一種凈化處理鎘污染灌溉水的河濱帶人工濕地的方法與流程

本發明屬于重金屬污染修復和水凈化處理領域，更具體設計到一種凈化處理鎘污染灌溉水的河濱帶人工濕地的方法，它適用于我國南方重金屬污染耕地修復中，在灌溉水進入稻田前，通過河濱帶人工濕地的基質吸附和水生植物凈化，是降低灌溉水中的鎘等重金屬污染的費用低、容易操作和管理的有效方法。

背景技術：

2014年4月17日，環保部和國土資源部聯合發布的《全國土壤污染狀況調查公報》顯示，我國耕地土壤點位超標率19.4％,其中輕微、輕度、中度和重度污染點位比例分別為13.7％、2.8％、1.8％和1.1％。其中，以鎘、鉛、砷、鉻等為代表的重金屬污染問題尤為突出。污水灌溉被認為是土壤重金屬污染和稻米等農作物重金屬超標的重要原因之一。根據農業部對全國污灌區的調查，在約140萬hm²的污水灌區中，遭受重金屬污染的土地面積占污水灌區面積的64.8％。但由于地表水污染范圍比較廣或水資源匱乏等原因，使用污染水源進行灌溉又不得已而為之。因此，采用適當技術措施對灌溉水源進行凈化處理，有效降低灌溉水的重金屬濃度，是修復重金屬污染耕地和實現糧食安全生產的必要環節。

人工濕地主要由基質系統和水生植物系統組成，通過植物、基質和微生物的物理、化學及生化反應三重協同作用來處理污水，從而達到凈化污水的目的。與傳統的化學方法或物理化學方法相比，人工濕地具有操作簡單、運行成本低、環境友好等優點，不僅對重金屬離子有很好的去除效果，而且避免了二次污染問題。但當前利用人工濕地凈化污染灌溉水還處于起步階段，在濕地植物選擇和配置、吸附基質種類和配比等方面還需要進一步研究。

經中國專利網與相關論文網站檢索，發現目前已有一些關于人工濕地凈化處理重金屬污染灌溉水的報道。如司萬童等發現人工濕地可以高效降低引黃灌溉水和農田土壤中重金屬cu,zn,pb和cd的質量濃度《蘭州大學學報(自然科學版)2012.48(5)：85～93》。奉向東等在“一種鄉鎮生活污水人工濕地處理系統”[cn201610852550.5]中提到采用自上而下依次設置的復合栽植土層、除重金屬材料層、麥飯石層、礫石層以及鵝卵石層等，重金屬去除率可以達到95％以上，但該方法成本比較高、并且容易造成人工濕地堵塞；鐘泳瀅在“一種處理工廠重金屬廢水的人工濕地處理方法”[200910107815.9]中提到利用火山巖、河沙等復合填料和水生植物處理重金屬離子廢水，但該方法使用范圍比較小，出水量小，難以滿足農田灌溉用水的需求；韓建剛等在“一種去除畜禽養殖廢水中重金屬的人工濕地系統”[201410267948.3]中提到采用帶有填料層的填料柱對養殖廢水進行凈化處理，但該方法基本上屬于物理化學方法，需及時更換填料柱，并且容易造成二次污染。因此，建立一種凈化鎘等重金屬污染灌溉水的效率高、運行成本低、操作簡單、環境友好的方法就顯得尤為迫切。

技術實現要素：

針對當前鎘污染灌溉水處理占地面積大、成本高、穩定性差、易造成二次污染等技術難點，本發明的目的是在于提供了一種凈化處理鎘污染灌溉水的河濱帶人工濕地的方法，不占用農田、去除效率高、運行成本低、容易操作和管理，滿足在耕地重金屬污染修復中對灌溉水源進行凈化處理的需求。

為了實現上述的目的，本發明采用以下技術措施：

一種凈化處理鎘污染灌溉水的河濱帶人工濕地的方法，其步驟是：

a、地點選擇；選擇水流比較平緩、河漫灘面積在400平方米以上(1500平方米以下)，并且距離灌溉水取水口比較近的河段。

b、河槽加固；在河槽的左右兩側，采用漿砌石加固。既保留了原有河槽的行洪功能，又能防止洪水對人工濕地基質和植物的沖刷。

c、岸坡整治；采用漿砌石擋墻對左右堤岸進行基礎加固，采用連鎖生態磚或草皮對左右兩岸做護坡。

d、河道清淤；對淤灘進行基底改造，將0－60cm表層淤泥移出。

e、濕地床填充；自下而上依次分層填入粒徑4-30mm的生石灰石、斜發沸石、爐渣和河砂，每種材料層的厚度10cm左右，填料層的總厚度為40cm左右，然后上層覆蓋20cm左右厚的無污染的水稻田土或壤土或松軟粘土土壤。

f、新建潛壩；在人工濕地末端構筑潛壩，順接下游河道。潛壩中間安裝預制排沙孔，并在潛壩中間安裝提升平板鋼閘以控制濕地水位。

g、植物配置；栽種對鎘吸收和積累能力比較強的濕地植物，種類為水生美人蕉、蘆葦、香蒲、水蔥和水蓼。由水及岸條帶式栽植，順序為水蓼—水蔥—水生美人蕉—香蒲—蘆葦。

h、人工濕地養護管理：濕地水位控制在10－30cm，在植物生長末期對植物進行收割。每周提升閘門沖沙一次，減輕河道淤積。

通過上述技術措施，解決了當前在鎘污染灌溉水凈化處理中存在的占用農田、處理成本高、出水量難以滿足農業灌溉對水量的大量需求，且容易造成二次污染等技術難點，與現有技術相比其有益效果是：

(1)適用范圍比較廣：我國南方地區溝渠河網星羅棋布，河漫灘分布比較廣，面積大。因此本發明適用的范圍比較廣。

(2)構建費用低、運行能耗小、容易操作和管理。本發明主要通過改造未被充分利用的河漫灘，不占用農田，因此成本比較低。河濱帶人工濕地建成后，僅需定期沖沙，對水生植物進行收獲和管理，容易操作和維護管理。

(3)對灌溉水中鎘的去除效率比較高。利用本發明所建立的方法對鎘濃度為1.23μgl^-1的灌溉水進行凈化處理后，人工濕地出水的的鎘濃度下降到0.66μgl^-1，鎘的去除率達到了46.23％。

(4)能有效改善農村生態環境。河濱帶人工濕地不僅凈化了灌溉水水質，所形成的水生植物群落還具有較好的觀賞效果，可以為魚類、蛙類等提供良好的棲息環境，對農村的生態環境具有一定的改善作用。

附圖說明

圖1為一種凈化處理鎘污染灌溉水的河濱帶人工濕地的剖面示意圖

圖2為一種凈化處理鎘污染灌溉水的河濱帶人工濕地的平面布置圖

圖3.為潛壩剖面圖

其中：1為大堤，2為護坡，3為第一擋墻，4為土壤層，5為填充材料層，6為濕地植物組合(水蓼、水蔥、香蒲和蘆葦等濕地植物)，7為第二擋墻，8為河槽，9為潛壩，10為提升平板鋼閘，11為排沙孔。

具體實施方式

下面申請人將結合湖南省長沙縣北山鎮榮合橋社區河濱帶人工濕地的實例對本發明方法做進一步的詳細說明，目的在于使本領域技術人員對本發明方法有更詳盡的理解和認識，以下實施例不應在任何程度上被理解為對本發明請求保護范圍的限制。

實施例1：

一種鎘污染灌溉水的河濱帶人工濕地凈化處理的方法，其步驟是：

(1)地點選擇；選擇榮合橋下游一段水流比較平緩的河段，長度約85m，淤灘面積在600平方米左右。濕地末端是灌溉水源的取水口。

(2)河槽8加固；按枯水期的水面寬度，沿河槽8左右兩側輪廓線，按縱坡1/400用麻條石及m7.5漿砌石構筑第二擋墻7，防止洪水對人工濕地的沖刷。

(3)岸坡整治；左岸土方筑大堤1防洪水漫溢，長85m、斷面1m×1.5m、左岸按1:0.7整坡；右岸采用麻條石筑砌第一擋墻3，長85m、斷面2.5m×0.305m，采用連鎖生態磚護坡2。

(4)河道清淤；對淤灘進行基底改造，將0－60cm表層淤泥移出。

(5)濕地床填充；濕地床自下而上依次分層填入生石灰石、人造沸石、爐渣和河砂，填充材料層5總厚度為40cm，上層20cm土壤層4填入清潔稻田土壤。

(6)新建潛壩9；潛壩9采取鋼筋砼現澆壩體。壩長9m，其中右岸長6m，壩高為1.4m、潛壩9頂寬2m、下游溢流面坡比1:0.7，潛壩9中間安裝d600預制排沙孔11，潛壩9中間安裝提升平板鋼閘10，調控水位，左岸長3m、壩高0.7m、壩頂寬2m，順接下游河道。

(7)植物配置；濕地面積約600m²。由水及岸條帶狀栽植濕地植物組合6(水蓼、水蔥、香蒲和蘆葦等濕地植物)。

(8)養護管理；水位控制在10－30cm。在植物生長末期對植物進行收割。每周提升閘門沖沙一次，減輕河道淤積。

利用本方法所建立的河濱人工濕地運行了2年，在2016年1月至12月對人工濕地的進水和出水水質進行了采樣和分析，發現對水體中鎘的去除效果明顯，平均去除率為26.83％，在水體鎘濃度較高的8月份，去除率達到46.23％，能夠有效的減少通過灌溉水輸入到稻田的鎘總量。

表1.2016年1-12月長沙縣北山鎮榮合橋河濱人工濕地對灌溉中鎘的凈化處理效果