一种处理农田排水的复合人工湿地系统及其处理方法技术方案

本发明专利技术公开了一种处理农田排水的复合人工湿地系统及其处理方法，涉及人工湿地技术领域，包括沿水流方向依次设置的初滤格栅、调节池、水平潜流型人工湿地系统和水平表流型人工湿地系统；其中，水平潜流型人工湿地系统沿水流方向依次设置有进水区、有机物填料层、铁碳填料层、砾石填料层和出水区；进水区包括进水实心墙和进水穿孔墙；出水区包括出水实心墙和出水穿孔墙；水平潜流型人工湿地系统和水平表流型人工湿地系统均种植有湿地植物。本发明专利技术利用填充有机物、铁碳、砾石的多层填料水平潜流型人工湿地系统和水平表流型人工湿地系统的复合系统，可有效去除农田排水中的氮、磷、农药等污染物，处理效果好，使用灵活简便，且可实现农田排水的回用。农田排水的回用。农田排水的回用。

【技术实现步骤摘要】
一种处理农田排水的复合人工湿地系统及其处理方法


[0001]本专利技术涉及人工湿地
，特别是涉及一种处理农田排水的复合人工湿地系统及其处理方法。

技术介绍

[0002]农业非点源污染因其具有污染源分散、时空差异大、污染物难以收集等特点，成为污染治理中主要需要攻克的难题。在农村地区，非点源污染导致农村生态环境质量下降，农田排水径流污染则是农村面源污染的重要来源，对周边的湖泊等水体造成了很大的污染威胁。因此，应当采用合理的方法净化并促成农业径流的回用。针对农业非点源污染，人工湿地可作为一种适宜的生态友好型技术进行应用。
[0003]现有人工湿地技术对于农业径流污染处理效率相当有限，主要原因之一是农田排水中可供反硝化微生物所利用的碳源含量不足，从而大大降低人工湿地的脱氮效能。其次传统人工湿地基质脱氮除磷效率低下，且运行成本较高，不易更换。对于其他污染物如农药和病原菌等的去除效能也亟待进一步提升。同时传统人工湿地，尤其是单一湿地，很难对农田排水进行深度净化，也无法对净化后的水体进行储存，难以实现农田排水的回用，导致水资源的大量浪费和受纳水体的污染。
[0004]因此，市场上急需一种处理农田排水的复合人工湿地系统及其处理方法，用于解决上述问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种处理农田排水的复合人工湿地系统及其处理方法，用于解决上述现有技术中存在的技术问题，设置有机物填料层可以有效的提高脱氮效果，利用铁碳填料层可以有效的提高脱氮除磷和去除农药等的效果，从而提供对农田排水的处理效果和回用潜力。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]本专利技术公开了一种处理农田排水的复合人工湿地系统，包括沿水流方向依次设置的初滤格栅、调节池、水平潜流型人工湿地系统和水平表流型人工湿地系统；
[0008]其中，所述水平潜流型人工湿地系统沿水流方向依次设置有进水区、有机物填料层、铁碳填料层、砾石填料层和出水区；
[0009]所述进水区包括进水实心墙和进水穿孔墙，所述进水穿孔墙比所述进水实心墙更靠近所述水平潜流型人工湿地系统；
[0010]所述出水区包括出水实心墙和出水穿孔墙，所述出水穿孔墙比所述出水实心墙更靠近所述水平潜流型人工湿地系统；
[0011]所述水平潜流型人工湿地系统和所述水平表流型人工湿地系统均种植有湿地植物。
[0012]优选的，所述初滤格栅包括多个竖向栅栏，多个所述竖向栅栏间隔分布，相邻的两
个所述竖向栅栏之间的间距为10～20mm，所述初滤格栅与水平面之间的夹角为60
°
。
[0013]优选的，所述进水穿孔墙和所述出水穿孔墙上均设有多个通水孔，
[0014]所述进水穿孔墙上的全部通水孔的截面面积之和小于所述进水穿孔墙的墙体截面面积的1/4；
[0015]所述出水穿孔墙上的全部通水孔的截面面积之和小于所述出水穿孔墙的墙体截面面积的1/4。
[0016]优选的，所述有机物填料层和所述铁碳填料层之间设有第一双层土工格栅；
[0017]所述铁碳填料层和所述砾石填料层之间设有第二双层土工格栅；
[0018]所述第一双层土工格栅和所述第二双层土工格栅结构相同；
[0019]所述第一双层土工格栅和所述第二双层土工格栅分别包括两层单层格栅，每个所述单层格栅上设有多个格栅孔，每个所述格栅孔的直径为10～20mm，相邻的两个所述单层格栅交错设置。
[0020]优选的，所述有机物填料层沿水流方向的长度：所述铁碳填料层沿水流方向的长度：所述砾石填料层沿水流方向的长度为0.5～1：2～3：1。
[0021]优选的，所述有机物填料层、所述铁碳填料层和所述砾石填料层的高度为30～100cm。
[0022]优选的，所述有机物填料层包括秸秆，所述秸秆的长度为50～100mm；
[0023]所述铁碳填料层包括铁碳材料，所述铁碳材料的颗粒直径为10～30mm；
[0024]所述砾石填料层包括砾石，所述砾石的颗粒直径为10～30mm。
[0025]优选的，所述水平潜流型人工湿地系统中种植的湿地植物包括挺水植物，所述挺水植物包括芦苇或蒲草；
[0026]所述水平表流型人工湿地系统种植的湿地植物包括沉水植物，所述沉水植物包括金鱼藻、苦草或黑藻。
[0027]本专利技术还公开了一种处理农田排水的复合人工湿地系统的处理方法，包括以下步骤：
[0028]S1、水渠中的农田排水经过初滤格栅，初滤格栅去除水质的大块杂物，然后进入调节池，调节池去除水中颗粒物，然后农田排水从进水实心墙顶部溢流出后，通过进水穿孔墙进入水平潜流型人工湿地系统中的有机物填料层；
[0029]S2、农田排水进入有机物填料层，在有机物填料层中的反硝化有机碳源的作用下，降低排水中溶氧的含量，去除一部分的氮；
[0030]S3、农田排水经过有机物填料层后进入铁碳填料层，在铁碳填料层中的铁碳填料的作用下去除农田排水中的磷、农药和另一部分的氮；
[0031]S4、农田排水经过铁碳填料层处理后流入砾石填料层，在砾石填料层中的砾石作用下进一步的去除污染物；
[0032]S5、农田排水通过出水实心墙溢流入水平表流型人工湿地系统，利用水平表流型人工湿地系统中的湿地植物根系的拦截作用以及底质和根茎上生物膜的降解作用净化农田排水；
[0033]S6、最后水平表流型人工湿地系统中的水通过回流的方式对农田进行灌溉；或者流入外部环境。
[0034]本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：
[0035]本专利技术中的水平潜流型人工湿地系统由有机物填料层、铁碳填料层和砾石填料层构成，沿水流流向方向依次填充在系统中，对农田排水中的农药、氮、磷和病原菌等污染物具有良好的同步去除效果；
[0036]其中，在铁碳填料层中填充的铁碳填料对农田排水中的氨氮和磷具有较大的吸附作用、并通过沉淀作用去除农田排水中的磷，有机物填料层填料为反硝化微生物提供生长和反硝化所需碳源；
[0037]且有机填料层还可以隔绝空气与后方的铁碳填料层的接触，减少铁碳填料氧化从而延长铁材料的使用时间。将有机物填料层置于铁碳填料层的前端，避免了其释放的有机物的二次污染问题。
[0038]具体的，应用铁碳材料作为水平潜流型人工湿地系统的中部基质，利用其发生微电解反应产生的Fe
2+
与[H]增强水平潜流型人工湿地系统内自养反硝化菌活性和反应水平，加速电子传递效率，并有效结合水中的磷，从而可达到高效的湿地脱氮除磷效能。
[0039]进一步的，经过处理后的农田排水流入水平表流型人工湿地系统，水平表流型人工湿地系统中的沉水植被及其所形成的微环境可进一步净化农田排水，稳定水质，便于后续将净化后的农田排水进行回用；
[0040]进一步的，处理农田排水的复合人工湿地系统所用的材料廉价易得，装置运行操作简单，运行成本较低，装置大小可变，可灵活地运用于各种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种处理农田排水的复合人工湿地系统，其特征在于，包括沿水流方向依次设置的初滤格栅、调节池、水平潜流型人工湿地系统和水平表流型人工湿地系统；其中，所述水平潜流型人工湿地系统沿水流方向依次设置有进水区、有机物填料层、铁碳填料层、砾石填料层和出水区；所述进水区包括进水实心墙和进水穿孔墙，所述进水穿孔墙比所述进水实心墙更靠近所述水平潜流型人工湿地系统；所述出水区包括出水实心墙和出水穿孔墙，所述出水穿孔墙比所述出水实心墙更靠近所述水平潜流型人工湿地系统；所述水平潜流型人工湿地系统和所述水平表流型人工湿地系统均种植有湿地植物。2.根据权利要求1所述的处理农田排水的复合人工湿地系统，其特征在于，所述初滤格栅包括多个竖向栅栏，多个所述竖向栅栏间隔分布，相邻的两个所述竖向栅栏之间的间距为10～20mm，所述初滤格栅与水平面之间的夹角为60
°
。3.根据权利要求1所述的处理农田排水的复合人工湿地系统，其特征在于，所述进水穿孔墙和所述出水穿孔墙上均设有多个通水孔，所述进水穿孔墙上的全部通水孔的截面面积之和小于所述进水穿孔墙的墙体截面面积的1/4；所述出水穿孔墙上的全部通水孔的截面面积之和小于所述出水穿孔墙的墙体截面面积的1/4。4.根据权利要求1所述的处理农田排水的复合人工湿地系统，其特征在于，所述有机物填料层和所述铁碳填料层之间设有第一双层土工格栅；所述铁碳填料层和所述砾石填料层之间设有第二双层土工格栅；所述第一双层土工格栅和所述第二双层土工格栅结构相同；所述第一双层土工格栅和所述第二双层土工格栅分别包括两层单层格栅，每个所述单层格栅上设有多个格栅孔，每个所述格栅孔的直径为10～20mm，相邻的两个所述单层格栅交错设置。5.根据权利要求1所述的处理农田排水的复合人工湿地系统，其特征在于，所述有机物填料层沿水流方向的长度：所述铁碳填料层沿水流方向的长度：所述砾石填料层沿水流...

【专利技术属性】
技术研发人员：常军军，邓盛炯，熊延伟，朱垚松，张洋源，侯宗昊，
申请(专利权)人：云南大学，
类型：发明
国别省市：