[發明專利]一種人工濕地植物及其低溫下凈化污水作用

在審

• 申請號: 201310172279.7
• 申請日: 2013-05-13
• 公開（公告）號: CN104150598A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 萬蕾;張翠英;張惠芳
• 申請（專利權）人: 徐州工程學院
• 主分類號: C02F3/32
• 分類號: C02F3/32
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明屬于污水處理領域。具體是指一種可以在低溫下發揮凈化效果的廣泛應用于生活污水、江河湖庫等污染地表水處理的人工濕地技術。

背景技術

人工濕地在運行時不可避免受到各種因素的影響，如：濕地結構類型、水力負荷和污染負荷、植物的生長狀況、濕地的地理位置和氣溫的變化、運行方式等。其中氣溫是一個相當重要的因素，因為人工濕地是利用環境—植物—微生物之間的作用實現污染物質去除的一種污水處理工藝，而溫度對于這三者均有較大的影響，尤其在低溫環境下，濕地植物將從旺盛的生命活動轉而進入休眠狀態；同樣的，環境中的微生物此時也是代謝緩慢，甚至中止。由此可見，低溫是制約人工濕地處理污水效率的主要因素。

大量研究表明，對污水處理起決定性作用的是生化作用，即微生物和植物的作用。如果人工濕地里的植物和微生物在濕地中的生長受到影響，將直接影響到人工濕地的處理效果，其中環境溫度是最重要的影響因素，溫度過低會使生物體內酶的活性降低，使生物的生存能力降低，有的種類甚至無法生存，使濕地里的生物量降低，造成人工濕地污水處理效率大大降低，這是人工濕地不能在寒冷的高緯度地區大范圍推廣的主要原因。一般認為，SS、COD和BOD通過填料、植物的吸附、攔截、沉淀及微生物的降解等機制而得到去除。N通過人工濕地排水、氨揮發、植物吸收、微生物硝化、反硝化以及介質沉淀、吸附等過程去除。?P通過基質的吸附、絡合，Ca、Fe、Al和土壤顆粒的沉淀反應及泥炭累積，植物和微生物的吸收而去除。冬季低溫下，人工濕地的植物、微生物和填料基質都會受到影響。大量研究表明，水溫低于10℃時，人工濕地的處理效率會明顯下降，且有學者認為，硝化細菌和亞硝化細菌的生長繁殖速率和活性會受到低溫的抑制，受溫度的影響較大。硝化速率在10℃以下受抑制，在6℃以下急劇下降，在4℃以下趨于停止。這也就說明在氣溫很低時即使濕地不結冰，污水的處理效果將受到嚴重影響。華萊士等認為溫度過低不僅會影響人工濕地對污染物的處理效果，還可能造成填料層凍結、床體缺氧、管道破裂等多種不利后果，這些都限制了人工濕地在寒冷地區冬季的應用。

但不同的植物生活習性不同，選擇、發現在低溫環境中仍可生長良好且對污染物有一定去除能力的水生植物，對于提高濕地處理效果也非常必要。

發明內容

針對秋冬季人工濕地凈化能力下降這一問題，本發明采用耐寒且凈化效果好的水生植物——西伯利亞鳶尾作為濕地植物，保證低溫下人工濕地的凈化效果。

本發明所采用的技術方案是：實驗時間為2012年10月~2012年12月（2013年1月以后水體結冰，實驗暫停），每天記錄氣溫變化。實驗用水以C₆H₁₂O₆、NaNO₃、KH₂PO₄作為碳源、氮源和磷源模擬污水，并投加少量花園土保證植物生長對微量元素的需求。進水N濃度15~25?mg/L、P濃度1~2?mg/L、有機質濃度40~100mg/L，前期有機質濃度較低，后期由于氣溫偏低，考慮到碳氮比可能影響氮的去除，提高了進水有機質的濃度。

在濕地出水端設置采樣點取樣，采樣結束后即帶回實驗室測定。TN的測定采用標準過硫酸鉀氧化—紫外分光光度法，TP的測定采用鉬酸銨分光光度法，高錳酸鹽指數的測定采用酸性高錳酸鉀法。實驗結果取2組植物組的均值進行分析。

附圖說明

圖1?人工濕地實驗裝置示意圖

??????????其中：1、進水池?2、配水墻?3、西伯利亞鳶尾4、集水墻5、水位控制孔??6、集水池。

具體實施方式

下面結合附圖和實驗結果對本發明進一步描述。在人工濕地處理系統中，影響其去除效果的因素有很多，外界因素如溫度等環境條件；人工濕地處理系統本身的結構、進水方式、處理水質、植物組成、水力負荷及停留時間等，調節好各個因素，對保證人工濕地處理效果都至關重要。如圖所示，人工濕地實驗裝置填料上直接種植西伯利亞鳶尾，其密度約為20株/m²，在春季進行移植。將陸生的西伯利亞鳶尾根部洗干凈，爛根去掉，種植在濕地礫石上，每天換水，至氣生根長出后，可以進行實驗。人工濕地長2.5?m、寬0.6m、深0.5m，做好防滲措施。進水端采用多孔隔板與主處理區分隔，防止出現布水不均現象，進水方式采用推流式；在出水端打孔以控制水深。主處理區填料由粒徑2~3cm和0.2~0.5cm的兩層礫石（各20cm厚）組成，底坡i=1%，水力負荷0.04?m/d，水力停留時間2d。

在蘇北地區，11月中旬以前，平均氣溫基本在10℃以上，人工濕地對TN的去除率均在80%以上；11月中旬至12月3號，平均氣溫在1℃~7℃之間，對TN的去除率在50%以上；到了12月中下旬，氣溫降低0℃左右（甚至最低溫達到-6℃），去除率保持在40%左右。對TP的去除率前期達到了80%以上，后期維持在50%左右。溫度下降導致有機質的去除率下降，但是依舊保持較高和較穩定的去除率，整個秋冬季去除率在40%以上。