專利名稱：大幅提高表面流人工濕地凈化效率的植物半裸露種植方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大幅提高表面流人工濕地凈化效率的方法，特別是僅改變濕地植物的種植方式，便能大幅提高表面流人工濕地凈化效率的微污染水體治理方法，屬水環(huán)境植物生態(tài)修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在環(huán)境保護(hù)投入日益增加的今天，我國飲用水源水環(huán)境的持續(xù)惡化的現(xiàn)實(shí)依然存在，這也將是今后相當(dāng)長時間內(nèi)環(huán)境保護(hù)的重中之重。眾所周知，當(dāng)前自來水處理工藝對耗氧有機(jī)物、氨氮等具有較高的處理能力，但對PPb級以下的微量環(huán)境激素卻無能為力，而最近研究表明，這些環(huán)境激素的累積毒性絕不亞于常規(guī)污染物，而去除這些物質(zhì)的有效方法便是人工濕地處理。為這樣的背景下，我國人工濕地推廣面積呈現(xiàn)爆發(fā)性增長態(tài)勢，其中表面流人工濕地因其初期投資低、運(yùn)行成本低、維護(hù)簡便、抗沖擊能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)成為了處理大水量微污染水體的首選技術(shù)，與浙江嘉興石白漾濕地、廣東白云湖濕地類似的諸多大型表面流人工濕地應(yīng)運(yùn)而生，但表面流濕地技術(shù)處理效能低下的弊病始終未能得到妥善解決， 并逐漸成為了該技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的制約瓶頸。近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市擴(kuò)張與土地短缺的矛盾逐漸凸顯，在土地日益緊張的今天，如何提高表面流人工濕地單位面積的處理效能成為急需解決的棘手難題。此外，諸多原先建造的大型表面流濕地，隨著入水負(fù)荷的逐漸增大(局部超過設(shè)計負(fù)荷)，其出水水質(zhì)已難以為繼，因此，尋找一種投資低、見效快、操作簡便的技改方案也已成為十分迫切的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種大幅提高表面流人工濕地凈化效率的植物半裸露種植方法，該方法是屬于特殊的濕地植物半裸露種植方法，以便在保留傳統(tǒng)的表面流濕地各類優(yōu)點(diǎn)的同時，大幅提高表面流人工濕地凈化效率，突破表面流濕地技術(shù)處理效能低下制約瓶頸，該方法可廣泛適用于各類水深的表面流濕地，尤其適用于現(xiàn)有表面流人工濕地的低成本技改。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種大幅提高表面流人工濕地凈化效率的植物半裸露種植方法，包括設(shè)置帶有進(jìn)水管和出水管的濕地邊岸，還包括以下步驟1)、場地平整在選定的表面流人工濕地的實(shí)施區(qū)域內(nèi)，先使該實(shí)施區(qū)域的底部符合防滲要求， 然后進(jìn)行場地平整，從而使平整后的區(qū)域整體坡降系數(shù)為0. 1 3%，并使起伏落差不超過設(shè)計水深的1/3 ；得平整后的實(shí)施區(qū)域；2)、壟溝堆砌在所述平整后的實(shí)施區(qū)域內(nèi)，沿所設(shè)計的水流方向堆砌相互平行的土壟，土壟的間距為0. 3 1. 0m，土壟頂部的高度比設(shè)計水位低5 15cm ；
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3)、濕地植物選取在耐水濕的前提下，選擇淺根系植物作為濕地植物；4)、濕地植物種植將濕地植物交錯種植于每條土壟的兩側(cè)邊坡；每側(cè)邊坡上的濕地植物的間距為 0. 6 2. Om0作為本發(fā)明的大幅提高表面流人工濕地凈化效率的植物半裸露種植方法的改進(jìn) 步驟2、中的土壟堆砌材料為土或吸附性基質(zhì)；土壟的橫截面呈梯形，邊坡系數(shù)(放坡距離與坡高之比)為0. 2 2。作為本發(fā)明的大幅提高表面流人工濕地凈化效率的植物半裸露種植方法的進(jìn)一步改進(jìn)濕地植物為再力花，土壟間距為0. 4 0. 6m ；每側(cè)邊坡上的濕地植物的間距為 0. 8 1. 2m ；濕地植物為風(fēng)車草，土壟間距為0. 3 0. 5m ；每側(cè)邊坡上的濕地植物的間距為
0.6 1. Om0濕地植物為灌柳，土壟間距為0.9 1.0m;每側(cè)邊坡上的濕地植物的間距為
1.8 2. Om0作為本發(fā)明的大幅提高表面流人工濕地凈化效率的植物半裸露種植方法的進(jìn)一步改進(jìn)步驟4)中濕地植物的種植以株或叢為單位。在本發(fā)明中具體而言，如土壟堆砌材料為水稻土，邊坡系數(shù)為0. 9 1. 1 ；如土壟堆砌材料為壤土，邊坡系數(shù)取0. 4 0. 6 ；如土壟堆砌材料為砂壤土，邊坡系數(shù)取0. 2 0. 4 ；如土壟堆砌材料為粘土，邊坡系數(shù)取1. 8 2. 0。如土壟堆砌材料為吸附性基質(zhì)，視該吸附性基質(zhì)的塑性而定，邊坡系數(shù)一般為0. 2 2。在本發(fā)明中，選取濕地植物時，要求在耐水濕前提下，選擇淺根系植物，要求該類植物具有側(cè)根、須根、不定根發(fā)達(dá)的特性，同時這些植物根系還應(yīng)有親水特性，無蠟質(zhì)包膜。在本發(fā)明中，堆砌體在保障邊坡穩(wěn)定性的前提下盡可能提高放坡系數(shù)。在本發(fā)明中，圍繞著人工濕地的四周要設(shè)置濕地邊岸，濕地邊岸的高度必須高于設(shè)計水深，此同常規(guī)的人工濕地的設(shè)計方式。本發(fā)明的構(gòu)思是通過堆砌淹水土壟既成倍提高了水土界面，增強(qiáng)了土壤對重金屬、磷的吸附和有機(jī)物的固化等作用，又在同一功能區(qū)內(nèi)創(chuàng)造出了多個高低不同的生態(tài)位，使生物相豐富，多樣性增加，增強(qiáng)表流濕地的去除能力；同時，充分利用某些濕地植物具有淺根系，側(cè)根、須根、不定根發(fā)達(dá)的特性，采取低壟半坡種植，將植株的部分根系伸展在水中，形成天然營養(yǎng)膜，提取水中營養(yǎng)鹽和污染物，以達(dá)到高效凈水的目的。本發(fā)明的有益效果在于a.成倍提高了水土界面，增強(qiáng)了土壤對重金屬、磷吸附和有機(jī)物固化等作用。b.充分利用某些濕地植物具有淺根系，側(cè)根、須根、不定根發(fā)達(dá)的特性，植株將部分根系伸展在溝里，將表面流濕地中的莖桿生物膜系統(tǒng)轉(zhuǎn)變根系營養(yǎng)膜系統(tǒng)，在保留傳統(tǒng)表面流人工濕地的各類優(yōu)點(diǎn)的同時，大幅提高了單位面積的凈化效能。c.在同一功能區(qū)內(nèi)創(chuàng)造出了多個高低不同的生態(tài)位，使生物相豐富，增加表面流濕地內(nèi)微生境的生物多樣性，從而提高了整個系統(tǒng)的抗沖擊能力。d.減少生態(tài)因子中限制因子的作用，使原先因耐受水深問題而不能在人工濕地種植的部分植物適宜種植；e.可對某些繁殖過快，成片發(fā)展的植物加以控制，既能防止對其他品種的空間侵占，又能效預(yù)防因過度繁殖后相互擠壓導(dǎo)致的衰敗死亡；f. 土壟中間的溝道作為生態(tài)屏障，因水位較深，其部植物不會過分覆蓋，可作為后期管理的良好運(yùn)行操作通道，為后續(xù)植物收割提供便利。g、具有操作的便利性與廣泛的適用性。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1是本發(fā)明的種植法的表面流人工濕地局部平面圖。圖2是圖1中的表面流人工濕地沿水流方向的局部剖面圖。圖3是本發(fā)明的種植法的表面流人工濕地的沿程剖面圖(為在兩條土壟3之間的間隔處進(jìn)行剖切而得)。圖4是本發(fā)明的種植法的表面流人工濕地與普通表面流人工濕地平面對比圖。上述圖中1為濕地植物，2為濕地植物的根系，3為土壟，4為水流方向，5為設(shè)計水面，6為粘土層，7為砂石層，8為土工膜，9為細(xì)沙緩沖層，10為礫石層，11為巖基，12為水土交界面，14為起伏落差，16為進(jìn)水管，17為出水管，18為濕地邊岸。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1、一種大幅提高表面流人工濕地凈化效率的植物半裸露種植方法，所選擬的建區(qū)域為底質(zhì)不良的河漫灘區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)現(xiàn)狀地層自上而下為5 30cm的粘土層 6，90 IOOcm砂石層7，150 300cm礫石層10，底部為層積巖的基巖11 ；依次進(jìn)行以下步驟1)、場地平整選定上述表面流人工濕地的實(shí)施區(qū)域后，首先剝除粘土層6，將所得的土方(即組成粘土層6的土)置于一邊待用；而后進(jìn)行基底開挖(在此實(shí)施例中，是對砂石層7進(jìn)行開挖)，開挖深度80cm，平整基底后鋪細(xì)沙緩沖層9，細(xì)沙緩沖層9的鋪裝厚度5 IOcm ；再在細(xì)沙緩沖層9上敷設(shè)厚度5mm的土工膜8進(jìn)行防滲處理，而后回填砂石層7的土方，適當(dāng)平整后再回填40 60% (體積比)的粘土層6的土方，從而使該實(shí)施區(qū)域與外圍的地平面相齊平，以此作為本表面流人工濕地的耕作層，并使得回填平整后擬建區(qū)域的整體坡降系數(shù)為(即高度差與沿水流方向4的該區(qū)域長度之間的比值)，并使起伏落差14不超過設(shè)計水深的1/3。注起伏落差14是指高于整體平面的凸部的高度值或者低于整體平面的凹坑的深度值。說明假設(shè)在某些特殊的實(shí)施區(qū)域，如果還沒挖到80cm就已經(jīng)碰到基巖11，就不需要再往下挖了，由于基巖11具有良好的防滲性，因此此處也無需設(shè)置細(xì)沙緩沖層9和土工膜8，直接回填相應(yīng)的土方即可。2)、壟溝堆砌
54堆砌平行的多條土壟3，相鄰的土壟3之間間隔50cm，土壟3的堆砌材料為剩余的粘土層6的土方，砌體大體堆完后進(jìn)行人工邊坡修整。從而使土壟3 (即堆砌體)橫截面(見圖幻近似于梯形，底寬為10cm，頂寬2cm，高 8cm,因此邊坡系數(shù)(放坡距離與坡高之比)為2，由于設(shè)計水深為20cm，因此其坡頂距設(shè)計水面5為12cm。設(shè)計水深，即圖3中所示的設(shè)計水面5和水土交界面12之間的距離。3)、設(shè)置濕地邊岸圍繞著人工濕地(即實(shí)施區(qū)域)的四周要設(shè)置濕地邊岸18，濕地邊岸18的高度必須高于設(shè)計水深，在濕地邊岸的兩側(cè)分別設(shè)置進(jìn)水管16和出水管17 (進(jìn)水管16設(shè)置在地勢高處，出水管17設(shè)置在地勢低處)；此同常規(guī)的人工濕地的設(shè)計方式。當(dāng)然，此步驟只需在最終的“注水調(diào)試”步驟前完成即可；因此最早可在步驟1)的 “場地平整”前完成。4)、濕地植物選取選擇再力花作為濕地植物。5)、濕地植物種植將芽體發(fā)育良好的濕地植物1的根盤(以再力花為例，1株，每株3芽以上)栽植于土壟3的邊坡上，栽植方式為(見圖1)將上述再力花交錯種植于每條土壟3的兩側(cè)邊坡；每側(cè)邊坡上的再力花的間距為 1. Omm(即，在同一個土壟3上間距50cm種植一株再力花)；所有的土壟3上應(yīng)平行對應(yīng)種植上述再力花。再力花移栽時不能將根盤埋地過深，因此僅將一半的根盤埋入土壟3的邊坡中充分固定該再力花，另一半根盤暴露于土壟3的間隙處。6)、注水調(diào)試調(diào)試期間水位調(diào)控十分關(guān)鍵，前期(移栽后前15天)水位應(yīng)低于濕地植物1的根盤5cm左右，使?jié)竦刂参?縱向扎根，以穩(wěn)定基部從而充分固定濕地植物1，中期(移栽后 16 30天)逐漸加高水位至濕地植物1的根盤處，使?jié)竦刂参?橫行發(fā)根，濕地植物的根系2分布于相鄰2條土壟3的空隙處，后期(移栽31天以后)進(jìn)一步將水位加高至設(shè)計水深，便可進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。在運(yùn)行過程中，濕地植物1的收割方式同現(xiàn)有的用于治理污染水體的水生植物的收割方式，例如，當(dāng)再力花的平均株高一般超過an時，即可進(jìn)行常規(guī)的收割處理。實(shí)驗1、按照實(shí)施例1所述的方法進(jìn)行測試(圖4中左側(cè)濕地)，擬處理水體選用微污染溪水，調(diào)整濕地水力負(fù)荷為0. 5t/m2 · d，則進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)為總氮為2. 34ppm,總磷為 0. 05ppm，氨氮為0. 15ppm ；最終經(jīng)本發(fā)明的種植法的表面流人工濕地處理后出水水質(zhì)指標(biāo)為總氮為1. 17ppm,總磷為 0. 033ppm,氨氮為0. 05ppm。對比實(shí)驗1、建立一個等尺寸傳統(tǒng)表面流人工濕地(圖4中右側(cè)濕地)進(jìn)行測試，選用同一條溪流的微污染溪水進(jìn)行處理，再力花的種植密度同實(shí)施例1，收割方式等同于實(shí)施例1 ；調(diào)整濕地水力負(fù)荷為0. 5t/m2 · d，則進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)為
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總氮為2. 34ppm,總磷為 0. 05ppm,氨氮為0. 15ppm ；最終經(jīng)傳統(tǒng)表面流人工濕地處理后出水水質(zhì)指標(biāo)為總氮為1. 59ppm,總磷為 0. 046ppm,氨氮為0. 09ppm。實(shí)驗2、將實(shí)驗1中的濕地水力負(fù)荷改為1. Ot/m2 · d時，且進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)為總氮為3. 72ppm,總磷為 0. 06ppm,氨氮為0. 23ppm ；最終經(jīng)本發(fā)明的種植法的表面流人工濕地處理后出水水質(zhì)指標(biāo)為總氮為2. 05ppm,總磷為 0. 042ppm,氨氮為0. 08ppm ；對比實(shí)驗2、按照對比實(shí)驗1所述的方法進(jìn)行測試，將濕地水力負(fù)荷改成同實(shí)驗2 ；初始水(即流入人工濕地前的)的水質(zhì)指標(biāo)同實(shí)驗2 ；最終從傳統(tǒng)人工濕地流出的水的的水質(zhì)指標(biāo)為總氮為2. 72ppm,總磷為 0. 052ppm,氨氮為0. 15ppm ；實(shí)驗3、將實(shí)驗1中的擬處理水體改用污水廠尾水，濕地水力負(fù)荷同實(shí)驗1，進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)為總氮為17. 9ppm,總磷為 0. 76ppm,氨氮為6. 50ppm ；最終經(jīng)本發(fā)明的種植法的表面流人工濕地處理后出水水質(zhì)指標(biāo)為總氮為6. 98ppm,總磷為 0. 35ppm,氨氮為0. 91ppm。對比實(shí)驗3、按照對比實(shí)驗1所述的方法進(jìn)行測試，將擬處理水體改成同實(shí)驗3;濕地水力負(fù)荷同實(shí)驗3，初始水(即流入人工濕地前的)的水質(zhì)指標(biāo)同實(shí)驗3 ；最終從傳統(tǒng)人工濕地流出的水的的水質(zhì)指標(biāo)為總氮為11. IOppm,總磷為 0. 59ppm，氨氮為3. 12ppm ；綜上所述，經(jīng)一段時間的運(yùn)行監(jiān)測，本發(fā)明的表面流人工濕地不僅出水穩(wěn)定性高，而且對多項污染指標(biāo)處理率均有大幅度提升，尤其是對微污染水體的營養(yǎng)鹽脫除極為顯著，在入水污染負(fù)荷較小的情況下，其總氮去除率仍可達(dá)到40 65%，總磷達(dá)到25 55%，較之傳統(tǒng)工藝而言(傳統(tǒng)表面流濕地對類似負(fù)荷的微污染水體總氮去除率僅為30% 左右，總磷僅為15 %左右)，本表面流人工濕地處理能力有了成倍提升。最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的若干個具體實(shí)施例。顯然，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.大幅提高表面流人工濕地凈化效率的植物半裸露種植方法，包括設(shè)置帶有進(jìn)水管和出水管的濕地邊岸，其特征是還包括以下步驟1)、場地平整在選定的表面流人工濕地的實(shí)施區(qū)域內(nèi)，先使所述實(shí)施區(qū)域的底部符合防滲要求，然后進(jìn)行場地平整，從而使平整后的區(qū)域整體坡降系數(shù)為0. 1 3%，并使起伏落差不超過設(shè)計水深的1/3 ；得平整后的實(shí)施區(qū)域；2)、壟溝堆砌在所述平整后的實(shí)施區(qū)域，沿所設(shè)計的水流方向堆砌相互平行的土壟，土壟的間距為 0. 3 1. 0m，土壟頂部的高度比設(shè)計水位低5 15cm ；3)、濕地植物選取在耐水濕的前提下，選擇淺根系植物作為濕地植物；4)、濕地植物種植將所述濕地植物交錯種植于每條土壟的兩側(cè)邊坡；每側(cè)邊坡上的濕地植物的間距為0.6 2. Om0
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大幅提高表面流人工濕地凈化效率的植物半裸露種植方法， 其特征是所述步驟i)中的土壟堆砌材料為土或吸附性基質(zhì)；所述土壟的橫截面呈梯形，邊坡系數(shù)為0. 2 2。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大幅提高表面流人工濕地凈化效率的植物半裸露種植方法， 其特征是所述濕地植物為再力花，土壟間距為0. 4 0. 6m ；每側(cè)邊坡上的濕地植物的間距為 0. 8 1. 2mο
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大幅提高表面流人工濕地凈化效率的植物半裸露種植方法， 其特征是所述濕地植物為風(fēng)車草，土壟間距為0. 3 0. 5m ；每側(cè)邊坡上的濕地植物的間距為 0. 6 1. Om0
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大幅提高表面流人工濕地凈化效率的植物半裸露種植方法， 其特征是所述濕地植物為灌柳，土壟間距為0. 9 1. Om ；每側(cè)邊坡上的濕地植物的間距為1.8 2. Om0
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5任意一種大幅提高表面流人工濕地凈化效率的植物半裸露種植方法，其特征是所述步驟4)中濕地植物的種植以株或叢為單位。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大幅提高表面流人工濕地凈化效率的植物半裸露種植方法，包括設(shè)置帶有進(jìn)水管和出水管的濕地邊岸，還包括以下步驟1)、場地平整使實(shí)施區(qū)域的底部符合防滲要求，然后進(jìn)行場地平整；2)、壟溝堆砌在平整后的實(shí)施區(qū)域，沿所設(shè)計的水流方向堆砌相互平行的土壟，土壟的間距為0.3～1.0m，土壟頂部的高度比設(shè)計水位低5～15cm；3)、選擇淺根系植物作為濕地植物；4)、濕地植物種植將濕地植物交錯種植于每條土壟的兩側(cè)邊坡；每側(cè)邊坡上的濕地植物的間距為0.6～2.0m。本發(fā)明的方法在保留傳統(tǒng)的表面流濕地各類優(yōu)點(diǎn)的同時，能大幅提高表面流人工濕地凈化效率。
文檔編號A01B79/02GK102498885SQ201110347269
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月6日
發(fā)明者奚姝, 楊肖娥, 林可聰, 王小忠, 許良峰, 趙晶 申請人:浙江大學(xué)