基于植物-生物炭协同富氧人工湿地布水系统及使用方法技术方案

本发明专利技术公开了基于植物

【技术实现步骤摘要】
基于植物
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生物炭协同富氧人工湿地布水系统及使用方法


[0001]本专利技术涉及人工湿地
，特别涉及基于植物
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生物炭协同富氧人工湿地布水系统及使用方法。

技术介绍

[0002]人工湿地作为一种高效低能的污水处理工艺，因投资低、污染物净化效率稳定、运行维护方便和绿色环保等特点被广泛用于分散式污水的处理。其主要由水、基质、动植物、微生物等部分组成，是一种利用物理、化学、生物相协同来实现对污水的净化处理。溶解氧是整个湿地反应系统中最重要的控制条件之一，很大程度上决定了湿地系统的卫生学条件、微生物种类以及出水水质。由于布水方式的不同，会使湿地呈现出好氧、缺氧和厌氧状态，其溶解氧含量的差异会极大影响人工湿地的处理效率，人工湿地的自然复氧通常使溶解氧小于2mg/L，污染物去除率较低，现有研究表明：当溶解氧浓度为2mg/L时对COD、TN、TP的去除率分别为31.23％、8.32％、47.16％，因此，在人工湿地中布水方式就变得十分重要。
[0003]自然条件下湿地中的氧主要来自以下途径：1、进水携氧；2、大气复氧；3、水面以上植物光合作用产生的氧；4、水面以下植物及根际植物的光合作用向根区释放的氧。常用的增加溶解氧的方式有强化供氧、改变运行方式、选择性栽种植物等。目前国内外城市景观水体的处理或径流污染控制技术越来越多倾向于采用景观改善相结合的一系列生态处理技术，人工湿地属于生态处理技术，湿地系统中植物依靠其自身代谢功能在净化水体的同时，还能释放氧气，改善湿地系统氧环境，更注重依赖于“自然净化系统”的生态循环作用，这种趋势削弱了人为的强化过程而注重生态的再循环。因此，与常规污水处理技术相比，溶解氧的控制在人工湿地的实际工程应用中常常被忽视。
[0004]植物释放的氧气并不能完全满足湿地系统所需，由于氧气扩散过低，导致溶解氧长期处于较低水平，在这种条件下，微生物将会选择特殊的电子供体来氧化有机物，这些特殊电子供体在失去电子后将会对植物造成毒害作用。此外，当植物长期处于缺氧甚至厌氧环境时，具有强还原性的离子Fe
2+
及Mn
2+
将会在植物体内形成O2‑
和H2O2等毒副产物，可造成膜脂质过氧化及蛋白质和DNA损伤等损害。
[0005]现有技术的人工湿地，不能有效改善湿地内部还原性环境及局部缺氧或厌氧环境，会对水中植物造成毒害和损害，虽然人工湿地也有采用生物炭的，但其采用生物炭是针对污染物的过滤过程/直接净化，通过过滤提高污染物的去除效果，但在有限体积量的生物炭情况下，其过滤效果有限，不能实现对污染物的高效去除。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术中所存在的上述不能有效改善湿地缺氧环境的不足，提供基于植物
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生物炭协同富氧人工湿地布水系统及使用方法，能够通过植物和生物炭协同强化人工湿地的富氧，有效改善湿地内部还原性环境及局部缺氧或厌氧环境，同时能够实现对有机污染物，及氮、磷等的高效去除，显著提高人工湿地对污染物的净化效果。
[0007]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案：
[0008]基于植物
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生物炭协同富氧人工湿地布水系统，其包括挺水植物、基质层和生物炭，基质层为混有生物炭的土壤层，挺水植物的根系置于基质层，基质层的顶部为湿地的水层；通过挺水植物的光合作用、呼吸作用对水体产氧，提高进水溶解氧浓度，在低水力负荷的情况下，由于进水复氧较少，大气复氧也不能达到溶解氧浓度的要求，而采用挺水植物能够对水体补充复氧，湿地中污染物的去除率随着溶解氧浓度升高而提高，从而提高污染物的去除率；人工湿地中常规的生物炭是用于过滤/净化阶段，而本方案创新地将生物炭作为种植挺水植物的基质层组成，一方面由于生物炭的高孔隙率、大比表面积，有利于氧气的保留和扩散，有利于为好氧微生物所需养料，同时生物炭能够作为吸附剂，对水体中的有机物、氨氮等有良好的吸附性能，降低污水中的氨氮、磷酸盐等含量，并转化为植物生长所需的元素，另一方面，生物炭的添加有利于植物形成根系通气的结构，并增大根孔隙度，有利于系统内氧气的扩散，促使氧气通过通气组织传输至地下部分，并以根系泌氧的形式扩散至根际，显著提高人工湿地的复氧能力，同时生物炭也能为污水硝化脱氮提供碳源，进而通过生物炭能够进一步提高进水溶解氧含量，并提高污染物的去除率；采用上述系统，能够使水体中溶解氧浓度大于6mg/L，与常规人工湿地相比提高了150％以上，且能够进一步提高污染物的去除率，例如采用上述系统后溶解氧浓度为6mg/L，此时对COD、TN、TP的去除率分别为69.32％、66.39％、68.48％，与现有人工湿地的自然复氧相比，能够更高效地去除污染物。
[0009]在本专利技术较佳的实施例中，上述基质层中的生物炭质量比为0.8～1.2％；由于生物炭的添加会对土壤性质造成不可逆的影响，而采用上述比例的生物炭混和在基质层中，对土壤性质的不可逆影响较小，能够保持土壤的理化性质。
[0010]在本专利技术较佳的实施例中，上述生物炭采用水稻秸秆、油菜秸秆、小麦、玉米或动物粪便中的至少一种制作而成；通过采用上述基材在低氧或缺氧条件下经高温热解制作，能够利用农用废弃物，就地取材，节约了人工湿地地改造成本，符合环保经济地要求。
[0011]在本专利技术较佳的实施例中，上述基质层的高度为15～20cm；基质层高度过高可能会导致渗透速度过慢甚至堵塞，基质层高度过低则不能为挺水植物提供生长环境，而上述基质层高度的设置，能够满足挺水植物生产所适宜的水深，同时具有渗透功能。
[0012]在本专利技术较佳的实施例中，上述挺水植物包括芦、蒲草、荸荠、莲、水芹、竹芋、茭白荀、荷花或香蒲；通过选择挺水植物，优选新陈代谢更强的，能够通过光合作用、呼吸作用产生更多的水体氧量，进一步提高进水溶解氧浓度。
[0013]在本专利技术较佳的实施例中，上述土壤层内的土壤采用紫色土；由于紫色土富含磷、钾等营养元素，通过选择紫色土，能够为挺水植物的生长提供养分，同时紫色土土质疏松，具有一定的渗透能力，便于污水的渗透。
[0014]在本专利技术较佳的实施例中，上述人工湿地布水系统还包括快速渗透层，快速渗透层设在基质层的下层，快速渗透层采用粒径分别为2～4mm、1.5～2cm、2～3cm、3～5cm的砾石填充，快速渗透层的高度为10～15cm；通过对砾石地粒径选择，能够使污水快速渗透通过而不堵塞，保证顺利出水；快速渗透层的高度过低则达不到快速渗透通水的效果，高度过低则增加了耗材和经济费用，上述高度设置能够综合考虑，进行优选。
[0015]在本专利技术较佳的实施例中，上述人工湿地布水系统还包括可渗透反应墙，可渗透
反应墙为混有质量比4～6％生物炭的土壤板层，可渗透反应墙设在基质层的顶部两侧，可渗透反应墙的高度为10～15cm；生物炭是废弃生物质在限氧条件下热解形成的富碳产物，其灰分元素(如K、Ca、Mg、磷等)含量丰富，可作为可溶性养分被植物利用，并通过贮存营养元素、改善湿本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于植物
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生物炭协同富氧人工湿地布水系统，其特征在于，包括挺水植物、基质层和生物炭，所述基质层为混有所述生物炭的土壤层，所述挺水植物的根系置于所述基质层，所述基质层的顶部为湿地的水层。2.根据权利要求1所述的基于植物
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生物炭协同富氧人工湿地布水系统，其特征在于，所述基质层中的生物炭质量比为0.8～1.2％。3.根据权利要求2所述的基于植物
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生物炭协同富氧人工湿地布水系统，其特征在于，所述生物炭采用水稻秸秆、油菜秸秆、小麦、玉米或动物粪便中的至少一种制作而成。4.根据权利要求1所述的基于植物
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生物炭协同富氧人工湿地布水系统，其特征在于，所述基质层的高度为15～20cm。5.根据权利要求1所述的基于植物
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生物炭协同富氧人工湿地布水系统，其特征在于，所述挺水植物包括芦、蒲草、荸荠、莲、水芹、竹芋、茭白荀、荷花或香蒲。6.根据权利要求1所述的基于植物
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生物炭协同富氧人工湿地布水系统，其特征在于，所述土壤层内的土壤采用紫色土。7.根据权利要求1
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6任一所述的基于植物
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生物炭协同富氧人工湿地布水系统，其特征在于，还包括快速渗透层，所述快速渗透层设在所述基质层的下层，所述快速渗透层采用粒径分别为2～4mm、1.5～2cm、2～3c...

【专利技术属性】
技术研发人员：何杨，郑世界，龚姝月，唐成含，张建强，杨淞淋，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：