一種新型濕地磷循環(huán)模擬裝置及其操作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種新型濕地磷循環(huán)模擬裝置及其操作方法，所述裝置主要包括配水池(1)、貯水池(2)和種植池(3～14)。配水池(1)通過(guò)管道與種植池(3～14)相連。在種植池(3～14)內(nèi)種植不同濕地植物及其組合。將配水池(1)內(nèi)的污水泵入種植池(3～14)內(nèi)，通過(guò)定期監(jiān)測(cè)種植池中不同形態(tài)磷的濃度，研究磷在濕地中的循環(huán)特征。所述裝置可用于綜合研究進(jìn)水流量、水深、植被類(lèi)型對(duì)磷循環(huán)過(guò)程的影響，為濕地恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種新型濕地磷循環(huán)模擬裝置及其操作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種新型濕地磷循環(huán)模擬裝置及其操作方法，適合于研宄濕地磷循環(huán)及外部因素對(duì)磷循環(huán)過(guò)程的影響。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，我國(guó)面臨的水體污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，大量生活污水、工業(yè)廢水、農(nóng)田用水的排放導(dǎo)致水體中污染物濃度迅速升高，水體富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。
[0003]濕地具有滯留、清除和轉(zhuǎn)化有毒有害物等功能。濕地通過(guò)水生植物吸收富集、底泥吸附沉積和微生物同化累積等過(guò)程可有效降低水體中的污染物濃度。濕地對(duì)污染物的去除受多種因素影響，主要包括基質(zhì)類(lèi)型及理化特征、水力條件、水體理化指標(biāo)、微生物活性、氣象因子等。
[0004]磷是水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要限制因子。目前對(duì)于濕地中磷循環(huán)的研宄通常是對(duì)天然濕地進(jìn)行直接采樣和監(jiān)測(cè)，部分學(xué)者采用簡(jiǎn)單的裝置進(jìn)行模擬。這些裝置通常只能研宄單一條件下的磷循環(huán)特征，尚無(wú)成型、結(jié)構(gòu)合理和完善的用于研宄濕地磷循環(huán)過(guò)程的裝置。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種新型濕地磷循環(huán)模擬裝置及其操作方法，同時(shí)本發(fā)明綜合了靜態(tài)和動(dòng)態(tài)模擬，可用于研宄不同因素對(duì)濕地磷循環(huán)過(guò)程的影響。
[0006]為完成本發(fā)明的目的，本發(fā)明一種新型濕地磷循環(huán)模擬裝置，其特征是:包括配水池(I)、貯水池(2)、第I至第12種植池(3?14)，所述配水池(I)通過(guò)管徑為6cm管道
(18)和管徑為3cm管道(19)連接第I至第12種植池(3?14)，管道上設(shè)有開(kāi)關(guān)閥(22)，貯水池(2)外接一個(gè)安裝開(kāi)關(guān)閥的管道(18)，并通過(guò)水泵(20)與第I至第12種植池(3?14)連接。
[0007]根據(jù)本發(fā)明，所述第I至第12種植池(3?14)從下至上分別鋪設(shè)1cm厚的粒徑為5?8cm的爍石(29)，20cm厚的粒徑為0.05?Imm的砂土(30)。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，所述第I至第12種植池(3?14)之間采用鋼筋混凝土隔斷(15)，其中第I至第3種植池(3?5)之間、第4至第6種植池出?8)之間、第7至第9種植池(9?11)之間、第10至第12種植池(12?14)之間通過(guò)設(shè)置開(kāi)關(guān)閥的管徑為3cm的連接管(17)連通。
[0009]根據(jù)本發(fā)明，所述第I至第3種植池(3?14)在距池底1cm和30cm處外接兩根安裝開(kāi)關(guān)閥的集水管(16)，用于收集不同深度的水樣。集水管(16)管徑為3cm，長(zhǎng)80cm，集水管(16)上均勻布設(shè)孔徑為Icm圓孔，管外層圍有過(guò)濾網(wǎng)。
[0010]根據(jù)本發(fā)明，所述第I至第3種植池(3?14)內(nèi)水位低于要求的高度時(shí)，水位控制器(23)中的電子繼電器閉合，水泵(20)啟動(dòng)并開(kāi)始注水，當(dāng)水位上升到達(dá)要求的高度時(shí)，電子繼電器斷開(kāi)，水泵(20)自動(dòng)斷電并停止注水。
[0011]在配水池(I)中加入污水。通過(guò)水泵(20)和計(jì)時(shí)器(21)設(shè)置符合要求的進(jìn)水流量和進(jìn)水時(shí)間。污水經(jīng)管道進(jìn)入第I至第3種植池(3?14)。通過(guò)水位控制器(23)調(diào)節(jié)水面高度。污水流過(guò)基質(zhì)后從出水口(28)排出。當(dāng)污水循環(huán)流動(dòng)時(shí)，排出的污水通過(guò)管道(19)循環(huán)到進(jìn)水口(24)，并進(jìn)入第I至第3種植池(3?14)中。如果進(jìn)行靜態(tài)模擬試驗(yàn)，可待污水達(dá)到要求的深度時(shí)，停止泵水。通過(guò)集水管(16)采集不同深度的水樣，進(jìn)行相關(guān)的化學(xué)分析。
[0012]本發(fā)明的有益效果:通過(guò)調(diào)節(jié)水泵(20)的流量控制基質(zhì)表面污水的進(jìn)水速率，可以分析不同進(jìn)水流量對(duì)濕地內(nèi)磷循環(huán)過(guò)程的影響，從而可以更準(zhǔn)確模擬濕地內(nèi)磷循環(huán)過(guò)程；通過(guò)不同深度集水管(16)，可以分析模擬磷在濕地內(nèi)不同深度轉(zhuǎn)化狀態(tài)；通過(guò)控制水泵(20)可以分別完成靜態(tài)和動(dòng)態(tài)水流條件下的磷循環(huán)過(guò)程模擬；通過(guò)控制不同水位，可以分析濕地內(nèi)不同水深處磷的存在狀態(tài)；通過(guò)結(jié)合流量控制和水位控制，將多個(gè)影響因素結(jié)合在同一裝置中，并實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)和靜態(tài)模擬，可提高裝置利用效率。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1濕地磷循環(huán)模擬裝置平面圖。其中，I為配水池、2為貯水池、3?14依次為第I?第12種植池、15為隔斷、16為集水管、17為管徑3cm的連接管、18為管徑為6cm的管道、19為管徑為3cm的管道、20為水泵、21為計(jì)時(shí)器、22為開(kāi)關(guān)閥、23為水位控制器
[0014]圖2濕地磷循環(huán)模擬裝置的種植池剖面圖。其中，24為進(jìn)水口、25為濕地植物、26為污水、27為水位探頭、28為出水口、29為粒徑為5?8cm的爍石、30為粒徑為0.05?Imm的砂土、31為1mm厚鋼筋混凝土底面、32為1mm厚鋼筋混凝土墻體
[0015]圖3濕地磷循環(huán)模擬裝置的配水池剖面圖。其中，33為1mm厚PVC蓋
[0016]圖4濕地磷循環(huán)模擬裝置的貯水池剖面圖
[0017]圖5不同水力停留時(shí)間條件下總磷去除率
[0018]圖6不同流量條件下總磷去除率

【具體實(shí)施方式】
[0019]以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。
[0020]實(shí)施案例
[0021]實(shí)施例1
[0022]配水池(I) 一個(gè)，配水池長(zhǎng):寬:高分別為300: 100: 80cm ;貯水池⑵一個(gè)，貯水池長(zhǎng):寬:高分別為200: 200: 80cm;種植池(3?14)十二個(gè)，每個(gè)種植池長(zhǎng):寬:高分別為600: 100: 80cm。每個(gè)種植池采用隔斷平均分成3個(gè)部分。各部分填充相同的基質(zhì)，從下至上依次為厚度為15cm粒徑5?8cm的爍石、厚度為25cm粒徑0.05?Imm的砂土。種植池(3?14)和隔斷(15)由鋼筋混凝土構(gòu)建而成，內(nèi)部鋪設(shè)有防滲膜層(包括兩個(gè)池中間鋪設(shè)和池底)。采集北京市野生動(dòng)物救護(hù)與繁育中心濕地中的香蒲和蘆葦根莖，篩選生長(zhǎng)健壯且大小均一的植物根莖按600g/m2的種植密度栽種到種植池(3?14)中。在空氣溫度為20?30°C，濕度為40?60%條件下，植物自由生長(zhǎng)30天。
[0023]關(guān)閉種植池出水口(28)處的開(kāi)關(guān)閥。打開(kāi)連接管(17)上的開(kāi)關(guān)閥，將配水池(I)中的污水按照設(shè)定的流量泵入種植池3、6、9、12中，并通過(guò)連接管(17)進(jìn)入其他種植池中。通過(guò)水位控制器(23)調(diào)節(jié)水深并保持為30cm。通過(guò)集水管(16)定時(shí)采集種植池(3?14)不同深度的水樣，并在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)收割植物，然后進(jìn)行相關(guān)化學(xué)分析，得到樣品中總磷質(zhì)量濃度，從而得到靜態(tài)模擬條件下，不同水力停留時(shí)間下總磷去除率變化。
[0024]結(jié)果表明，總磷去除率隨水力停留時(shí)間的延長(zhǎng)而整體呈增加趨勢(shì)。水力停留時(shí)間小于3天時(shí)，總磷去除率隨水力停留時(shí)間的增加而迅速增加(O?67.9±9.09% )，超過(guò)3天時(shí)，總磷去除率增加緩慢。當(dāng)水力停留時(shí)間為30天時(shí)，總磷去除率達(dá)最大值81.4±10.8%。
[0025]實(shí)施例2
[0026]應(yīng)用實(shí)施例1的種植池(3?14)進(jìn)行了不同進(jìn)水流量條件下總磷去除效果研宄。關(guān)閉種植池出水口(28)處的開(kāi)關(guān)閥，并將連接管(17)上的開(kāi)關(guān)閥打開(kāi)，將配水池(I)中的污水按照設(shè)定的流量泵入種植池3、6、9、12中，并通過(guò)連接管(17)進(jìn)入其他種植池中。通過(guò)水位控制器(23)調(diào)節(jié)水深并保持為30cm。待污水注入到要求的高度時(shí)，關(guān)閉進(jìn)水口處(24)的開(kāi)關(guān)閥，并打開(kāi)種植池出水口(28)處的開(kāi)關(guān)閥，調(diào)節(jié)水泵(20)的進(jìn)水流量分別為0.5、3、5、10m3/d，污水經(jīng)過(guò)處理后通過(guò)管道(19)重新返回到進(jìn)水口(24)，并進(jìn)入種植池(3?14)中，從而形成循環(huán)流動(dòng)。通過(guò)集水管(15)定時(shí)采集種植池(3?14)不同深度的水樣，并在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)收割植物，然后進(jìn)行相關(guān)化學(xué)分析，得到樣品中總磷質(zhì)量濃度，從而得到動(dòng)態(tài)循環(huán)條件下，總磷去除率變化。
[0027]結(jié)果表明，隨進(jìn)水流量的增加，總磷去除率整體呈先增加后降低的變化過(guò)程。進(jìn)水流量為3m3/d時(shí)，總磷去除率達(dá)最大值79.3±8.52%。當(dāng)進(jìn)水流量增加至10m3/d時(shí)，總磷去除率為56.4 ±4.11%，較去除率峰值降低29%。
[0028]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種新型濕地磷循環(huán)模擬裝置，其特征是:包括配水池(I)、貯水池(2)和第I至第12種植池(3?14)，配水池(I)通過(guò)管徑為6cm管道(18)和管徑為3cm管道(19)連接第I至第12種植池(3?14)，管道上設(shè)置開(kāi)關(guān)閥(22)，貯水池(2)外接一個(gè)安裝開(kāi)關(guān)閥的管道(18)，并通過(guò)水泵(20)與第I至第12種植池(3?14)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型濕地磷循環(huán)模擬裝置，其特征是:所述第I至第12種植池(3?14)從下至上分別鋪設(shè)1cm厚的粒徑為5?8cm的爍石(29)，20cm厚的粒徑為0.05 ?1_ 的砂土(30)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型濕地磷循環(huán)模擬裝置，其特征是:所述第I至第12種植池(3?14)在距池底1cm和30cm處外接兩根安裝開(kāi)關(guān)閥的集水管(16)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型濕地磷循環(huán)模擬裝置，其特征是:所述第I至第12種植池(3?14)之間采用鋼筋混凝土隔斷(15)，其中第I至第3種植池(3-5)之間、第4至第6種植池(6-8)之間、第7至第9種植池(9-11)之間、第10至第12種植池(12-14)之間通過(guò)設(shè)置開(kāi)關(guān)閥的管徑為3cm的連接管(17)連通。
【文檔編號(hào)】C02F3/32GK204251416SQ201420330263
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月20日
【發(fā)明者】崔麗娟, 張巖, 王義飛, 李偉, 張曼胤 申請(qǐng)人:中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)新技術(shù)研究所