本發(fā)明涉及水環(huán)境治理領域，更具體涉及到一種人工濕地基質(zhì)樣品收集與濕地參數(shù)監(jiān)測方法，同時還涉及一種人工濕地基質(zhì)樣品收集與濕地參數(shù)監(jiān)測裝置，適用于人工濕地運行過程中基本環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測，并能作為人工濕地基質(zhì)樣品的技術(shù)方法。

背景技術(shù)：

人工濕地作為一種新型的污水處理工藝，主要通過生物、物理、化學的三重協(xié)同作用降解輸入的污染物，自1990年推廣以來，全國各地建立了大大小小不同流態(tài)的人工濕地，在湖泊水體凈化、面源污染控制、城鎮(zhèn)污水處理及回用、景觀水體等方面應用廣泛。

人工濕地在工程、生態(tài)效應方面取得了巨大的成功，但由于人工濕地各組成部分選擇多，且性能不一，所需處理污水來源成分復雜，使對于其轉(zhuǎn)化降解污染物機理的研究，仍處于“黑箱”階段，并沒有完善的理論解釋其運行機制。具體來講，人工濕地三大組成部分，植物、基質(zhì)、微生物在整個微生物轉(zhuǎn)化降解過程中，對于不同污水類型，所起作用也不盡相同，這進一步加大研究難度。然而，具體到由微生物作用主導的某一種污染物降解類型，如含氮有機物，其功能微生物脫氮途徑研究是可以結(jié)合現(xiàn)有分子生物技術(shù)完成的，其降解途徑是可以揭示的，這有助于我們加深對人工濕地運行機制的理解。

此外，人工濕地隨著運行年限的增加，由于物理作用截留的顆粒物增加，植物殘體腐殖化作用，會經(jīng)歷3個階段：①運行初期，人工濕地運行良好，填料表面和孔隙內(nèi)部聚集固體顆粒，形成局部厭氧微環(huán)境，濕地滲透能力、降解污染物能力正常。②運行中期，隨著厭氧區(qū)胞外聚合物積累，厭氧加速，此時基質(zhì)孔隙出現(xiàn)可干化消除的堵塞現(xiàn)象，人工濕地滲透能力、降解能力與初期相比有所下降。③運行后期，細微黏土粒子與許多固體顆粒形成致密的不透水層，胞外聚合物不斷凝聚并吸附懸浮或膠體狀底物，形成大粒徑團狀累積物，加速填料孔隙堵塞。此時，人工濕地滲透能力、降解能力最差，所形成的是難以通過干化、藥物處理消除的永久性堵塞物。

當前業(yè)界對人工濕地研究側(cè)重于凈化效率，而由于人工濕地建成后不宜進行開挖式取樣，取樣方法的不當增大了對其機理研究和內(nèi)部堵塞狀態(tài)監(jiān)測的難度。常用的采泥器、采水器因濕地基質(zhì)不同于泥水的流體性質(zhì)，無法用來采集濕地不同深度基質(zhì)樣品。已有的預埋式一體取樣裝置，由于一體式埋管的整體性，無法保證方法對埋體中其他深度基質(zhì)的干擾，且往往因取了某一深度基質(zhì)樣品，造成埋管中該部分下陷，該取樣點被高層基質(zhì)填充；下一次所取樣品實際為來自高層下陷的基質(zhì)，造成分析測定結(jié)果的失真。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明的目的是在于提供了一種人工濕地基質(zhì)樣品原位收集與參數(shù)監(jiān)測方法，方法易行，操作簡便，能在原位實時進行人工濕地基本環(huán)境參數(shù)監(jiān)測，準確收集不同深度的基質(zhì)樣品，且不影響下一次取樣準確性，并對堵塞狀態(tài)進行適當?shù)姆治觯哉莆諠竦剡\行狀況，采取防治措施，延長人工濕地使用壽命。

本發(fā)明的另一個目的是在于提供了一種人工濕地基質(zhì)樣品原位收集與參數(shù)監(jiān)測的裝置，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。

為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種人工濕地基質(zhì)樣品原位收集和參數(shù)監(jiān)測方法，其步驟是：

A.一種人工濕地基質(zhì)樣品原位收集與參數(shù)監(jiān)測裝置預埋需在濕地建立之初進行，將外筒埋入預設點，埋入濕地池底通過套筒固定，再進行基質(zhì)(如礫石/石墨/鵝卵石等)回填，要求濕地基質(zhì)高度不超過外筒高度，且運行時水位沒過外筒高度。

所述的基質(zhì)具體為礫石/石墨/鵝卵石任意一種或二至三種的任意組合；

B、濕地監(jiān)測，根據(jù)需求，填充袋與外筒間隙插入電極，放置所需深度(0-80cm)，實時監(jiān)測濕地運行基本環(huán)境參數(shù)，如溶解氧、氧化還原電位、pH5.6-7.8等。

C、基質(zhì)樣品收集，裝置埋入濕地后，根據(jù)實驗要求進行取樣，取樣時直接抽取所需數(shù)目的填充袋，即可得到不同深度基質(zhì)樣品，保存于冷藏箱，運至實驗室進行相關(guān)分析。下次取樣時取出其它填充袋即可。

D、堵塞物收集，裝置埋入濕地一段時間(根據(jù)采樣頻率和時間確定，如每月定期取樣)后，提出填充袋，并用清水沖洗至水質(zhì)透明澄清，洗液經(jīng)沉淀便為濕地堵塞物，將收集的堵塞物進行分析。

E、調(diào)整濕地運行條件，根據(jù)監(jiān)測指標，采取緩解堵塞措施，如增強曝氧、施加強化脫氮除磷的固定化細菌、施加多糖酶和蛋白酶等加速降解堵塞物等。

以達到緩解堵塞，增大基質(zhì)孔隙率，延長人工濕地使用壽命的技術(shù)效果。

一種人工濕地基質(zhì)樣品原位收集與參數(shù)監(jiān)測裝置，由DN140 PVC外筒、8mm布水孔、DN160 PVC底座套筒、底座固定螺絲、7×90尼龍?zhí)畛浯M成。其特征在于：DN160 PVC底座套筒通過底座固定螺絲固定于DN140 PVC外筒底部，DN160 PVC底座套筒則為裝置的底部，起穩(wěn)定裝置的作用。而DN140 PVC外筒內(nèi)則為放置尼龍?zhí)畛浯闹黧w，整個裝置預埋于濕地之后，將裝滿基質(zhì)的尼龍?zhí)畛浯胖糜贒N 140PVC外筒之中，外筒上設有布水孔，水流通過DN140PVC外筒上的8mm布水孔進入其中。

所述的尼龍?zhí)畛浯赡退釅A、耐腐蝕的尼龍袋做成，根據(jù)濕地所用基質(zhì)粒徑大小，及監(jiān)測所需取樣次數(shù)確定填充袋大小，一般情況，尼龍?zhí)畛浯鼮閷?～7cm，長90～100cm的長條狀；其孔徑為40～100目。所述的底座套筒、外筒可由普通PVC管做成，所述的外筒外徑100～160cm，高90～100cm，所述的底座套筒內(nèi)徑略大于外筒即可，一般為110～180cm，高10～15cm，可在內(nèi)筒放置6～8個上述尺寸大小的尼龍?zhí)畛浯?。所述外筒按梅花布點打孔，小孔均勻布滿筒體，其孔徑根據(jù)需求確定，便于裝置透水。一般情況，筒壁均勻間隔0.9～1.1cm開孔，孔徑4～8mm。

所述的尼龍?zhí)畛浯c外筒間隙可方便插入水質(zhì)測量電極，能實時監(jiān)測人工濕地理化參數(shù)。取樣時從運行濕地中取出填充袋即可，保證每次取樣都互無干擾；且采樣袋可洗干凈后重復使用。所述裝置可作為監(jiān)測到人工濕地堵塞時施加藥劑的容器。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和效果：

該裝置方便實時監(jiān)測人工濕地，同時不會在監(jiān)測及采樣過程中對濕地結(jié)構(gòu)造成破壞。根據(jù)監(jiān)測信息，調(diào)整濕地運行條件時；此外。還可作為容器，回收增效劑，有利于人工濕地科學運行。其主要有以下幾點：

1、裝置外筒與填充袋間隙便于插入電極，對濕地不同深度的理化參數(shù)進行監(jiān)測，掌握濕地運行信息且不用破壞濕地，便于及時調(diào)控濕地運行條件。

2、裝置可根據(jù)取樣頻率放置填充袋，填充袋互不影響，保證了每次取樣的準確性，確保后續(xù)微生物實驗的準確性，且填充袋可以重復利用。

3、裝置便于收集濕地堵塞物。外筒與填充袋都開有小孔，在提取填充袋后，用清水沖洗填充袋，得到的洗液經(jīng)沉淀便得堵塞物。收集的堵塞物進行適當?shù)姆治鲇欣诒O(jiān)測信息的完善，為科學緩解堵塞提供背景數(shù)據(jù)。

4、監(jiān)測到堵塞趨勢的發(fā)展時，為避免濕地因堵塞的發(fā)展而使凈化功能削弱，裝置可作為容器，施加緩解堵塞的藥物；起效后可撤離該試劑，便于回收加入的試劑。

5、能有效監(jiān)測并控制堵塞趨勢的發(fā)展。將一種人工濕地基質(zhì)原位取樣裝置與參數(shù)監(jiān)測裝置，應用于一套垂直流人工濕地中檢測不同深度堵塞情況。通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，表層(20-30cm)處濕地溶解氧為0.45mg/L，低于中層(40-50cm)的2.12mg/L和底層(60-70cm)的1.49mg/L，認為表層可能出現(xiàn)堵塞，妨礙了濕地復氧。再將裝置中填充袋取出，分析不同深度堵塞物含量，收集堵塞物：底層15g干物質(zhì)/m³基質(zhì)、中層29g干物質(zhì)/m³基質(zhì)、52g干物質(zhì)/m³基質(zhì)，證明濕地表層堵塞程度較重。

附圖說明

圖1為一種人工濕地基質(zhì)原位取樣和參數(shù)監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為一種人工濕地基質(zhì)原位取樣和參數(shù)監(jiān)測裝置的底座開孔示意圖。

其中：1-DN140 PVC外筒、2-8mm布水孔、3-DN160 PVC底座套筒、4-底座固定螺絲、5-7×90尼龍?zhí)畛浯?/p>

具體實施方式

實施例1：

一種人工濕地基質(zhì)樣品原位收集和參數(shù)監(jiān)測的方法，其步驟是：

A、將一種人工濕地基質(zhì)樣品原位收集和參數(shù)監(jiān)測預埋需在濕地建立之初進行，將外筒埋入預設點，埋入濕地池底通過套筒固定，再進行基質(zhì)回填，要求濕地基質(zhì)高度不超過外筒高度，且運行時水位沒過外筒高度。

B、濕地監(jiān)測，根據(jù)需求，填充袋與外筒間隙插入電極(市場上購置，如Thermo Star A系列便攜式多參數(shù)水質(zhì)測量儀)，放置所需測定深度(如表層10cm)，實時監(jiān)測濕地運行基本環(huán)境參數(shù)，如溶解氧、氧化還原電位、pH為5.6或6或6.4或6.7或7或7.3或7.6等。

C、基質(zhì)樣品收集，裝置埋入濕地后，根據(jù)實驗要求進行取樣，取樣時直接抽取所需數(shù)目的填充袋，即可得到不同深度基質(zhì)樣品(如0-10cm，30-40cm，70-80cm等)，保存于冷藏箱，運至實驗室進行相關(guān)分析。下次取樣重復C基質(zhì)樣品收集步驟即可。

D、堵塞物收集，裝置埋入濕地一段時間(根據(jù)采樣頻率和時間確定，一般每月一次)后，根據(jù)需求，提出填充袋，并用清水沖洗至無明顯水質(zhì)透明干凈，洗液經(jīng)沉淀便為濕地堵塞物，將收集的堵塞物進行分析。

E、調(diào)整濕地運行條件，根據(jù)監(jiān)測指標，采取緩解堵塞措施，如增強曝氧；若監(jiān)測到堵塞趨勢的發(fā)展加劇，可施加濕地增效劑，如施加強化脫氮除磷的固定化細菌等，增強濕地凈水作用；施加多糖酶和蛋白酶等加速降解堵塞物，以達到緩解堵塞，增大基質(zhì)孔隙率，延長人工濕地使用壽命的技術(shù)效果。

實施例2：

根據(jù)圖1、圖2可知，一種人工濕地基質(zhì)樣品原位收集與參數(shù)監(jiān)測裝置，由DN140 PVC外筒1、8mm布水孔2、DN160 PVC底座套筒3、底座固定螺絲4；7×90尼龍?zhí)畛浯?組成。其特征在于：DN160 PVC底座套筒3通過底座固定螺絲4固定于DN140 PVC外筒1底部，DN160 PVC底座套筒3則為裝置的底部，起穩(wěn)定裝置的作用。而DN140 PVC外筒1內(nèi)為放置尼龍?zhí)畛浯?的主體，整個裝置預埋于濕地之后，將裝滿基質(zhì)的尼龍?zhí)畛浯?放置于DN 140PVC外筒1之中。外筒1上設有布水孔2，水流通過DN140 PVC外筒1上的8mm布水孔2進入其中。

所述的尼龍?zhí)畛浯?由耐酸堿、耐腐蝕的尼龍袋做成，由于濕地所用基質(zhì)大小為1cm～2cm，填充高度為80cm，監(jiān)測需進行六次取樣，尼龍?zhí)畛浯?為寬7cm，長90cm的長條狀；為不影響基質(zhì)積累有機物，其孔徑大小為40目。所述的底座套筒3、外筒1可由普通PVC管做成，所述的外筒1外徑140cm，高90cm，所述的底座套筒3內(nèi)徑略大于外筒1即可，一般為160cm，高10cm?？稍趦?nèi)筒放置6～8個上述尺寸大小的尼龍?zhí)畛浯?，所述外?按梅花布點打孔，小孔均勻布滿筒體，筒壁都均勻每隔1cm打一小孔，孔徑8mm。

所述的尼龍?zhí)畛浯?與外筒1間隙可方便插入便攜式多參數(shù)水質(zhì)測量儀電極，能實時監(jiān)測人工濕地理化參數(shù)。取樣時從運行濕地中取出尼龍?zhí)畛浯纯?，保證每次取樣都是獨立的，互相無干擾；且采樣袋可洗干凈后重復使用。所述裝置可作為監(jiān)測到人工濕地堵塞時施加藥劑的容器。

實施例3：

將三套例2中的裝置，按照梅花布點的方式，埋設于一個基質(zhì)填充高度為100cm×100cm×80cm的小試垂直流人工濕地，運行穩(wěn)定后進行基質(zhì)樣品收集和堵塞情況分析，監(jiān)測數(shù)據(jù)如下：

根據(jù)三個位點的監(jiān)測數(shù)據(jù)，認為濕地表層可能存在堵塞現(xiàn)象，為促進堵塞物降解，避免孔隙率及過濾速率減小，加劇堵塞趨勢；同時，確保人工濕地出水指標符合要求，可施加增效試劑強化濕地凈化功能，如施加一種強化人工濕地脫氮效率的固定化細菌(專利公布號：CN 102392011 A)固定于本裝置中，起到作用效果后可及時撤離，方便回收和減少污染。

其它應用步驟與實施例1相同。