CN110316834B - 一种利用多物候植物强化农业径流脱氮的局部u型潜流湿地构建方法 - Google Patents

一种利用多物候植物强化农业径流脱氮的局部u型潜流湿地构建方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用多物候植物强化农业径流脱氮的局部U型潜流湿地构建方法，属于污水处理技术领域，旨在解决现有低碳氮比农业径流潜流湿地处理技术中存在的碳源投加不易控制、供碳填料成本高、处理湿地系统复杂占地面积较大以及湿地植物碳源分配不均匀影响脱氮效果的问题。本发明在潜流湿地构建过程中通过少填或不填填料的方式构建了若干个U型洼地，各U型洼地大小各异，深浅不一。洼地中配置多物候的易腐解沉水植物及浮水植物，湿地表面配置多物候的挺水植物，使得湿地内的植物呈现不同层次不同物候的配置特点，以强化植物碳源在湿地内的均匀分布。构建的湿地具有调节农业径流碳氮比、填料用量少，脱氮效率高、耐水力冲击的优势。

Description

一种利用多物候植物强化农业径流脱氮的局部U型潜流湿地 构建方法
所属技术领域
本发明涉及的是一种利用多物候植物强化农业径流脱氮的局部U型潜流湿地构建方法，属于污水处理技术领域。
背景技术
农业径流主要由降雨冲刷农田形成，其中氮素含量较高，是非点源污染的重要来源之一。为实现污染物的拦截与治理，农业径流通常收集至人工湿地系统，尤其是潜流湿地，进行处理。对于径流中的氮素来说，潜流人工湿地的脱氮途径主要有微生物的硝化/反硝化作用、植物摄取以及基质吸附三种，其中硝化/反硝化作用最为重要，通过该途径脱除的氮一般占总脱氮量的70％以上。然而，由于农业径流的低碳氮比特点，其在潜流人工湿地中的反硝化效果往往不理想。因此如何强化潜流人工湿地中农业径流的反硝化脱氮效果成为了相关领域关注的热点。
针对该问题，目前国内外主要通过外加液体碳源的方式强化湿地的反硝化，然而这种方法一方面提高了处理的成本，另一方面液体碳源的投加不易控制，容易造成二次污染。CN105800791B公开了一种使用可生物降解的聚己内酯作为固体碳源强化人工湿地脱氮的方法，该方法中固体碳源可缓慢释放，避免了液体碳源不易控制的缺陷，但可生物降解聚合物成本仍然较高，限制了其在湿地中的应用。CN105692912A申请公开了一种添加碱加热处理玉米秸秆作为固体碳源的湿地系统，因玉米秸秆属于农业废弃物，故其成本相对较低，但该类固体碳源一般需进行预处理，这增加了湿地建设的难度，难以满足大规模应用的要求。CN106830343A申请公开了一种利用不同物候水生植物供碳的湿地复合处理系统，该系统通过冷季型和暖季型植物的间种配置，利用植物根系分泌的有机质及残体交替腐解作用逐步提高水体中的碳氮比，以达到强化湿地脱氮的目的。然而为配置多类型植物保证稳定性，该系统包含了稳定塘、表流湿地、生态输水渠、水平潜流湿地4个子系统，占地面积较大，且系统复杂。若直接在潜流湿地中配置供碳的多物候水生植物，则需提高湿地水位，以适应供碳量较多、较易腐解的藻类沉水植物的生长，这将使得潜流湿地中的植物碳源分配不均匀，影响脱氮效果。
发明内容
本发明的目的是提高低碳氮比农业径流潜流湿地处理的脱氮效果，旨在解决现有技术中存在的碳源投加不易控制、供碳填料成本高、处理湿地系统复杂占地面积较大以及湿地植物碳源分配不均匀影响脱氮效果的问题。
本发明提供的是一种利用多物候植物强化农业径流脱氮的局部U型潜流湿地构建方法可通过如下技术途径实现：
包括，在构建潜流湿地过程中，通过少填或不填填料的方式构建若干个U型洼地，尤其是，所述U型洼地应大小各异，深浅不一。
可选地，所述湿地由防渗层、填料层、湿地表面覆土及植物构成，湿地深为0.8-1.6m，表面覆土厚20-40cm。
进一步地，在潜流湿地表面配置不同物候的挺水植物，且植物不需收割维护，在U型洼地内配置不同物候的易腐解沉水植物及浮水植物，使得湿地内的植物呈现不同层次不同物候的配置特点，以强化植物碳源在湿地内的均匀分布，提高湿地的脱氮效果。
特别是，所述U型洼地深度应控制在0.2-1.2m之间，洼地内覆土厚为5-40cm，以适应不同易腐解沉水植物及浮水植物的生长。
特别是，所述U型洼地总面积占湿地面积的5％-50％，相邻两个U型洼地的间隔为0.2-10m。
进一步地，所述湿地植物分为冷季型和暖季型，采用间种方式以2:1的冷暖季植物面积比例配置。
特别是，冷季型湿地挺水植物为水芹、黑麦草，暖季型湿地挺水植物为芦苇、菖蒲、鸢尾、美人蕉，其种植密度可根据工程需要进行调整，优选为5-30株/m2。
特别是，冷季型湿地易腐沉水植物为菹草，暖季型湿地易腐沉水植物为轮叶黑藻、狐尾藻，其种植密度可根据工程需要进行调整，优选为3-15株/m2。
进一步地，所述U型洼地内放置穿孔墙模块，起到支撑作用。
特别是，所述穿孔墙模块呈四方形中空结构，每面的孔总面积占墙体总面积的1/4-1/3。
本发明的有益效果是：
1.利用多物候的植物配置提高农业径流中的碳氮比，使得潜流湿地中不需另投其他外加碳源；
2.通过少填或不填的填料的方式在潜流湿地中构建局部U型的洼地，使得湿地建设过程中的填料用量减少，建设成本降低；
3.通过构建局部U型的潜流湿地，使得湿地内可配置不同层次的多物候植物，无需建设多个子系统，减少了湿地占地面积，提高了湿地内植物碳源的分布均匀性；
4.本发明中U型洼地深浅不一，使得湿地中的水位可调范围较宽，耐受水力负荷的变化冲击，更能适应农业径流的水量变化。
附图说明
附图1是本发明所述的局部U型潜流人工湿地示意图。
图中：1—湿地表面覆土、2—U型洼地内覆土、3—人工湿地填料、4—防渗层、5—不同物候的易腐沉水植物、6—四方形中空穿孔墙模块、7—水线、8—不同物候的挺水植物。
附图2是本发明所述潜流人工湿地中的四方形中空穿孔墙模块示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明，但所涉及附图及实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
如附图1所示，本实施方式中建立的潜流人工湿地长3.5m，长宽比为2:1，深1.6m，包括湿地表面覆土1、U型洼地内覆土2、湿地填料3、防渗层4、配置的不同物候的易腐沉水植物5、四方形中空穿孔墙模块6以及配置的不同物候的挺水植物8。
所述防渗层4位于潜流湿地最下层，主要由黏土构成。防渗层4上填充湿地填料3，填料层深1.2m。湿地填料3上层覆盖覆土1，厚为0.2m。覆土1上以面积比2:1间种冷季型挺水植物水芹及暖季型挺水植物黄菖蒲，且植物全年不收割，以利用植物的不同物候性供给碳源。
所述湿地填料3为沸石和砾石，粒径约为2cm，混合比例为1:1。在填料填充过程中，通过少填或不填填料的方式在湿地中构建5个U型洼地。其中，5个U型洼地的宽均为0.5m，长分别为0.3m、0.4m、0.5m、0.3m及0.2m，深分别为0.4m、0.6m、0.8m、0.3m及1.0m。相邻两个U型洼地间的间隔分别为0.4m、0.4m、0.3m及0.2m。
所述U型洼地中放置附图2所示的四方形中空穿孔墙模块，洼地内覆盖覆土2，厚为0.2m。覆土2上以面积比2:1间种易腐沉水植物菹草和轮叶黑藻，使得湿地内的植物呈现不同层次不同物候的配置特点，以进一步通过根系分泌及残体分解提供碳源并强化植物碳源在湿地内的均匀分布，提高湿地的脱氮效果。
下面采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：
在北京某实验室内按上述实施方式搭建局部U型潜流湿地，在5-6月份进行试验，试验时间为30天。试验过程中，进水总氮平均水质为6.28mg/L，COD平均水质为12.13mg/L，湿地水力停留时间为2天，运行13天后，TN去除率可稳定保持在75％以上。
实施例二：
本实施例中进水水质与实施例一相同，试验时间为10-11月份，试验过程中，湿地水力停留时间增加至3天。运行20天后，TN去除率可稳定保持在70％以上。

Claims (8)

1.一种利用多物候植物强化农业径流脱氮的局部U型潜流湿地构建方法，其特征在于，构建潜流湿地处理低碳氮比农业径流，湿地中配置不同物候的挺水植物、易腐解沉水植物及浮水植物，植物不收割维护，通过沉水植物及浮水植物在不同物候下的自然腐解为农业径流补充碳源，在潜流湿地中通过少填或不填填料的方式构建若干个U型洼地，易腐解沉水植物及浮水植物配置在构建的U型洼地中以克服潜流湿地因水位原因难以种植沉水植物及浮水植物的问题，U型洼地大小各异，深浅不一，以保证自然腐解形成的植物碳源在水中均匀分布，U型洼地总面积占湿地面积的5％-13.8％，相邻两个U型洼地的间隔为0.2-10m。
2.根据权利要求1所述的一种利用多物候植物强化农业径流脱氮的局部U型潜流湿地构建方法，其特征在于，所述湿地由防渗层、填料层、湿地表面覆土及植物构成，湿地深为0.8-1.6m，表面覆土厚20-40cm。
3.根据权利要求1所述的一种利用多物候植物强化农业径流脱氮的局部U型潜流湿地构建方法，其特征在于，所述U型洼地深度控制在0.2-1.2m之间，洼地内覆土厚为5-40cm。
4.根据权利要求1所述的一种利用多物候植物强化农业径流脱氮的局部U型潜流湿地构建方法，其特征在于，所述U型洼地内放置穿孔墙模块。
5.根据权利要求4中所述的一种利用多物候植物强化农业径流脱氮的局部U型潜流湿地构建方法，其特征在于，所述穿孔墙模块呈四方形中空结构，每面的孔总面积占墙体总面积的1/4-1/3。
6.根据权利要求1所述的一种利用多物候植物强化农业径流脱氮的局部U型潜流湿地构建方法，其特征在于，所述湿地植物分为冷季型和暖季型，采用间种方式以2:1的冷暖季植物面积比例配置。
7.根据权利要求6所述的一种利用多物候植物强化农业径流脱氮的局部U型潜流湿地构建方法，其特征在于，冷季型湿地挺水植物为水芹、黑麦草，暖季型湿地挺水植物为芦苇、菖蒲、鸢尾、美人蕉。
8.根据权利要求6所述的一种利用多物候植物强化农业径流脱氮的局部U型潜流湿地构建方法，其特征在于，冷季型湿地易腐沉水植物为菹草，暖季型湿地易腐沉水植物为轮叶黑藻、狐尾藻。
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