複合型人工溼地系統的製作方法

2023-06-16 14:20:51 3

專利名稱：複合型人工溼地系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種人工溼地，尤其涉及一種控制農業面源水體汙染的複合型人工溼 地系統。
背景技術：
隨著中國農村經濟的發展，化肥、農藥的大量使用，使得農業面源汙染成為中國環 境汙染的首要問題。面源汙染是指大氣、地面或土壤中溶解的和固體的汙染物質在降雨 (或融雪)衝刷作用下，通過徑流過程進入受納水體包括河流、湖泊、水庫、含水層和海灣 等，引起水體富營養化或其他形式的汙染。農業面源汙染產生的主要汙染物如化肥、農藥、 殺蟲劑等，雖然一部分可被植物體吸收利用，但大部分卻通過地表徑流流入河流、湖泊等地 表水體，造成受納水體的富營養化，使其喪失應有的水體功能。因此，急於尋求一種合適有效的水處理技術對農業面源汙染進行處理。

發明內容
本發明要解決農業面源汙染的技術問題，提供一種複合型人工溼地系統。為了解決上述技術問題，本發明複合型人工溼地系統，設在連接至少一個面源汙 染受納水體的區域內，包含人工設置的潛流溼地和表面流溼地，該潛流溼地位於各面源汙 染受納水體的近端，在該潛流溼地遠離面源汙染受納水體的一端設有所述表面流溼地。優選的，所述表面流溼地的附近設有排灌站，該排灌站通過輸水管線與該表面流 溼地相連通，用於抽取經人工溼地淨化過的清潔水作為灌溉水源。所述排灌站運行時，面源汙染受納水體中的汙水在該複合型人工溼地系統內的流 向是先經潛流溼地，再經表面流溼地後，由排灌站抽出；排灌站停止運行時，面源汙染受納 水體中的汙水依靠潛流溼地附近設置的動力提升裝置，實現在該複合型人工溼地系統內的 單向流動，從該面源汙染受納水體流向另一水體。優選的，所述的複合型人工溼地系統設在連接兩個或兩個以上具有表面水利聯繫 的面源汙染受納水體的區域內，包含人工設置的潛流溼地和表面流溼地，該潛流溼地位於 各面源汙染受納水體的近端，在該潛流溼地遠離面源汙染受納水體的一端設有所述表面流 溼地，形成以該表面流溼地為中心，其兩側分布潛流溼地的複合型人工溼地系統。優選的，所述潛流溼地包括垂直流潛流溼地和水平流潛流溼地，該潛流溼地的分 布從面源汙染受納水體到表面流溼地依次為垂直流潛流溼地、水平流潛流溼地。所述潛流溼地的填料由三種不同粒徑的濾料組成，該填料分三層，上、中、下三層 濾料的粒徑依次增加。所述潛流溼地的種植植物包括美人蕉、千屈菜、石菖蒲、黃花鳶尾、旱傘草中的一 種或任意兩種以上組合。優選的，所述連接至少一個面源汙染受納水體的區域的沿岸種植有沉水植物，以 構成沉水植物淨化區，可起到進一步淨化水質的作用。種植的沉水植物包括苦草、輪葉黑藻、伊樂藻、金魚藻中的一種或任意兩種以上組合。所述表面流溼地的種植植物包括蘆葦、水蔥、香蒲中的一種或任意兩種以上組合。本發明複合型人工溼地系統，通過潛流溼地和表面流溼地的合理組合，對受農業 面源汙染的河道水體進行有效的淨化處理，處理後的清潔水為農產品生產提供潔淨的水 源，從而實現水資源的循環利用，本發明不僅治理了農業面源汙染，而且實現了綠色無汙染 農業生產，同時還產生適宜的景觀效果。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明。圖1是本發明實施例1中複合型人工溼地系統所處的位置圖；圖2是本發明實施例1中複合型人工溼地系統的平面布局圖；圖3是本發明實施例1的垂直流潛流溼地的剖面圖；圖4是本發明實施例1的水平流潛流溼地的剖面圖；圖5是本發明實施例1的表面流溼地的剖面圖；圖6是本發明實施例1的魚形島的剖面圖。圖中1_構建溼地2-中北河3-垂直流潛流溼地4-水平流潛流溼地5-表面流溼 地6-沉水植物淨化區7-魚形島31-濾料32-擋土磚牆33-種植土 34- 土工布41-外側擋 牆42-內側擋牆43-進水管44-出水管45-濾料46-砂漿墊層47- 土工布48-種植土 7-魚 形島71-木樁72-濾料73-種植土
具體實施例方式本發明提供了一種複合型人工溼地系統，設在連接至少一個面源汙染受納水體的 區域內，包含人工設置的潛流溼地和表面流溼地，該潛流溼地位於各面源汙染受納水體的 近端，在該潛流溼地遠離面源汙染受納水體的一端設有表面流溼地。優選的，複合型人工溼地系統設在連接兩個或兩個以上具有表面水利聯繫的面源 汙染受納水體的區域內，包含人工設置的潛流溼地和表面流溼地，該潛流溼地位於各面源 汙染受納水體的近端，在該潛流溼地遠離面源汙染受納水體的一端設有所述表面流溼地。潛流溼地的種植植物包括美人蕉、千屈菜、石菖蒲、黃花鳶尾、旱傘草中的一種或 任意兩種以上組合。表面流溼地的種植植物包括蘆葦、水蔥、香蒲中的一種或任意兩種以上 組合。表面流溼地是廢水從溼地表面流過，它與自然溼地最為接近，這種類型的人工溼 地具有投資少、操作簡單、運行費用低等優點，但水力負荷率較小潛流溼地是汙水從溼地表 面流向填料床的底部，一方面可以充分利用填料表面生長的生物膜、豐富的根系及表層土 和填料截流等的作用，使汙水處理效果和處理能力增強；另一方面由於水流在地表以下流 動，具有保溫性能好、處理效果受氣候影響小、衛生條件較好的特點，但落幹/淹水時間較 長，控制相對複雜。潛流溼地的填料由三種不同粒徑的濾料組成，該填料分三層，上、中、下三層濾料 的粒徑依次增加，分別為0. 5 1. 2、1. 8 2. 4、3. 0 3. 8cm,填料的總高度為0. 6 0. 9m。本發明複合型人工溼地系統對潛流溼地和表面流溼地進行合理組合，即將潛流溼地設於各面源汙染受納水體的近端，對受納水體的汙水先進行高效處理，例如潛流溼地 種植的植物輸送氧氣到達底部根區，在根區聯合會形成很多好氧的小區，汙水中的氮在微 生物作用下進行氨氮的硝化過程，簡單表示如下腿:—NO2- — N03_。在遠離根區的部位， NO3-由於缺氧環境而進行反硝化過程，從而使氨以氣體的形式除去。潛流溼地基底材料中 的鈣、鎂和汙水磷作用形成沉澱，以去除磷。經潛流溼地處理的水再流向表面流溼地，由表 面流溼地對其作進一步去汙處理，如表面流溼地種植的蘆葦對磷和氮都具有很強的吸收能 力。先經過潛流溼地的高效處理，再經表面流溼地處理，能有效克服表面流溼地的缺點，同 時還能增強用於灌溉水體的氧含量。在本發明一個優選的實施例中，表面流溼地的附近設有排灌站，該排灌站通過輸 水管線與該表面流溼地相連通，用於抽取經人工溼地淨化過的清潔水作為灌溉水源。通過 排灌站抽取清潔水，為汙水從面源汙染受納水體流向表面流溼地提供了動力。當排灌站工 作運行時，汙水的流向是從面源汙染受納水體出發，流經潛流溼地，再到表面流溼地，最後 由排灌站抽取。當排灌站停止運行時，面源汙染受納水體中的汙水依靠潛流溼地附近設置 的動力提升裝置，實現在該複合型人工溼地系統內的單向流動，從該面源汙染受納水體流 向另一水體。在本發明另一個優選的實施例中，潛流溼地包括垂直流潛流溼地和水平流潛流溼 地，且潛流溼地的分布從面源汙染受納水體到表面流溼地依次為垂直流潛流溼地、水平流 潛流溼地。在垂直流潛流溼地中汙水從溼地表面縱向流向填料床的底部，床體處於不飽和 狀態，氧可通過大氣擴散和植物傳輸進入人工溼地。該垂直流潛流溼地的硝化能力高於水 平流潛流溼地，可用於處理氨氮含量較高的汙水，其缺點是對有機物的去除能力不如水平 流潛流溼地。水平流潛流溼地與自由表面流人工溼地相比，水平流潛流溼地的水力負荷和 汙染負荷大，對BOD(生化需氧量)、C0D(化學需氧量)、重金屬等汙染指標的去除效果好，且 很少有惡臭和孳生蚊蠅現象。水平流潛流溼地脫氮、除磷的效果不如垂直流潛流溼地。因 此，先經垂直流潛流溼地脫磷除氮防止藻類滋生，再經水平流潛流溼地除去有機物。在本發明另一個優選的實施例中，連接至少一個面源汙染受納水體的區域的沿岸 種植有沉水植物，以構成沉水植物淨化區，起到進一步淨化水質的作用。種植的沉水植物包 括苦草、輪葉黑藻、伊樂藻、金魚藻中的一種或任意兩種以上組合。實施例1結合實際項目案例_上海青浦現代農業園區的人工溼地處理農業面源汙染來闡 述本發明複合型人工溼地系統的具體實施過程。圖1所示為上海市青浦現代農業園區內復 合型人工溼地系統所處的位置圖，園區內有稻田、菜地、還有精養魚塘，存在一定的農業面 源汙染，園區內地處窪地的5條相對封閉河道(中北河、蒸中河、中南河、澱中河、澱西河)， 是面源汙染的受納水體，複合型人工溼地系統位於連接中北河2和蒸中河1的河道內。如圖2所示，該複合型人工溼地系統包括垂直流港流溼地3 (3個單元)、水平流潛 流溼地4(也可稱生態島，4個單元，兩兩串聯)、以及表面流溼地5，其中，垂直流潛流溼地 3和水平流潛流溼地4的單元數目可根據實際場地大小及進水水質作變動。複合溼地系統 總面積為1044m2，其中潛流溼地600m2，水平流溼地548m2，表面流溼地342m2。垂直流潛流溼 地3的剖面圖如圖3所示，汙水從潛流溼地表面流向填料床的底部，填料床由擋土磚牆32 圍成，填料由三種不同粒徑的濾料31組成，填料總高度為0. 9m，分三層平鋪，上、中、下三層
5濾料粒徑分別為0. 5 1. 2、1. 8 2. 4,3. 0 3. 8cm，在三層濾料31的上方鋪一層種植土 33，以種植適於潛流溼地生長的水生植物，如美人蕉、千屈菜、石菖蒲、黃花鳶尾、旱傘草等， 在濾料31和素土之間鋪設有土工布34。水平流潛流溼地4的剖面圖如圖4所示，基本構造 與垂直流潛流溼地類似，主要是布水方式的不同，水平流潛流溼地4因汙水從一端水平流 過填料床，而垂直流潛流溼地3汙水從溼地表面縱向流向填料床的底部，在本發明的該實 施例中，水平流潛流溼地4的填料床由外側擋牆41和內側擋牆42隔成兩間，進水管43和出 水管44分別穿過外側擋牆41伸入填料床，該進水管43和出水管44鋪放在水凝土結構上。 填料床內填有濾料45，在填料床的底部為石灰和水泥砂漿製成的砂漿墊層46，濾料45的上 面覆有種植土 48，用於種植水生植物，在濾料45和種植土 48之間、以及濾料45和砂漿墊 層46之間都鋪設有土工布47。表面流溼地5的剖面圖如圖5所示，在表面流溼地上種植有 蘆葦、水蔥、香蒲等挺水植物，汙水從表面流溼地表面流過，依靠蘆葦等植物較強的吸收氮、 磷能力，對汙水作淨化處理。表面流溼地5的附近設有排灌站8，用於抽取經人工溼地淨化 過的清潔水作為灌溉水源。通過排灌站8抽取清潔水，為汙水從面源汙染受納水體流向表 面流溼地5的流動提供了動力。這種設置在表面流溼地附近的排灌站，不僅能將已經淨化 達到I類地表水標準的清潔水用於園區內的農作物灌溉，更重要的是通過排灌站的排水作 用加大了地表水體和淺層潛流水體的流動，促進了人工溼地內的植物對汙染水體的淨化作 用。優選的，本發明複合型人工溼地系統在河道沿岸還種植有沉水植物(見圖2)，如 苦草、輪葉黑藻、伊樂藻、金魚藻等，構成沉水植物淨化區6，起到進一步淨化水質的作用。優選的，本發明複合型人工溼地系統還包括魚形島7 (見圖2和圖6)，位於水平流 潛流溼地4(生態島)與表面流溼地5之間，魚形島7在有水流通過時，起到與水平流潛流 溼地4類似的功能，在本發明的該實施例中，魚形島7由木樁71圍製成的填料床組成，填料 床中填有濾料72，濾料72上面覆種植土 73，用於種植水生植物，魚形島7的濾料能吸附氮 磷重金屬等，水生植物生長也吸收了水體中的氮磷，同時魚形島上種植的植物具有美化景 觀的功能，整個魚形島主要起到美觀功能，同時兼具淨化功能。上述複合型人工溼地系統水力停留時間為3. 5h，水力負荷為16. 9m3 · cf1。當排灌 站不工作時，該複合型人工溼地系統可以通過動力實現園區內河道水體的單向流動，如在 垂直流潛流溼地附近安裝水泵，使該複合型人工溼地系統由蒸中河進水(見圖2)，經垂直 流潛流溼地_水平流潛流溼地_表面流溼地_水平流潛流溼地_垂直流潛流溼地(動力提 升)，由中北河出水，其中還經過了沉水植物淨化區，進一步淨化了水質。複合型人工溼地系統對不同營養物質的去除效果受蒸中河河道水質變化的影 響，溼地系統進水水質不穩定(見表1)，進水主要水質參數變化範圍為總氮ΤΝ0. 25 0. 62mg · Γ1、總磷 ΤΡ0. 10 0. 19mg · L—1、化學需氧量 C0DMn8. 1 11. Omg · Γ1。根據《地 表水環境質量標準基本項目標準限值》(GB3838-2002)，該進水水質處於III V類水。表1複合型人工溼地系統進、出水水質變化幅度(mg · Γ1) 進水水體經複合型人工溼地系統處理後，營養物質得到不同程度的降低，水體中 各項水質指標的去除率見表2。從表2可知，該複合型人工溼地系統對硝酸氮、亞硝酸氮、總 磷、葉綠素a等指標的去除率能達到50%及以上，而對CODtfa、氨氮的去除率則不高，平均只 有16. 8%和18. 9%。流經複合型人工溼地系統處理後的水體水質除CODtfa為IV類水外，其 餘均達II類水質標準。比較1、3、5、7、9、11天的水質去除率和均值之間相對離散程度，發 現除了氨氮外，其他指標的去除率均在11天的與均值最為接近，可見，該複合溼地系統在 連續運行10天後，對水質的去除率趨向穩定。表2複合型人工溼地系統對各水質指標的去除率 複合型人工溼地系統能有效的去除N、P等營養物質，處理低汙染負荷的農業面源 汙染水體，總氮、總磷去除率可達44. 和49. 5%，出水水質比進水可提高1 2個地表水 水質等級；但對有機物質的去除率不高，僅為16. 8%;溼地系統對葉綠素a的去除效率高達 75. 8%。上述處理效果是在水力負荷為16. 9m3 · cf1，水力停留時間為3. 5h的條件下得到 的，如果汙染負荷加大，水力停留時間變長，複合型人工溼地系統對汙染物質的去除率將得 到提高。農業園區的溼地系統連續運行10天後對水體營養物質的去除趨向穩定。複合型人工溼地系統使灌溉用水中重金屬物質含量大幅下降，出水濃度大大低於 I類地表水標準的上限，根據《溫室蔬菜產地環境質量評價標準》(HJ333-2006)，處理後的水 完全符合溫室蔬菜灌溉水環境質量標準，該複合型人工溼地系統的建設不僅為農業面源汙 染實現了生態補償，還可實現水資源的循環利用，具有廣闊的應用前景。以上所述實施例僅表達了本發明的實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能 因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說， 在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範 圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。
權利要求
一種複合型人工溼地系統，其特徵在於，設在連接至少一個面源汙染受納水體的區域內，包含人工設置的潛流溼地和表面流溼地，該潛流溼地位於各面源汙染受納水體的近端，在該潛流溼地遠離面源汙染受納水體的一端設有所述表面流溼地。
2.根據權利要求1所述的複合型人工溼地系統，其特徵在於，所述表面流溼地的附近 設有排灌站，該排灌站通過輸水管線與該表面流溼地相連通，用於抽取經人工溼地淨化過 的清潔水作為灌溉水源。
3.根據權利要求2所述的複合型人工溼地系統，其特徵在於，所述排灌站運行時，面源 汙染受納水體中的汙水在該複合型人工溼地系統內的流向是先經潛流溼地，再經表面流溼 地後，由排灌站抽出。
4.根據權利要求2所述的複合型人工溼地系統，其特徵在於，所述排灌站停止運行時， 面源汙染受納水體中的汙水依靠潛流溼地附近設置的動力提升裝置，實現在該複合型人工 溼地系統內的單向流動，從該面源汙染受納水體流向另一水體。
5.根據權利要求1或2所述的複合型人工溼地系統，其特徵在於，所述的複合型人工溼 地系統設在連接兩個或兩個以上具有表面水利聯繫的面源汙染受納水體的區域內，包含人 工設置的潛流溼地和表面流溼地，該潛流溼地位於各面源汙染受納水體的近端，在該潛流 溼地遠離面源汙染受納水體的一端設有所述表面流溼地，形成以該表面流溼地為中心，其 兩側分布潛流溼地的複合型人工溼地系統。
6.根據權利要求1所述的複合型人工溼地系統，其特徵在於，所述潛流溼地包括垂直 流潛流溼地和水平流潛流溼地，其分布從面源汙染受納水體到表面流溼地依次為垂直流潛 流溼地、水平流潛流溼地。
7.根據權利要求1所述的複合型人工溼地系統，其特徵在於，所述連接至少一個面源 汙染受納水體的區域的沿岸種植有沉水植物，以構成沉水植物淨化區。
8.根據權利要求1所述的複合型人工溼地系統，其特徵在於，所述潛流溼地的種植植 物包括美人蕉、千屈菜、石菖蒲、黃花鳶尾、旱傘草中的一種或任意兩種以上組合。
9.根據權利要求1所述的複合型人工溼地系統，其特徵在於，所述表面流溼地的種植 植物包括蘆葦、水蔥、香蒲中的一種或任意兩種以上組合。
10.根據權利要求7所述的複合型人工溼地系統，其特徵在於，所述沉水植物包括苦 草、輪葉黑藻、伊樂藻、金魚藻中的一種或任意兩種以上組合。全文摘要
本發明公開一種複合型人工溼地系統，設在連接至少一個面源汙染受納水體的區域內，包含人工設置的潛流溼地和表面流溼地，該潛流溼地位於各面源汙染受納水體的近端，在該潛流溼地遠離面源汙染受納水體的一端設有所述表面流溼地。本發明的複合型人工溼地系統，不僅治理了農業面源汙染，而且實現了水資源的循環利用。
文檔編號C02F3/32GK101898832SQ20091005732
公開日2010年12月1日 申請日期2009年5月26日 優先權日2009年5月26日
發明者盧子園, 季高華, 王麗卿, 範志鋒, 謝平, 鄭小燕 申請人:上海海洋大學;上海水生環境工程有限公司