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
技術領域：
本發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，屬水環境植物生態修復技術領域。
背景技術：
在環境保護投入日益增加的今天，我國飲用水源水環境的持續惡化的現實依然存在，這也將是今后相當長時間內環境保護的重中之重。眾所周知，當前自來水處理工藝對耗氧有機物、氨氮等具有較高的處理能力，但對PPb級以下的微量環境激素卻無能為力，而最近研究表明，這些環境激素的累積毒性絕不亞于常規污染物，而去除這些物質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爆發性增長態勢，其中表面流人工濕地因其初期投資低、運行成本低、維護簡便、抗沖擊能力強等優點成為了處理大水量微污染水體的首選技術，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運而生，但表面流濕地技術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進一步發展的制約瓶頸。近年來，隨著我國經濟的飛速發展，城市擴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，隨著入水負荷的逐漸增大(局部超過設計負荷)，其出水水質已難以為繼，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。
發明內容
本發明要解決的技術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，以便在保留傳統的表面流濕地各類優點的同時，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，尤其適用于現有表面流人工濕地的低成本技改。為了解決上述技術問題，本發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，包括設置帶有進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施區域內，先使該實施區域的底部符合防滲要求， 然后進行場地平整，從而使平整后的區域整體坡降系數為0. 1 3%，并使起伏落差不超過設計水深的1/3 ；得平整后的實施區域；2)、壟溝堆砌在所述平整后的實施區域內，沿所設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邊坡；每側邊坡上的濕地植物的間距為 0. 6 2. Om0作為本發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 步驟2、中的土壟堆砌材料為土或吸附性基質；土壟的橫截面呈梯形，邊坡系數(放坡距離與坡高之比)為0. 2 2。作為本發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一步改進濕地植物為再力花，土壟間距為0. 4 0. 6m ；每側邊坡上的濕地植物的間距為 0. 8 1. 2m ；濕地植物為風車草，土壟間距為0. 3 0. 5m ；每側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;每側邊坡上的濕地植物的間距為
1.8 2. Om0作為本發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一步改進步驟4)中濕地植物的種植以株或叢為單位。在本發明中具體而言，如土壟堆砌材料為水稻土，邊坡系數為0. 9 1. 1 ；如土壟堆砌材料為壤土，邊坡系數取0. 4 0. 6 ；如土壟堆砌材料為砂壤土，邊坡系數取0. 2 0. 4 ；如土壟堆砌材料為粘土，邊坡系數取1. 8 2. 0。如土壟堆砌材料為吸附性基質，視該吸附性基質的塑性而定，邊坡系數一般為0. 2 2。在本發明中，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根、須根、不定根發達的特性，同時這些植物根系還應有親水特性，無蠟質包膜。在本發明中，堆砌體在保障邊坡穩定性的前提下盡可能提高放坡系數。在本發明中，圍繞著人工濕地的四周要設置濕地邊岸，濕地邊岸的高度必須高于設計水深，此同常規的人工濕地的設計方式。本發明的構思是通過堆砌淹水土壟既成倍提高了水土界面，增強了土壤對重金屬、磷的吸附和有機物的固化等作用，又在同一功能區內創造出了多個高低不同的生態位，使生物相豐富，多樣性增加，增強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，側根、須根、不定根發達的特性，采取低壟半坡種植，將植株的部分根系伸展在水中，形成天然營養膜，提取水中營養鹽和污染物，以達到高效凈水的目的。本發明的有益效果在于a.成倍提高了水土界面，增強了土壤對重金屬、磷吸附和有機物固化等作用。b.充分利用某些濕地植物具有淺根系，側根、須根、不定根發達的特性，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轉變根系營養膜系統，在保留傳統表面流人工濕地的各類優點的同時，大幅提高了單位面積的凈化效能。c.在同一功能區內創造出了多個高低不同的生態位，使生物相豐富，增加表面流濕地內微生境的生物多樣性，從而提高了整個系統的抗沖擊能力。d.減少生態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，又能效預防因過度繁殖后相互擠壓導致的衰敗死亡；f. 土壟中間的溝道作為生態屏障，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行操作通道，為后續植物收割提供便利。g、具有操作的便利性與廣泛的適用性。
下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步詳細說明。圖1是本發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之間的間隔處進行剖切而得)。圖4是本發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為設計水面，6為粘土層，7為砂石層，8為土工膜，9為細沙緩沖層，10為礫石層，11為巖基，12為水土交界面，14為起伏落差，16為進水管，17為出水管，18為濕地邊岸。
具體實施例方式實施例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，所選擬的建區域為底質不良的河漫灘區域，在該區域內現狀地層自上而下為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 ；依次進行以下步驟1)、場地平整選定上述表面流人工濕地的實施區域后，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；而后進行基底開挖(在此實施例中，是對砂石層7進行開挖)，開挖深度80cm，平整基底后鋪細沙緩沖層9，細沙緩沖層9的鋪裝厚度5 IOcm ；再在細沙緩沖層9上敷設厚度5mm的土工膜8進行防滲處理，而后回填砂石層7的土方，適當平整后再回填40 60% (體積比)的粘土層6的土方，從而使該實施區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域的整體坡降系數為(即高度差與沿水流方向4的該區域長度之間的比值)，并使起伏落差14不超過設計水深的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。說明假設在某些特殊的實施區域，如果還沒挖到80cm就已經碰到基巖11，就不需要再往下挖了，由于基巖11具有良好的防滲性，因此此處也無需設置細沙緩沖層9和土工膜8，直接回填相應的土方即可。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(放坡距離與坡高之比)為2，由于設計水深為20cm，因此其坡頂距設計水面5為12cm。設計水深，即圖3中所示的設計水面5和水土交界面12之間的距離。3)、設置濕地邊岸圍繞著人工濕地(即實施區域)的四周要設置濕地邊岸18，濕地邊岸18的高度必須高于設計水深，在濕地邊岸的兩側分別設置進水管16和出水管17 (進水管16設置在地勢高處，出水管17設置在地勢低處)；此同常規的人工濕地的設計方式。當然，此步驟只需在最終的“注水調試”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的兩側邊坡；每側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上應平行對應種植上述再力花。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)、注水調試調試期間水位調控十分關鍵，前期(移栽后前15天)水位應低于濕地植物1的根盤5cm左右，使濕地植物1縱向扎根，以穩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，使濕地植物1橫行發根，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)進一步將水位加高至設計水深，便可進入運行狀態。在運行過程中，濕地植物1的收割方式同現有的用于治理污染水體的水生植物的收割方式，例如，當再力花的平均株高一般超過an時，即可進行常規的收割處理。實驗1、按照實施例1所述的方法進行測試(圖4中左側濕地)，擬處理水體選用微污染溪水，調整濕地水力負荷為0. 5t/m2 · d，則進水水質指標為總氮為2. 34ppm,總磷為 0. 05ppm，氨氮為0. 15ppm ；最終經本發明的種植法的表面流人工濕地處理后出水水質指標為總氮為1. 17ppm,總磷為 0. 033ppm,氨氮為0. 05ppm。對比實驗1、建立一個等尺寸傳統表面流人工濕地(圖4中右側濕地)進行測試，選用同一條溪流的微污染溪水進行處理，再力花的種植密度同實施例1，收割方式等同于實施例1 ；調整濕地水力負荷為0. 5t/m2 · d，則進水水質指標為
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總氮為2. 34ppm,總磷為 0. 05ppm,氨氮為0. 15ppm ；最終經傳統表面流人工濕地處理后出水水質指標為總氮為1. 59ppm,總磷為 0. 046ppm,氨氮為0. 09ppm。實驗2、將實驗1中的濕地水力負荷改為1. Ot/m2 · d時，且進水水質指標為總氮為3. 72ppm,總磷為 0. 06ppm,氨氮為0. 23ppm ；最終經本發明的種植法的表面流人工濕地處理后出水水質指標為總氮為2. 05ppm,總磷為 0. 042ppm,氨氮為0. 08ppm ；對比實驗2、按照對比實驗1所述的方法進行測試，將濕地水力負荷改成同實驗2 ；初始水(即流入人工濕地前的)的水質指標同實驗2 ；最終從傳統人工濕地流出的水的的水質指標為總氮為2. 72ppm,總磷為 0. 052ppm,氨氮為0. 15ppm ；實驗3、將實驗1中的擬處理水體改用污水廠尾水，濕地水力負荷同實驗1，進水水質指標為總氮為17. 9ppm,總磷為 0. 76ppm,氨氮為6. 50ppm ；最終經本發明的種植法的表面流人工濕地處理后出水水質指標為總氮為6. 98ppm,總磷為 0. 35ppm,氨氮為0. 91ppm。對比實驗3、按照對比實驗1所述的方法進行測試，將擬處理水體改成同實驗3;濕地水力負荷同實驗3，初始水(即流入人工濕地前的)的水質指標同實驗3 ；最終從傳統人工濕地流出的水的的水質指標為總氮為11. IOppm,總磷為 0. 59ppm，氨氮為3. 12ppm ；綜上所述，經一段時間的運行監測，本發明的表面流人工濕地不僅出水穩定性高，而且對多項污染指標處理率均有大幅度提升，尤其是對微污染水體的營養鹽脫除極為顯著，在入水污染負荷較小的情況下，其總氮去除率仍可達到40 65%，總磷達到25 55%，較之傳統工藝而言(傳統表面流濕地對類似負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明的若干個具體實施例。顯然，本發明不限于以上實施例，還可以有許多變形。本領域的普通技術人員能從本發明公開的內容直接導出或聯想到的所有變形，均應認為是本發明的保護范圍。
權利要求
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，包括設置帶有進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施區域內，先使所述實施區域的底部符合防滲要求，然后進行場地平整，從而使平整后的區域整體坡降系數為0. 1 3%，并使起伏落差不超過設計水深的1/3 ；得平整后的實施區域；2)、壟溝堆砌在所述平整后的實施區域，沿所設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邊坡；每側邊坡上的濕地植物的間距為0.6 2. Om0
2.根據權利要求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；所述土壟的橫截面呈梯形，邊坡系數為0. 2 2。
3.根據權利要求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 ；每側邊坡上的濕地植物的間距為 0. 8 1. 2mο
4.根據權利要求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車草，土壟間距為0. 3 0. 5m ；每側邊坡上的濕地植物的間距為 0. 6 1. Om0
5.根據權利要求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 ；每側邊坡上的濕地植物的間距為1.8 2. Om0
6.根據權利要求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，包括設置帶有進水管和出水管的濕地邊岸，還包括以下步驟1)、場地平整使實施區域的底部符合防滲要求，然后進行場地平整；2)、壟溝堆砌在平整后的實施區域，沿所設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邊坡；每側邊坡上的濕地植物的間距為0.6～2.0m。本發明的方法在保留傳統的表面流濕地各類優點的同時，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 優先權日2011年11月6日
發明者奚姝, 楊肖娥, 林可聰, 王小忠, 許良峰, 趙晶 申請人:浙江大學