专利名称：大幅提高表面流人工湿地净化效率的植物半裸露种植方法
技术领域：
本发明涉及一种大幅提高表面流人工湿地净化效率的方法，特别是仅改变湿地植物的种植方式，便能大幅提高表面流人工湿地净化效率的微污染水体治理方法，属水环境植物生态修复技术领域。
背景技术：
在环境保护投入日益增加的今天，我国饮用水源水环境的持续恶化的现实依然存在，这也将是今后相当长时间内环境保护的重中之重。众所周知，当前自来水处理工艺对耗氧有机物、氨氮等具有较高的处理能力，但对PPb级以下的微量环境激素却无能为力，而最近研究表明，这些环境激素的累积毒性绝不亚于常规污染物，而去除这些物质的有效方法便是人工湿地处理。为这样的背景下，我国人工湿地推广面积呈现爆发性增长态势，其中表面流人工湿地因其初期投资低、运行成本低、维护简便、抗冲击能力强等优点成为了处理大水量微污染水体的首选技术，与浙江嘉兴石白漾湿地、广东白云湖湿地类似的诸多大型表面流人工湿地应运而生，但表面流湿地技术处理效能低下的弊病始终未能得到妥善解决， 并逐渐成为了该技术进一步发展的制约瓶颈。近年来，随着我国经济的飞速发展，城市扩张与土地短缺的矛盾逐渐凸显，在土地日益紧张的今天，如何提高表面流人工湿地单位面积的处理效能成为急需解决的棘手难题。此外，诸多原先建造的大型表面流湿地，随着入水负荷的逐渐增大(局部超过设计负荷)，其出水水质已难以为继，因此，寻找一种投资低、见效快、操作简便的技改方案也已成为十分迫切的需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种大幅提高表面流人工湿地净化效率的植物半裸露种植方法，该方法是属于特殊的湿地植物半裸露种植方法，以便在保留传统的表面流湿地各类优点的同时，大幅提高表面流人工湿地净化效率，突破表面流湿地技术处理效能低下制约瓶颈，该方法可广泛适用于各类水深的表面流湿地，尤其适用于现有表面流人工湿地的低成本技改。为了解决上述技术问题，本发明提供一种大幅提高表面流人工湿地净化效率的植物半裸露种植方法，包括设置带有进水管和出水管的湿地边岸，还包括以下步骤1)、场地平整在选定的表面流人工湿地的实施区域内，先使该实施区域的底部符合防渗要求， 然后进行场地平整，从而使平整后的区域整体坡降系数为0. 1 3%，并使起伏落差不超过设计水深的1/3 ；得平整后的实施区域；2)、垄沟堆砌在所述平整后的实施区域内，沿所设计的水流方向堆砌相互平行的土垄，土垄的间距为0. 3 1. 0m，土垄顶部的高度比设计水位低5 15cm ；
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3)、湿地植物选取在耐水湿的前提下，选择浅根系植物作为湿地植物；4)、湿地植物种植将湿地植物交错种植于每条土垄的两侧边坡；每侧边坡上的湿地植物的间距为 0. 6 2. Om0作为本发明的大幅提高表面流人工湿地净化效率的植物半裸露种植方法的改进 步骤2、中的土垄堆砌材料为土或吸附性基质；土垄的横截面呈梯形，边坡系数(放坡距离与坡高之比)为0. 2 2。作为本发明的大幅提高表面流人工湿地净化效率的植物半裸露种植方法的进一步改进湿地植物为再力花，土垄间距为0. 4 0. 6m ；每侧边坡上的湿地植物的间距为 0. 8 1. 2m ；湿地植物为风车草，土垄间距为0. 3 0. 5m ；每侧边坡上的湿地植物的间距为
0.6 1. Om0湿地植物为灌柳，土垄间距为0.9 1.0m;每侧边坡上的湿地植物的间距为
1.8 2. Om0作为本发明的大幅提高表面流人工湿地净化效率的植物半裸露种植方法的进一步改进步骤4)中湿地植物的种植以株或丛为单位。在本发明中具体而言，如土垄堆砌材料为水稻土，边坡系数为0. 9 1. 1 ；如土垄堆砌材料为壤土，边坡系数取0. 4 0. 6 ；如土垄堆砌材料为砂壤土，边坡系数取0. 2 0. 4 ；如土垄堆砌材料为粘土，边坡系数取1. 8 2. 0。如土垄堆砌材料为吸附性基质，视该吸附性基质的塑性而定，边坡系数一般为0. 2 2。在本发明中，选取湿地植物时，要求在耐水湿前提下，选择浅根系植物，要求该类植物具有侧根、须根、不定根发达的特性，同时这些植物根系还应有亲水特性，无蜡质包膜。在本发明中，堆砌体在保障边坡稳定性的前提下尽可能提高放坡系数。在本发明中，围绕着人工湿地的四周要设置湿地边岸，湿地边岸的高度必须高于设计水深，此同常规的人工湿地的设计方式。本发明的构思是通过堆砌淹水土垄既成倍提高了水土界面，增强了土壤对重金属、磷的吸附和有机物的固化等作用，又在同一功能区内创造出了多个高低不同的生态位，使生物相丰富，多样性增加，增强表流湿地的去除能力；同时，充分利用某些湿地植物具有浅根系，侧根、须根、不定根发达的特性，采取低垄半坡种植，将植株的部分根系伸展在水中，形成天然营养膜，提取水中营养盐和污染物，以达到高效净水的目的。本发明的有益效果在于a.成倍提高了水土界面，增强了土壤对重金属、磷吸附和有机物固化等作用。b.充分利用某些湿地植物具有浅根系，侧根、须根、不定根发达的特性，植株将部分根系伸展在沟里，将表面流湿地中的茎杆生物膜系统转变根系营养膜系统，在保留传统表面流人工湿地的各类优点的同时，大幅提高了单位面积的净化效能。c.在同一功能区内创造出了多个高低不同的生态位，使生物相丰富，增加表面流湿地内微生境的生物多样性，从而提高了整个系统的抗冲击能力。d.减少生态因子中限制因子的作用，使原先因耐受水深问题而不能在人工湿地种植的部分植物适宜种植；e.可对某些繁殖过快，成片发展的植物加以控制，既能防止对其他品种的空间侵占，又能效预防因过度繁殖后相互挤压导致的衰败死亡；f. 土垄中间的沟道作为生态屏障，因水位较深，其部植物不会过分覆盖，可作为后期管理的良好运行操作通道，为后续植物收割提供便利。g、具有操作的便利性与广泛的适用性。
下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细说明。图1是本发明的种植法的表面流人工湿地局部平面图。图2是图1中的表面流人工湿地沿水流方向的局部剖面图。图3是本发明的种植法的表面流人工湿地的沿程剖面图(为在两条土垄3之间的间隔处进行剖切而得)。图4是本发明的种植法的表面流人工湿地与普通表面流人工湿地平面对比图。上述图中1为湿地植物，2为湿地植物的根系，3为土垄，4为水流方向，5为设计水面，6为粘土层，7为砂石层，8为土工膜，9为细沙缓冲层，10为砾石层，11为岩基，12为水土交界面，14为起伏落差，16为进水管，17为出水管，18为湿地边岸。
具体实施例方式实施例1、一种大幅提高表面流人工湿地净化效率的植物半裸露种植方法，所选拟的建区域为底质不良的河漫滩区域，在该区域内现状地层自上而下为5 30cm的粘土层 6，90 IOOcm砂石层7，150 300cm砾石层10，底部为层积岩的基岩11 ；依次进行以下步骤1)、场地平整选定上述表面流人工湿地的实施区域后，首先剥除粘土层6，将所得的土方(即组成粘土层6的土)置于一边待用；而后进行基底开挖(在此实施例中，是对砂石层7进行开挖)，开挖深度80cm，平整基底后铺细沙缓冲层9，细沙缓冲层9的铺装厚度5 IOcm ；再在细沙缓冲层9上敷设厚度5mm的土工膜8进行防渗处理，而后回填砂石层7的土方，适当平整后再回填40 60% (体积比)的粘土层6的土方，从而使该实施区域与外围的地平面相齐平，以此作为本表面流人工湿地的耕作层，并使得回填平整后拟建区域的整体坡降系数为(即高度差与沿水流方向4的该区域长度之间的比值)，并使起伏落差14不超过设计水深的1/3。注起伏落差14是指高于整体平面的凸部的高度值或者低于整体平面的凹坑的深度值。说明假设在某些特殊的实施区域，如果还没挖到80cm就已经碰到基岩11，就不需要再往下挖了，由于基岩11具有良好的防渗性，因此此处也无需设置细沙缓冲层9和土工膜8，直接回填相应的土方即可。2)、垄沟堆砌
54堆砌平行的多条土垄3，相邻的土垄3之间间隔50cm，土垄3的堆砌材料为剩余的粘土层6的土方，砌体大体堆完后进行人工边坡修整。从而使土垄3 (即堆砌体)横截面(见图幻近似于梯形，底宽为10cm，顶宽2cm，高 8cm,因此边坡系数(放坡距离与坡高之比)为2，由于设计水深为20cm，因此其坡顶距设计水面5为12cm。设计水深，即图3中所示的设计水面5和水土交界面12之间的距离。3)、设置湿地边岸围绕着人工湿地(即实施区域)的四周要设置湿地边岸18，湿地边岸18的高度必须高于设计水深，在湿地边岸的两侧分别设置进水管16和出水管17 (进水管16设置在地势高处，出水管17设置在地势低处)；此同常规的人工湿地的设计方式。当然，此步骤只需在最终的“注水调试”步骤前完成即可；因此最早可在步骤1)的 “场地平整”前完成。4)、湿地植物选取选择再力花作为湿地植物。5)、湿地植物种植将芽体发育良好的湿地植物1的根盘(以再力花为例，1株，每株3芽以上)栽植于土垄3的边坡上，栽植方式为(见图1)将上述再力花交错种植于每条土垄3的两侧边坡；每侧边坡上的再力花的间距为 1. Omm(即，在同一个土垄3上间距50cm种植一株再力花)；所有的土垄3上应平行对应种植上述再力花。再力花移栽时不能将根盘埋地过深，因此仅将一半的根盘埋入土垄3的边坡中充分固定该再力花，另一半根盘暴露于土垄3的间隙处。6)、注水调试调试期间水位调控十分关键，前期(移栽后前15天)水位应低于湿地植物1的根盘5cm左右，使湿地植物1纵向扎根，以稳定基部从而充分固定湿地植物1，中期(移栽后 16 30天)逐渐加高水位至湿地植物1的根盘处，使湿地植物1横行发根，湿地植物的根系2分布于相邻2条土垄3的空隙处，后期(移栽31天以后)进一步将水位加高至设计水深，便可进入运行状态。在运行过程中，湿地植物1的收割方式同现有的用于治理污染水体的水生植物的收割方式，例如，当再力花的平均株高一般超过an时，即可进行常规的收割处理。实验1、按照实施例1所述的方法进行测试(图4中左侧湿地)，拟处理水体选用微污染溪水，调整湿地水力负荷为0. 5t/m2 · d，则进水水质指标为总氮为2. 34ppm,总磷为 0. 05ppm，氨氮为0. 15ppm ；最终经本发明的种植法的表面流人工湿地处理后出水水质指标为总氮为1. 17ppm,总磷为 0. 033ppm,氨氮为0. 05ppm。对比实验1、建立一个等尺寸传统表面流人工湿地(图4中右侧湿地)进行测试，选用同一条溪流的微污染溪水进行处理，再力花的种植密度同实施例1，收割方式等同于实施例1 ；调整湿地水力负荷为0. 5t/m2 · d，则进水水质指标为
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总氮为2. 34ppm,总磷为 0. 05ppm,氨氮为0. 15ppm ；最终经传统表面流人工湿地处理后出水水质指标为总氮为1. 59ppm,总磷为 0. 046ppm,氨氮为0. 09ppm。实验2、将实验1中的湿地水力负荷改为1. Ot/m2 · d时，且进水水质指标为总氮为3. 72ppm,总磷为 0. 06ppm,氨氮为0. 23ppm ；最终经本发明的种植法的表面流人工湿地处理后出水水质指标为总氮为2. 05ppm,总磷为 0. 042ppm,氨氮为0. 08ppm ；对比实验2、按照对比实验1所述的方法进行测试，将湿地水力负荷改成同实验2 ；初始水(即流入人工湿地前的)的水质指标同实验2 ；最终从传统人工湿地流出的水的的水质指标为总氮为2. 72ppm,总磷为 0. 052ppm,氨氮为0. 15ppm ；实验3、将实验1中的拟处理水体改用污水厂尾水，湿地水力负荷同实验1，进水水质指标为总氮为17. 9ppm,总磷为 0. 76ppm,氨氮为6. 50ppm ；最终经本发明的种植法的表面流人工湿地处理后出水水质指标为总氮为6. 98ppm,总磷为 0. 35ppm,氨氮为0. 91ppm。对比实验3、按照对比实验1所述的方法进行测试，将拟处理水体改成同实验3;湿地水力负荷同实验3，初始水(即流入人工湿地前的)的水质指标同实验3 ；最终从传统人工湿地流出的水的的水质指标为总氮为11. IOppm,总磷为 0. 59ppm，氨氮为3. 12ppm ；综上所述，经一段时间的运行监测，本发明的表面流人工湿地不仅出水稳定性高，而且对多项污染指标处理率均有大幅度提升，尤其是对微污染水体的营养盐脱除极为显著，在入水污染负荷较小的情况下，其总氮去除率仍可达到40 65%，总磷达到25 55%，较之传统工艺而言(传统表面流湿地对类似负荷的微污染水体总氮去除率仅为30% 左右，总磷仅为15 %左右)，本表面流人工湿地处理能力有了成倍提升。最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
权利要求
1.大幅提高表面流人工湿地净化效率的植物半裸露种植方法，包括设置带有进水管和出水管的湿地边岸，其特征是还包括以下步骤1)、场地平整在选定的表面流人工湿地的实施区域内，先使所述实施区域的底部符合防渗要求，然后进行场地平整，从而使平整后的区域整体坡降系数为0. 1 3%，并使起伏落差不超过设计水深的1/3 ；得平整后的实施区域；2)、垄沟堆砌在所述平整后的实施区域，沿所设计的水流方向堆砌相互平行的土垄，土垄的间距为 0. 3 1. 0m，土垄顶部的高度比设计水位低5 15cm ；3)、湿地植物选取在耐水湿的前提下，选择浅根系植物作为湿地植物；4)、湿地植物种植将所述湿地植物交错种植于每条土垄的两侧边坡；每侧边坡上的湿地植物的间距为0.6 2. Om0
2.根据权利要求1所述的大幅提高表面流人工湿地净化效率的植物半裸露种植方法， 其特征是所述步骤i)中的土垄堆砌材料为土或吸附性基质；所述土垄的横截面呈梯形，边坡系数为0. 2 2。
3.根据权利要求2所述的大幅提高表面流人工湿地净化效率的植物半裸露种植方法， 其特征是所述湿地植物为再力花，土垄间距为0. 4 0. 6m ；每侧边坡上的湿地植物的间距为 0. 8 1. 2mο
4.根据权利要求2所述的大幅提高表面流人工湿地净化效率的植物半裸露种植方法， 其特征是所述湿地植物为风车草，土垄间距为0. 3 0. 5m ；每侧边坡上的湿地植物的间距为 0. 6 1. Om0
5.根据权利要求2所述的大幅提高表面流人工湿地净化效率的植物半裸露种植方法， 其特征是所述湿地植物为灌柳，土垄间距为0. 9 1. Om ；每侧边坡上的湿地植物的间距为1.8 2. Om0
6.根据权利要求1 5任意一种大幅提高表面流人工湿地净化效率的植物半裸露种植方法，其特征是所述步骤4)中湿地植物的种植以株或丛为单位。
全文摘要
本发明公开了一种大幅提高表面流人工湿地净化效率的植物半裸露种植方法，包括设置带有进水管和出水管的湿地边岸，还包括以下步骤1)、场地平整使实施区域的底部符合防渗要求，然后进行场地平整；2)、垄沟堆砌在平整后的实施区域，沿所设计的水流方向堆砌相互平行的土垄，土垄的间距为0.3～1.0m，土垄顶部的高度比设计水位低5～15cm；3)、选择浅根系植物作为湿地植物；4)、湿地植物种植将湿地植物交错种植于每条土垄的两侧边坡；每侧边坡上的湿地植物的间距为0.6～2.0m。本发明的方法在保留传统的表面流湿地各类优点的同时，能大幅提高表面流人工湿地净化效率。
文档编号A01B79/02GK102498885SQ201110347269
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月6日 优先权日2011年11月6日
发明者奚姝, 杨肖娥, 林可聪, 王小忠, 许良峰, 赵晶 申请人:浙江大学