一种净化处理镉污染灌溉水的河滨带人工湿地的方法与流程

本发明属于重金属污染修复和水净化处理领域，更具体设计到一种净化处理镉污染灌溉水的河滨带人工湿地的方法，它适用于我国南方重金属污染耕地修复中，在灌溉水进入稻田前，通过河滨带人工湿地的基质吸附和水生植物净化，是降低灌溉水中的镉等重金属污染的费用低、容易操作和管理的有效方法。

背景技术：

2014年4月17日，环保部和国土资源部联合发布的《全国土壤污染状况调查公报》显示，我国耕地土壤点位超标率19.4％,其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为13.7％、2.8％、1.8％和1.1％。其中，以镉、铅、砷、铬等为代表的重金属污染问题尤为突出。污水灌溉被认为是土壤重金属污染和稻米等农作物重金属超标的重要原因之一。根据农业部对全国污灌区的调查，在约140万hm²的污水灌区中，遭受重金属污染的土地面积占污水灌区面积的64.8％。但由于地表水污染范围比较广或水资源匮乏等原因，使用污染水源进行灌溉又不得已而为之。因此，采用适当技术措施对灌溉水源进行净化处理，有效降低灌溉水的重金属浓度，是修复重金属污染耕地和实现粮食安全生产的必要环节。

人工湿地主要由基质系统和水生植物系统组成，通过植物、基质和微生物的物理、化学及生化反应三重协同作用来处理污水，从而达到净化污水的目的。与传统的化学方法或物理化学方法相比，人工湿地具有操作简单、运行成本低、环境友好等优点，不仅对重金属离子有很好的去除效果，而且避免了二次污染问题。但当前利用人工湿地净化污染灌溉水还处于起步阶段，在湿地植物选择和配置、吸附基质种类和配比等方面还需要进一步研究。

经中国专利网与相关论文网站检索，发现目前已有一些关于人工湿地净化处理重金属污染灌溉水的报道。如司万童等发现人工湿地可以高效降低引黄灌溉水和农田土壤中重金属cu,zn,pb和cd的质量浓度《兰州大学学报(自然科学版)2012.48(5)：85～93》。奉向东等在“一种乡镇生活污水人工湿地处理系统”[cn201610852550.5]中提到采用自上而下依次设置的复合栽植土层、除重金属材料层、麦饭石层、砾石层以及鹅卵石层等，重金属去除率可以达到95％以上，但该方法成本比较高、并且容易造成人工湿地堵塞；钟泳滢在“一种处理工厂重金属废水的人工湿地处理方法”[200910107815.9]中提到利用火山岩、河沙等复合填料和水生植物处理重金属离子废水，但该方法使用范围比较小，出水量小，难以满足农田灌溉用水的需求；韩建刚等在“一种去除畜禽养殖废水中重金属的人工湿地系统”[201410267948.3]中提到采用带有填料层的填料柱对养殖废水进行净化处理，但该方法基本上属于物理化学方法，需及时更换填料柱，并且容易造成二次污染。因此，建立一种净化镉等重金属污染灌溉水的效率高、运行成本低、操作简单、环境友好的方法就显得尤为迫切。

技术实现要素：

针对当前镉污染灌溉水处理占地面积大、成本高、稳定性差、易造成二次污染等技术难点，本发明的目的是在于提供了一种净化处理镉污染灌溉水的河滨带人工湿地的方法，不占用农田、去除效率高、运行成本低、容易操作和管理，满足在耕地重金属污染修复中对灌溉水源进行净化处理的需求。

为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：

一种净化处理镉污染灌溉水的河滨带人工湿地的方法，其步骤是：

a、地点选择；选择水流比较平缓、河漫滩面积在400平方米以上(1500平方米以下)，并且距离灌溉水取水口比较近的河段。

b、河槽加固；在河槽的左右两侧，采用浆砌石加固。既保留了原有河槽的行洪功能，又能防止洪水对人工湿地基质和植物的冲刷。

c、岸坡整治；采用浆砌石挡墙对左右堤岸进行基础加固，采用连锁生态砖或草皮对左右两岸做护坡。

d、河道清淤；对淤滩进行基底改造，将0－60cm表层淤泥移出。

e、湿地床填充；自下而上依次分层填入粒径4-30mm的生石灰石、斜发沸石、炉渣和河砂，每种材料层的厚度10cm左右，填料层的总厚度为40cm左右，然后上层覆盖20cm左右厚的无污染的水稻田土或壤土或松软粘土土壤。

f、新建潜坝；在人工湿地末端构筑潜坝，顺接下游河道。潜坝中间安装预制排沙孔，并在潜坝中间安装提升平板钢闸以控制湿地水位。

g、植物配置；栽种对鎘吸收和积累能力比较强的湿地植物，种类为水生美人蕉、芦苇、香蒲、水葱和水蓼。由水及岸条带式栽植，顺序为水蓼—水葱—水生美人蕉—香蒲—芦苇。

h、人工湿地养护管理：湿地水位控制在10－30cm，在植物生长末期对植物进行收割。每周提升闸门冲沙一次，减轻河道淤积。

通过上述技术措施，解决了当前在镉污染灌溉水净化处理中存在的占用农田、处理成本高、出水量难以满足农业灌溉对水量的大量需求，且容易造成二次污染等技术难点，与现有技术相比其有益效果是：

(1)适用范围比较广：我国南方地区沟渠河网星罗棋布，河漫滩分布比较广，面积大。因此本发明适用的范围比较广。

(2)构建费用低、运行能耗小、容易操作和管理。本发明主要通过改造未被充分利用的河漫滩，不占用农田，因此成本比较低。河滨带人工湿地建成后，仅需定期冲沙，对水生植物进行收获和管理，容易操作和维护管理。

(3)对灌溉水中镉的去除效率比较高。利用本发明所建立的方法对镉浓度为1.23μgl^-1的灌溉水进行净化处理后，人工湿地出水的的镉浓度下降到0.66μgl^-1，镉的去除率达到了46.23％。

(4)能有效改善农村生态环境。河滨带人工湿地不仅净化了灌溉水水质，所形成的水生植物群落还具有较好的观赏效果，可以为鱼类、蛙类等提供良好的栖息环境，对农村的生态环境具有一定的改善作用。

附图说明

图1为一种净化处理镉污染灌溉水的河滨带人工湿地的剖面示意图

图2为一种净化处理镉污染灌溉水的河滨带人工湿地的平面布置图

图3.为潜坝剖面图

其中：1为大堤，2为护坡，3为第一挡墙，4为土壤层，5为填充材料层，6为湿地植物组合(水蓼、水葱、香蒲和芦苇等湿地植物)，7为第二挡墙，8为河槽，9为潜坝，10为提升平板钢闸，11为排沙孔。

具体实施方式

下面申请人将结合湖南省长沙县北山镇荣合桥社区河滨带人工湿地的实例对本发明方法做进一步的详细说明，目的在于使本领域技术人员对本发明方法有更详尽的理解和认识，以下实施例不应在任何程度上被理解为对本发明请求保护范围的限制。

实施例1：

一种镉污染灌溉水的河滨带人工湿地净化处理的方法，其步骤是：

(1)地点选择；选择荣合桥下游一段水流比较平缓的河段，长度约85m，淤滩面积在600平方米左右。湿地末端是灌溉水源的取水口。

(2)河槽8加固；按枯水期的水面宽度，沿河槽8左右两侧轮廓线，按纵坡1/400用麻条石及m7.5浆砌石构筑第二挡墙7，防止洪水对人工湿地的冲刷。

(3)岸坡整治；左岸土方筑大堤1防洪水漫溢，长85m、断面1m×1.5m、左岸按1:0.7整坡；右岸采用麻条石筑砌第一挡墙3，长85m、断面2.5m×0.305m，采用连锁生态砖护坡2。

(4)河道清淤；对淤滩进行基底改造，将0－60cm表层淤泥移出。

(5)湿地床填充；湿地床自下而上依次分层填入生石灰石、人造沸石、炉渣和河砂，填充材料层5总厚度为40cm，上层20cm土壤层4填入清洁稻田土壤。

(6)新建潜坝9；潜坝9采取钢筋砼现浇坝体。坝长9m，其中右岸长6m，坝高为1.4m、潜坝9顶宽2m、下游溢流面坡比1:0.7，潜坝9中间安装d600预制排沙孔11，潜坝9中间安装提升平板钢闸10，调控水位，左岸长3m、坝高0.7m、坝顶宽2m，顺接下游河道。

(7)植物配置；湿地面积约600m²。由水及岸条带状栽植湿地植物组合6(水蓼、水葱、香蒲和芦苇等湿地植物)。

(8)养护管理；水位控制在10－30cm。在植物生长末期对植物进行收割。每周提升闸门冲沙一次，减轻河道淤积。

利用本方法所建立的河滨人工湿地运行了2年，在2016年1月至12月对人工湿地的进水和出水水质进行了采样和分析，发现对水体中镉的去除效果明显，平均去除率为26.83％，在水体镉浓度较高的8月份，去除率达到46.23％，能够有效的减少通过灌溉水输入到稻田的镉总量。

表1.2016年1-12月长沙县北山镇荣合桥河滨人工湿地对灌溉中镉的净化处理效果