CN115286115A - 一种兼具脱氮和碳减排功能的漂浮人工湿地及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种兼具脱氮和碳减排功能的漂浮人工湿地及其使用方法，多个入水管口延伸至漂浮人工湿地装置内，漂浮人工湿地装置下部设有出水口，漂浮人工湿地装置上部还安装植物种植毯，植物种植毯上种植有多种能促进硝化作用的植物，漂浮人工湿地装置靠近出水口处设有水质检测器和循环泵，循环泵另一端和入水管连通。本申请在漂浮人工湿地装置中引入根系硝化作用强的植物如水芹、芦苇、香蒲和纸莎草，降低反硝化作用引起的温室气体排放。另外，调整废水中C∶N比为5‑10∶1，使其符合植物碳氮比，从而废水更容易被植物吸收利用。最后，提高植物物种数，利用物种多样性能够将污染物去除的更彻底。

Description

一种兼具脱氮和碳减排功能的漂浮人工湿地及其使用方法
技术领域
本发明涉及人工湿地技术领域，尤其涉及一种兼具脱氮和碳减排功能的漂浮人工湿地及其使用方法。
背景技术
漂浮人工湿地是人工湿地的一种，由于其灵活、高效、可更换且占地面积小，植物的地下生物量也可以轻易收集，因此，在处理污水厂出水和生活污水中大量使用。然而，漂浮人工湿地仅由植物和固定用的浮垫组成，主要通过植物的吸收作用和根际微生物的反硝化作用去除废水中的污染物质。当植物生物量高时，吸收同化的营养物质多，污染物的去除效果好，但根际微生物的活性也相应增强，反硝化作用增加，湿地释放的N2O等温室气体，导致全球净变暖潜力增加。研究发现，一些植物如水芹、芦苇、香蒲和纸莎草能显著促进硝化作用，降低温室气体排放。
提高植物多样性能促进群落生物量增加，从而提高植物的吸收作用，因此可以提高漂浮人工湿地的污染去除能力。研究发现，当植物种类提高到4种时，漂浮人工湿地的氮去除率最高。此外，植物的化学计量学具有一定的内稳态性，即植物的C、N、P等之间的比例关系保持一定的恒定性对污染去除更有利。符合植物C∶N比的废水更容易被植物吸收利用。而植物的C∶N比大致在5∶1～10∶1之间。研究发现当废水中C∶N比在5∶1时，漂浮湿地中的植物能通过吸收作用，将污染物去除的最彻底。
本发明综合以上理论，将废水中C∶N比调整到5∶1，种植4种漂浮植物，其中至少包括1种促进硝化能力强的植物，并改善漂浮湿地水循环和管理措施，从而提升漂浮湿地功能，构建兼具脱氮和碳减排功能的漂浮人工湿地。
发明内容
本发明的目的是为了突破现有技术的瓶颈，而提出的一种兼具脱氮和碳减排功能的漂浮人工湿地及其使用方法，在漂浮人工湿地装置中引入根系硝化作用强的植物如水芹、芦苇、香蒲和纸莎草，降低反硝化作用引起的温室气体排放。另外，调整废水中C∶N比为5∶1，使其符合植物碳氮比，从而废水更容易被植物吸收利用。增加漂浮人工湿地装置中的植物种类，最好使其达到4种，能够将污染物去除的最彻底。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种兼具脱氮和碳减排功能的漂浮人工湿地，其特征在于：包括漂浮人工湿地装置，多个入水管口延伸至漂浮人工湿地装置内，漂浮人工湿地装置下部设有出水口，漂浮人工湿地装置上部还安装植物种植毯，植物种植毯上种植有多种植物，包括至少1种促进硝化作用强的植物，漂浮人工湿地装置靠近出水口处设有水质检测器和循环泵，循环泵另一端和入水管连通。
优选的是，多个入水管口均匀分布。
上述任一方案中优选的是，植物种类为4种，包括至少1种促进硝化能力强的植物，如水芹、芦苇、香蒲和纸莎草，其它植物可使用生长快的湿生和挺水植物，如黄花鸢尾、美人蕉、薏苡、黑麦草等。
上述任一方案中优选的是，促进硝化作用强的植物优选水芹、芦苇、香蒲和纸莎草；其它植物可使用生长快的湿生和挺水植物，如黄花鸢尾、美人蕉、薏苡、黑麦草等。
上述任一方案中优选的是，漂浮人工湿地装置的底部铺设有至少一层颗粒物收集毯。
上述任一方案中优选的是，所述颗粒物收集毯内设有支撑网，支撑网采用纵横交错的金属丝构成，颗粒物收集毯上部设有提拉杆。
上述任一方案中优选的是，所述漂浮人工湿地装置上部设有过滤组件，过滤组件包括至少一层活性炭过滤层。
上述任一方案中优选的是，所述植物种植毯包括上下两层，植物种植毯中间设有旋转轴，上下两层植物种植毯能够围绕旋转轴旋转，植物种植毯内分布有多个种植孔，所述种植孔为圆形、三角形、方形、星形中的至少一种。
上述任一方案中优选的是，漂浮人工湿地装置上部设有控制器，水质检测器检测到水体的数据反馈给控制器，若低于标准值则控制器控制循环泵启动。
本发明还公开上述兼具脱氮和碳减排功能的漂浮人工湿地的使用方法，包括以下步骤：
步骤(1)：测定废水中总碳和总氮含量，调整废水中碳氮比例，使碳氮比达到5∶1；
步骤(2)：构建漂浮人工湿地装置，在漂浮人工湿地装置上部，沿水平方向布设入水管，入水管等距离开设多个入水管口，用于将污水均匀引入装置中；
步骤(3)：在漂浮人工湿地装置上部安装植物种植毯，种植多种植物，其中包括至少1种促进硝化作用能力强的植物；
步骤(4)在漂浮人工湿地装置的底部铺设颗粒物收集毯，收集植物碎片和其它颗粒物；
步骤(5)漂浮人工湿地装置上设有循环泵，循环泵另一端和入水管连通，当出水口水体达不到净化指标时，从出水口附近将漂浮人工湿地装置中的水重新抽入入水管道，使水再次经过植物净化。
优选的是，所述步骤(1)中调整废水中碳氮比例的方法为：添加有机物、无机药剂、固体碳源或含碳量高的食品有机废水。
上述任一方案中优选的是，所述有机物包括淀粉、蔗糖、葡萄糖、甲醇、甲醛中的至少一种。
上述任一方案中优选的是，所述无机药剂包括NaHCO3、乙酸钠中的至少一种。
上述任一方案中优选的是，所述固体碳源材料包括小麦秸秆、玉米杆、稻草秸秆和丝瓜络中的至少一种。
上述任一方案中优选的是，所述步骤(1)中调整废水中碳氮比例，使碳氮比达到5∶1。
上述任一方案中优选的是，所述步骤(1)中调整废水中碳氮比例，使碳氮比达到6∶1。
上述任一方案中优选的是，所述步骤(1)中调整废水中碳氮比例，使碳氮比达到8∶1。
上述任一方案中优选的是，所述步骤(1)中调整废水中碳氮比例，使碳氮比达到10∶1。
上述任一方案中优选的是，所述步骤(3)中能促进硝化作用的特殊植物的密度配比在25％～75％之间，种植密度在100-400株/m2之间。
本申请在漂浮人工湿地装置中引入根系硝化作用强的植物如水芹、芦苇、香蒲和纸莎草，降低反硝化作用引起的温室气体排放。另外，调整废水中C∶N比为5-10∶1，使其符合植物碳氮比，从而废水更容易被植物吸收利用。最后，提高植物物种数，利用物种多样性能够将污染物去除的更彻底。
本发明具有以下有益效果：
(1)本申请通过添加有机物、无机药剂或食品有机废水调整废水中碳氮含量比为5∶1，使其符合植物的碳氮比，从而废水更容易被植物吸收利用，植物能通过吸收作用，将污染物去除的更彻底。
(2)根据当地易获取的植物种类，种植4种湿地植物，包括至少1种能促进硝化作用的特殊植物，如水芹、芦苇、香蒲和纸莎草等，降低反硝化作用引起的温室气体排放。
(3)本发明利用植物的吸收能力、硝化能力和植物之间的合作，在高效去除废水中氮污染物的基础上，降低温室气体排放，缓解净全球增温潜势，为湿地的污染去除效果提升和我国碳减排工作提供技术支撑。
附图说明
图1为本发明提出的一种兼具脱氮和碳减排功能的漂浮人工湿地的结构示意图；
图2为兼具脱氮和碳减排功能的漂浮人工湿地的植物种植毯结构剖视图；
图3为兼具脱氮和碳减排功能的漂浮人工湿地的颗粒物收集毯结构剖视图；
图4为颗粒物收集毯内的支撑网结构示意图。
图中：1、植物；2、水泵；3、植物种植毯；31、种植孔；32、旋转轴，4、入水管口；5、漂浮人工湿地装置；6、颗粒物收集毯；61、支撑网；62、提拉杆。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
参照图1所示，一种兼具脱氮和碳减排功能的漂浮人工湿地，包括漂浮人工湿地装置5，漂浮人工湿地装置5为空心盒体结构，多个入水管口4延伸至漂浮人工湿地装置5内，多个入水管口4均匀分布。
用于将污水均匀引入漂浮人工湿地装置5中，保证植物根部能接触到的污染物浓度一致；漂浮人工湿地装置5下部设有出水口，用于排出净化后的水体，漂浮人工湿地装置5上部还安装植物种植毯3，植物种植毯3上种植有多种能促进硝化作用的植物，漂浮人工湿地装置5靠近出水口处设有水质检测器和循环泵2，循环泵2另一端和入水管连通。
种植的植物种类最好为4种，包括至少1种促进硝化作用强的植物。促进硝化作用强的植物包括水芹、芦苇、香蒲和纸莎草，其它植物可使用生长快的湿生和挺水植物，如黄花鸢尾、美人蕉、薏苡、黑麦草等。实际种植时可以根据植物的不同生态位和生长季节配置种植，通过植物的吸收、分解等作用，利用不同植物的生物特性结合植物自身吸收污染物质的特性，使水体中的有害物质含量得到降低，实现对水体的净化处理，并能兼顾营造优美的景观。密度配比在25％～75％之间，种植密度在100-400株/m2之间。
漂浮人工湿地装置5的底部铺设有至少一层颗粒物收集毯6，用于收集植物碎片和水体中的其它颗粒物，定期更换，防止颗粒物堆积对装置造成影响。
本实施例进一步优化的技术方案是，为了方便后期更换，颗粒物收集毯6内埋设有支撑网61，支撑网61采用纵横交错的金属丝构成，颗粒物收集毯6上部设有提拉杆62，更换颗粒物收集毯6时，直接向上拉动提拉杆62即可将颗粒物收集毯6从漂浮人工湿地装置5中拉出，如图3和图4所示。
本实施例进一步优化的技术方案是，颗粒物收集毯6周边设有挡板，能够防止在更换的过程中，收集的植物碎片和其它颗粒物洒落入水体内。
本实施例进一步优化的技术方案是，为了保证漂浮人工湿地装置5内不同植株根部的污染物浓度一致，漂浮人工湿地装置5内设置有搅拌器，能够定期对内部水体进行搅拌。
本实施例进一步优化的技术方案是，所述漂浮人工湿地装置5上部设有过滤组件，过滤组件包括至少一层活性炭过滤层，用于初步过滤水体中的颗粒物。
本实施例进一步优化的技术方案是，如图2所示，植物种植毯3包括上下两层，植物种植毯3中间设有旋转轴32，上下两层植物种植毯3能够围绕旋转轴旋转，植物种植毯3内分布有多个种植孔，所述种植孔31为圆形、三角形、方形、星形中的至少一种，种植孔31口径为0.4cm-2cm，通过旋转轴32旋转位于上层的植物种植毯3，从而调节上下两层植物种植毯3内种植孔31的重叠面积，进而适于不同直径的植株，增强植株的稳定性，防倾倒。
本实施例进一步优化的技术方案是，漂浮人工湿地装置5上部设有控制器，水质检测器检测到水体的数据反馈给控制器，若低于标准值，则说明水体净化不彻底，没有达到标准，则控制器控制循环泵2启动，循环泵2将靠近出水口处的漂浮人工湿地装置5内的水体重新抽出后通过入水管口4再次注入至漂浮人工湿地装置5内进行二次净化处理；若水质检测器检测到水体的数据达到标准后将数据反馈给控制器，控制器控制出水口处水管阀门打开，对水体进行排放，水体排放后控制器控制入水管补充等量污水入漂浮人工湿地装置5内。
本发明通过添加有机物、无机药剂或食品有机废水调整废水中碳氮含量比为5-10∶1，使其符合植物的碳氮比，从而废水更容易被植物吸收利用，植物能通过吸收作用，将污染物去除的更彻底。将调整好碳氮比的废水通过入水管的入水管口4均匀排入漂浮人工湿地装置5内，使植物根部能接触到的污染物浓度一致。通过植物种植毯3种植固定多种植物，特别是包括至少1种促进硝化作用强的特殊植物，降低反硝化作用引起的温室气体排放，同时通过植物吸收降低水体污染物浓度，起到净化的效果。
实施例2
一种兼具脱氮和碳减排功能的漂浮人工湿地的使用方法，采用实施例1所述的具有脱氮和碳减排功能的漂浮人工湿地，使用方法包括以下步骤：
步骤(1)、水质检测器测定废水中总碳和总氮含量，添加淀粉、蔗糖、葡萄糖、甲醇、甲醛等有机物，按照少量多次添加，添加后搅拌均匀，调整废水中碳氮比例，使碳氮比达到5∶1；
步骤(2)、构建漂浮人工湿地装置5，在漂浮人工湿地装置5上部，沿水平方向布设入水管，入水管等距离开设多个入水管口4，用于将污水均匀引入装置中，保证植物根部能接触到的污染物浓度一致；
步骤(3)在漂浮人工湿地装置5上部安装植物种植毯3，种植有多种植物，包括至少1种能促进硝化作用的植物，如水芹、芦苇、香蒲和纸莎草，能降低反硝化作用引起的温室气体排放，同时可以吸收废水中的污染物；种植时植物种类数达到4种最好，并保证1-2个月更新一批植物，防止植物衰老影响净化功能；
步骤(4)在漂浮人工湿地装置5的底部铺设颗粒物收集毯6，收集植物碎片和其它颗粒物，定期更换，防止颗粒物堆积对系统造成影响；
步骤(5)漂浮人工湿地装置5上设有循环泵2，循环泵2另一端和入水管连通，当出水口水体达不到净化指标时，从出水口附近将漂浮人工湿地装置5中的水重新抽入入水管道，使水再次经过植物净化；若水质检测器检测到水体的数据达到标准后将数据反馈给控制器，控制器控制出水口处水管阀门打开，对水体进行排放，水体排放后控制器控制入水管补充等量污水入漂浮人工湿地装置5内。
实施例3
一种兼具脱氮和碳减排功能的漂浮人工湿地的使用方法，和实施例2不同的是，步骤(1)中通过添加无机药剂调整碳氮比达到5：1，无机药剂包括NaHCO3、乙酸钠中的至少一种。
实施例4
一种兼具脱氮和碳减排功能的漂浮人工湿地的使用方法，和实施例2不同的是，步骤(1)中通过添加固体碳源材料调整碳氮比达到5∶1，固体碳源材料包括小麦秸秆、玉米杆、稻草秸秆和丝瓜络中的至少一种。
实施例5
一种兼具脱氮和碳减排功能的漂浮人工湿地的使用方法，和实施例2不同的是，步骤(1)中调整碳氮比达到8∶1。
实施例6
一种兼具脱氮和碳减排功能的漂浮人工湿地的使用方法，和实施例2不同的是，步骤(1)中调整碳氮比达到10∶1。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种兼具脱氮和碳减排功能的漂浮人工湿地，其特征在于：包括漂浮人工湿地装置(5)，多个入水管口(4)延伸至漂浮人工湿地装置(5)内，漂浮人工湿地装置(5)下部设有出水口，漂浮人工湿地装置(5)上部安装植物种植毯(3)，植物种植毯(3)上种植有多种植物，包括至少一种能促进硝化作用的植物，漂浮人工湿地装置(5)靠近出水口处设有水质检测器和循环泵(2)，循环泵(2)另一端和入水管连通。
2.根据权利要求1所述的一种兼具脱氮和碳减排功能的漂浮人工湿地，其特征在于：多个入水管口(4)均匀分布并延伸至漂浮人工湿地装置(5)内，使污水在湿地内均匀分布。
3.根据权利要求1所述的一种兼具脱氮和碳减排功能的漂浮人工湿地，其特征在于：植物种植毯(3)上种植有多种植物，包括至少一种能促进硝化作用的植物。
4.根据权利要求1所述的一种兼具脱氮和碳减排功能的漂浮人工湿地，其特征在于：漂浮人工湿地装置(5)的底部铺设有至少一层颗粒物收集毯(6)，用于定期清除植物枯落物。
5.根据权利要求1所述的一种兼具脱氮和碳减排功能的漂浮人工湿地，其特征在于：所述颗粒物收集毯(6)内设有支撑网(61)，支撑网(61)采用纵横交错的金属丝构成，颗粒物收集毯(6)上部设有提拉杆(62)。
6.根据权利要求1所述的一种兼具脱氮和碳减排功能的漂浮人工湿地，其特征在于：所述植物种植毯(3)包括上下两层，植物种植毯(3)中间设有旋转轴，上下两层植物种植毯(3)能够围绕旋转轴旋转，植物种植毯(3)内分布有多个种植孔，所述种植孔为圆形、三角形、方形、星形中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种兼具脱氮和碳减排功能的漂浮人工湿地，其特征在于：漂浮人工湿地装置(5)上部设有控制器，水质检测器检测到水体的数据反馈给控制器，若低于标准值则控制器控制循环泵(2)启动。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的兼具脱氮和碳减排功能的漂浮人工湿地的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)：测定废水中总碳和总氮含量，调整废水中碳氮比例，使碳氮比达到5：1；
步骤(2)：构建漂浮人工湿地装置(5)，在漂浮人工湿地装置(5)上部，沿水平方向布设入水管，入水管等距离开设多个入水管口(4)，用于将污水均匀引入装置中；
步骤(3)：在漂浮人工湿地装置(5)上部安装植物种植毯(3)，种植多种植物，其中包括至少一种促进硝化作用能力强的植物；
步骤(4)：在漂浮人工湿地装置(5)的底部铺设颗粒物收集毯(6)，收集植物碎片和其它颗粒物；
步骤(5)：漂浮人工湿地装置(5)上设有循环泵(2)，循环泵(2)另一端和入水管连通，当出水口水体达不到净化指标时，从出水口附近将漂浮人工湿地装置(5)中的水重新抽入入水管道，使水再次经过植物净化。
9.根据权利要求8所述的兼具脱氮和碳减排功能的漂浮人工湿地的使用方法，其特征在于，所述步骤(1)中调整废水中碳氮比例的方法为：添加有机物、无机药剂、固体碳源或含碳量高的食品有机废水。
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