本发明涉及一种用于潜流人工湿地的构筑方法，属于人工湿地技术领域。
背景技术：
污水经过污水处理站处理后，满足污水排放一级标准的出水cod含量也高达100mg/l，远远大于生活饮用水水源地二级标准的数值(cod≤20mg/l)。而人工湿地生态系统近年来被广泛应用于处理农村生活污水、矿业废水、城市暴雨径流污染、污水处理厂尾水的深度净化等领域，其出水水质指标能稳定达到地表水ш级指标，满足生活饮用水水源地二级水质标准。人工湿地技术能够响应我国当前深化生态文明体制改革的要求，以及流域综合治理的推广应用，实现水污染控源、截污、生态修复的作用。
在人工湿地生态系统中，由土壤和基质填料混合构成填料床，污水从填料床中间的填料缝隙或者床体表面流动时，填料对水体中的有毒有害物质进行物理吸附。同时，在填料床上种植具有处理性能好、适应能力强、形态美观具备观赏价值的水生植物，能够形成一个具有污水处理功能的人工生态系统。
按照系统布水方式的不同，人工湿地一般可以分为表面流湿地、水平潜流人工湿地和垂直流人工湿地三种。其中，表流湿地最为相近于自然湿地，投资节省、运行费用低廉，但是存在很多问题，例如：污水处理负荷低、受季节影响大，冬季容易水面结冰，夏季容易蝇蚊孽生。水平潜流湿地是由污水在系统表面下流过湿地床体填料。由于填料表面生长的生物膜、填料缝隙中生长的植物根系以及填料的截留吸附作用，污水处理效果和处理能力都优于表面流人工湿地。另外，由于水流在填料床中流动，湿地系统保温效果好，受气温影响较小，处理效果稳定，卫生条件也好。垂直流型人工湿地分为单向垂直流人工湿地和复合垂直流人工湿地，造价偏高，目前北方地区应用较少。
在水平潜流人工湿地和垂直流型人工湿地都需要用到填料床，而填料的选取以及铺设填料的工艺在实际生产中决定工程质量和工程进度。填料可以为水中的微生物提供生长空间，并为各种水生植物根系提供适宜的生长环境。另外，湿地填料能提高系统去除水中部分污染物的能力，特别是对于高磷废水的处理性能有显著提高。常见的填料有钢渣、煤渣、石灰石、砾石等。火山岩是火山爆发后由火山玻璃、矿物和气泡形成的一种功能性介孔材料，近年来广泛被应用于道路、桥梁、楼房、堤坝海塘等场合的基础施工。由于火山岩表面带有正电荷，具有较强的亲水性，有利于微生物的固着生长，生物膜生长速度快且数量多。火山岩具有40％左右的孔隙率，因此质量轻、比表面积大，可作为生物滤料并能够为微生物提供充足的氧气，有利于微生物的接触挂膜和生长。
目前，在潜流人工湿地的建设中，填料的使用往往会达到上千万立方米，填料的铺设和安装消耗大量的人力物力财力，石笼技术能够节省安装时间方便组装拆卸，目前主要应用于河道护坡、生物滤池的建设，而人工湿地的填料方面，目前还没有使用案例。当石笼装置应用于填料铺设时，目前还存在以下问题急需解决：
1.目前石笼的孔径过大，而潜流湿地填料粒径较小，要加以改进；
2.石笼安装前要经过组装，而在组装过程中极易发生形变，当石笼用于护坡和河道修复时，这种形变不会造成太大影响，但是在潜流湿地的铺设过程中，石笼的形变会影响填料的铺设，并且影响以后植物种植过程。
技术实现要素：
本发明针对现有人工湿地铺设填料工艺中存在的铺设工程量大，安装效率低，填料床处理效果不佳等问题，提出一种铺设快速、可拆卸、同时能高效吸附水体中氮、磷及重金属污染物，有利于植物根系生长的潜流人工湿地的石笼构筑方法。
本发明的潜流人工湿地的石笼构筑方法，包括以下过程：
(1)构建石笼模块：
石笼模块由围网和活动底网构成，围网由四面侧网围成，活动底网设置在围网的底部，围网上部开口，相邻两面侧网的交界处设置竖拉筋，每面侧网的上端均连接上层横拉筋，每面侧网的下端均连接底层横拉筋，每面侧网上在上层横拉筋和底层横拉筋之间连接中间横拉筋，中间横拉筋至少设置两道，横拉筋作为填料的刻度指示，横拉筋之间的距离为每层填料的高度；
围网和活动底网分开运输，围网沿竖拉筋压扁折叠，叠摞在一起；
(2)石笼模块的铺设及填料装填：
先将折叠的石笼模块的围网拉起，再在围网底部放置底网；石笼模块的排放从坡底往坡顶方向进行，石笼模块内的填料由下至上分层装填，具体是在整个湿地坡面上先横向摆放最下排石笼模块，接着在最下排各个石笼模块内都装填上最底层填料，再在各石笼模块的最底层填料上填上中间填料，最后在各石笼模块的中间填料上填上最上层填料，然后在最下排石笼模块上方摆放第二排石笼模块，按前述过程在第二排石笼模块内装填填料，依此完成整个湿地坡面上石笼模块的铺设和填料装填；这样操作防止围网发生形变以及石笼模块之间出现缝隙。
所述最底层填料装填在底层横拉筋与最下一道中间横拉筋之间，中间填料装填在两道中间横拉筋之间，最上层填料装填至上层横拉筋。
所述最底层填料为粒径5-8cm的石块，中间填料为粒径3-5cm的石块，最上层填料为粒径1-3cm的火山岩；
所述最底层填料的厚度为30cm，中间填料的厚度为30cm，最上层填料的厚度为30-40cm。
所述最底层填料和中间填料为粉煤灰陶粒与石块的混合填料，粉煤灰陶粒与石块的体积比为1:9-1:3。
所述最上层填料为火山岩与沸石的混合填料，沸石与火山岩的体积比为1:9-1:5。
本发明采用可折叠石笼模块，从填料类型、石笼改良及石笼装配三个方面对潜流湿地的填料铺设进行改良，可以防止石笼发生形变以及石笼模块出现缝隙，提高了工程施工效率，保证了湿地运行的稳定性，节省了的人力物力财力。将石笼模块安装与火山岩填料进行结合，将填料床划分为单元模块，通过改良石笼进行人工湿地填料床的填料铺设和安装，无需人工铺设，可机械化作业。具有以下优点：
1.石笼模块安装简便，施工简单，省时省力，不需要特殊技术以及电力供应。
2.石笼能折叠运输，运输方便，在工地装配具有良好的经济效益。
3.具有良好的柔韧性，即使湿地底部存在坡降也不影响安装使用。
4.较强的抗冲击性。填料中的石块即使发生位移，变形后的结构也能自我调整达到平衡，整体结构不会遭到破坏。
5.较好的耐腐蚀性和耐久性，能适应不同水体的酸碱侵蚀，使用寿命长。
6.在石笼模块中增加了拉筋和底网后，能有效增加整体稳定性，使施工过程更加安全。
7.改进填料配比，提高出水水质，最大程度节约成本。
8.将石笼与火山岩填料连用，能有效提高安装效率，施工基础条件要求低，维护管理工作简便，生态环境效益理想，并能减少投资成本。
9.石笼布置安装过程可以采取铲车机械操作，将组装好的石笼模块按照顺序由铲车运输到潜流湿地中，快速便捷。
10.石笼装填可采用机械与人工相结合的方式，粗略的填料安装可以依赖挖掘机的机械填充，当填充到石笼顶部可以采取人工填充的方式对顶部进行平整。整套填充过程迅速、美观。
附图说明
图1是本发明中石笼模块的结构示意图。
图2是本发明的潜流人工湿地的石笼构筑方法(石笼模块分层填装)的原理示意图。
其中：1.围网，2.竖拉筋，3.上层横拉筋，4.中间横拉筋，5.底层横拉筋，6.底网，7.最底层填料，8.中间填料，9.最上层填料，10.石笼模块。
具体实施方式
潜流湿地的施工工程包括土方开挖、防渗层的铺设、滤料的铺设、护坡加固、水生植物的种植等工序。在铺设填料之前，应当先进行土方调整、平整河道，铺设粘土、防渗膜和底层砾石。本发明的潜流人工湿地的石笼构筑方法是将石笼模块安装与火山岩填料进行结合，将填料床划分为单元模块，通过改良石笼进行人工湿地填料床的填料铺设和安装。
一.石笼模块的结构及运用
由于石笼网格具有理想的生态建设和生态恢复功能、良好的透水功能、极其稳定和整体功能透水功能、优良的耐腐蚀性和耐久性、较强的抗冲刷和抗风浪袭击能力、施工方法简便、结构设计美观的特点，在中小河流的河道整治工程、河道内栖息地修复工作得到推广和应用。将石笼应用于潜流湿地填料的铺设工作，能有效提高填料铺设效率以及机械化可行性。
如图1所示，本发明中的石笼模块10(参见图2)由围网1和活动底网6构成，围网1由四面侧网1围成，围网1底部设置活动底网6，上部开口，相邻两面侧网的交界处设置竖拉筋2，每面侧网的上端均连接上层横拉筋3，每面侧网的下端均连接底层横拉筋5，每面侧网上在上层横拉筋3和底层横拉筋5之间连接中间横拉筋4，中间横拉筋4至少设置两道。围网1上同一高度的横拉筋互不连接，以便于四面侧网1的折叠。石笼模块10在运输时，底网6单独放置，不放置在侧网内，围网1在一个竖拉筋2处折叠收起，施工铺设时侧网拉起后再将底网6置于围网1内。
石笼模块设计尺寸为：1m×1m×1m(长×宽×高)，侧网采用镀锌铝合金材质制成的双绞合六边形钢丝网格。钢丝网格所用的钢丝通过镀锌处理，具有极强的抗锈蚀能力，其抗拉能力不得小于350n/mm2。石笼网格孔眼设计大小为2cm，并且安装金属网筛加固，以防止填料漏出。
由于潜流湿地选取的填料要满足水生植物根系生长，填料粒径的尺寸选取在1-8cm之间，这就造成传统大小的石笼孔眼过大，容易造成填料在安装过程中漏出。本发明在石笼模块底面增加了底网6，防止填料在装填过程中漏出。底网6的孔径大小在1cm内，满足最小的填料不被漏出。
上述石笼模块设计为可折叠拉起结构，具有可运输、组装迅速的特点，在现场可以由折叠形态快速拉起组装。增加的底网6和拉筋，能够使围网在折叠后迅速拉起恢复原有形状，并且拉筋能增加改良石笼的稳定性，减少装填石料后造成的形变，并且在石笼铺设时能较少缝隙，方面后续水生植物的种植工作。增加底网6可以有效防止体小的石头填料露出，并且能提供一定的机械支撑作用，防止石笼模块在安装过程中的形变。另外，潜流湿地的存在复合填料的装填，当侧网1中存在拉筋时，横拉筋的高度位置也对填料高度和容积提供了刻度指导。
石笼模块10由于折叠运输，为防止人为拉起石笼侧网时可能存在底部、周边形变的情况，设计竖拉筋2和横拉筋5，能有效减少拉起、装填填料造成的侧面形变，同时有利于铺设石笼合理密铺。而底部不平或者不能顺应湿地底面坡降会造成石笼无法密铺，影响潜流湿地的处理效果和以及后续的维护工作。因此要注意平整底面，拉起石笼侧网后在底部铺设底网6，底网6无须与侧网底部连接，可以有一定的强化定性作用，对较小的填料也起到一定的保护作用，减少填料泄露。并且在底部增加底网6不会对石笼顺应坡降造成影响，石笼模块还是能发生一定程度的倾斜顺应湿地底部地形。
参见图2，石笼模块10内自下至上依次为最底层填料7、中间填料8和最上层填料9，最底层填料7为粒径5-8cm的石块，中间填料8为粒径3-5cm的小石块，最上层填料9为粒径1-3cm的火山岩。
二.石笼铺设及其内填料的装填
填料部分是潜流湿地的核心，需要有良好的渗透性和吸附能力，又要为水生植物和水体中的微生物提供良好的生长环境。在保证污水通过时的速度达到稳定的范围，又要有一定的通透性。常见的滤料一般分为三层，从上至下分别为滤料层、过渡层和排水层。石笼模块主要应用于滤料层的铺设。
潜流湿地的填料选取关系到湿地出水水质以及工程建设成本、维修成本。工程上常见的填料是石块、火山岩、沸石、钢渣、煤渣等。其中，火山岩填料是天然多空火山岩矿石，经过选矿、破碎、筛分、研磨等一系列工艺加工而成的不定型颗粒填料，主要成分为二氧化硅、氧化钙、氧化镁、氧化铁和氧化铝等。火山岩为蜂窝多空状填料，在生物滤池应用中，火山岩填料上形成的生物膜更为紧密，并且能在填料空隙中储存大量活性污泥。火山岩生物填料抗腐蚀性强，且具有惰性，在环境中不参与生物膜的生物化学反应，无毒无害、无抑制微生物的活性，是环境友好、成本低廉、处理效果良好的人工湿地填料。
潜流湿地的施工工程应当先进行土方调整、平整河道，铺设粘土、防渗膜和底层砾石。
当前石笼模块的铺设工艺是以单元格为单位进行铺设，但是考虑到实际潜流湿地存在一定坡降、单元格为单位铺设容易造成石笼形变，本发明采用逐级装填，沿着坡降方向向上，逐层装填，最小程度减小石笼模块10的形变。
如图2所示，本发明在石笼模块10内装填填料时，先将折叠的侧网1拉起，在侧网底部放置底网6。石笼模块的放置采取机械运输的方式，采取铲车机械将组装好的石笼模块批量运输到潜流湿地中，快速便捷。石笼内填料的装填要考虑到潜流湿地的水流和坡降的方向，装填应当从坡底往坡顶方向进行，采取分层装填的方法：先从坡底开始摆放第下排石笼模块，接着在最下排各个石笼模块10内都装填上最底层填料7，再在各石笼模块10的最底层填料7上都填上中间填料8，最后在各石笼模块10的中间填料8上都填上最上层填料7，然后在最下一排石笼模块上方摆放第二排石笼模块，按前述过程在第二排石笼模块内装填填料，依此完成整个湿地坡面上石笼模块的铺设。这样操作可以防止石笼发生形变以及石笼模块出现缝隙。填充过程中可采用机械与人工相结合的方式，粗略的填料安装可以依赖挖掘机的机械填充，当填充到石笼顶部可以采取人工填充的方式对顶部进行平整。整套填充过程迅速、美观。
石笼模块10上的横拉筋可以作为刻度指示，横拉筋之间的距离为每层填料的高度，装填时还方便观察石料的体积。最底层填料7装填在底层横拉筋5与最一个中间横拉筋4之间，中间填料8装填在两个中间横拉筋4之间，最上层填料9装填至上层横拉筋3。最底层填料7的厚度为30cm，中间填料8的厚度为30cm，最上层填料9的厚度为30-40cm。
由于拉筋的设计，可以顺应水质要求选取不同的填料进行复合装配。例如：当进水水质污染程度很高(cod＞100mg/l)且潜流湿地容积较小时(v＜100m3)，可选取钢渣、煤渣等吸附效果更好、造价略高的填料与石块搭配装填。具体搭配可参考水体指标以及钢渣、煤渣等填料的粒径大小。例如，粉煤灰陶粒对高磷废水具有较好的处理效果，当入水水质磷含量偏高，潜流湿地填料可将粉煤灰陶粒与石块组合的方式，提高出水水质指标。考虑到成本以及粉煤灰陶粒粒径大小与形态差异，其与石块填料的体积比可为1:9-1:3，填充的具体位置应由填料的粒径的大小，从填料层的上部到下部粒径从小到大的顺序排列。又如，沸石填料对水中的氨氮有非常显著的吸附去除效果，因此对于氨氮含量高的潜流湿地可将沸石与石块组合的方式进行填充，填充的体积比应设置为1:9-1:5，由于沸石的粒径较小，一般放置在填料层的最上层。