本发明属于环境治理技术领域，尤其涉及一种基于净水污泥陶粒的新型生态护坡的构建方法。
背景技术：
氮磷是水体发生富营养化的核心因素，其来源主要是点源污染和面源污染。目前，随着污水截流措施的实施，进入水体的点源污染已经逐渐被消除，但是由于降雨径流携带的面源污染已经成为水体污染的主要来源，特别是城市内部水体以及濒临农田的水体。在雨季，水体中氮磷以及悬浮物含量通常偏高，致使水体出现富营养化以及透明度降低等现象。目前，在面源污染控制技术中通常采用快速渗透或者截流措施，降低入水体的污染，如植草沟、雨水花园、地下渗滤系统、人工湿地等，或者沿水体种植水生植物，通过滤料以及水生植物对径流中的氮磷及悬浮物进行吸收和过滤。
目前，用于降低面源污染的措施主要是添加的各种碎石等填料以及种植植物等，利用其对氮磷等污染物质的拦截和吸附，完成对面源污染的处理。前者如果选用碎石，则其对氮磷吸附能力较弱，如果采用改性碎石，可以通过化学反应，对氮磷产生吸附作用；后者则主要取决于种植植物的种类以及对氮磷的快速吸附能力。然而，在植草沟、雨水花园、地下渗滤系统、人工湿地等系统中，雨水均可以有一定的停留时间，为氮磷的充分吸附提供了基础条件，然而，这些措施主要以降低水体中悬浮物含量为首要目的，对于氮磷消减属于次要目的。相反对于水体堤岸等，雨水无法保证充足的停留时间，对氮磷的吸附效果将大打折扣。
净水污泥属于净水厂的废弃物，其处置方式主要是将其脱水后送至垃圾填埋场填埋或者制成建筑材料，不仅导致净水污泥的资源化程度很低，而且致使净水污泥中的大量铝盐被浪费。正是因为净水污泥中含有大量的铝盐，因此，其可以充分利用铝对磷吸附作用，将净水污泥制成相关材料，用于对磷的吸收。
因此，如果能将净水污泥制成具有丰富孔隙、对磷具有将强吸附能力的材料，并与植物组成立体吸附系统，不仅可以有效消减雨水径流中的氮磷污染，而且可以防止水土流失，并增加雨水下渗率，降低径流强度。基于上述特性，本发明应运而生。
技术实现要素：
解决的技术问题：针对现有的面源污染消减方法需要较长停留时间、对氮磷吸收效果差以及净水污泥回收效益低等缺点，本发明提供一种基于净水污泥陶粒的新型生态护坡的构建方法，将制备得到的陶粒材料，与选择的植物种子，组成立体生态系统，采用一定坡度覆盖在水体堤岸上，构建生态护坡，即起到保护堤岸、增加雨水下渗率，又能提高消减入河氮磷的作用。
技术方案：一种基于净水污泥陶粒的新型生态护坡的构建方法，该方法的步骤如下：
将拟铺设生态护坡的堤岸清理干净，并整理成与水体构成不高于45度的坡度；
先铺设填充含陶粒材料的第一格子；
再铺设填充含植物种子和陶粒材料的第二格子；
自然养护；
所述第一格子和第二格子均由四周泡沫板和底部纯化纤纱布所构成；所述第一格子的长宽和所述第二格子的长宽相一致；
所述第一格子和第二格子中的所述陶粒材料均由处理后的净水厂净水污泥、膨润土、贝壳粉和淀粉构成。
进一步地，所述陶粒材料的制备步骤具体为：
（1）净水厂污泥处理
将自来水厂脱水后沉淀的污泥过筛去除大颗粒物质并干燥，然后碾碎，用100目筛网进行筛分，得到处理后的净水厂污泥；
（2）混合料的制备
将处理后的净水污泥与膨润土、贝壳粉、淀粉置于容器内，加水并搅拌混合，得到含水率为35-45%的混合料，其中所述膨润土、贝壳粉、淀粉均过100目筛网；
（3）陶粒材料的制备
将上述混合料制成生料球并烘干；然后置于马弗炉中先于300-400℃保温10-20 min；再于600-700℃下保温20-30 min；待灼烧结束后，自然冷却，即得陶粒材料。
进一步地，所述处理后的净水污泥与膨润土、贝壳粉、淀粉的质量比为80:10:7:3。
进一步地，所述步骤（3）中，所述生料球的粒径为1-2cm；所述步骤（1）中，搅拌混合条件为：在转速为100rpm的搅拌机中搅拌混合10min；所述步骤（1）中，干燥条件为：在105℃干燥2-4h；所述步骤（3）中，烘干条件为：在105℃下烘干1-3h。
进一步地，所述第一格子的高度小于第二格子，所述第一格子和第二格子的高度之和为30cm。
进一步地，所述第二格子内填充的所述植物种子的含量为0.1-0.2 g/m2第二格子的底面积；所述第一格子内填充重量比为2:1陶粒材料和干净土壤。
进一步地，所述第一格子铺设层数至少为一层；所述第二格子铺设层数为一层。
进一步地，所述植物种子为绿化植物种子，进一步优选地，所述植物种子为狗牙根种子；所述植物种子还可为其他绿化植物种子或具有观赏效果的花卉种子。
优选地，基于净水污泥陶粒的新型生态护坡的构建方法，该方法的步骤如下：
将拟铺设生态护坡的堤岸清理干净，并整理成与水体构成30度的坡度；
采用1cm厚泡沫板制成长宽高为20×20×10cm的正方形格子，并用纯化纤纱布罩住底部，然后装入陶粒材料与干净土壤，两者的混合比按重量比2:1计，制成第一格子；
采用1cm厚泡沫板制成长宽高为20×20×20cm的正方形格子，并用纯化纤纱布罩住底部，在纱布上均匀喷撒0.4-0.5g狗牙根种子，然后装入陶粒材料，制成第二格子；
在清理后堤岸上先平铺第一格子一层；再铺设第二格子一层，总厚度为30cm；
自然养护。
优选地，所述陶粒材料的制备步骤具体为：
（1）净水厂污泥处理
将自来水厂脱水后沉淀的污泥用1mm铁筛网过筛去除大颗粒物质，并105℃下干燥3h，然后碾碎，用100目筛网进行筛分，得到处理后的净水厂污泥；
（2）混合料的制备
将质量比为80:10:7:3的处理后的净水污泥与膨润土、贝壳粉、淀粉置于容器内，加水并搅拌混合，得到含水率为40%的混合料，其中所述膨润土、贝壳粉、淀粉均过100目筛网；
（3）陶粒材料的制备
将上述混合料制成1.5 cm生料球并在105 ℃下烘干2 h；然后置于马弗炉中先于350 ℃保温15 min；再于650 ℃下保温25 min；待灼烧结束后，自然冷却，即得陶粒材料。
有益效果：本发明提供的一种基于净水污泥陶粒的新型生态护坡的构建方法，具有以下优点：
1. 本发明所构建的新型生态护坡采用基于净水厂污泥制备得到的陶粒材料，与植物种子相配合，组成立体生态系统，采用一定坡度覆盖在水体堤岸上，构建生态护坡，即实现了废物资源化利用，解决了净水厂污泥的去向问题，也起到了保护堤岸、增加雨水下渗率，又能提高消减入河氮磷的作用；
2. 本发明基于净水厂污泥所制备得到的陶粒材料具有对磷吸附能力强、吸附容量大的优点，也对氨氮和悬浮物具有良好的吸附作用，并且经过陶粒材料进入水体的金属离子主要是自然界中常见的铁盐、铝盐和钙盐，不会对水体生态系统产生化学风险，使用安全；
3. 本发明将材料制成格子结构，方便搬运和清理；
4. 本发明所使用的材料来源广泛且成本低廉，制作简单易行，适合大面积推广应用；
5. 本发明所采用的植物种子可根据需要更换不同的植物，并进行造型设计，具有观赏性。
具体实施方式
一种基于净水污泥陶粒的新型生态护坡的构建方法，该方法的步骤如下：
将拟铺设生态护坡的堤岸清理干净，并整理成与水体构成不高于45度的坡度；
先铺设填充含陶粒材料的第一格子；
再铺设填充含植物种子和陶粒材料的第二格子；
自然养护；
所述第一格子和第二格子均由四周泡沫板和底部纯化纤纱布所构成；所述第一格子的长宽和所述第二格子的长宽相一致；
所述第一格子和第二格子中的所述陶粒材料均由处理后的净水厂净水污泥、膨润土、贝壳粉和淀粉构成，其处理后的净水污泥与膨润土、贝壳粉、淀粉的质量比为80:10:7:3。
其中，所述第一格子的高度小于第二格子，所述第一格子和第二格子的高度之和为30 cm；在本实施例中，所述第一格子为长宽高20×20×10 cm的正方形格子；所述第二格子为长宽高20×20×20 cm的正方形格子；在其他实施中，格子的尺寸可根据实际需要做相应的调整。
其中，所述第二格子内填充的所述植物种子的含量为0.1-0.2 g/m2第二格子的底面积；所述植物种子为绿化植物种子，在本实施例中，所述植物种子为狗牙根种子，所述狗牙根种子的撒入量为0.4-0.5 g；在其他实施例中，所述植物种子还可为其他绿化植物种子或具有观赏效果的花卉种子，所述植物种植的撒入量可根据植物做相应的调整。
其中，所述第一格子内填充重量比为2:1陶粒材料和干净土壤。
其中，所述第一格子铺设层数至少为一层；所述第二格子铺设层数为一层。在本实施例中，所述第一格子和所述第二格子均为一层结构；在其他实施例中，所述第一格子可为二层或多层结构，如此可进一步增加雨水下渗率，同时又可提高消减入河氮磷的含量。
上述所述陶粒材料的制备步骤具体为：
以下所采用的净水厂污泥来自苏州高新区自来水有限公司—高新区第二水厂。
（1）净水厂污泥处理
将自来水厂脱水后沉淀的污泥（Al2O3含量为28.2%）用1 mm铁筛网筛除大颗粒物质，再置于烘箱中，在105 ℃干燥3 h，然后碾碎，用100目筛网进行筛分，得到处理后的净水厂污泥，称取10 kg处理后的净水厂污泥；
（2）陶粒材料的制备
将8 Kg处理后的净水污泥与1 kg膨润土、0.7 kg贝壳粉、0.3 kg淀粉置于0.5×0.5×0.5 m（长×宽×高）的容器内，并加水，在转速为100 rpm的搅拌机中搅拌混合10 min，得到混合料，其含水率控制在40 %。
将混合料制成粒径在1.5 cm的生料球（含水率控制在40%）；将生料球在105℃情况下烘干2 h；将马弗炉预热，在350℃保持15分钟；然后，将马弗炉灼烧温度调至650℃，待温度达到后，将已烘干的生料球放入，灼烧25分钟；灼烧结束后，自然冷却，得到陶粒材料。
采用上述所制备得到的陶粒材料进行磷吸附试验，采用恒温振荡器作为试验装置，其测试步骤如下：
分别在一系列100 mL锥形瓶中加入2颗陶粒和100 mL磷酸二氢钾溶液，磷酸二氢钾溶液的初始浓度分别为0.0，0.05，0.10，0.20，0.50，1.00，2.00，5.00，8.00，10.00和15.00 mg/L，在（25±1）℃条件下，恒温振荡24 h，离心（3500 rpm，20 min），0.45 μm过滤，测定磷酸盐浓度（平衡浓度），根据初始浓度与平衡浓度之差，计算陶粒材料对磷酸盐的吸附量。
结果表明，该陶粒材料对磷酸盐的最大吸附量高达8695 mg/kg。
采用上述制备得到的陶粒材料制成陶粒格子结构，并在实验室进行以下模拟试验：
（a）在模拟试验中，为了降低烧制陶粒材料的量，仅采用一层格子结构，该格子结构的尺寸为10×10×10 cm（长×宽×高），在格子底部撒入0.2 g狗牙根种子，将陶粒材料与校园草坪泥土按照质量比为2:1的比例加入格子中，制成陶粒格子。将做好的陶粒格子放置在倾角为30度的试验台上；定时喷洒自来水，以保证湿度，确保狗牙根发芽，待狗牙根从陶粒中长出来后，达到5 cm长，则开始试验。
（b）配置模拟雨水，其总磷浓度0.5 mg/L，氨氮浓度8 mg/L、悬浮物浓度40 mg/L，按照1 L/min的速度进行雨水试验，则表面负荷为16.7 L/(S·m2)；每隔10 min采集过滤水样检测总磷、氨氮和悬浮物含量。
上述模拟试验的测试结果为：
10 min时，出水中总磷、氨氮和悬浮物浓度分别为0.1 mg/L、6.8 mg/L和15 mg/L，去除率分别为80 %、15 %和62.5 %。
5 h后，出水中总磷、氨氮和悬浮物浓度分别为0.2 mg/L、7.3 mg/L和20 mg/L，去除率分别为60 %、8.75 %和50 %。
15 h后，出水中总磷、氨氮和悬浮物浓度分别为0.3 mg/L、7.5 mg/L和25 mg/L，去除率分别为40 %、6.25 %和37.5 %。
24 h后，出水中总磷、氨氮和悬浮物浓度分别为0.4 mg/L、7.6 mg/L和30 mg/L，去除率分别为20 %、5 %和25 %。
至此，试验结束，计算可知，24 h内，共过滤水量为1440 L。考虑到陶粒的迟滞作用，共获得过滤水1395 L，其中45 L下渗并被土壤吸收，如果不受试验台大小影响，则下渗量还将增加。
经分析可知，陶粒格子对总磷、氨氮、悬浮物的消减量分别为265 mg、731 mg、20450 mg，消减率为36.8 %、6.34 %和35.5 %。
以上对本发明实施例进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。