【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及人工湿地，更具体的说是涉及一种低温间歇曝气作用下植物和复合基质的人工湿地。
技术介绍
1、随着社会经济的快速发展及人民生活品质的提升，大量富含营养元素的废水被直接排入自然水体中，从而引发了水资源短缺和水体富营养化等全球性水资源问题。
2、目前，传统的污水处理技术（如活性污泥法）处理生活污水可以实现净化污水的效果，但它也存在一定的缺陷，如基建投资大、运行费用高，主要目标是去除有机物，对氮、磷等关键营养成分去除率较低，导致水中残存的氮、磷排入水体造成水体富营养化。相较而言，人工湿地具有净化性能稳定、成本低、维护管理方便等优点，逐渐成为人们关注的焦点，并在生活污水处理方面得到了广泛的应用。
3、然而，大量国内外研究报告指出，人工湿地的净化效果受到温度的影响，尤其是在我国东北地区。与其他季节相比，冬季有机物、氨氮和总氮的去除率更低。因此，净化效率低下是影响低温环境人工湿地技术应用的难题。湿地水体在低温环境中，由于系统供氧不足，使微生物对有机物的降解作用降低。在低温环境下，植物进入休眠期，几乎不再吸收营养物质，根部无法泌氧，nh4+-n、cod不能再进行转化和分解过程。
4、因此，如何研发一种低温间歇曝气作用下植物和复合基质的人工湿地是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种低温间歇曝气作用下植物和复合基质的人工湿地。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种
4、上述沸石和改性生物炭混合层由改性生物炭和沸石混合得到，改性生物炭的体积为沸石体积的10-40%，改性生物炭为氢氧化钠改性生物炭；
5、上述曝气装置包括曝气管、气体阀门、气体流量计和气泡石，上述曝气管穿过人工湿地池的填料层，曝气管的出气口位于砾石层，出气口连接有气泡石，人工湿地池外侧的曝气管上依次安装有气体阀门和气体流量计，上述气体流量计连接有空气压缩机；采用间歇曝气；
6、上述进水管路穿过人工湿地池的填料层，进水管路的出水口位于石英砂层，人工湿地池外侧的进水管路上依次安装有液体阀门和液体流量计，上述人工湿地池的侧壁底部一侧设有出水管，另一侧设有取样管。
7、进一步，上述软细砂层的高度为1cm，石英砂层的高度为9cm，沸石和改性生物炭混合层的高度为40cm，砾石层的高度为5cm。
8、进一步，上述石英砂的粒径为3-5cm。
9、进一步，上述改性生物炭的体积为改性生物炭和沸石总体积的25%。
10、进一步，上述改性生物炭的制作方法包括以下步骤：
11、将玉米秸秆切碎，在通氮气条件下热解，将热解产物浸泡冲洗，清除表面的灰分，烘干至恒重，制得生物炭，将生物炭和浓度为0.1 mol∙l-1的氢氧化钠溶液混合均匀进行改性，清洗至中性，烘干备用。
12、采用上述进一步技术方案的有益效果：玉米秸秆作为一种丰富和低成本的生物质，在中国广泛分布，它是制备秸秆生物炭的丰富原材料。玉米秸秆转化生物炭不仅有助于实现固碳、节能，还能实现资源多级利用，这认为是实现秸秆资源化利用的有效路径。玉米秸秆内部所含的碳元素达到了40%以上，为制备生物炭提供了优质的材料基础。
13、进一步，上述改性生物炭的制作方法包括以下步骤：
14、将玉米秸秆切成5-10厘米的长度，在通氮气条件下热解，升温速率为10℃·min-1，热解温度为450±25℃，热解时间为2.0h，将热解产物浸泡冲洗，清除表面的灰分，65℃烘干至恒重，制得生物炭，将生物炭和浓度为0.1 mol∙l-1的氢氧化钠溶液混合均匀进行改性，改性时间为24h，清洗至中性，100℃烘干备用。
15、进一步，上述沸石的粒径≤2mm。
16、进一步，上述西比利亚鸢尾的种植密度均为4株/m2。
17、进一步，每天曝气总时长为2h，具体为第一次曝气1 h，第一次曝气完成11h后进行第二次曝气，第二次曝气1 h，曝气流量0.4 l∙min-1。
18、进一步，上述气泡石为以碳化硅为原料高温烧结制成的气泡石。
19、进一步，上述人工湿地池的材质为有机玻璃，形状为圆筒形状，直径为21cm，高度65cm。
20、本专利技术的有益效果：本专利技术在沸石和改性生物炭混合层上层铺软细砂层和石英砂层为供植物根系伸展并防止氢氧化钠改性生物炭上浮。
21、为防止人工湿地系统堵塞，具有更好的排水能力，将沸石和改性生物炭以特定比例混合填装。沸石和改性生物炭混合层作为装置的主反应区，由沸石和改性生物炭组成。将碱改性生物炭和沸石以特定配比混合作为人工湿地的复合基质，提高人工湿地对nh4+-n、no3--n和tp的吸附能力，人工湿地低温下，植物甚至不会吸附湿地中的营养物质，甚至会向水中释放氮磷元素，微生物的活性也会降低，温度变化对人工湿地的运行影响最显著。
22、低温人工湿地系统供氧不足，不能正常进行有机物好氧分解以及硝化作用。在温度偏低的情况下，可以通过人工曝气的方式给需氧处理系统注入氧气，以促进氧化反应发生，增强其净化作用，当氧浓度较高时，湿地发生硝化，当do浓度小于2 mg∙l-1时会抑制，曝气管的出气口连接有气泡石，以实现所需的曝气速率。气体流量计与空气压缩机紧密相连，确保了连续稳定的氧气供应。间歇曝气有助于湿地内部形成交替式好氧和缺氧环境，促进硝化和反硝化的进行。因此本专利技术通过添加间歇曝气技术降低低温对人工湿地的影响。
23、湿地植物选择西比利亚鸢尾对人工湿地氮的去除有积极作用，植物的存在能够增加氮的去除。本专利技术选用的改性生物炭结合沸石可以为水环境提供微碱环境，这种环境更有利于微生物的脱氮除磷效果，并且这种环境更适应西伯利亚鸢尾的生长。
24、本专利技术低温间歇曝气作用下植物和复合基质的人工湿地曝气、植物和复合基质协同作用提高了净化效果，提高了人工湿地对nh4+-n、no3--n和tp的吸附能力，提高tn和cod的去除率，降低doc的出水浓度。
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1.一种低温间歇曝气作用下植物和复合基质的人工湿地，其特征在于，包括人工湿地池、进水管路、湿地植物和曝气装置，所述人工湿地池的填料层从上至下依次包括软细砂层、石英砂层、沸石和改性生物炭混合层以及砾石层，在石英砂层种植的湿地植物是西比利亚鸢尾；
2.根据权利要求1所述一种低温间歇曝气作用下植物和复合基质的人工湿地，其特征在于，所述软细砂层的高度为1cm，石英砂层的高度为9cm，沸石和改性生物炭混合层的高度为40cm，砾石层的高度为5cm。
3.根据权利要求1所述一种低温间歇曝气作用下植物和复合基质的人工湿地，其特征在于，所述石英砂的粒径为3-5cm。
4.根据权利要求1所述一种低温间歇曝气作用下植物和复合基质的人工湿地，其特征在于，所述改性生物炭的体积为改性生物炭和沸石总体积的25%。
5.根据权利要求1所述一种低温间歇曝气作用下植物和复合基质的人工湿地，其特征在于，所述改性生物炭的制作方法包括以下步骤：
6.根据权利要求1所述一种低温间歇曝气作用下植物和复合基质的人工湿地，其特征在于，所述沸石的粒径≤2mm。
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