一种人工湿地系统堵塞风险评估方法技术方案

本发明专利技术属于土壤化学技术领域，涉及一种人工湿地系统堵塞风险评估方法，包括：提取基质中的胞外聚合物；使用三维荧光光谱技术测定胞外聚合物，将胞外聚合物中腐殖酸、富里酸和蛋白质的最大荧光强度总和与多糖的最大荧光强度相加得到待测荧光强度；接着，分别计算人工湿地系统完全未堵塞和完全堵塞时的基质胞外聚合物的最大荧光强度总和；基于待测荧光强度与完全堵塞时和完全未堵塞时荧光强度总和之差的比值，判断人工湿地系统发生堵塞的风险。本发明专利技术利用三维荧光光谱技术对人工湿地堵塞情况进行探测及评估，实现堵塞状况的定量评价，且堵塞探测及预防方法快捷高效，适合推广。适合推广。适合推广。

【技术实现步骤摘要】
一种人工湿地系统堵塞风险评估方法


[0001]本专利技术属于土壤化学
，涉及一种人工湿地系统堵塞风险评估方法。

技术介绍

[0002]人工湿地污水处理系统是模仿自然湿地系统，将土壤、砂石等基质材料按照一定的比例进行人工堆积，同时栽种优选的耐污植物进行污水净化处理。通过基质、植物、微生物三部分产生的物理、化学、生物作用进行协同处理，以达到净化水质、调节气候的作用。作为一种“绿色清洁”的污水处理技术，人工湿地具有高效低耗、维护管理简单和美化环境等诸多优点。
[0003]人工湿地系统经过长时间运行后，系统内的有机物逐渐积累在基质表面同时伴随微生物分泌产生的胞外聚合物(EPS)导致形成凝胶状生物膜，致使过多的无机及有机颗粒被截留聚集，最终导致湿地系统发生堵塞问题。人工湿地系统堵塞后处理效率降低，系统环境恶化严重影响湿地去污功能的高效稳定发挥。EPS是微生物在一定环境条件下代谢并分泌于细胞外的一种复杂高分子聚合物，包含腐殖酸类(HA
‑
like)、富里酸类(FA
‑
like)、蛋白质类(Protein
‑
like)和多糖类物质，主要成分本质上是属于溶解性有机物(DOM)。
[0004]三维荧光光谱结合平行因子分析方法(EEM
‑
PARAFAC)因具有较高的灵敏度、对样品较低的破坏性和选择性等优点被广泛用于DOM的研究工作中。但是，专利技术人发现，现有的用于评估方法无法及时、准确的发现人工湿地系统面临的风险，无法进行定量评价，这对于及时预防、修复湿地系统是极为不利的。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术的不足，本专利技术提供一种人工湿地系统堵塞风险评估方法，该方法通过计算湿地系统完全未堵塞和完全堵塞时的基质胞外聚合物的最大荧光强度综合，通过公式C＝∑
待
Fmax/(∑
后
Fmax
‑
∑
前
Fmax)
×
100％计算待测湿地系统各个采样点基质的堵塞风险，从而及时发现人工湿地系统面临的问题，并及时采取维护措施。
[0006]具体地，本专利技术是通过如下技术方案实现的：
[0007]在本专利技术的第一方面，一种人工湿地系统堵塞风险评估方法，提取基质中的胞外聚合物；使用三维荧光光谱技术测定胞外聚合物，将胞外聚合物中腐殖酸、富里酸和蛋白质的最大荧光强度总和与多糖的最大荧光强度相加得到待测荧光强度；接着，分别计算人工湿地系统完全未堵塞和完全堵塞时的基质胞外聚合物的最大荧光强度总和；基于待测荧光强度与完全堵塞时和完全未堵塞时荧光强度总和之差的比值，判断人工湿地系统发生堵塞的风险。
[0008]在本专利技术的第二方面，一种人工湿地系统堵塞预防方法，采用人工湿地系统堵塞风险评估方法；当堵塞风险超过50％时，对人工湿地系统进行清洗或者更换基质填料，以保证人工湿地系统的正常运行。
[0009]在本专利技术的第三方面，所述的人工湿地系统堵塞风险评估方法和/或所述的人工
湿地系统堵塞预防方法在土壤系统堵塞探测领域中的应用。
[0010]本专利技术一个或多个实施例具有以下有益效果：
[0011]利用三维荧光光谱技术对人工湿地堵塞情况进行测定及评估，实现堵塞情况的定量评价，基质采样和维护方法简单有效。胞外聚合物(EPS)测定方法快捷高效，简单易学，适合推广，且人工湿地系统设计科学，以农林废弃物和废弃铁矿石为基质填充材料，具有节省资源、废物利用、绿色清洁等优点。
附图说明
[0012]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。以下，结合附图来详细说明本专利技术的实施方案，其中：
[0013]图1为实施例1所提供的人工湿地系统正视图；
[0014]图2为实施例1所提供的人工湿地系统俯视图；
[0015]图3为实施例1所提供的基质堵塞物采样管的正视图，包括采样管(图3
‑
a)和填满基质采样包的采样管(图3
‑
b)；
[0016]图4为实施例1所提供的布水管的俯视图；
[0017]图5为实施例1所提供的布水支管的结构示意图；
[0018]图6为评估人工湿地系统堵塞风险的基本流程图；
[0019]其中，1、湿地植物；2、表面基质；3、布水管；3
‑
1、布水支管3
‑
2、布水管渗水孔；4、上层基质；5、中层基质；6、下层基质；7、承托层；8、防渗墙；9、基质取样包外挂绳头；10、基质堵塞物采样管；10
‑
1、采样管表面基质取样包；10
‑
2、采样管渗水孔；10
‑
3、采样管上层基质取样包；10
‑
4、采样管中层基质取样包；10
‑
5、采样管下层基质取样包；10
‑
6、采样管承托层取样包。
具体实施方式
[0020]下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
[0021]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0022]目前，现有的关于人工湿地系统的评估方法无法及时、准确的发现人工湿地系统面临的风险，无法进行定量评价，为此，本专利技术提供了一种人工湿地系统堵塞风险评估方法。
[0023]在本专利技术的一种或多种实施例中，一种人工湿地系统堵塞风险评估方法，提取基质中的胞外聚合物；使用三维荧光光谱技术测定胞外聚合物，将胞外聚合物中腐殖酸、富里酸和蛋白质的最大荧光强度总和与多糖的最大荧光强度相加得到待测荧光强度；接着，分别计算人工湿地系统完全未堵塞和完全堵塞时的基质胞外聚合物的最大荧光强度总和；基
于待测荧光强度与完全堵塞时和完全未堵塞时荧光强度总和之差的比值，判断人工湿地系统发生堵塞的风险。
[0024]通过从预设的采样管中分层采集基质样品，利用三维荧光光谱技术分别测定完全堵塞基质和完全未堵塞基质EPS主要成分(腐殖酸、富里酸、蛋白质和多糖)的总最大荧光强度∑
前
Fmax和∑
后
Fmax，同理测定待评估系统堵塞基质EPS的∑
待
Fmax。通过公式计算堵塞风险C＝∑
待
Fmax/(∑
后
Fmax
‑
∑
前
Fmax)
×
100％评估堵塞风险。具体地，当比值>5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种人工湿地系统堵塞风险评估方法，其特征是，提取基质中的胞外聚合物；使用三维荧光光谱技术测定胞外聚合物，将胞外聚合物中腐殖酸、富里酸和蛋白质的最大荧光强度总和与多糖的最大荧光强度相加得到待测荧光强度；接着，分别计算人工湿地系统完全未堵塞和完全堵塞时的基质胞外聚合物的最大荧光强度总和；基于待测荧光强度与完全堵塞时和完全未堵塞时荧光强度总和之差的比值，判断人工湿地系统发生堵塞的风险。2.如权利要求1所述的一种人工湿地系统堵塞风险评估方法，其特征是，当比值>50％时，说明人工湿地系统容易发生堵塞，需要及时采取维护措施。3.如权利要求1所述的一种人工湿地系统堵塞风险评估方法，其特征是，所述方法包括：S1采集基质样品；S2提取胞外聚合物；S3使用三维荧光光谱技术测定胞外聚合物，利用三维荧光
‑
平行因子分析方法计算胞外聚合物中腐殖酸，富里酸和蛋白质的最大荧光强度总和∑F1max；S4使用三维荧光光谱技术测定胞外聚合物中多糖的最大荧光强度F2max；S5将胞外聚合物所有成分的最大荧光强度相加作为待测荧光强度∑
待
Fmax＝∑F1max+F2max；S6计算湿地系统完全未堵塞和完全堵塞时的基质EPS的最大荧光强度总和：∑
前
Fmax和∑
后
Fmax；S7计算待测湿地系统各个采样点基质的堵塞风险，公式如下：C＝∑
待
Fmax/(∑
后
Fmax
‑
∑
前
Fmax)
×
100％，当C>50％时说明该系统可能发生堵塞，需要及时采取维护措施。4.如权利要求1所述的一种人工湿地系统堵塞风险评估方法，其特征是，S1中，采集基质样品包括：设计可采集基质人工湿地系统：在人工湿地系统四角及中心位置设置5个采样点并放置采样竖管用于采集基质样品；或，所述人工湿地系统自上而下具体包括湿地植物(1)、表面基质(2)、布水管(3)、上层基质(4)、中层基质(5)、下层基质(6)、承托层(7)、防渗墙(8)、基质取样包外挂绳头(9)、基质堵塞物采样管(10)。5.如权利要求4所述的一种人工湿地系统堵塞风险评估方法，其特征是，所述湿地植物选用鸢尾、菖蒲、芦苇、美人蕉、水芹中的一种或多种；或，所述表面基质，由厚度为10～15cm的细沙构成；或，所述上层基质，由粒径为2～4cm农作物秸秆颗粒、玉米芯颗粒、木屑等农林废物中的一种或多种构成，厚度为20～40cm；或，所述中层基质，由粒径为5～6cm的砾石构成，厚度为15～20cm；或，所述下层基质，由粒径为4～5cm废弃铁矿石如黄铁矿、锰铁矿、磁铁矿中的一种或多种构成，厚度为30～40cm；或，所述承托层，由粒径为10～12cm的砾石构成，厚度为20～30cm；或，所述防渗墙，由C20混凝土构成，厚度为5～10cm；或，所述布水管(3)，由若干直径为5cm的PVC布水支管(3
‑
1)组装而成，其周围均匀分布若干渗水孔(3
‑
2)。
6.如权利要求4所述的一种人工湿地系统堵塞风险评估方法，其特征是，所述采样管(10)为直径为5～10...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴海明，李文，张建，胡振，庄林岚，郭子彰，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：