CN204251416U - 一种新型湿地磷循环模拟装置及其操作方法 - Google Patents

一种新型湿地磷循环模拟装置及其操作方法 Download PDF

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崔丽娟
张岩
王义飞
李伟
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Abstract

本实用新型涉及一种新型湿地磷循环模拟装置及其操作方法，所述装置主要包括配水池(1)、贮水池(2)和种植池(3～14)。配水池(1)通过管道与种植池(3～14)相连。在种植池(3～14)内种植不同湿地植物及其组合。将配水池(1)内的污水泵入种植池(3～14)内，通过定期监测种植池中不同形态磷的浓度，研究磷在湿地中的循环特征。所述装置可用于综合研究进水流量、水深、植被类型对磷循环过程的影响，为湿地恢复提供科学依据。

Description

一种新型湿地磷循环模拟装置及其操作方法
技术领域
本实用新型涉及一种新型湿地磷循环模拟装置及其操作方法，适合于研究湿地磷循环及外部因素对磷循环过程的影响。
背景技术
随着经济发展，我国面临的水体污染问题日益严重，大量生活污水、工业废水、农田用水的排放导致水体中污染物浓度迅速升高，水体富营养化严重，造成了巨大的经济损失和社会影响。
湿地具有滞留、清除和转化有毒有害物等功能。湿地通过水生植物吸收富集、底泥吸附沉积和微生物同化累积等过程可有效降低水体中的污染物浓度。湿地对污染物的去除受多种因素影响，主要包括基质类型及理化特征、水力条件、水体理化指标、微生物活性、气象因子等。
磷是水体富营养化的主要限制因子。目前对于湿地中磷循环的研究通常是对天然湿地进行直接采样和监测，部分学者采用简单的装置进行模拟。这些装置通常只能研究单一条件下的磷循环特征，尚无成型、结构合理和完善的用于研究湿地磷循环过程的装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型湿地磷循环模拟装置及其操作方法，同时本发明综合了静态和动态模拟，可用于研究不同因素对湿地磷循环过程的影响。
为完成本发明的目的，本发明一种新型湿地磷循环模拟装置，其特征是：包括配水池(1)、贮水池(2)、第1至第12种植池(3～14)，所述配水池(1)通过管径为6cm管道(18)和管径为3cm管道(19)连接第1至第12种植池(3～14)，管道上设有开关阀(22)，贮水池(2)外接一个安装开关阀的管道(18)，并通过水泵(20)与第1至第12种植池(3～14)连接。
根据本发明，所述第1至第12种植池(3～14)从下至上分别铺设10cm厚的粒径为5～8cm的砾石(29)，20cm厚的粒径为0.05～1mm的砂土(30)。
根据本发明，所述第1至第12种植池(3～14)之间采用钢筋混凝土隔断(15)，其中第1至第3种植池(3～5)之间、第4至第6种植池(6～8)之间、第7至第9种植池(9～11)之间、第10至第12种植池(12～14)之间通过设置开关阀的管径为3cm的连接管(17)连 通。
根据本发明，所述第1至第3种植池(3～14)在距池底10cm和30cm处外接两根安装开关阀的集水管(16)，用于收集不同深度的水样。集水管(16)管径为3cm，长80cm，集水管(16)上均匀布设孔径为1cm圆孔，管外层围有过滤网。
根据本发明，所述第1至第3种植池(3～14)内水位低于要求的高度时，水位控制器(23)中的电子继电器闭合，水泵(20)启动并开始注水，当水位上升到达要求的高度时，电子继电器断开，水泵(20)自动断电并停止注水。
在配水池(1)中加入污水。通过水泵(20)和计时器(21)设置符合要求的进水流量和进水时间。污水经管道进入第1至第3种植池(3～14)。通过水位控制器(23)调节水面高度。污水流过基质后从出水口(28)排出。当污水循环流动时，排出的污水通过管道(19)循环到进水口(24)，并进入第1至第3种植池(3～14)中。如果进行静态模拟试验，可待污水达到要求的深度时，停止泵水。通过集水管(16)采集不同深度的水样，进行相关的化学分析。
本发明的有益效果：通过调节水泵(20)的流量控制基质表面污水的进水速率，可以分析不同进水流量对湿地内磷循环过程的影响，从而可以更准确模拟湿地内磷循环过程；通过不同深度集水管(16)，可以分析模拟磷在湿地内不同深度转化状态；通过控制水泵(20)可以分别完成静态和动态水流条件下的磷循环过程模拟；通过控制不同水位，可以分析湿地内不同水深处磷的存在状态；通过结合流量控制和水位控制，将多个影响因素结合在同一装置中，并实现动态和静态模拟，可提高装置利用效率。
附图说明
图1湿地磷循环模拟装置平面图。其中，1为配水池、2为贮水池、3～14依次为第1～第12种植池、15为隔断、16为集水管、17为管径3cm的连接管、18为管径为6cm的管道、19为管径为3cm的管道、20为水泵、21为计时器、22为开关阀、23为水位控制器
图2湿地磷循环模拟装置的种植池剖面图。其中，24为进水口、25为湿地植物、26为污水、27为水位探头、28为出水口、29为粒径为5～8cm的砾石、30为粒径为0.05～1mm的砂土、31为10mm厚钢筋混凝土底面、32为10mm厚钢筋混凝土墙体
图3湿地磷循环模拟装置的配水池剖面图。其中，33为10mm厚PVC盖
图4湿地磷循环模拟装置的贮水池剖面图
图5不同水力停留时间条件下总磷去除率
图6不同流量条件下总磷去除率
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施案例
实施例1
配水池(1)一个，配水池长∶宽∶高分别为300∶100∶80cm；贮水池(2)一个，贮水池长∶宽∶高分别为200∶200∶80cm；种植池(3～14)十二个，每个种植池长∶宽∶高分别为600∶100∶80cm。每个种植池采用隔断平均分成3个部分。各部分填充相同的基质，从下至上依次为厚度为15cm粒径5～8cm的砾石、厚度为25cm粒径0.05～1mm的砂土。种植池(3～14)和隔断(15)由钢筋混凝土构建而成，内部铺设有防渗膜层(包括两个池中间铺设和池底)。采集北京市野生动物救护与繁育中心湿地中的香蒲和芦苇根茎，筛选生长健壮且大小均一的植物根茎按600g/m2的种植密度栽种到种植池(3～14)中。在空气温度为20～30℃，湿度为40～60％条件下，植物自由生长30天。
关闭种植池出水口(28)处的开关阀。打开连接管(17)上的开关阀，将配水池(1)中的污水按照设定的流量泵入种植池3、6、9、12中，并通过连接管(17)进入其他种植池中。通过水位控制器(23)调节水深并保持为30cm。通过集水管(16)定时采集种植池(3～14)不同深度的水样，并在试验结束时收割植物，然后进行相关化学分析，得到样品中总磷质量浓度，从而得到静态模拟条件下，不同水力停留时间下总磷去除率变化。
结果表明，总磷去除率随水力停留时间的延长而整体呈增加趋势。水力停留时间小于3天时，总磷去除率随水力停留时间的增加而迅速增加(0～67.9±9.09％)，超过3天时，总磷去除率增加缓慢。当水力停留时间为30天时，总磷去除率达最大值81.4±10.8％。
实施例2
应用实施例1的种植池(3～14)进行了不同进水流量条件下总磷去除效果研究。关闭种植池出水口(28)处的开关阀，并将连接管(17)上的开关阀打开，将配水池(1)中的污水按照设定的流量泵入种植池3、6、9、12中，并通过连接管(17)进入其他种植池中。通过水位控制器(23)调节水深并保持为30cm。待污水注入到要求的高度时，关闭进水口处(24)的开关阀，并打开种植池出水口(28)处的开关阀，调节水泵(20)的进水流量分别为0.5、3、5、10m3/d，污水经过处理后通过管道(19)重新返回到进水口(24)，并进入种植池(3～14)中，从而形成循环流动。通过集水管(15)定时采集种植池(3～14)不同深度的水样，并在 试验结束时收割植物，然后进行相关化学分析，得到样品中总磷质量浓度，从而得到动态循环条件下，总磷去除率变化。
结果表明，随进水流量的增加，总磷去除率整体呈先增加后降低的变化过程。进水流量为3m3/d时，总磷去除率达最大值79.3±8.52％。当进水流量增加至10m3/d时，总磷去除率为56.4±4.11％，较去除率峰值降低29％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种新型湿地磷循环模拟装置，其特征是：包括配水池(1)、贮水池(2)和第1至第12种植池(3～14)，配水池(1)通过管径为6cm管道(18)和管径为3cm管道(19)连接第1至第12种植池(3～14)，管道上设置开关阀(22)，贮水池(2)外接一个安装开关阀的管道(18)，并通过水泵(20)与第1至第12种植池(3～14)连接。
2.根据权利要求1所述的新型湿地磷循环模拟装置，其特征是：所述第1至第12种植池(3～14)从下至上分别铺设10cm厚的粒径为5～8cm的砾石(29)，20cm厚的粒径为0.05～1mm的砂土(30)。
3.根据权利要求1所述的新型湿地磷循环模拟装置，其特征是：所述第1至第12种植池(3～14)在距池底10cm和30cm处外接两根安装开关阀的集水管(16)。
4.根据权利要求1所述的新型湿地磷循环模拟装置，其特征是：所述第1至第12种植池(3～14)之间采用钢筋混凝土隔断(15)，其中第1至第3种植池(3-5)之间、第4至第6种植池(6-8)之间、第7至第9种植池(9-11)之间、第10至第12种植池(12-14)之间通过设置开关阀的管径为3cm的连接管(17)连通。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112396939A (zh) * 2020-11-17 2021-02-23 延安大学 一种土壤动物响应不同湿地的模拟装置及方法

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