一種垂直流紅樹林人工溼地生態系統汙水處理方法
2023-05-29 23:43:06 3
專利名稱：一種垂直流紅樹林人工溼地生態系統汙水處理方法
技術領域：
本發明涉及生態修復、環保工程及汙水處理技術領域，尤其涉及一種垂直流紅樹林人工溼地生態系統汙水處理工藝技術。
背景技術：
人工溼地汙水處理系統自上世紀七、八十年代興起以來，以其投資成本低、淨化效率高、維護簡單等優點在全世界迅速發展，廣泛建立用於工業、農業和生活汙水的處理。人工溼地的功能實施歸根結底是作為自然界分解者的微生物活動的結果，溼地植物不僅為微生物的生長提供物理依附面，促進生物膜的形成，而且為微生物提供生長所需要的氧氣、養料等生存環境條件。目前，應用於 人工溼地的植物多為一年生的草本植物，草本植物生長迅速，淨化效率較好，但每年需花費大量的人力物力收割，否則營養會重返水體，造成二次汙染。再者，溼地填料易營養飽和而不再具備汙染淨化能力，而更換填料需要大量的人力物力；最後，現有溼地易堵塞，汙水淨化能力難以持續。紅樹林是熱帶亞熱帶海岸潮間帶特有的木本植物群落，具有高生物多樣性、高生產力、高歸還率和高分解率的特性，其營養循環和能量流動均非常迅速，是熱帶亞熱帶海岸帶的生態關鍵區，能淨化汙水，對維持沿海一帶的生態平衡有重要作用，具有「海上森林」的美稱，對整個地球環境保護和生物資源開發也有著不可忽視的作用。研究證實，紅樹林溼地可以作為一種高效、低成本、環保型的汙水處理系統。但由於紅樹林的稀缺性和珍貴性，不適宜利用天然紅樹林溼地進行汙水處理，只能通過工程手段建立紅樹林人工溼地工藝用於汙水處理。但目前的紅樹林人工溼地僅僅是將溼地植物換成了紅樹林植物，並沒有構造出一個完整的紅樹林生態系統，使得紅樹林生態系統在汙染淨化方面的功能沒有完全發揮出來。
發明內容
本發明針對以上現狀，提供一種垂直流紅樹林人工溼地生態系統工藝的構造方法，包括以下幾個步驟:
步驟A:建立人工溼地，所述人工溼地包括進水管道、進水區、出水區、溼地床，汙水經所述進水管道流入進水區的底部端，從所述進水區經所述進水管流入所述溼地床；底部還設置有用於排乾積蓄殘渣的出渣閥門；
步驟B:再將所述進水管平鋪於人工溼地表層，管底兩側分布有多個孔；
步驟C:人工溼地床體採用防水材料結構，底部鋪設礫石，所述礫石上再鋪設碎石，所述碎石上面鋪設生物蠔殼，所述生物蠔殼上鋪設帶網孔的PVC軟板，所述軟板上鋪設紅樹林種植土，用於種植紅樹植物。步驟D:於所述進水區內放入生物蠔殼填充，出水區內充填生物蠔殼，在紅樹植物種植土層人工放養大型底棲動物。步驟E:每隔8-15年，紅樹植物全部砍伐，並更換種植土，重新種植紅樹植物。本發明採用以上技術方案，其優點在於，選擇去汙能力較強的木本植物紅樹林植物作為溼地植物,建立垂直流紅樹林人工溼地生態系統,放養螃蟹、螺類、彈塗魚、沙蠶等大型底棲生物，一方面底棲生物分解了凋落物，解決了汙染物重返水體造成二次汙染的問題，另一方面，因為底棲生物的穴居習性，增加了填料中氧氣含量，防止溼地系統堵塞；利用生物蠔殼為填料增大了微生物附著面積，增大了溼地脫氮、除磷效率；用PVC軟板將種植土和生物蠔殼間隔開，採用垂直流方式將汙染物截流於表層種植土，既克服了溼地植物枯萎凋落物造成二次汙染的生態問題，又解決了填料更換困難的難題，非常適合華南沿海地區及熱帶亞熱帶地區的生活汙水、城鎮汙水、養殖廢水或其它富營養化水體的淨化。優選的，進水區的寬度100—300cm，放入生物蠔殼填充至一半深度。汙水經進水管道(粒徑9-12cm，)流入進水區接近底部的一端，從進水區另一端的頂部孔道(粒徑9-12cm，孔間距10cm，管的安裝位置以填料到達的水平面為準，管道中部平行於基質)經進水管流入溼地床；底部另外再安裝一個出水閥門用於將清淤時排乾汙水。進水管((粒徑9-12cm，一端開放，一端封閉)平鋪於人工溼地表層，一半露出地面。管底兩側分布有許多小孔(粒徑5mm，距離管底三分之一處，孔間距5mm)。優選的，人工溼地床體為鋼筋混凝土或其它防水材料結構，底部鋪設粒徑3-5cm的礫石10cm，再鋪設粒徑l-3cm的碎石10cm，上面鋪設生物蠔殼30-50cm，生物蠔殼上鋪設一層帶網孔(孔徑粒徑5cm)的PVC軟板，軟板上鋪設紅樹林種植土 50-80cm，分別種植秋茄、桐花樹、木欖、紅海欖、無瓣海桑、海桑、海蓮、尖瓣海蓮、正紅樹、拉關木等紅樹植物。優選的，出水區寬度100-150cm，充填生物蠔殼。淨化後的汙水從溼地床底部流入出水區，溼地床底部排水孔均勻分布(接近地面，孔徑9-12cm，孔間距10cm)，經短暫停留後由可調節高度的排水管排出。優選的，在紅樹植物種植土層人工放養螃蟹、螺、沙蠶等大型底棲動物。螃蟹放養種類為寄居蟹科、梭子蟹科、沙蟹科、方蟹科的諸如:弧邊招潮蟹、馬氏招潮蟹、鋸緣青蟹、寄居蟹、長足方蟹等，彈塗魚種類為:大彈塗魚、青彈塗魚、大鰭彈塗魚等，螺類為擬沼螺科、黑螺科、匯螺科、蜒螺科、濱螺科、耳螺科的螺類)，以及沙蠶類為河口沙蠶、羽須鰓沙蠶、銳足全刺沙蠶、腺帶沙蠶等。螃蟹放養密度為3-5隻/m2，彈塗魚放養密度為1-2條/m2，螺類放養密度為1-3隻/m2，沙蠶放養密度為2-5條/m2。
優選的，海桑、無瓣海桑、海蓮、尖瓣海蓮種植的株距為I 2m、行距為I 2m ;秋茄、木欖、桐花樹、紅海欖、拉關木、紅樹的種植株距為0.3 0.5m、行距為0.3 0.5m。優選的，海桑和無瓣海桑種植土為5:4:1的海砂、海泥和粒徑5mm的石米混合而成；木欖、海蓮、尖瓣海蓮的種植土為6:1:3的海砂、海泥和粒徑5mm的石米混合而成；秋茄、紅海欖、桐花樹、拉關木、正紅樹的種植土為6:2:2的海砂、海泥和粒徑5mm的石米混合。優選的，每隔8-15年，紅樹植物全部砍伐，並更換種植土，重新種植紅樹植物，種植土經消毒後可回收用於製作有機肥料。本發明的有益效果:
1.採用了多年生木本植物紅樹林作為人工溼地植物，解決了溼地植物每年需要收割節，省了大量的人力物力。2.人工放養螃蟹、螺、彈塗魚、沙蠶等大型底棲生物於種植土層，一方面底棲生物分解了凋落物，解決了汙染物重返水體造成二次汙染的問題，另一方面，因為底棲生物的穴居習性，活動時增加了填料中氧氣含量，洞穴的開挖能防止溼地堵塞。3.採用生物蠔殼為填料，增大了微生物附著面積，有利於微生物的生長、繁殖，增大了汙水脫氮除磷效率。4.採用垂直流的方式將汙染物截流於表層種植土，且種植土與生物蠔殼間的PVC軟板使得填料易於更換，每8-15年更換一次種植土和溼地植物，保證了人工溼地的汙水淨化效率。
圖1本發明進水區的結構示意圖。圖2本發明人工溼地結構示意圖。圖3本發明進水管結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖，對本發明的較優的實施例作進一步的詳細說明:
實施例1
如圖1和圖2所示，一種垂直流紅樹林人工溼地生態系統工藝的構造方法，包括:步驟A:建立人工溼地，所述人工溼地包括進水管道5、進水區2、出水區1、溼地床3，汙水經所述進水管道5流入進水區2的底部端，從所述進水區2經所述進水管流5入所述溼地床3 ;底部還設置有用於排乾汙水的出水閥門10 ；
步驟B:如圖3所示，再將所述進水管道5 (—端開口，一端封閉)平鋪於人工溼地表層，管底兩側分布有多個孔；
步驟C:人工溼地床3為鋼筋混凝土或其它防水材料結構，底部將粒徑3-5cm的礫石7鋪10cm，再將粒徑l-3cm的碎石8鋪10cm，再在碎石8上面將生物蠔殼9鋪設30-50cm，生物蠔殼9上鋪設一層帶網孔(孔徑為5cm)的PVC軟板。實施例2
在低洼處建立人工溼地(長X寬X高，9m*3m*L 0m),按實施例1所述，鋪設管道，依次填入粒徑3_5cm的碌石10cm、粒徑l_3cm的碎石10cm、生物蛇殼30cm、帶網孔(粒徑5cm)的PVC軟板和種植土 50cm (5 -A:1海砂:遊泥:粒徑5mm的石米),株距為lm、行距Im的規格種入海桑幼苗。植物種植3個月後，人工放養無齒相手蟹和褶痕相手蟹(放養密度為3-5隻/m2)，放養彈塗魚(放養密度為1-2條/m2);放養羽須鰓沙蠶(放養密度為2_5條/m2)。在水力負荷為5 m3 Cf1，停留時間約3天的運行參數下，經過近三年的運行，進水中溶解氧非常低，多小於I mg ΙΛ出水中的溶解氧含量多大於5.0 mg L—1，在COD、BOD5、TN、NH3 — N、TP、SP 的平均濃度分別為 180 mg L \ 100 mg L \ 15 mg L \ 10 mg L \5 mg L \3 mg L 1的條件下，出水中COD、B0D5、TN、NH3 — N、TP、SP的平均濃度分別為25 mg L'10 mg L'2mg L'1.5mg L'0.5 mg L'0.3 mg L'溼地運行8年後,將海桑砍伐,移除殘根,將PVC軟板上的種植土全部更換，並重新種植海桑，更換的種植土經消毒處理後用於化肥製作。
實施例3
在低洼處建立人工溼地(長X寬X高，9m*3m*1.2m)，按上所述，鋪設管道，依次填入粒徑3_5cm的碌石10cm、粒徑l_3cm的碎石10cm、生物蛇殼40cm、帶網孔(粒徑2mm)的PVC軟板和種植土 60cm (6:2:2海砂:派泥:粒徑5mm的石米),按株距為0.3m、行距為
0.3m的規格種入秋茄幼苗。植物種植3個月後，人工放養無齒相手蟹和褶痕相手蟹(放養密度為3-5隻/m2)，放養擬黑螺、黑環左式螺(放養密度為1-3隻/m2)，放養腺帶刺沙蠶(放養密度為2-5條/m2)。在水力負荷為5 m3 (Γ1，停留時間約3天的運行參數下，經過近三年的運行，進水中溶解氧非常低，多小於I mg L_\出水中的溶解氧含量多大於5.0 mg L—1，在COD、B0D5、TN、NH3 — N、TP、SP 的平均濃度分別為 180 mg L'120 mg L'15 mg L'10 mgL'4 mg L'2 mg L—1的條件下，出水中COD、BOD5, TN、NH3 — N、TP、SP的平均濃度分別為28 mg L \ 10 mg L \2.5 mg L \1.5mg L \0.5 mg L \0.3 mg L、溼地運行 10 年後，將秋茄砍伐，移除殘根，將PVC軟板上的種植土全部更換，並重新種植秋茄，更換的種植土經消毒處理後用於化肥製作。實施例4
在低洼處建立人工溼地(長X寬X高，9m*3m*l.5m),按上所述，鋪設管道，依次填入粒徑3_5cm的碌石10cm、粒徑l_3cm的碎石10cm、生物蛇殼50cm、帶網孔(粒徑5cm)的PVC軟板和種植土 80cm (6:2:2海砂:遊泥:粒徑5mm的石米)，按株距為0.3m、行距為0.3m的規格種入桐花樹幼苗。植物種植3個月後，人工放養無齒相手蟹和褶痕相手蟹(放養密度為3-5隻/m2)，放養擬黑螺、光滑狹口螺、黑環左式螺(放養密度為1-3隻/m2)，放養羽須鰓沙蠶和腺帶沙蠶(放養密度為2-5條/m2)。在水力負荷為5 m3 (Γ1，停留時間約3天的運行參數下，經過近三年的運行，進水中溶解 氧非常低，多小於I mg Γ1,出水中的溶解氧含量多大於 5.0 mg Γ1，在 C0D、B0D5、TN、NH3 — N,TP,SP 的平均濃度分別為 180 mg L'80 mgL'15 mg L'10 mg L'5 mg L'3 mg L-1 的條件下，出水中 C0D、B0D5、TN、NH3 — N、TP、SP的平均濃度分別為 20 mg L'15 mg L'3.5 mg L'1.5mg L'0.5 mg L'0.3 mg L' 溼地運行10年後，將桐花樹砍伐，移除殘根，將PVC軟板上的種植土全部更換，並重新種植桐花樹，更換的種植土經消毒處理後用於化肥製作。實施例5
在低洼處建立人工溼地(長X寬X高，9m*3m*l.0m),按上所述，鋪設管道，依次填入粒徑3_5cm的碌石10cm、粒徑l_3cm的碎石10cm、生物蛇殼30cm、帶網孔(粒徑2mm)的PVC軟板和種植土 50cm (6:1:3海砂:遊泥:粒徑5mm的石米)，按株距為0.5m、行距為0.5m的規格種入木欖幼苗。植物種植3個月後，人工放養無齒相手蟹和褶痕相手蟹(放養密度為3-5隻/m2)，放養擬黑螺、光滑狹口螺、黑環左式螺(放養密度為1-3隻/m2)，放養羽須鰓沙蠶和腺帶沙蠶(放養密度為2-5條/m2)。在水力負荷為5 m3 (Γ1，停留時間約3天的運行參數下，經過近三年的運行，進水中溶解氧非常低，多小於I mg Γ1,出水中的溶解氧含量多大於 5.0 mg ΙΛ 在 COD、BOD5, TN、NH3 — N、TP、SP 的平均濃度分別為 180 mg L'80 mgL'15 mg L'10 mg L'5 mg L'3 mg L-1 的條件下，出水中 C0D、B0D5、TN、NH3 — N、TP、SP的平均濃度分別為 30 mg L'18 mg L'2.5 mg L'1.5mg L'0.5 mg L'0.3 mg L' 溼地運行10年後，將木欖砍伐，移除殘根,將PVC軟板上的種植土全部更換，並重新種植木欖，更換的種植土經消毒處理後用於有機肥料製作。
由實施例3-5可知，本發明採用以上技術方案增加了汙水脫氮除磷效率，提高了汙水淨化的效率。以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限於 這些說明。對於本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種垂直流紅樹林人工溼地生態系統工藝的構造方法，其特徵在於，包括以下幾個步驟: 步驟A:建立人工溼地，所述人工溼地包括進水管道、進水區、出水區、溼地床，汙水經所述進水管道流入進水區的底部端，從所述進水區經所述進水管流入所述溼地床；底部還設置有用於排乾積蓄殘渣的出渣閥門； 步驟B:再將所述進水管道平鋪於人工溼地表層，所述進水管道的底部兩側分布有多個孔； 步驟C:人工溼地床體的底部鋪設礫石，所述礫石上再鋪設碎石，所述碎石上面鋪設生物蠔殼，所述生物蠔殼上鋪設帶網孔的PVC軟板，所述軟板上鋪設紅樹林種植土，用於種植紅樹植物； 步驟D:於所述進水區內放入生物蠔殼填充，出水區內充填生物蠔殼，在紅樹植物種植土層人工放養大型底棲動物； 步驟E:每隔8-15年，紅樹植物全部砍伐，並更換種植土，重新種植紅樹植物。
2.按權利要求1所述的垂直流紅樹林人工溼地生態系統工藝的構造方法，其特徵在於，人工溼地床體採用防水材料結構，人工溼地床深度為100-150cm、進水區的寬度100—300cm、出水區寬度 100_150cm。
3.按權利要求1所述的垂直流紅樹林人工溼地生態系統工藝的構造方法，其特徵在於，所述進水管道的粒徑為9-12cm，所述孔的粒徑為5mm，所述孔設置在距離管底三分之一處，所述孔之間的間距5mm。
4.按權利要求1所述的垂直流紅樹林人工溼地生態系統工藝的構造方法，其特徵在於，所述碌石的粒徑為3-5cm,所述碎石的粒徑為l_3cm,所述碌石和碎石鋪的厚度為10cm、所述生物蠔殼鋪的厚度為30-50cm、種植土的厚度為50-80cm。
5.按權利要求1所述的垂直流紅樹林人工溼地生態系統工藝的構造方法，其特徵在於，所述溼地床底部設置有多個排水孔，所述排水孔的孔徑9-12cm，所述排水孔之間的間距為 IOcm0
6.按權利要求1所述的垂直流紅樹林人工溼地生態系統工藝的構造方法，其特徵在於，所述種植土中，海桑和無瓣海桑種植土為按質量比5:4:1的海砂、海泥，以及粒徑為的石米混合而成；木欖、海蓮、尖瓣海蓮的種植土為按質量比6:1:3的海砂、海泥，以及粒徑為5mm的石米混合而成；秋茄、紅海欖、桐花樹、拉關木、正紅樹的種植土為按質量比6:2:2的海砂、海泥，以及粒徑為5_的石米混合而成。
7.按權利要求1所述的垂直流紅樹林人工溼地生態系統工藝的構造方法，其特徵在於，所述紅樹植物採用秋茄、桐花樹、木欖、紅海欖、無瓣海桑、海桑、海蓮、尖瓣海蓮、正紅樹、拉關木中的至少一種。
8.按權利要求1所述的垂直流紅樹林人工溼地生態系統工藝的構造方法，其特徵在於，所述大型底棲動物為螃蟹、彈塗魚、螺、沙蠶，螃蟹放養密度為3-5隻/m2，彈塗魚放養密度為1-2條/m2，螺類放養密度為1-3隻/m2，沙蠶放養密度為2_5條/m2。
9.按權利要求8所述的垂直流紅樹林人工溼地生態系統工藝的構造方法，其特徵在於，所述所螃蟹採用弧邊招潮蟹、馬氏招潮蟹、鋸緣青蟹、寄居蟹、長足方蟹中的至少一種，所述彈塗魚種類採用大彈塗魚、青彈塗魚、大鰭彈塗魚中的至少一種，螺類為擬沼螺科、黑螺科、匯螺科、蜒螺科、濱螺科、耳螺科中的至少一種，所述沙蠶類為河口沙蠶、羽須鰓沙蠶、銳足全刺沙蠶、腺帶沙蠶中的至少一種。
10.按權利要求1所述的垂直流紅樹林人工溼地生態系統工藝的構造方法，其特徵在於，海桑、無瓣海桑、海蓮、尖瓣海蓮種植的株距為1 2m、行距為1 2m ;秋茄、木欖、桐花樹、紅海欖、拉關木、 紅樹的種植株距為0.3 0.5m、行距為0.3 0.5m。
全文摘要
本發明提供一種垂直流紅樹林人工溼地生態系統工藝的構造方法，包括以下幾個步驟步驟A:建立人工溼地；步驟B:再將所述進水管道平鋪於人工溼地表層，所述進水管道的底部兩側分布有多個孔；步驟C:人工溼地床體的底部鋪設礫石，所述礫石上再鋪設碎石,所述碎石上面鋪設生物蠔殼，所述生物蠔殼上鋪設帶網孔的PVC軟板，所述軟板上鋪設紅樹林種植土，用於種植紅樹植物；步驟D:於所述進水區內放入生物蠔殼填充，在紅樹植物種植土層人工放養大型底棲動物；步驟E:每隔8-15年，紅樹植物全部砍伐，重新種植紅樹植物。本發明採用了多年生木本植物紅樹林作為人工溼地植物，解決了溼地植物每年需要收割節,省了大量的人力物力。
文檔編號C02F3/32GK103086516SQ201310035739
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月30日 優先權日2013年1月30日
發明者昝啟傑, 楊瓊, 程華榮, 程叢星, 昝欣, 周海旋, 毛禮, 楊遠鏗 申請人:深圳市東華園林綠化有限公司