CN106882878A - 一种用于冬季保温的湿地净化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水质净化领域，提供一种用于冬季保温的湿地净化系统，包括沿着水流方向依次排列的仿生挂膜曝气区、沉水植物净化区、生态浮床净化区和水生植物混合种植区，本发明够在我国北方正常运行，冬季湿地植物正常生长，可利用仿生挂膜接种土著菌群加曝气的方式提高水体净化效率，具有较高的净化效率，充分利用太阳能，系统设计简便，管理方便，便于大规模改造使用。

Description

一种用于冬季保温的湿地净化系统
技术领域
本发明涉及水质净化领域，具体涉及一种用于冬季保温的湿地净化系统。
背景技术
人工湿地系统以处理污水为目的，由人工设计并监督控制的湿地系统，它利用湿地系统中的土壤、植物、微生物的物理、化学和生物三方面的综合作用来净化一些污水和工业废水，通过植物自身的吸收利用和植物根系截留、填料的吸附截留及微生物作用等来实现对污水和和一些工业废水的净化处理，从而使水质得到不同程度的改善。但是，人工湿地的运行效果受季节影响较大，特别是在我国北方地区，四季气候变化鲜明，冬季气温较低，湿地植物收割或枯萎、根系微生物活性下降、填料基质易堵塞等，对湿地的处理效果造成很不利的影响，严重制约着人工湿地在北方地区的广泛应用。因而，近年来，针对人工湿地冬季运行的研究逐渐受到重视。目前提升冬季人工湿地温度的措施，主要包括：铺设地膜，收割植物厌氧发酵供热，冰层-空气层阻隔等方法。这些方法在人工湿地保温效果上并不理想，成本耗费高，管理复杂，在可操作性，稳定性，实用性等方面存在一定缺陷。目前，寒冷地区冬季人工湿地保温措施的研究，仍是一大难点。
人工湿地系统的保温措施一般是将人工湿地内的水位上升到冰冻面然后形成一层冰层，之后在使水位下降一段距离，这样就得到了一层天然的空气隔离层，从而起到保温作用。但这种方法由于操作复杂，受气候条件影响较大，保温效果不明显，因此在我国北方地区的应用还不够成熟。当采用合适的覆盖物进行保温时，理想的覆盖材料需要满足：容易被分解，对系统不会造成二次有机负荷；保证覆盖物与种子外层接触较好，能够使种子在来年生长发芽；营养成分比较均衡，含有高纤维来提供良好的热保温效果；保持水分的能力较强，使种子不会枯萎旱死。非理想的覆盖物会抑制植物的生长，或者当材料的碎片太紧密，在一定程度上会影响植物根的渗水速度。
发明内容
本发明为解决上述问题，提供一种在低温环境下水生植物生长、净化系统正常运行的湿地净化系统。
本发明采用以下技术方案实现，一种用于冬季保温的湿地净化系统，包括沿着水流方向依次排列的仿生挂膜曝气区、沉水植物净化区、生态浮床净化区和水生植物混合种植区，其中，
仿生挂膜曝气区包括曝气水道，曝气水道底部设有曝气管，曝气管上方均匀吊装仿生挂膜，仿生挂膜上培植土著种菌群，曝气水道上方设有保温薄膜，曝气水道周边及地面布设保温层；
沉水植物净化区包括与曝气水道连通的水渠，水渠的底部设有较强吸附力的底泥，底泥上种植沉水植物，水渠上方设有弓形保温膜，内部形成局部温室；
生态浮床净化区与水渠连通，区域内部设有若干浮床，浮床的内部种植有耐寒植物，浮床下方的水中种植耐寒沉水植物；
水生植物混合种植区内混合种植喜温和耐寒的水生植物。
优选的，所述曝气水道和水渠均为首尾相连的S形水道，沉水植物净化区内包括第一水渠和第二水渠，水渠的前后均设有水闸，曝气水道与第二水渠进水口之间以及第一水渠出水口和生态浮床净化区之间并联辅助水渠，辅助水渠内均设有水闸。
优选的，所述仿生挂膜包括若干垂直设置的盘体，盘体上设有固定种菌群的固定腔，盘体中部通过Y形支架固定。
优选的，所述曝气水道和水渠两侧设有高于地面的保温侧板，曝气水道内设有流速计，流速计控制水流在曝气水道内停留时间大于24小时。
优选的，所述底泥在冬季种植菹草及伊乐藻，夏季补充种植黑藻、苦草、大茨藻、眼子菜。
优选的，所述曝气管包括若干曝气头，曝气头为球体形结构，均布有气孔。
本发明有益之处在于，能够在我国北方正常运行，冬季湿地植物正常生长，可利用仿生挂膜接种土著菌群加曝气的方式提高水体净化效率，具有较高的净化效率，充分利用太阳能，系统设计简便，管理方便，便于大规模改造使用。
附图说明
图1 本发明整体结构示意图；
图2 本发明曝气水道结构示意图；
图3 本发明水渠结构示意图；
图4 曝气管结构示意图；
图中1 入水口，2 曝气水道，21 保温膜，22 水面，23 地面保温层，24 曝气管，25 支架，26 曝气头，3 仿生挂膜，4 水闸1，41 水闸2，5 第一水渠，51 沉水植物，52 底泥，6 水闸3，61 水闸4，7 第二水渠，8 水闸5，9 水闸6，10 水闸7，11 保温浮床，12 水生植物。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明提供一种用于冬季保温的湿地净化系统，包括沿着水流方向入水口1依次排列的仿生挂膜曝气区Ⅰ、沉水植物净化区Ⅱ、生态浮床净化区Ⅲ和水生植物混合种植区Ⅳ，各个区域之间均连通设置，其中，仿生挂膜曝气区包括曝气水道2，曝气水道底部设有曝气管24，曝气管上方均匀吊装仿生挂膜，仿生挂膜3包括若干垂直设置的盘体，盘体上设有固定种菌群的固定腔，盘体中部通过Y形支架固定。仿生挂膜上培植土著种菌群，曝气水道上方设有保温膜，曝气水道周边及地面布设保温层。位于底部的曝气头和曝气管组成的曝气装置，对渠道从底部进行曝气处理，增加水体中的溶解氧，对污水进行氧处理，同时为方式挂膜上面的土著种菌群提供优良的环境，增加了对污水中氮磷等物质的去除效率。曝气头为球体形结构，均布有气孔。
沉水植物净化区包括与曝气水道连通的水渠，水渠的底部设有较强吸附力的底泥52，底泥上种植沉水植物，水渠上方设有弓形保温膜21，内部形成局部温室。在底泥上种植沉水植物，冬季以耐寒的沉水植物菹草及伊乐藻为主，夏季则补充喜温的沉水植物如黑藻、苦草、大茨藻、眼子菜等。如植物生长过快则进行收割处理，通过植物的吸收及植物改变周边水体环境所引起的底泥对水体中氮磷等污染物质的吸收达到对水体净化的目的。仿生挂膜曝气区、沉水植物净化区水道采用之字迂回设计，减少对土地的使用同时增加水体的滞留时间，提高对水体的净化效率。
曝气水道和水渠均为首尾相连的S形水道，沉水植物净化区内包括第一水渠5和第二水渠7，水渠的前后均设有水闸，曝气水道与第二水渠进水口之间以及第一水渠出水口和生态浮床净化区之间并联辅助水渠，辅助水渠内均设有水闸。
生态浮床净化区与水渠连通，区域内部设有若干浮床，浮床的内部种植有耐寒植物，浮床下方的水中种植耐寒沉水植物；水生植物混合种植区内混合种植喜温和耐寒的水生植物。
曝气水道和水渠两侧设有高于地面的保温侧板，曝气水道内设有流速计，流速计控制水流在曝气水道内停留时间大于24小时，对渠道周边及地面布设保温层，以对水渠内部进行保温。
沉水植物净化区内部分植物衰亡或水生植物为需要调整，则通过水闸控制。如果系统正常运行则开启水闸2、4、5，关闭水闸1、3。如果该区域内部前半部分需要调整则关闭水闸2、3、4，开启水闸1、5，这样该区域前半部分水体便不流动，而后半部分则正常运行，因此可进行下一步处理，而不影响湿地正常运行。如果该区域后半部分需要调整则打开水闸2、3，关闭水闸1、4、5，这样该区域前后部分水体便不流动，而前半部分则正常运行。
生态浮床净化区内的浮床并列摆开，浮床内部种植能够耐寒的黑麦草，在水下种植冬季耐寒的沉水植物菹草。主要净化机理为依靠植物吸收富集作用吸收水体的氮磷等营养物质及污染物，同时由于植物的存在对水体环境因子的改变，而改变了底泥对水体中氮磷等污染的吸附条件，增加了对水体中氮磷的固定量。
水生植物混合种植区内部混合种植喜温的与耐寒的水生植物，保障两种水生植物能够形成季相交替过程，从而达到全年都能对水体进行净化的效果，耐寒的水生植物主要选择北方大面积分布的菹草，喜温的水生植物主要为黑藻、苦草、狐尾藻、荇菜、菱等，同时在岸边配置香蒲、芦苇等停水植物。
实施实例1
选取山东临沂某小型湿地作为实验区，该湿地为某生活污水处理厂尾水深度处理湿地。尾水出水排量为400m2/h，冬季湿地几乎无法运行处理尾水。在尾水排水口布设Ⅰ仿生挂膜曝气区、Ⅱ沉水植物净化区，Ⅲ生态浮床净化区和 Ⅳ水生植物混合种植区。
Ⅰ区 长×宽为100×50m，水渠宽1m，渠道间距为1m，顶部覆膜，内部布设曝气管及仿生挂膜。渠道深1.5m，有效水深为1.3m。
Ⅱ区 分为前后两部分，每部分分别长×宽为100×50m，水渠宽1m，渠道间距为1m，顶部覆膜，内部布设曝气管及仿生挂膜。渠道深1.5m，有效水深为1.3m。
Ⅲ区 水面长×宽为100×50m，水深2m，采用保温浮床进行处理，浮床内部种植黑麦草。
Ⅳ区 水面长×宽为100×50m，水深2m，耐寒植物主要种植沉水植物菹草。喜温水生植物为狐尾藻、黑藻、苦草，水岸种植再力花，黄花鸢尾，香蒲。
分别采集进水口和出水口水样，测定系统对水体中污染物的去除率。
实验期为一个冬季（第一年10月份至第二年4月底）。TN、NH4+-N 、TP、 CODMn去除率分别为72.55%，75.49%，77.97%，84.83%。
表1 实验前后实验区水质平均值变化
项目 TN mg/L TP mg/L
初始值 15.3 12.28 4.13 60.11
实验一年后 4.2 3.01 0.91 9.12
去除率 % 72.55 75.49 77.97 84.83
实施实例2
选取我国北方某小型湿地作为实验区，该湿地为某村镇生活污水深度处理湿地。进入该湿地前先经过一个大约3000 m2的池塘集中收集，池塘内部种植莲藕，但冬季枯萎几乎无其他水生植物。经过该池塘集中收集后，污水出水排量为50m2/h，在排水口布设Ⅰ仿生挂膜曝气区、Ⅱ保温沉水植物净化区，Ⅲ保温生态浮床净化区和 Ⅳ 耐寒+喜温水生植物混合种植区。
Ⅰ区 长×宽为50×40m，水渠宽1m，渠道间距为1m，顶部覆膜，内部布设曝气管及仿生挂膜。渠道深1.5m，有效水深为1.3m。
Ⅱ区 分为前后两部分，每部分分别长×宽为50×40m，水渠宽1m，渠道间距为1m，顶部覆膜，内部布设曝气管及仿生挂膜。渠道深1.5m，有效水深为1.3m。
Ⅲ区 水面长×宽为70×40m，水深2m，采用保温浮床进行处理，浮床内部种植黑麦草。
Ⅳ区 水面长×宽为100×40m，水深2m，耐寒植物主要种植沉水植物菹草。喜温水生植物为狐尾藻、黑藻、苦草，水岸种植再力花，黄花鸢尾，香蒲。
分别采集进水口和出水口水样，测定系统对水体中污染物的去除率。实验期为一个冬季（第一年10月份至第二年4月底）。TN、NH4 +-N 、TP、 CODMn去除率分别为74.38%，75.38%，79.93%，88.07%。
表2实验前后实验区水质平均值变化
项目 TN mg/L TP mg/L
初始值 20.30 18.32 6.13 75.55
实验一年后 5.20 4.51 1.23 9.01
去除率 % 74.38 75.38 79.93 88.07

Claims (6)

1.一种用于冬季保温的湿地净化系统，其特征在于，包括沿着水流方向依次排列的仿生挂膜曝气区、沉水植物净化区、生态浮床净化区和水生植物混合种植区，其中，
仿生挂膜曝气区包括曝气水道，曝气水道底部设有曝气管，曝气管上方均匀吊装仿生挂膜，仿生挂膜上培植土著种菌群，曝气水道上方设有保温薄膜，曝气水道周边及地面布设保温层；
沉水植物净化区包括与曝气水道连通的水渠，水渠的底部设有较强吸附力的底泥，底泥上种植沉水植物，水渠上方设有弓形保温膜，内部形成局部温室；
生态浮床净化区与水渠连通，区域内部设有若干浮床，浮床的内部种植有耐寒植物，浮床下方的水中种植耐寒沉水植物；
水生植物混合种植区内混合种植喜温和耐寒的水生植物。
2.根据权利要求1所述用于冬季保温的湿地净化系统，其特征在于，所述曝气水道和水渠均为首尾相连的S形水道，沉水植物净化区内包括第一水渠和第二水渠，水渠的前后均设有水闸，曝气水道与第二水渠进水口之间以及第一水渠出水口和生态浮床净化区之间并联辅助水渠，辅助水渠内均设有水闸。
3.根据权利要求2所述用于冬季保温的湿地净化系统，其特征在于，所述仿生挂膜包括若干垂直设置的盘体，盘体上设有固定种菌群的固定腔，盘体中部通过Y形支架固定。
4.根据权利要求3所述用于冬季保温的湿地净化系统，其特征在于，所述曝气水道和水渠两侧设有高于地面的保温侧板，曝气水道内设有流速计，流速计控制水流在曝气水道内停留时间大于24小时。
5.根据权利要求1所述用于冬季保温的湿地净化系统，其特征在于，所述底泥在冬季种植菹草及伊乐藻，夏季补充种植黑藻、苦草、大茨藻、眼子菜。
6.根据权利要求1所述用于冬季保温的湿地净化系统，其特征在于，所述曝气管包括若干曝气头，曝气头为球体形结构，均布有气孔。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20170623

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