。
进一步地，城市污水厂二级出水进入表面流湿地前经絮凝除磷池处理使得进水的氮磷水平控制在TN:10～15mg·L-1，TP：0.3～0.4mg·L-1，氮磷比例为40～50:1，以实现有利于无毒绿藻的生长与富集的同时，抑制有毒微藻的增殖。
人工湿地是模拟自然湿地人工建造的小型开放式生态系统，具有投资少能耗低效率高、氮磷去除能力强、运行管理方便等优点。将无毒绿藻(椭圆小球藻、蛋白核小球藻)引入表面流人工湿地，不仅可以利用无毒绿藻光合作用生长过程中对营养的需求，脱氮除磷，提高表面流湿地运行效果，而且可以通过水质调控利用微藻生长竞争作用抑制有毒微藻的生长；通过种植挺水植物(菖蒲、芦苇、芦竹)，利用水生植物生长进一步净化水质，其化感作用也可抑制水体中有毒微藻的生长繁殖；通过限定湿地的结构特性(长，宽及比例)与水流特性，保证水质均匀以利于无毒绿藻的富集，从而实现二级出水的生态处理和水质调控。
与现有技术相比，本发明的优点及有益效果在于：
(1)将传统表面流湿地与无毒绿藻培养结合起来，通过絮凝除磷调节进水氮磷比例，使无毒绿藻增殖富集并去除水体中的总氮、总磷，微藻间竞争生长可抑制无毒微藻的生长。
(2)引入化感作用较强的挺水植物，不仅可以提高表面流湿地的生态调控功能，同时其生长过程中释放的化感物质可以有效地抑制有毒微藻的的生长，从而进一步控制水华藻类的生长，以保证排放到自然水体中的出水水质安全，源头防治水华的发生。
(3)与一般深度处理技术相比，本发明具有造价低，易控制，观赏性高等优点，并且有后期维护简单，运行成本低等优势，同时出水中的无毒绿藻可作为鱼类的饵料，使营养物质得以有效循环，进一步资源化。因此，利用水质和生态调控的表面流湿地处理二级出水，无毒绿藻在吸收氮磷可进一步净化水质，富集后随出水进入自然水体可作为鱼类饵料，不仅可以实现从源头上抑制有毒微藻的生长繁殖，防治水华；有利于生态资源化；挺水植物在达到深层次进化水质的同时更具有一定观赏性。
附图说明
图1为本发明中表面流湿地的剖面图；
图2为本发明中表面流湿地的平面图；
图3为实施例1中表面流湿地的剖面图；
图4为实施例1中表面流湿地的平面图。
图中：1为进水管，2为化感挺水植物，3为浅水层，4为无毒绿藻，5为土壤层，6为出水管，7为絮凝除磷池，8为阀门，9为流量计。
具体实施方式
一种进行水质调控的表面流湿地富集无毒绿藻的方法，包括以下步骤：
(1)构建表面流湿地：该表面流湿地如图1、图2所示，包括一处理池，在处理池内部由下到上依次为土壤层5与浅水层3，在土壤层5内种植化感挺水植物2，在浅水层3内接种无毒绿藻4，浅水层3的前后两端设置进水管1与出水管6；
其中，表面流湿地底部采用粘土夯实并进行防渗处理，湿地外壁高于地面20cm，湿地底部土壤层5高度30～50cm，浅水层3水深20～40cm，进水管与出水管管顶与水面同高。表面流湿地处理池的长宽比为6～10：1，并限制处理池宽度小于6米。该表面流湿地池体底部坡度参数0.5～1％，水力负荷0.3～0.5[m3/(m2·d)]，水平水流流速不超过0.001m/s，以达到使水体缓慢流动的要求。
化感挺水植物2为具有化感作用和气候适应性较强的挺水植物，选自菖蒲、芦苇或芦竹等，种植间隔为30～40cm。
无毒绿藻接种密度参数为1～5×105mL，确保水体中无毒绿藻:有毒微藻＞10:1，使之生长为优势藻种，具体选自蛋白核小球藻或椭圆小球藻。
(2)城市污水厂二级出水进入表面流湿地前经絮凝除磷池处理使得进水的氮磷水平控制在TN:10～15mg·L-1，TP：0.3～0.4mg·L-1，氮磷比例为40～50:1，然后城市污水厂二级出水流经表面流湿地，在净化污水的同时，富集无毒绿藻，实现了湿地进水的生态资源化利用。
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
如图3、图4所示，构建表面流湿地，该表面流湿地包括4个处理池，每个处理池尺寸均为12m×1.5m×0.3m，每个表面流湿地处理水量为6.25m3·d-1；在每个处理池内部由下到上依次为土壤层5与浅水层3，在土壤层5内种植化感挺水植物2，在浅水层3内接种无毒绿藻4，浅水层3的前后两端设置进水管1与出水管6，在进水管1上设置阀门8与流量计9，进水管1连接絮凝除磷池7。
本实施例中，在表面流湿地中，土壤层厚度为50cm，浅水层深度为30cm，土壤层种植的化感植物为菖蒲、芦苇，两种植物间距30cm间隔种植。浅水层接种的无毒微藻为蛋白核小球藻和椭圆小球藻，接种密度105mL-1。
每个处理池内水力停留时间20h，水力负荷0.3～0.4m3/(m2·d)，池底坡度0.5％，流速0.00016m·s-1。
本实施例中，进水COD浓度60-80mg·L-1，TN浓度10～12mg·L-1，TP浓度0.3～0.4mg·L-1。运行稳定后(6个月)，植物生长状态良好，微藻密度稳定于107～108mL-1数量级，未发生有毒微藻爆发的情况；出水水质稳定，其中出水COD浓度为20-40mg·L-1，TN浓度8-10mg·L-1，TP浓度0.01-0.03mg·L-1。具体进水与出水水质水量表如表1所示。
表1：进出水水质水量表
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种进行水质调控的表面流湿地富集无毒绿藻的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)构建表面流湿地：该表面流湿地包括一处理池，在处理池内部由下到上依次为土壤层与浅水层，在土壤层内种植化感挺水植物，在浅水层内接种无毒绿藻，浅水层的前后两端设置进水管与出水管；
(2)城市污水厂二级出水流经表面流湿地，在净化污水的同时，富集无毒绿藻；
城市污水厂二级出水进入表面流湿地前经絮凝除磷池处理使得进水的氮磷水平控制在TN:10～15mg·L-1，TP：0.3～0.4mg·L-1，氮磷比例为40～50:1。
2.根据权利要求1所述的一种进行水质调控的表面流湿地富集无毒绿藻的方法，其特征在于，表面流湿地底部采用粘土夯实并进行防渗处理，湿地外壁高于地面20cm，湿地底部土壤层高度30～50cm，表面流湿地池体中浅水层水深20～40cm。
3.根据权利要求1所述的一种进行水质调控的表面流湿地富集无毒绿藻的方法，其特征在于，表面流湿地池体底部坡度参数0.5～1％，水力负荷0.3～0.5[m3/(m2·d)]，水平水流流速不超过0.001m/s。
4.根据权利要求1所述的一种进行水质调控的表面流湿地富集无毒绿藻的方法，其特征在于，表面流湿地处理池的长宽比为6～10：1，并限制处理池宽度小于6米。
5.根据权利要求1所述的一种进行水质调控的表面流湿地富集无毒绿藻的方法，其特征在于，所述的化感挺水植物选自菖蒲、芦苇或芦竹。
6.根据权利要求1所述的一种进行水质调控的表面流湿地富集无毒绿藻的方法，其特征在于，表面流湿地化感挺水植物种植间隔为30～40cm。
7.根据权利要求1所述的一种进行水质调控的表面流湿地富集无毒绿藻的方法，其特征在于，表面流湿地无毒绿藻接种密度参数为1～5×105mL。
8.根据权利要求1所述的一种进行水质调控的表面流湿地富集无毒绿藻的方法，其特征在于，所述的无毒绿藻选自蛋白核小球藻或椭圆小球藻。
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