本發(fā)明涉及水環(huán)境治理領(lǐng)域，更具體涉及一種可調(diào)節(jié)參數(shù)的人工濕地氣體取樣的方法，同時(shí)還涉及一種人工濕地氣體取樣裝置，適合人工濕地運(yùn)行過(guò)程中所釋放氣體的收集與檢測(cè)，并能根據(jù)外界氣候條件改變方法參數(shù)，為調(diào)整濕地運(yùn)行方式提供理論參考，便于及時(shí)掌握人工濕地運(yùn)行狀態(tài)。

背景技術(shù)：

人工濕地是人為設(shè)計(jì)的類(lèi)似自然濕地的一種污水處理工藝，常用于凈化，如生活污水、工業(yè)廢水、暴雨徑流、灌溉污水以及垃圾滲濾液等，來(lái)自點(diǎn)源和非點(diǎn)源的污染水體。人工濕地通過(guò)基質(zhì)截留、生物累積從污染水體中有效去除污染物質(zhì)。在此過(guò)程中，人工濕地固定大量外源碳，有助于改善氣候惡化現(xiàn)狀。然而，這一過(guò)程帶來(lái)的副作用是人工濕地會(huì)釋放溫室氣體，比如CH₄，CO₂，N₂O。

人工濕地用于水處理之外，還可作為休閑去處，用于生態(tài)防洪、調(diào)控氣候，產(chǎn)生諸多環(huán)境效益。那么，因?yàn)槿斯竦蒯尫艤厥覛怏w，而不去修建、維護(hù)人工濕地，是一種目光短淺的行為。而人工濕地運(yùn)行時(shí)，由于水力負(fù)荷、營(yíng)養(yǎng)條件、運(yùn)行方式、氣候環(huán)境的差異，其溫室氣體的釋放量會(huì)有顯著差異，對(duì)于不同條件下如何有效收集人工濕地產(chǎn)生的氣體，以及如何準(zhǔn)確的檢測(cè)其釋放量的大小，以判斷其運(yùn)行狀態(tài)是否良好及開(kāi)展相關(guān)科學(xué)研究，是亟待解決的問(wèn)題。

以往人工濕地氣體通量研究中氣體收集方法，多為單一條件下使用的靜態(tài)氣箱法，或者開(kāi)放系統(tǒng)下的協(xié)方差算法，以計(jì)算不同尺度濕地的氣體通量大小。前者受限于使用條件單一，并不能準(zhǔn)確反映年尺度以上氣通量隨植物生長(zhǎng)的變化，同時(shí)，往往收集方法參數(shù)確定后無(wú)法更改，否則影響后續(xù)測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性。后者需要架設(shè)專(zhuān)用設(shè)備，占地面積較大，影響濕地中植物的種植，且費(fèi)用高昂。那么，急需一種造價(jià)合適、可用于不同條件的人工濕地氣體取樣裝置，以滿(mǎn)足檢測(cè)的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是在于提供了一種可調(diào)節(jié)參數(shù)的人工濕地氣體取樣的方法，方法易行，操作簡(jiǎn)便，確保收集方法的可靠性和準(zhǔn)確性。本方法及時(shí)分析人工濕地運(yùn)行狀態(tài)，為減少溫室氣體的排放提供理論依據(jù)。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是在于提供了一種可調(diào)節(jié)參數(shù)的人工濕地氣體取樣的裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，能實(shí)時(shí)收集人工濕地釋放的氣體，可根據(jù)植物的高度改變裝置高度，并采用可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的風(fēng)扇以適應(yīng)不同取樣條件，確保收集的可靠性和準(zhǔn)確性。

為解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種可調(diào)節(jié)參數(shù)的人工濕地氣體取樣的方法，其步驟是：

A、將一種可調(diào)節(jié)參數(shù)的人工濕地氣體取樣的裝置預(yù)埋，將底座埋入預(yù)設(shè)點(diǎn)，罩住植物，可埋入濕地表層10～15cm處。裝置埋入后，要求濕地水位沒(méi)過(guò)裝置底座，保證液封效果。

B、氣體取樣，根據(jù)需求選擇取樣筒數(shù)，和風(fēng)扇流速大小。根據(jù)確定的取樣筒體積，抽取5％或以下體積數(shù)的氣體樣品，保存于氣樣袋或者針筒中，置于26L的ESKY戶(hù)外便攜冷藏盒保溫箱及時(shí)送回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定。

C、根據(jù)氣體檢測(cè)結(jié)果對(duì)人工濕地運(yùn)行條件等進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，如N₂O通量值過(guò)高(如1mgN/m²×min)，可及時(shí)補(bǔ)充外源碳以減緩N₂O的排放；若遇到CH₄通量過(guò)高(如5mgC/m²×min)，可降低濕地水位。將濕地的運(yùn)行管理，與其生態(tài)效應(yīng)結(jié)合起來(lái)，更直觀的監(jiān)測(cè)其運(yùn)行狀態(tài)。通過(guò)實(shí)測(cè)濕地在凈化水質(zhì)同時(shí)，向環(huán)境中釋放的溫室氣體含量，為是否需要調(diào)控提供依據(jù)。

一種可調(diào)節(jié)參數(shù)的人工濕地氣體取樣裝置，它由裝有Aerocool USB風(fēng)扇調(diào)速器、1/8規(guī)格二通閥取樣口、4分外絲固定金屬溫度計(jì)(wss-311)；風(fēng)扇、H型套筒管、底座固定螺母、50cm高、直徑16cm的PVC圓形取樣筒、固定底座、DN160PVC堵頭組成，其連接關(guān)系是：固定底座和取樣筒通過(guò)底座固定螺母固定，作為裝置底部，起支撐作用。另外，取樣筒可通過(guò)H型套筒管疊加連接，以滿(mǎn)足不同植物高度的需要；取樣筒下部與固定底座通過(guò)底座固定螺母連接，底座固定螺母在取樣筒上相隔90°分布。PVC圓形堵頭安裝于裝置頂部，其中間位置裝有1/8規(guī)格二通閥取樣口；9.PVC圓形堵頭里裝有風(fēng)扇與風(fēng)扇調(diào)速器，風(fēng)扇調(diào)速器的氣壓平衡管連接電源。4分外絲固定金屬溫度計(jì)與4分內(nèi)絲PVC堵頭連接并固定在DN160PVC堵頭上。整個(gè)裝置通過(guò)底座預(yù)埋于人工濕地中，底座埋深為10～15cm，然后水面沒(méi)過(guò)基質(zhì)，以達(dá)到液封效果，根據(jù)需要選擇筒體數(shù)和風(fēng)扇流速進(jìn)行取樣。

所述的取樣筒可由普通PVC管做成，長(zhǎng)度一般取50～60cm，以接近罩住待測(cè)濕地植物高度為宜。所述的固定底座可根據(jù)取樣筒大小選擇，一般由一個(gè)直徑大于取樣筒徑2～4cm，一個(gè)直徑小于取樣筒徑2～4cm，高都為3～5cm的PVC管組成凹型套筒，再由螺母與筒體底部固定，起到支撐與底部液封的作用。

所述的H型PVC圓箍直徑根據(jù)筒體大小選擇，根據(jù)植物不同生長(zhǎng)狀態(tài)，選擇需要的取樣筒數(shù)，可通過(guò)疊加使植物能置于取樣筒中。裝置頂部為PVC堵頭，大小與筒體配套即可，其中部開(kāi)有取樣口，插有20～25mm的PVC管子，通過(guò)膠水固定，管子上再固定一個(gè)20～25mm內(nèi)絲直接，內(nèi)絲直接裝有寶塔接嘴，寶塔接嘴連有帶二通閥的氣動(dòng)管作為取樣口。以上各連接處，內(nèi)絲直接與寶塔接嘴連接處用生膠帶密封，PVC連接處用PVC專(zhuān)用膠粘，確保連接牢固，密封性能優(yōu)良。

所述的固定底座與取樣筒，取樣筒之間拆卸與組合方便。

所述的固定底座、取樣筒底部呈十字形開(kāi)孔，用螺母連接底座與取樣筒，開(kāi)孔大小根據(jù)螺絲大小確定，不超過(guò)3～5mm為宜。

所述的風(fēng)扇通過(guò)風(fēng)扇調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速大小，以適應(yīng)不同季節(jié)，不同環(huán)境下濕地產(chǎn)氣速率不同的特點(diǎn)，可方便混勻取樣筒中氣體，收集具有代表性的氣體樣品。

所收集的氣樣樣品可保存于氣體采樣袋(另購(gòu)，市場(chǎng)購(gòu)置)，并迅速送至實(shí)驗(yàn)室分析測(cè)定。

所述的取樣筒可疊加，以適應(yīng)植物不同生長(zhǎng)狀態(tài)的取樣要求。

本發(fā)明專(zhuān)利與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果：

該裝置方便實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)人工濕地，同時(shí)不會(huì)在監(jiān)測(cè)及采樣過(guò)程中對(duì)人工濕地造成破壞。根據(jù)監(jiān)測(cè)信息，調(diào)整濕地運(yùn)行條件時(shí)，有利于人工濕地科學(xué)運(yùn)行。其主要有以下幾點(diǎn)：

1、裝置可根據(jù)植物不同生長(zhǎng)狀態(tài)，選擇合適的取樣體積，取樣同時(shí)，避免影響植物正常生長(zhǎng)，可實(shí)時(shí)掌握濕地運(yùn)行信息且不用破壞濕地，便于及時(shí)調(diào)控人工濕地運(yùn)行條件。

2、裝置可調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的特點(diǎn)，使得其在不同季節(jié)取樣時(shí)，可根據(jù)濕地產(chǎn)氣速率的不同，改變其轉(zhuǎn)速以達(dá)到較好的混勻效果。樣品混勻后，通過(guò)取樣口收集，保存于針筒或者取樣袋中。收集的氣體樣品進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆治鲇欣谡莆杖斯竦剡\(yùn)行狀態(tài)，便于采用更科學(xué)的管理措施。

3、監(jiān)測(cè)到人工濕地過(guò)排溫室氣體的現(xiàn)象時(shí)，為避免對(duì)自身脫氮除磷效果的干擾，裝置可根據(jù)具體過(guò)排氣體類(lèi)型選擇減排方法，如增加外源碳以減排N2O，降低水位以減排CH4。從溫室氣體的角度，更直接的掌握了人工濕地內(nèi)部碳源氮源的利用情況，將污染物降解和生態(tài)效應(yīng)結(jié)合，最大化人工濕地在控制污染和保護(hù)環(huán)境方面的效益。

附圖說(shuō)明

圖1為一種可調(diào)節(jié)參數(shù)的人工濕地氣體取樣裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中圖1：1-裝有Aerocool USB風(fēng)扇調(diào)速器、2-1/8規(guī)格二通閥取樣口、3-4分外絲固定金屬溫度計(jì)(wss-311)；4-小米迷你USB風(fēng)扇、5-H型套筒管、6-底座固定螺母、7-50cm高，直徑16cm的PVC取樣筒、8-固定底座。9.DN160PVC堵頭。

需要說(shuō)明的是，此條件下取樣筒高為0.5，采用了兩個(gè)取樣筒，并用H型套筒管固定連接；可用于測(cè)定植物高度不高于1米的小試濕地氣通量。

圖2為一種可調(diào)節(jié)參數(shù)的人工濕地氣體取樣裝置底部結(jié)構(gòu)示意圖。

其中圖2：8-固定底座、6-底座固定螺母、7-取樣筒。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

一種可調(diào)節(jié)參數(shù)的人工濕地氣體取樣的方法，其步驟是：

A、將一種可調(diào)節(jié)參數(shù)的人工濕地氣體取樣的裝置預(yù)埋，底座與取樣筒固定后埋入預(yù)設(shè)點(diǎn)，罩住植物，可埋入濕地表層10或13或15cm處。裝置埋入后，要求濕地水位沒(méi)過(guò)裝置底座。

B、根據(jù)植物高度判斷是否需要增加取樣筒數(shù)目，取樣筒直接通過(guò)H型圓刑卡套連接，裝置埋入后，要求濕地水位正好沒(méi)過(guò)裝置底座。

C、裝有取樣口和風(fēng)扇的頂套，在確定取樣筒數(shù)目后裝上。取樣時(shí)間為早上10：00，取樣間隔為5分鐘。樣品收集完立刻送回實(shí)驗(yàn)室，使用Angilent 7890AGC檢測(cè)樣品中氣體成分濃度。

D、樣品測(cè)定之后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，將取樣間隔時(shí)間與氣體濃度做線性分析，一般要求線性值R²大于0.9，視此單位時(shí)間內(nèi)氣體濃度變化率是準(zhǔn)確的。根據(jù)氣通量Flux＝H×P×gC/t得出氣體通量值，再與此類(lèi)型濕地該氣體通量范圍比照，得出結(jié)論。

E、調(diào)整濕地運(yùn)行條件，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，若監(jiān)測(cè)到單位時(shí)間內(nèi)氣體濃度變化率為正值，表明濕地正釋放某一種氣體，可采取相應(yīng)措施減緩其釋放速率；若為負(fù)值，認(rèn)為人工濕地氣體釋放速率較低，其產(chǎn)生的氣體為正常代謝的結(jié)果，不存在超排現(xiàn)象。

實(shí)施例2：

一種可調(diào)節(jié)參數(shù)的人工濕地氣體取樣裝置，它由裝有Aerocool USB風(fēng)扇調(diào)速器1、1/8規(guī)格二通閥取樣口2、4分外絲固定金屬溫度計(jì)3(wss-311)；風(fēng)扇4、H型套筒管5、底座固定螺母6、50cm高、直徑16cm的PVC取樣筒7、固定底座8、DN160PVC圓形堵頭9組成，其連接關(guān)系是：固定底座8和取樣筒7通過(guò)底座固定螺母6固定，作為裝置底部，起支撐作用。另外，取樣筒7可通過(guò)H型套筒管5疊加連接，以滿(mǎn)足不同植物高度的需要；取樣筒7下部與固定底座8通過(guò)底座固定螺母6連接，底座固定螺母6在取樣筒7上相隔90°分布。PVC圓形堵頭9安裝于裝置頂部，其中間位置裝有1/8規(guī)格二通閥取樣口2；PVC圓形堵頭9里裝有風(fēng)扇4與風(fēng)扇調(diào)速器1，風(fēng)扇調(diào)速器1的氣壓平衡管連接電源。4分外絲固定金屬溫度計(jì)3與4分內(nèi)絲PVC堵頭連接，并膠粘固定在DN160PVC圓形堵頭9上。整個(gè)裝置通過(guò)底座預(yù)埋于人工濕地中，底座埋深為10～15cm，然后水面沒(méi)過(guò)基質(zhì)，以達(dá)到液封效果，根據(jù)需要選擇筒體數(shù)和風(fēng)扇流速進(jìn)行取樣。

所述的取樣筒7可由普通PVC管做成，長(zhǎng)度一般取50～60cm，以接近所測(cè)濕地植物高度為宜，直徑為16cm。所述的固定底座8可根據(jù)取樣筒7大小選擇，一般由一個(gè)直徑大于取樣筒徑2～4cm，一個(gè)直徑小于取樣筒徑2～4cm，高都為3～5cm的PVC管組成凹型套筒，再由底座固定螺母6與取樣筒7體固定，作為裝置底部，起到支撐與底部液封的作用。所述的H型套筒管5直徑根據(jù)取樣筒大小選擇，根據(jù)植物不同生長(zhǎng)狀態(tài)，選擇需要的取樣筒7數(shù)，可通過(guò)疊加使植物能置于取樣筒中。PVC圓形堵頭9大小與取樣筒7配套即可；PVC圓形堵頭9中部開(kāi)有1/8規(guī)格二通閥取樣口2，插有20～25mm的PVC管子，通過(guò)膠水固定，管子上再固定一個(gè)20～25mm內(nèi)絲直接，內(nèi)絲直接裝有寶塔接嘴，寶塔接嘴連有帶二通閥的氣動(dòng)管作為1/8規(guī)格二通閥取樣口2；以相同方式，在接近取樣口附件開(kāi)孔，作為4分外絲金屬溫度計(jì)3接口并固定。以上各連接處，內(nèi)絲直接與寶塔接嘴連接處用生膠帶密封，并用膠粘，確保連接牢固，密封性能優(yōu)良。

所述的固定底座8與取樣筒7之間拆卸與組合方便。

所述的固定底座8與取樣筒7底部呈十字形開(kāi)孔，用螺母連接固定底座8與取樣筒7開(kāi)孔大小根據(jù)螺絲大小確定，不超過(guò)3～5mm為宜。

所述的風(fēng)扇4通過(guò)風(fēng)扇調(diào)節(jié)器AeroUSB風(fēng)扇控制器1調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速大小，以適應(yīng)不同季節(jié)，不同環(huán)境下濕地產(chǎn)氣速率不同的特點(diǎn)，可方便混勻取樣筒中氣體，收集具有代表性的氣體樣品。

所述的氣體樣品保存于鋁制氣體采樣袋(另購(gòu))，并盡快送至實(shí)驗(yàn)室分析測(cè)定。

所述的取樣筒7可疊加，以適應(yīng)植物不同生長(zhǎng)狀態(tài)的取樣要求。

實(shí)施例3：

將實(shí)施例2中的一種可調(diào)節(jié)參數(shù)人工濕地氣體取樣裝置應(yīng)用于種植有美人蕉的復(fù)合垂直流人工濕地(IVCW)中。該濕地進(jìn)水為生活污水，取樣季節(jié)為5月，此時(shí)美人蕉高度約為40cm，仍未達(dá)到最大高度，故先使用一個(gè)取樣筒，即H為0.5m，其在水面上高度h為0.3m；之后取樣筒數(shù)目隨其生長(zhǎng)高度調(diào)整，風(fēng)速采用20r/min。

結(jié)果如下：

1、CH₄氣體

2、CO₂氣體

3、N₂O氣體

根據(jù)氣通量計(jì)算公式Flux＝H*P*C/t*，可得出CO₂通量為0.116mg/min*m²；CH₄通量為0.000426mg/min*m²；N₂O通量為1.519e^-6mg/min*m²。相關(guān)綜述文獻(xiàn)(mander,2014)報(bào)告，在處理生活污水時(shí)，CO₂通量范圍為0.1-1mg/min*m²；CH₄ 0.0001-0.001mg/min*m²,N₂O通量范圍為0.001-0.005mg/min*m²。故初步判斷此人工濕地不存在過(guò)排現(xiàn)象。

其它應(yīng)用步驟與實(shí)施例1相同。