專(zhuān)利名稱(chēng)：一種低溫高效人工苔蘚濕地系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)和環(huán)境工程領(lǐng)域，具體涉及一種低溫高效人工苔蘚濕地系 統(tǒng)。
背景技術(shù)：
人工濕地處理系統(tǒng)是一種經(jīng)濟(jì)、生態(tài)型污水處理工藝，但是濕地系統(tǒng)在冬季的處 理效果普遍較差，影響了該工藝的廣泛應(yīng)用。濕地工藝在冬季的運(yùn)行效率差總體上表現(xiàn) 為有機(jī)物、氨氮、總氮和總磷等多種污染物去除效率的下降，其中特別是氨氮和總氮下降顯 著。有研究報(bào)道在冬季低溫條件下，人工濕地對(duì)N H4+-N、TN和TP的去除率分別比夏季低 12.0 % 40. 0 %、12. 11 % 27. 0 %、6. 1 % 114. 0 %。甚至在一些報(bào)道中，冬季人工濕 地對(duì)NH4+ - N、TP的去除率幾乎降到零，出水中COD的不降反升。目前普遍認(rèn)為，造成這些問(wèn)題的主要原因在于低溫對(duì)于濕地植物和微生物群落的 影響。首先是由于低溫造成硝化細(xì)菌活性的顯著下降，反硝化速率明顯高于硝化速率，硝化 作用又是脫N的限制步驟，因此造成氨氮和總氮去除效率的降低。在冬季低溫地區(qū)，人工濕 地植物收割、枯萎或進(jìn)入休眠狀態(tài)，在生態(tài)和形態(tài)上都發(fā)生了變化，影響了植物對(duì)污染物 的去除能力。由于植物泌氧能力和表面復(fù)氧速率下降導(dǎo)致的系統(tǒng)整體溶解氧降低，從而引 起好氧微生物(包括好氧異養(yǎng)菌群和硝化菌群)代謝活性降低。而植物莖葉和根系的腐爛產(chǎn) 生大量有機(jī)物污染水體，也間接造成了有機(jī)污染物濃度的上升。為提高人工濕地低溫處理效率，目前較為普遍的調(diào)控手段有①優(yōu)化冬季濕地的 植物配置，種植耐寒性強(qiáng)、挺水能力強(qiáng)、生物量多、根區(qū)豐富、繁殖性能及氧氣轉(zhuǎn)輸能力好的 植物(如蘆葦和黑麥草)。②優(yōu)化植物下伏土和填料基質(zhì)，選擇孔隙率大、P吸附能力強(qiáng)的 填料基質(zhì)。疏松、通氣性好、比表面積大的填料基質(zhì)有利于空氣中的氧氣進(jìn)入濕地，促進(jìn)硝 化作用和總氮的去除；③優(yōu)化進(jìn)水方式和運(yùn)行負(fù)荷。減小運(yùn)行污染物負(fù)荷，從一定程度上提 高碳、氮、磷污染物去除效果；④對(duì)濕地系統(tǒng)加設(shè)保溫型覆蓋或護(hù)圍材料(如冰雪、稻草、麥 桿、PVC透氣薄膜、收割濕地植物、炭化后的蘆葦屑、有機(jī)填料等)，減緩濕地溫度變化，提高 系統(tǒng)溫度?？傮w而言，通過(guò)以上上述措施，可以從一定程度上改善碳氮污染物在冬季濕地系 統(tǒng)的中去除效果，但同時(shí)也犧牲了系統(tǒng)處理能力(負(fù)荷)，采取的額外工程措施也增加了系 統(tǒng)成本和管理難度，不能從根本上解決濕地處理系統(tǒng)低溫條件下效率差的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)以上問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種低溫高效人工苔蘚濕地系統(tǒng)。本發(fā)明提出的低溫高效人工苔蘚濕地系統(tǒng)，是利用南極特有的耐寒耐污苔蘚種 Bryum muehlenbeckii和下伏土作為構(gòu)建人工濕地材料。一方面利用了極地苔蘚及其下伏 土微生物群落長(zhǎng)期在低溫環(huán)境下生長(zhǎng)馴化，具有明顯的耐寒特性。選擇的苔蘚植株在冬季 生長(zhǎng)活性好，植株較短，根系密度較大，有利于根系氧傳輸。包括硝化菌群在內(nèi)的苔蘚下伏土根系區(qū)微生物群落也具有良好的低溫活性。將極地苔蘚濕地下伏土作為基質(zhì)復(fù)配材料， 起到對(duì)微生物接種的作用，經(jīng)馴化和富集后產(chǎn)生耐寒性濕地床體微生物群落，降低溫度對(duì) 氨氮、有機(jī)物、總磷等污染物生物代謝效率的影響。另一方面，苔蘚植株密度高，貼近地面， 能夠緩沖外界溫度的波動(dòng)，對(duì)于床體基質(zhì)具有一定的保溫效應(yīng)。綜合以上一些特性，顯著提 高人工濕地系統(tǒng)在冬季的污染物處理效率。本發(fā)明提出的低溫高效人工苔蘚濕地系統(tǒng)，包括床體5、基質(zhì)層和苔蘚植株11，其 中床體5的一側(cè)為進(jìn)水側(cè)，布置有穿孔布水管2，穿孔布水管2連接進(jìn)水管1，另一側(cè)為出 水側(cè)，布置有穿孔收集管3，穿孔收集管3連接出水管4，床體5的長(zhǎng)寬比為2 1 10 1，高為 30-40cm ；基層層位于床體5內(nèi)，基質(zhì)層由底層8、中層9和上層10組成，底層厚度為4-5cm， 由高爐渣、爐渣、大理石、石灰石、沸石、煤渣或鋼渣中一至多種組成，中層厚度為10-20cm， 由土壤和細(xì)沙復(fù)配而成，復(fù)配比為2 1-3 1 ；上層厚度為10-20cm，由南極苔蘚濕地表層下 伏土和當(dāng)?shù)赝寥缽?fù)配，復(fù)配比為1 :1-1 2 ；苔蘚植株11位于基質(zhì)層上方，苔蘚植株11高度 為7-10cm，種植密度為IX IO5 4X IO5株/m2，苔苔蘚植株選用Bryum muehlenbeckii ；床 體5內(nèi)部可設(shè)置與進(jìn)水方向平行或垂直的隔板。本發(fā)明利用南極菲爾德斯半島的極地苔蘚種歷了腫muehlenbeckii (圖1)作為濕 地種植植物，采用南極苔蘚植被的根系土壤作為耐寒微生物接種材料，床體填充對(duì)磷具有 良好吸附性能的基質(zhì)材料，增強(qiáng)對(duì)磷的去除效果。污水以水平潛流形式流經(jīng)人工濕地系統(tǒng) 得到凈化，人工濕地可連續(xù)運(yùn)行或干濕間歇運(yùn)行。低溫條件下，污水進(jìn)入本濕地系統(tǒng)后，有機(jī)物和氨氮主要通過(guò)苔蘚的根系微生物 的生物吸附、生物降解，懸浮物主要通過(guò)土壤介質(zhì)的過(guò)濾和吸附作用去除。由于苔蘚的良好 通氣、泌氧作用和根際區(qū)低溫硝化細(xì)菌的富集，可以保證較好的氨氮降解和硝化效率。反硝 化作用主要在床體中層缺氧區(qū)發(fā)生，總磷一方面通過(guò)苔蘚和根系微的生物代謝去除，另一 方面底部填充的除磷基質(zhì)材料也強(qiáng)化了總磷的低溫去除。


圖 1 為苔蘚植株 腫 muehlenbeckiiO圖2為線性水平潛流人工苔蘚濕地結(jié)構(gòu)圖。圖3為平行折板式水平潛流人工苔蘚濕地結(jié)構(gòu)圖。圖4為垂直折板式水平潛流人工苔蘚濕地結(jié)構(gòu)圖。圖中標(biāo)號(hào)1為進(jìn)水管，2為穿孔布水管，3為穿孔收集管，4為出水管，5為床體，6 為平行隔板，7為垂直隔板，8為底層，9為中層，10為上層，11為苔蘚植株。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。實(shí)施例1 利用南極菲爾德斯半島的極地苔蘚種muehlenbeckii (圖1)作 為濕地種植植物，采用南極苔蘚植被的根系下伏土作為濕地基質(zhì)接種材料，基質(zhì)中采用高 效磷吸收材料，構(gòu)建淺層人工濕地系統(tǒng)，污水以水平潛流形式流經(jīng)人工濕地系統(tǒng)得到凈化。 人工濕地可連續(xù)運(yùn)行或干濕間歇運(yùn)行。所述的南極苔蘚種Bryum muehlenbeckii，苔蘚植株11高度7_10cm，苔蘚種植密
權(quán)利要求
1. 一種低溫高效人工苔蘚濕地系統(tǒng)，其特征在于包括床體(5)、基質(zhì)層和苔蘚植株 (11)，其中床體(5)的一側(cè)為進(jìn)水側(cè)，布置有穿孔布水管O)，穿孔布水管( 連接進(jìn)水管 (1)，另一側(cè)為出水側(cè)，布置有穿孔收集管(3)，穿孔收集管C3)連接出水管，床體(5)的 長(zhǎng)寬比為2:1 10:1，高為30-40cm;基層層位于床體(5)內(nèi)，基質(zhì)層由底層(8)、中層(9) 和上層(10)組成，底層⑶厚度為4-5cm，由高爐渣、爐渣、大理石、石灰石、沸石、煤渣或鋼 渣中一至多種組成，中層(9)厚度為10-20cm，由土壤和細(xì)沙復(fù)配而成，復(fù)配比為2 :1-3:1; 上層(10)厚度為10-20cm，由南極苔蘚濕地表層下伏土和當(dāng)?shù)赝寥缽?fù)配，復(fù)配比為1 :1_1 2;苔蘚植株(11)位于基質(zhì)層上方，苔蘚植株(11)高度為7-lOcm，種植密度為IXlO5 4X IO5株/m2，苔苔蘚植株選用Bryum muehlenbeckii ；床體(5)內(nèi)部可設(shè)置與進(jìn)水方向平 行或垂直的隔板。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低溫高效人工苔蘚濕地系統(tǒng)。包括床體、基質(zhì)層和苔蘚植株，床體一側(cè)布置有穿孔布水管連接進(jìn)水管，另一側(cè)布置有穿孔收集管連接出水管，床體的長(zhǎng)寬比為2:1～10:1，高為30-40cm；基層層位于床體內(nèi)，基質(zhì)層由底層、中層和上層組成，底層厚度為4-5cm，中層厚度為10-20cm，由土壤和細(xì)沙復(fù)配而成，復(fù)配比為21-31；上層厚度為10-20cm，由南極苔蘚濕地表層下伏土和當(dāng)?shù)赝寥缽?fù)配，復(fù)配比為11-12；苔蘚植株位于基質(zhì)層上方，苔蘚植株高度為7-10cm，種植密度為1×105～4×105株/m2，苔苔蘚植株選用Bryummuehlenbeckii；床體內(nèi)部可設(shè)置與進(jìn)水方向平行或垂直的隔板。本發(fā)明可用于低溫區(qū)生活污水的處理。在10℃以下的低溫條件下對(duì)氨氮、有機(jī)物、總磷、懸浮物等主要污染物具有良好的處理效果。
文檔編號(hào)C02F3/30GK102139963SQ20111010965
公開(kāi)日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月29日
發(fā)明者楊海真, 潘琦, 王峰, 羅助強(qiáng) 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)