一种人工湿地基质样品原位收集与参数监测方法及装置与流程

本发明涉及水环境治理领域，更具体涉及到一种人工湿地基质样品收集与湿地参数监测方法，同时还涉及一种人工湿地基质样品收集与湿地参数监测装置，适用于人工湿地运行过程中基本环境参数的监测，并能作为人工湿地基质样品的技术方法。

背景技术：

人工湿地作为一种新型的污水处理工艺，主要通过生物、物理、化学的三重协同作用降解输入的污染物，自1990年推广以来，全国各地建立了大大小小不同流态的人工湿地，在湖泊水体净化、面源污染控制、城镇污水处理及回用、景观水体等方面应用广泛。

人工湿地在工程、生态效应方面取得了巨大的成功，但由于人工湿地各组成部分选择多，且性能不一，所需处理污水来源成分复杂，使对于其转化降解污染物机理的研究，仍处于“黑箱”阶段，并没有完善的理论解释其运行机制。具体来讲，人工湿地三大组成部分，植物、基质、微生物在整个微生物转化降解过程中，对于不同污水类型，所起作用也不尽相同，这进一步加大研究难度。然而，具体到由微生物作用主导的某一种污染物降解类型，如含氮有机物，其功能微生物脱氮途径研究是可以结合现有分子生物技术完成的，其降解途径是可以揭示的，这有助于我们加深对人工湿地运行机制的理解。

此外，人工湿地随着运行年限的增加，由于物理作用截留的颗粒物增加，植物残体腐殖化作用，会经历3个阶段：①运行初期，人工湿地运行良好，填料表面和孔隙内部聚集固体颗粒，形成局部厌氧微环境，湿地渗透能力、降解污染物能力正常。②运行中期，随着厌氧区胞外聚合物积累，厌氧加速，此时基质孔隙出现可干化消除的堵塞现象，人工湿地渗透能力、降解能力与初期相比有所下降。③运行后期，细微黏土粒子与许多固体颗粒形成致密的不透水层，胞外聚合物不断凝聚并吸附悬浮或胶体状底物，形成大粒径团状累积物，加速填料孔隙堵塞。此时，人工湿地渗透能力、降解能力最差，所形成的是难以通过干化、药物处理消除的永久性堵塞物。

当前业界对人工湿地研究侧重于净化效率，而由于人工湿地建成后不宜进行开挖式取样，取样方法的不当增大了对其机理研究和内部堵塞状态监测的难度。常用的采泥器、采水器因湿地基质不同于泥水的流体性质，无法用来采集湿地不同深度基质样品。已有的预埋式一体取样装置，由于一体式埋管的整体性，无法保证方法对埋体中其他深度基质的干扰，且往往因取了某一深度基质样品，造成埋管中该部分下陷，该取样点被高层基质填充；下一次所取样品实际为来自高层下陷的基质，造成分析测定结果的失真。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的目的是在于提供了一种人工湿地基质样品原位收集与参数监测方法，方法易行，操作简便，能在原位实时进行人工湿地基本环境参数监测，准确收集不同深度的基质样品，且不影响下一次取样准确性，并对堵塞状态进行适当的分析，以掌握湿地运行状况，采取防治措施，延长人工湿地使用寿命。

本发明的另一个目的是在于提供了一种人工湿地基质样品原位收集与参数监测的装置，结构简单，使用方便。

为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种人工湿地基质样品原位收集和参数监测方法，其步骤是：

A.一种人工湿地基质样品原位收集与参数监测装置预埋需在湿地建立之初进行，将外筒埋入预设点，埋入湿地池底通过套筒固定，再进行基质(如砾石/石墨/鹅卵石等)回填，要求湿地基质高度不超过外筒高度，且运行时水位没过外筒高度。

所述的基质具体为砾石/石墨/鹅卵石任意一种或二至三种的任意组合；

B、湿地监测，根据需求，填充袋与外筒间隙插入电极，放置所需深度(0-80cm)，实时监测湿地运行基本环境参数，如溶解氧、氧化还原电位、pH5.6-7.8等。

C、基质样品收集，装置埋入湿地后，根据实验要求进行取样，取样时直接抽取所需数目的填充袋，即可得到不同深度基质样品，保存于冷藏箱，运至实验室进行相关分析。下次取样时取出其它填充袋即可。

D、堵塞物收集，装置埋入湿地一段时间(根据采样频率和时间确定，如每月定期取样)后，提出填充袋，并用清水冲洗至水质透明澄清，洗液经沉淀便为湿地堵塞物，将收集的堵塞物进行分析。

E、调整湿地运行条件，根据监测指标，采取缓解堵塞措施，如增强曝氧、施加强化脱氮除磷的固定化细菌、施加多糖酶和蛋白酶等加速降解堵塞物等。

以达到缓解堵塞，增大基质孔隙率，延长人工湿地使用寿命的技术效果。

一种人工湿地基质样品原位收集与参数监测装置，由DN140 PVC外筒、8mm布水孔、DN160 PVC底座套筒、底座固定螺丝、7×90尼龙填充袋组成。其特征在于：DN160 PVC底座套筒通过底座固定螺丝固定于DN140 PVC外筒底部，DN160 PVC底座套筒则为装置的底部，起稳定装置的作用。而DN140 PVC外筒内则为放置尼龙填充袋的主体，整个装置预埋于湿地之后，将装满基质的尼龙填充袋放置于DN 140PVC外筒之中，外筒上设有布水孔，水流通过DN140PVC外筒上的8mm布水孔进入其中。

所述的尼龙填充袋由耐酸碱、耐腐蚀的尼龙袋做成，根据湿地所用基质粒径大小，及监测所需取样次数确定填充袋大小，一般情况，尼龙填充袋为宽4～7cm，长90～100cm的长条状；其孔径为40～100目。所述的底座套筒、外筒可由普通PVC管做成，所述的外筒外径100～160cm，高90～100cm，所述的底座套筒内径略大于外筒即可，一般为110～180cm，高10～15cm，可在内筒放置6～8个上述尺寸大小的尼龙填充袋。所述外筒按梅花布点打孔，小孔均匀布满筒体，其孔径根据需求确定，便于装置透水。一般情况，筒壁均匀间隔0.9～1.1cm开孔，孔径4～8mm。

所述的尼龙填充袋与外筒间隙可方便插入水质测量电极，能实时监测人工湿地理化参数。取样时从运行湿地中取出填充袋即可，保证每次取样都互无干扰；且采样袋可洗干净后重复使用。所述装置可作为监测到人工湿地堵塞时施加药剂的容器。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

该装置方便实时监测人工湿地，同时不会在监测及采样过程中对湿地结构造成破坏。根据监测信息，调整湿地运行条件时；此外。还可作为容器，回收增效剂，有利于人工湿地科学运行。其主要有以下几点：

1、装置外筒与填充袋间隙便于插入电极，对湿地不同深度的理化参数进行监测，掌握湿地运行信息且不用破坏湿地，便于及时调控湿地运行条件。

2、装置可根据取样频率放置填充袋，填充袋互不影响，保证了每次取样的准确性，确保后续微生物实验的准确性，且填充袋可以重复利用。

3、装置便于收集湿地堵塞物。外筒与填充袋都开有小孔，在提取填充袋后，用清水冲洗填充袋，得到的洗液经沉淀便得堵塞物。收集的堵塞物进行适当的分析有利于监测信息的完善，为科学缓解堵塞提供背景数据。

4、监测到堵塞趋势的发展时，为避免湿地因堵塞的发展而使净化功能削弱，装置可作为容器，施加缓解堵塞的药物；起效后可撤离该试剂，便于回收加入的试剂。

5、能有效监测并控制堵塞趋势的发展。将一种人工湿地基质原位取样装置与参数监测装置，应用于一套垂直流人工湿地中检测不同深度堵塞情况。通过监测发现，表层(20-30cm)处湿地溶解氧为0.45mg/L，低于中层(40-50cm)的2.12mg/L和底层(60-70cm)的1.49mg/L，认为表层可能出现堵塞，妨碍了湿地复氧。再将装置中填充袋取出，分析不同深度堵塞物含量，收集堵塞物：底层15g干物质/m³基质、中层29g干物质/m³基质、52g干物质/m³基质，证明湿地表层堵塞程度较重。

附图说明

图1为一种人工湿地基质原位取样和参数监测装置的结构示意图。

图2为一种人工湿地基质原位取样和参数监测装置的底座开孔示意图。

其中：1-DN140 PVC外筒、2-8mm布水孔、3-DN160 PVC底座套筒、4-底座固定螺丝、5-7×90尼龙填充袋。

具体实施方式

实施例1：

一种人工湿地基质样品原位收集和参数监测的方法，其步骤是：

A、将一种人工湿地基质样品原位收集和参数监测预埋需在湿地建立之初进行，将外筒埋入预设点，埋入湿地池底通过套筒固定，再进行基质回填，要求湿地基质高度不超过外筒高度，且运行时水位没过外筒高度。

B、湿地监测，根据需求，填充袋与外筒间隙插入电极(市场上购置，如Thermo Star A系列便携式多参数水质测量仪)，放置所需测定深度(如表层10cm)，实时监测湿地运行基本环境参数，如溶解氧、氧化还原电位、pH为5.6或6或6.4或6.7或7或7.3或7.6等。

C、基质样品收集，装置埋入湿地后，根据实验要求进行取样，取样时直接抽取所需数目的填充袋，即可得到不同深度基质样品(如0-10cm，30-40cm，70-80cm等)，保存于冷藏箱，运至实验室进行相关分析。下次取样重复C基质样品收集步骤即可。

D、堵塞物收集，装置埋入湿地一段时间(根据采样频率和时间确定，一般每月一次)后，根据需求，提出填充袋，并用清水冲洗至无明显水质透明干净，洗液经沉淀便为湿地堵塞物，将收集的堵塞物进行分析。

E、调整湿地运行条件，根据监测指标，采取缓解堵塞措施，如增强曝氧；若监测到堵塞趋势的发展加剧，可施加湿地增效剂，如施加强化脱氮除磷的固定化细菌等，增强湿地净水作用；施加多糖酶和蛋白酶等加速降解堵塞物，以达到缓解堵塞，增大基质孔隙率，延长人工湿地使用寿命的技术效果。

实施例2：

根据图1、图2可知，一种人工湿地基质样品原位收集与参数监测装置，由DN140 PVC外筒1、8mm布水孔2、DN160 PVC底座套筒3、底座固定螺丝4；7×90尼龙填充袋5组成。其特征在于：DN160 PVC底座套筒3通过底座固定螺丝4固定于DN140 PVC外筒1底部，DN160 PVC底座套筒3则为装置的底部，起稳定装置的作用。而DN140 PVC外筒1内为放置尼龙填充袋5的主体，整个装置预埋于湿地之后，将装满基质的尼龙填充袋5放置于DN 140PVC外筒1之中。外筒1上设有布水孔2，水流通过DN140 PVC外筒1上的8mm布水孔2进入其中。

所述的尼龙填充袋5由耐酸碱、耐腐蚀的尼龙袋做成，由于湿地所用基质大小为1cm～2cm，填充高度为80cm，监测需进行六次取样，尼龙填充袋5为宽7cm，长90cm的长条状；为不影响基质积累有机物，其孔径大小为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外径140cm，高90cm，所述的底座套筒3内径略大于外筒1即可，一般为160cm，高10cm。可在内筒放置6～8个上述尺寸大小的尼龙填充袋，所述外筒1按梅花布点打孔，小孔均匀布满筒体，筒壁都均匀每隔1cm打一小孔，孔径8mm。

所述的尼龙填充袋5与外筒1间隙可方便插入便携式多参数水质测量仪电极，能实时监测人工湿地理化参数。取样时从运行湿地中取出尼龙填充袋即可，保证每次取样都是独立的，互相无干扰；且采样袋可洗干净后重复使用。所述装置可作为监测到人工湿地堵塞时施加药剂的容器。

实施例3：

将三套例2中的装置，按照梅花布点的方式，埋设于一个基质填充高度为100cm×100cm×80cm的小试垂直流人工湿地，运行稳定后进行基质样品收集和堵塞情况分析，监测数据如下：

根据三个位点的监测数据，认为湿地表层可能存在堵塞现象，为促进堵塞物降解，避免孔隙率及过滤速率减小，加剧堵塞趋势；同时，确保人工湿地出水指标符合要求，可施加增效试剂强化湿地净化功能，如施加一种强化人工湿地脱氮效率的固定化细菌(专利公布号：CN 102392011 A)固定于本装置中，起到作用效果后可及时撤离，方便回收和减少污染。

其它应用步骤与实施例1相同。