申请日2007.03.14
公开(公告)日2007.09.26
IPC分类号C02F3/32
摘要
本发明涉及一种人工湿地复合植被污水净化系统，其特征在于：所述复合植被包括水葱、香蒲和水柳，水葱行间杂以香蒲行、水柳行。本发明采用来源广泛、成本低廉的水葱、香蒲、水柳和石砾基质来建设潜流人工湿地系统，不仅可以有效去除水体污染物，而且能够显著增强湿地景观。该湿地不仅能够在城市区域高效净化生活污水，在广大农村地区对地表径流、工业废水、矿山废水等也具有很好的净化潜力。本发明湿地系统能长期保持稳定的去污效果，有利于丰富物种多样性，美化城市景观，为公众提供观赏休憩场所和科普教育基地。
权利要求书
1.一种人工湿地复合植被污水净化系统，其特征在于：所述复合植被包括 水葱、香蒲和水柳，水葱行间杂以香蒲行、水柳行。
2.根据权利要求1所述的人工湿地复合植被污水净化系统，所述行距为 40-60cm，株距30-50cm。
3.根据权利要求1所述的人工湿地复合植被污水净化系统，所述湿在基质 为石砾基质。
4.根据权利要求3所述的人工湿地复合植被污水净化系统，所述石砾基质 粒径为3-5cm。
5.根据权利要求1所述的人工湿地复合植被污水净化系统，所述人工湿地 类型为潜流型湿地。
说明书
人工湿地复合植被污水处理系统
技术领域
本发明涉及水处理领域，具体地说涉及一种人工湿地复合植被污水处理系 统。
背景技术
人工湿地是在一定的基质(填料)上种植湿地植物，对有机物和氮、磷污 染物具有较强的降解能力。人工湿在是利用基质-微生物-植物这个复合生态系 统的物理、化学、和生物的三重协调作用，通过过滤、沉淀、离子交换、植物 吸收和微生物分解来实现对废水的高效净化。早在20世纪初，英国和美国就 有利用香蒲(Typha angustifolia)沼泽处理污水的先例。
目前有关湿地植物的大多数研究均围绕草本进行，香蒲(Typha sp.)、芦 苇(Phragmites sp.)、水葱(Scirpus sp.)、美人蕉(Canna sp.)、凤眼莲(Eichhorina crassipes)、苔草(Carex sp.)、灯心草(Juncus sp.)、鸢尾(Iris sp.)等在世界 范围内被广泛引种栽培。在我国，菖蒲(Acorus calamus)、藨草(Scirpus sp.)、 草芦(Phalaris sp.)、茳芏(Cyperus malaccensis)、浮萍(Lemna minor)、茭白 (Zezania latifalia)等也得到广泛研究和应用。而且，不同湿地植物种类混植 形成的复合湿地植被普遍地比纯种植被更具优势，多种类复合的湿地植被比纯 种植被具有更高的污水净化效率，对寄生虫捕食或暴发性疾病也具有更稳定的 抵抗力。对芦苇湿地在全球范围内单一和混合种植的净化数据统计发现，混合 种植系统不仅净化效率更高，而且效果更稳定。在我国昆明，金鱼藻 (Ceratophyllum demersum)、菱角(Trapa japonica)、满江红(Azolla imbricata)、 水花生的野生成熟植株被移入露天混凝土池(3m×3m×1m，并通过间苗保持植 被覆盖度约80%)，四类植物的两两复合群落对N、P的净化功效比单一种类 有明显提高，说明不同种类混植可提高植被系统对水体N、P的整体净化效率。 在美国Morgantown，灯心草(J.effuses)，水葱和宽叶香蒲(T.latifolia)被 植入40L的椭圆形黑色塑料牛槽(1.5m×1m，装有45cm或60cm厚的豆粒状 砂砾基质)，三者的单一和复合混植试验也证明三种类的复合植被对生活污水 的净化效率大大高于纯种植被。此外，芦苇-水莞(Schoenoplectus lacustris)、 茭白-菖蒲、藨草-苔草等混植的垂直流湿地的除磷效率(40～65%)及稳定 性均得到提高，而且对藻毒素的去除作用明显(34.6～68.5%)。
一般湿地维管束植物(可以简称为维管植物)能够通过分化水流、减缓流 速来固定基质、沉淀悬浮物，能够在茎干和根系上为微小生物的繁殖提供附着 场所，能够吸收C、N、P和微量元素进入组织，并从根部、腐烂凋落物释放 有机碳源以便为微生物代谢提供能量，能够在大气和沉积层之间交换气体并在 缺氧基质层创造富氧的微环境，还能够增加湿地系统的景观美学价值。当前人 工湿地已经从传统的单一水质净化转向多目标应用，其关注的焦点也从污染物 去除增加为强化科学研究、提高生物多样性和提升景观娱乐性能并重，这在以 高效净水、美化环境、增强生物多样性、提高公众休憩娱乐与科普教育为多目 标的城市湿地系统中体现得尤其突出。湿地植被系统不仅直接关系到人工湿地 的污水净化效果，而且还具有提升湿地系统景观，恢复野生动植物栖息地，强 化湿地截留降水、雨洪调蓄与地下水回填，以及为公众提供观赏、休憩和科普 教育等重要功能。
在实际应用过程中，尽管人口密集的城市区域对污水净化技术的需求最为 迫切，但是人工湿地占地面积大的缺陷往往制约了其应用，为了提高去除效率 和景观效果，必须建设由多个景观型湿地植物种类复合的多目标城市湿地。城 市污水具有高水力负荷、高营养负荷的特点，建立适合城市污水的净化的湿地 水生景观，已经成为关乎人工湿地污水净化技术能否在短期内、在城市区域实 现大面积推广应用和低成本、高效率运行的核心技术。
发明内容
针对上述领域中的缺陷，本发明提供一种高效净水、景观美好的人工湿地 复合植被污水净化系统，该湿地系统能长期保持稳定的去污效果，有利于丰富 物种多样性，美化城市景观，为公众提供观赏休憩场所和科普教育基地。
一种人工湿地复合植被污水净化系统，其特征在于：所述复合植被包括水 葱、香蒲和水柳，水葱行间杂以香蒲行、水柳行。
所述行距为40-60cm，株距30-50cm。
所述湿在基质为石砾基质。
所述石砾基质粒径为3-5cm。
所述人工湿地类型为潜流型湿地。
本发明根据城市污水高COD、BOD，高N、高P的特点，在人工湿地的 植被中，优选出水葱、香蒲和水柳组成复合植被，以水葱为主并进行行状种植， 在水葱行之间杂以香蒲、水柳行，具体种植模式为…水葱行…香蒲行…水葱 行…水柳行…水葱行…。
人工湿地对有机物有较强的净化能力，污水中的不溶性有机物通过湿地的 沉淀，过滤作用，可能很快被截留下来而被微生物利用，而污水中的可溶性有 机物则可通过植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代谢过程而被分解去除。污 水中的氮主要是通过微生物的硝化和反硝化作用、植物的吸收、氨的挥发以及 基质的吸附和过滤等过程而去除。污水中的氮以有机氮和无机氮两种形式存 在。无机氮可以被人工湿地中的植物吸收，合成植物蛋白，最后通过植物的收 割形式从湿地系统中去除。有机氮主要是通过硝化和反硝化作用去除，硝化反 应主要在好氧条件下进行，反硝化作用则在厌氧的条件下进行，要提高有机氮 的去除率，则需要保持硝化-反硝化途径的通畅，这其中的关键在于提高氧的 供应能力。污水中的磷主要是通过基质的吸附、络合及与钙、铝、铁和土壤颗 粒的沉淀反应及泥炭累积，植物的吸收，微生物去除作用来去除的。
人工湿地中植物的净化能力主要与植物的生物量、根系的发达程度、根系 的输氧能力等因素有关，人工湿地不同种类的湿地植物对污染物的去除有一定 的差异，因此可能根据污染物含量的不同决定湿地植物，而复合植被的净化能 力又优于单一植被。不同植物复合混植以后，首先不同种类的湿地植物对于特 定的污染物去除具有优势，而且湿地植物也能通过释放化感物质来促进相互的 生长和繁殖，进而形成稳定旺盛的植被群落，从而提高植被系统的整体净化效 果。还有，湿地植物的生理代谢直接关系到依附其上的微生物群落及其污染物 降解效果。一般来说，多种类复合的湿地植被可以为根系提供更有效的分布， 为更多种类的微生物群落提供栖息地，因而复合栽培系统对污水具有大而持久 的净化能力。在复合湿地植被系统中，不同种类植物的根系除了可以向根部输 送O2外，还可以分泌更多种类的糖、醇、氨基酸、维生素、磷脂等有机化合 物(约占光合作用固定碳的10～40%)，这可能为种类更加丰富的反硝化菌类 提供有机碳源，从而增加硝酸盐去除率，加速有机污染物的矿化。本发明根据 城市污水高COD、BOD、高N、高P的特点，选择草本与木本相结合，草本 根系丰富，而木本根系发达，两者取长补短，又相互促进，其净水效率比单一 植被有了很大的提高。上述三种植物各具净化特色，水葱可以高效去除城市污 水中含量很高的COD、BOD类污染物;香蒲不仅可以去除N、P类污染物， 而且根系分泌物可以有效杀死城市污水中特有的各种细菌和病原体;水柳根深 冠大，可以向基质输送氧气，提高有机氮的去除率，同时美化湿地景观。本发 明采用的植物品种均具有生长快、植株高的特点，建设后人工湿地系统可以有 效抑制杂草入侵，降低了运行成本。
优选行距为40-60cm，株距30-50cm.在此范围内，湿地内根系分布均匀， 净水效果稳定，同时减少其他物种入侵。本发明主要针对的是城市污水，城市 污水中颗粒性污染物较少，且高N、高P，采用粒径为3-5cm的石砾基质以有 效去除TN、TP。粒径适宜的石砾既可以保持足够的通透性来改善基质的缺氧 状况，便于根系深扎，又利于植物根系的固着生长;人工湿地类型优选为潜流 型湿地，潜流湿地净化效率更高，而且没有异味，不会滋生蚊蝇，该类型湿地 更适应水生植物生长，净水效果明显。
本发明具有如下优点：
1.净水效率高。即便在北京地区的秋冬季节柳树湿地去除效率也能达到 CODcr0.750g m-2 d-1，TN0.032g m-2 d-1，TP0.386g m-2 d-1。
2.建设成本低。本发明采用的水葱、香蒲、水柳植物品种和粒径约3-5cm 的石砾基质来源广泛，价格低廉，因而可以有效地降低人工湿地的建设成本。
3.运行管理方便。本发明所采用的植物品种生命力强，生长迅速，植株高 大，在同杂草的竞争中具有优势，可以有效抑制杂草入侵，降低人工湿地的运 行管理费用。
4.景观效果美好。本发明所采用的植物品种属景观型水生植物，因而水葱 复合湿地植被无疑具有很高有景观美学价值，能够有效提升周边环境品质。
本发明采用来源广泛、成本低廉的水葱、香蒲、水柳和石砾基质来建设潜 流人工湿地系统，不仅可以有效去除水体污染物，而且能够显著增强湿地景观。 该湿地不仅能够在城市区域高效净化生活污水，在广大农村地区对地表径流、 工业废水、矿山废水等也具有很好的净化潜力。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
在50m×10m规模的潜流湿地系统，采用水葱(Scirpus validus)、香蒲(Typha angustata)、水柳(Lythrum salicaria)多年生地下根按照…水葱行…香蒲行… 水葱行…水柳行…水葱行…(行距50cm)的种植模式在粒径约5cm的石砾基 质上建设潜流型人工湿地污水净化系统，建成一年后，在日处理污水量达50m3 d-1的条件下，在2005年9.13-11.21期间，其去除效率能够达到CODcr0.750gm-2 d-1，TN0.032g m-2 d-1，TP0.386g m-2 d-1。
实施例2
在50m×10m规模的潜流湿地系统，采用水葱(Scirpus validus)、香蒲(Typha angustata)、水柳(Lythrum salicaria)多年生地下根按照…水葱行…香蒲行… 水葱行…水柳行…水葱行…(行距50cm)的种植模式在粒径约5cm的石砾基 质上建设潜流型人工湿地污水净化系统，建成一年后，在日处理污水量达50m3 d-1的条件下，在2006年4.6-10.27期间，其去除效率能够达到CODcr0.64gm-2 d-1。
实施例3
在30m×20m规模的潜流湿地系统，采用水葱(Scirpus validus)、香蒲(Typha angustata)、水柳(Lythrum salicaria)多年生地下根按照…水葱行…香蒲行… 水葱行…水柳行…水葱行…(行距50cm)的种植模式在粒径约5cm的石砾基 质上建设潜流型人工湿地污水净化系统，建成一年后，在日处理污水量达30m3 d-1的条件下，在2005年9-11月期间，其去除效率能够达到CODcr0.830g m-2 d-1， TN0.046g m-2 d-1，TP0.462g m-2 d-1。
实施例4
在30m×20m规模的潜流湿地系统，采用水葱(Scirpus validus)、香蒲(Typha angustata)、水柳(Lythrum salicaria)多年生地下根按照…水葱行…香蒲行… 水葱行…水柳行…水葱行…(行距50cm)的种植模式在粒径约5cm的石砾基 质上建设潜流型人工湿地污水净化系统，建成一年后，在日处理污水量达60m3 d-1的条件下，在2006年4-11月期间，其去除效率能够达到CODcr0.74g m-2 d-1。
对比例：
对照例1：香蒲是世界范围内最为常用的湿地植物之一，在规模、基质、 进出水、湿地类型等条件完全一致的条件下，香蒲(Typha angustata)-石砾 基质潜流湿地在2005年9.13-11.21期间，其去除效率分别仅为CODcr0.615g m-2 d-1，TN0.023g m-2 d-1，TP0.338g m-2 d-1。