一种微生态湿地系统及其应用的制作方法

本发明属于污水处理领域，具体涉及一种微生态湿地系统及其应用。

背景技术：

1、随着社会经济的快速发展，水资源不断遭受破坏。尽管采取了许多措施，但水污染仍严重。

2、人工湿地作为一种低投资、低能耗、低处理成本和具有较好氮磷去除功能的废水生态处理技术，生态系统具有综合性，被越来越多的应用于污水处理厂尾水深度处理、河湖生态修复等领域。湿地环境是一个相当复杂的工作环境，存在多种微生物，从表面的好氧菌到深层次的厌氧菌，对污水中可生化降解性的物质均具有很好的分解作用。

3、现有人工湿地存在植物单一、对原有土地改造较大、在应用过程中投资成本高、处理效率较低等问题，以至于很多湿地处理效果不理想，达不到处理要求，又浪费了大量资源。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种微生态湿地系统及其应用，有利于提高污水处理效果，且对原有土地改动较小。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案为一种微生态湿地系统，包括至少3级依次相连的微生态湿地模块，所述微生态湿地模块根据水流方向依次包括湿地单元、微生态过滤单元和集水池单元；所述微生态过滤单元包含过滤材料，所述过滤材料包括活性炭和复合在所述活性炭上的益生菌。

3、本发明所述微生态湿地系统中各级微生态湿地模块依次相连，在一个实施例中，各模块间设置隔水墙，所述隔水墙采用土壤堆砌，压实，必要时辅以石块处理。

4、本发明所述微生态湿地模块中，所述湿地单元的水深为0.2～0.6m，湿地单元底部为天然土壤层，所述天然土壤层上间作种植高杆水生植物和矮杆水生植物，所述高杆水生植物和矮杆水生植物为本领域技术人员所熟知的，所述高杆水生植物可以为芦苇、菖蒲、水稻，所述矮杆植物可以为狗牙根草、小米草、牛毛毡草，在此不做限定。本发明所述湿地单元还可以种植净化型水生植物，净化型高杆水生植物包括芦苇和菖蒲，净化型矮杆水生植物包括狗牙根草、小米草和牛毛毡草。在一个实施例中，各级湿地单元的面积比为0.5～2。所述矮杆水生植物的种植宽度为0.5～1.0m，方便人员进出操作。第一级微生态湿地模块中湿地单元的高杆水生植物的种植宽度为1.0～2.0m，所述高杆水生植物和矮杆水生植物可以根据实际需求选择一种或多种。本发明所述各级微生态湿地是多种水生植物的混合湿地，可以是各级湿地各自使用不同的水生植物，也可以是同一级湿地里包含着不同的水生植物。本发明所述天然土壤层上间作种植高杆水生植物和矮杆水生植物，植被高矮错落有序，通风透光，可以使浅流畅通，方便人员人工管理操作，利于水生植物的光合作用，进而释放氧气净化水体。本发明所述微生态湿地系统中湿地单元不使用任何外来材料，具有自然湿地的意义，利用原地的土壤和水培育多样性的水生植被，水体溶存氧经过植物体叶片的气孔进入，到达植物体根系，同时植被产生的光合作用也为净化水体提供了氧气，大量的根系以及根系养育的微生物利用氧气进行净化水的生化反应，可以吸收和分解水中的养分，促进净化进程。微生态湿地模块依次相连，增加了微生态湿地系统的生物多样性，可大大提高其污水处理能力和抗冲击能力。

5、本发明所述微生态过滤单元包含过滤材料，所述过滤材料包括活性炭和复合在所述活性炭上的益生菌。本发明所述益生菌包括乳酸菌、酵母菌、芽孢杆菌和光合细菌中的两种以上，所述乳酸菌的密度为1010～1018cfu/m3，所述酵母菌的密度为1010～1018cfu/m3，所述芽孢杆菌的密度为109～1017cfu/m3，所述光合细菌的密度为108～1016cfu/m3。所述益生菌中还包括fe2+，微生态活性炭过滤单元顶部高度高于所述湿地单元水深10～50cm。

6、本发明所述过滤材料由活性炭和复合在所述活性炭上的益生菌填充得到，所述过滤材料的制备方法包括：将益生菌原料液发酵，后熟后，得到发酵液；将活性炭置于所述发酵液中，填充到包覆材料中。所述制备方法具体为：将蔗糖、谷氨酸钠、盐、绿茶水、麦麸水、益生菌、纳米铁粉、水、起酵剂和氨基酸按照30:2:1:100:100:50:5:890:1:1的质量比进行混合，得到益生菌原料液，将所述益生菌原料液在38℃下发酵72h，后熟后，得到发酵液，在发酵过程中，纳米铁粉在厌氧条件下生成fe2+，可以和多种有机酸螯合；将活性炭和所述发酵液混合后，填充至包覆材料中，得到过滤材料。所述包覆材料可以为过滤坝、化纤网袋或铁丝网框，在此不做限定。所述活性炭在过滤材料的填充比例为230～650kg/m3。本发明所述盐优选为含有无机元素的粗盐；所述绿茶水的制备具体为：优选干绿茶叶，放入热水恒温罐，65℃浸泡8小时，避免高温破坏茶多酚，然后滤出茶水；所述麦麸水的制备具体为：优选干麦麸，放入热水恒温罐，38℃浸泡12小时，避免高温使淀粉糊化，然后用固液分离机滤出汁液；所述益生菌的来源不进行限定，本领域技术人员熟知的即可；所述铁粉的粒径优选为500nm～10μm；所述起酵素可以为尿素；所述氨基酸为质量比为9:1的谷氨酸和色氨酸。活性炭和所述发酵液混合，发酵液进入活性炭材料的微孔，并附着于活性炭的内表面，微生态复合菌液体中的有机酸等活性物质以及螯合的二价铁离子充分进入活性炭的微孔之中，慢慢地释放，发挥持续作用。益生菌原料液在进入发酵罐之前，充分搅拌，使液体的溶存氧达到饱和(接近28.3ml/l)，一些好氧微生物和兼氧微生物可以在溶存氧存在的条件下繁殖。当溶液中的溶存氧耗尽时，好氧微生物消失，但是他们分泌的酶和活性物质存于发酵液当中。在发酵完毕时，在发酵液中存活的益生菌包括乳酸菌、酵母菌、芽孢杆菌、光合作用细菌，所述发酵液中乳酸菌的密度为1010～1012cfu/ml，所述酵母菌的密度为1010～1012cfu/ml，所述芽孢杆菌的密度为109～1011cfu/ml，所述光合细菌的密度为106～108cfu/ml。本发明所述益生菌可以降解污染物，协同水生植物根系的微生物处理污水，分解水中有机质，水中有机质改善土壤团粒结构，进而以物理作用吸附和截留水中有机物和无机物，改善植物生长环境，增强植物代谢，促进植物健康生长。所述湿地单元的水生植物与所述益生菌协同，对污染物的去除效率更高，同时也具有更强的抗变能力，所述微生态过滤单元可以在保证水能通过的同时，达到净化水的目的。

7、本发明所述集水池单元包括水培支架，所述水培支架上种植一种或多种水生植物，可以为狐尾藻。在一个实施例中，本发明所述集水池单元包括水培支架，所述水培支架上种植狐尾藻，所述集水池单元宽度为0.5～2m。

8、本发明所述微生态湿地系统包括至少三级依次相连的微生态湿地模块，所述微生态湿地模块根据水流方向依次包括湿地单元、微生态过滤单元和集水池单元，所述微生态过滤单元和集水池单元，可以提高污水处理效果。

9、在一个实施例中，微生态湿地系统包括五级微生态湿地单元，第一级微生态湿地模块种植净化型水生植物中的一种或多种，第二级～第五级微生态湿地模块种植净化型水生植物和经济型水生植物中的一种或多种，所述净化型水生植物包括芦苇、菖蒲、狗牙根草、小米草和牛毛毡草，所述经济型水生植物包括水稻、水生花卉和水生蔬菜。

10、在一个实施例中，本发明所述湿地单元包括5级依次相连的微生态湿地模块，所述湿地单元底部为天然土壤层，所述天然土壤层上间作种植高杆水生植物和矮杆水生植物。第一级微生态湿地模块种植净化型水生植物中的一种或多种，第二级～第五级微生态湿地模块种植净化型水生植物和经济型水生植物中的一种或多种。本发明所述净化型水生植物为起净化水质作用的植物，能够有效吸收水中氮、磷等元素，包括芦苇、菖蒲、狗牙根草、小米草和牛毛毡草，所述经济型水生植物为具有经济效益的水生植物，包括水稻、水生花卉和水生蔬菜，所述水生花卉包括但不限于再力花，水生蔬菜包括但不限于空心菜、荸荠和水芹。芦苇具有适应性强，生物量大，根系壮，植株中空易于大量吸氧等特点，可以对污水中的氮磷钾以及一些其他物质进行吸收和分解，通过植物体自身起到水净化的作用。菖蒲、水稻、水生花卉、水生蔬菜均具有水净化的作用。

11、本发明所述微生态湿地系统还包括与集水池单元相连接的排水渠单元，所述排水渠单元内不种植物，所述集水池单元和所述排水渠单元连接处设有闸板，闸板根据需要开启或关闭。所述排水渠单元水位低于集水池单元水位，以保证顺利排水。

12、本发明提供的微生态湿地系统可以对现有土地改造小，投资少，同时，各级微生态湿地模块包括多种植物、多种益生菌和fe2+，增加生物多样性，协同处理，提高湿地的处理效果。实验结果表明，微生态湿地系统可以降低污水中氮元素的含量，可以促进废水中植物营养素的循环，使废水中所含的有用物质以作物形式再利用，绿化土地，改善水体环境，改善区域气候，促进生态环境的良性循环。

13、本发明还提供了一种微生态湿地系统处理污水方法，包括以下步骤：

14、污水流经微生态湿地系统，所述微生态湿地系统包括至少3级依次相连的微生态湿地模块，所述微生态湿地模块根据水流方向依次包括湿地单元、微生态过滤单元和集水池单元；所述微生态过滤单元包含过滤材料，所述过滤材料包括活性炭和复合在所述活性炭上的益生菌。

15、污水流经微生态湿地系统，依次流经各级微生态湿地模块，所述微生态湿地模块为上述技术方案所述微生态湿地模块，在此不再赘述，如果水体在第三或第四级微生态湿地已经达到排放标准，集水池单元里的水即可放到排水渠里，进而排放到河流，同时维持后级湿地植被的用水即可。所述湿地单元和集水池单元选用的植物可根据实际需求进行选择。所述微生态湿地系统的规模根据污水量和污染程度而定。

16、在一个实施例中，所述微生态过滤单元为微生态过滤坝结构的单元，污水从第一级微生态湿地模块前端均匀进水，经过湿地单元和微生态过滤坝单元的处理后进入集水池单元，若水质达标可打开闸板，使达标水进入排水渠，否则进入第二级微生态湿地模块；均匀进入第二级微生态湿地模块的污水，经过湿地单元和微生态过滤坝单元的处理后进入集水池单元，若水质达标可打开闸板，使达标水进入排水渠，否则进入第三级微生态湿地模块；均匀进入第三级微生态湿地模块的污水，经过湿地单元和微生态过滤坝单元的处理后进入集水池单元，若水质达标可打开闸板，使达标水进入排水渠，否则进入第四级微生态湿地模块；均匀进入第四级微生态湿地模块的污水，经过湿地单元和微生态过滤坝单元的处理后进入集水池单元，若水质达标可打开闸板，使达标水进入排水渠，否则进入第五级微生态湿地模块；均匀进入第五级微生态湿地模块的污水，经过湿地单元和微生态过滤坝单元的处理后进入集水池单元，使达标水进入排水渠；排水渠出水即可达标排放。

17、在一个实施例中，所述微生态过滤单元为微生态过滤坝结构的单元，污水依次流经五级微生态湿地系统，第一级微生态湿地模块根据水流方向依次包括间作种植芦苇和狗牙根的湿地单元、微生态过滤坝单元和种植狐尾藻的集水池单元；第二级微生态湿地模块根据水流方向依次包括间作种植再力花和狗牙根的湿地单元、微生态过滤坝单元和种植狐尾藻的集水池单元；第三级微生态湿地模块根据水流方向依次包括间作种植水稻和狗牙根的湿地单元、微生态过滤坝单元和种植狐尾藻的集水池单元；第四级微生态湿地模块根据水流方向依次包括间作种植荸荠和狗牙根的湿地单元、微生态过滤坝单元和种植狐尾藻的集水池单元；第五级微生态湿地模块根据水流方向依次包括间作种植荸荠和狗牙根的湿地单元、微生态过滤坝单元和种植狐尾藻的集水池单元，集水池单元里的水体达到排放标准，可放到排水渠里，进而排放到河流。

18、本发明提供了一种微生态湿地系统，包括至少3级依次相连的微生态湿地模块，所述微生态湿地模块根据水流方向依次包括湿地单元、微生态过滤单元和集水池单元；所述微生态过滤单元包含过滤材料，所述过滤材料包括活性炭和复合在所述活性炭上的益生菌。本发明采用微生态湿地系统，一方面增加生物多样性，提高湿地的处理效果，另一方面对现有土地改造小，不在湿地铺大量砾石，节约投资费用，同时可以收获水生植物。所述微生态湿地系统包括多种植物、多种益生菌和fe2+，可以促进污水中植物营养素的循环，使污水中所含的植物营养物质被作物再利用，可以绿化土地，改善区域气候，促进生态环境的良性循环。具有高效率、低投资、低运转费用、低维持技术和低耗电的优点。本发明将微生态湿地系统用于处理污水，建造费用相对低廉，运行和维护成本低，简便，一般只需定期维护，具有较强的抗水力冲击负荷能力，可用于微污染水的回用和资源化，本身就具有景观效应，还可以有效的和自然景观相结合，容易于被大众所接受。