专利名称：一种污染湿地级联耦合处理方法
技术领域：
本发明属于生态工程技术领域，涉及一种污染湿地级联耦合处理方法。
背景技术：
污染湿地处理技术是在一定长宽比及底面坡度的洼地中，填充一定的填料形成填 料床，在床表面种植具有处理性能好、成活率高、抗污性强的水生植物而构成的一个独特的 动植物生态系统。根据水流方式可分为自由表面流湿地、潜流湿地和垂直流湿地。根据湿 地中主要植物形式可分为浮水植物系统、挺水植物系统和沉水植物系统。污染湿地处理技术可追溯到1903年，建在英国，用于处理污水。荷兰于1967年开 发一种新型表面流湿地处理污水。近年来利用由水生高等植物构建人工湿地污水处理生态 工程得到了迅速发展。美国建立了利用香蒲等去除重金属，并进行复垦的生态工程；以蒲草 为主的漫地处理煤矿含硫化铁酸性水的生态工程；应用漫地缓冲与净化入湖水体的生态工 程；防治富营养化的生态工程。德国建立了以芦苇为主的湿地处理废水的生态工程。瑞典 建立了应用室内水生生物处理净化生活污水的生态工程；应用藻类植物为主的人工生态系 统去除过多的氮、磷的生态工程。荷兰运用调控湖泊中的生物种类结构比例的方法防止富 营养化。我国采用漂浮植物、挺水植物、沉水植物及草滤带组成的湿地系统对径流污染进行 了净化；运用芦苇构造湿地处理油田采出水等。在我国，污染湿地处理技术在理论和实践上都不完善，还远远不能解决我国湿地 污染严重的问题。因此，为了解决我国湿地污染严重的问题，本发明通过对湿地生态系统进 行处理，构建表面流湿地、潜流湿地和人工浮岛等处理污染湿地的生态功能单元，经过分段 分级组合形成耦合作用，达到净化湿地污染的目标。
发明内容
本发明目的在于提供一种具有高处理效率、低投资、低运行费用、低维护技术、低 能耗、适用范围广的污染湿地级联耦合处理方法。本发明在于构建表面流湿地、潜流湿地和人工浮岛等处理污染湿地的生态功能单 元，首先通过各段表面流湿地生态功能单元逐级拦截、过滤、沉降和降解污染物，然后通过 潜流湿地生态功能单元强化净化效果。各湿地生态功能单元可根据污染物的种类及污染程 度，顺序、级段数以及水生植物可进行调节。为了实现本发明目的，本发明的一种污染湿地级联耦合处理方法，其采用将表面 流湿地处理方法和潜流湿地处理方法进行组合对污染湿地进行处理。其中，所述表面流湿地处理方法主要通过植物的茎叶的拦截、填料的吸附过滤和 污染物的自然沉降，以及植物的吸收来达到去除污染物的目的。污水在填料的上层水平流 动，固态悬浮物被填料及植物根系阻挡截留而沉淀，微生物也附着在填料或植物的根茎叶 上发挥生物降解作用，同时植物体本身也有强大的吸收能力，能够吸收水中污染物累积在 植物体内，从而去除水中污染物。
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所述表面流湿地处理方法主要包括在建立表流湿地的水道铺设防渗膜，防止污水 下渗污染地下水；填充砂土、壤土和砾石等材料作为湿地植物生长的基质；保持1 4%的 总体坡度；根据不同的填充模式及水深种植相应的湿地植物，一般水深15 30cm种植针 蔺、慈姑、扁秆蔗草、水芹等，水深30 55cm种植东方香蒲、黑三棱、菖蒲等，水深55cm以上 种植荇菜、水鳖等。潜流湿地的污水在湿地床体的表面下流动，一方面可以充分利用填料表面生长的 生物膜、丰富的植物根系及表层填料截留等作用，提高处理效果和处理能力；另一方面由于 水流在地表下流动，保温性好，处理效果受气候影响较小，且卫生条件较好。潜流湿地处理方法主要包括在建立潜流湿地的水道铺设防渗膜；填充砂土、砾石； 种植泽泻、千屈菜等挺水植被；并每隔2 3m竖立带孔的PVC管用于透气；保持1 4%的 总体坡度。在本发明的污染湿地级联耦合处理方法中，对于有较大水面的表面流湿地，还可 结合采用浮岛处理方法。所述浮岛处理方法主要利用生态工学原理，人为将湿生植物或经改良后的陆生植 物，以浮床作为载体，种植到富营养化水体的水面，通过植物的生长吸收、吸附、降解富集在 水体中的氮、磷及有害物质，同时为多种生物创造环境，协同提高水质、美化景观，在一定程 度上重建并恢复水生生态系统。此外，浮岛处理技术还具有一定的消波护岸作用。一般浮岛处理方法从构造上主要包括干式和湿式两种。水和植物接触的称湿式， 不接触的为干式。干式浮岛因植物与水不接触，可以栽培大型木本、园艺植物，一方面为鸟 类创造良好的生息场所，同时美化了景观。但这种干式浮岛不起水质净化的作用。湿式浮岛 处理方法又分有框架和无框架两种类型，有框架的湿式浮岛，其框架一般用纤维强化塑料、 不锈钢加发泡聚苯乙烯、特殊发泡聚苯乙烯加特殊合成树脂、盐化乙烯合成树脂、混凝土等 材料制作。无框架湿式浮岛一般选用椰子纤维编织而成，从景观上讲较柔和。浮岛的水下固 定形式视地基状况而定，常用的有重量式、抛锚式和杠式。单个浮岛的大小一般选边长1 5m ；形状以四边形居多，但景观应用中可设计成多种图形。本发明的所述浮岛处理方法主要包括以下几种模式1)竹竿+聚苯乙烯泡沫板+ 香蒲+水芹+慈姑+菖蒲+千屈菜模式；2)轻质塑料模具+聚苯乙烯泡沫板+睡菜+千屈 菜模式；3)轻质塑料模具+聚苯乙烯泡沫板+睡菜+球穗莎草模式；4)轻质塑料模具+聚 苯乙烯泡沫板+千屈菜+慈姑+香蒲+菖蒲+花蔺+睡菜模式；5)PVC管+聚乙烯网+睡 菜+水芹模式；6)竹竿+绳网+大藻模式。本发明采用的是有框架的湿式浮岛，每一种模式中的植物可以起到不同净化效 果，根据情况也可以选择其中一种或几种搭配使用。本发明在借鉴已有污染湿地处理技术的基础上，集成了表面流湿地、潜流湿地和 浮岛技术，通过采用了不同基质、不同水深及不同湿地植物的多种搭配分段构建的表流湿 地、潜流湿地以及人工浮岛综合运用的污染湿地处理系统，通过对这些功能单元进行分段 分级组合，形成耦合作用，能有效地去除污染物，改善生态环境。本发明具有高处理效率、低 投资、低运行费用、低维护技术、低能耗、适用范围广的特色。
图1为本发明实例表面流湿地处理方法的剖面图；图2为本发明实例潜流湿地处理方法的剖面图；图3为本发明实例浮岛处理方法“竹竿+聚苯乙烯泡沫板+香蒲+水芹+慈姑+ 菖蒲+千屈菜”模式；图4为本发明实例浮岛处理方法“轻质塑料模具+聚苯乙烯泡沫板+睡菜+千屈 菜”模式；图5为本发明实例浮岛处理方法“轻质塑料模具+聚苯乙烯泡沫板+睡菜+球穗 莎草”模式；图6为本发明实例浮岛处理方法“轻质塑料模具+聚苯乙烯泡沫板+千屈菜+慈 姑+香蒲+菖蒲+花蔺+睡菜”模式；图7为本发明实例浮岛处理方法“PVC管+聚乙烯网+睡菜+水芹”模式；图8为本发明实例浮岛处理方法“竹竿+绳网+大藻”模式；图9为本发明实例湿地级联耦合处理方法示意图。
具体实施例方式以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。图1用本发明实例来说明表面流湿地处理方法。表面流湿地处理方法主要通过植 物的茎叶的拦截、填料的吸附过滤和污染物的自然沉降，以及植物的吸收来达到去除污染 物的目的。污水在填料的上层水平流动，固态悬浮物被填料及植物根系阻挡截留而沉淀，微 生物也附着在填料或植物的根茎叶上发挥生物降解作用，同时植物体本身也有强大的吸收 能力，能够吸收水中污染物累积在植物体内，从而去除水中污染物。表面流湿地处理方法主要包括在建立表面流湿地的水道铺设防渗膜，防止污水下 渗污染地下水；填充砂土和砾石等材料作为湿地植物生长的基质；保持的总体坡度；根据 不同的填充模式及水深种植相应的湿地植物，一般水深15 30cm种植针蔺、慈姑、扁秆蔗草、 水芹等，水深30 55cm种植东方香蒲、黑三棱、菖蒲等，水深55cm以上种植荇菜、水鳖等。图2用本发明实例来说明潜流湿地处理方法。潜流湿地的污水在湿地床体的表面 下流动，一方面可以充分利用填料表面生长的生物膜、丰富的植物根系及表层填料截留等 作用，提高处理效果和处理能力；另一方面由于水流在地表下流动，保温性好，处理效果受 气候影响较小，且卫生条件较好。潜流湿地处理方法主要包括在建立潜流湿地的水道铺设防渗膜；填充砂土、砾石； 种植泽泻、千屈菜等挺水植被；并每隔2m左右竖立带孔的PVC管用于透气；保持4%的总体 坡度。图3-图8用本发明实例来说明浮岛处理方法。浮岛处理方法主要利用生态工学 原理，人为将湿生植物或经改良后的陆生植物，以浮床作为载体，种植到富营养化水体的水 面，通过植物的生长吸收、吸附、降解富集在水体中的氮、磷及有害物质，同时为多种生物创 造环境，协同提高水质、美化景观，在一定程度上重建并恢复水生生态系统。此外，浮岛处理 技术还具有一定的消波护岸作用。浮岛处理方法主要包括以下几种模式1)竹竿+聚苯乙烯泡沫板+香蒲+水芹+慈姑+菖蒲+千屈菜模式；2)轻质塑料模具+聚苯乙烯泡沫板+睡菜+千屈菜模式；3)轻 质塑料模具+聚苯乙烯泡沫板+睡菜+球穗莎草模式；4)轻质塑料模具+聚苯乙烯泡沫板 +千屈菜+慈姑+香蒲+菖蒲+花蔺+睡菜模式；5)PVC管+聚乙烯网+睡菜+水芹模式； 6)竹竿+绳网+大藻模式。浮岛处理方法主要与有较大水面的表面流湿地结合运用。图9用本发明实例来说明湿地级联耦合处理方法。湿地级联耦合处理方法所建设 的污染湿地处理系统共分11段(A K)。其中前9段(A I)为表面流湿地，第IO(J)为 潜流湿地，最后段(K)为开敞水面，各段采用了不同基质、不同水深及不同湿地植物的多种 搭配(表1)。A J为构建的表面流湿地、潜流湿地和人工浮岛等处理污染湿地的生态功能 单元。通过A段生长茂盛的挺水植物湿地生态功能单元对固态悬浮物和各种污染物的初步 拦截、过滤、沉降和降解，B段生长快速的浮水植物湿地生态功能单元加强对污染物的去除， C I段具有不同污染物去除效果的湿地生态功能单元对污染物进一步拦截、过滤、沉降和 降解，J段潜流湿地生态功能单元强化对污染物的吸附和降解，分段逐级处理各种污染，达 到耦合强化各湿地生态功能单元的净化效果。K段开敞水面可监测净化效果。各湿地生态功能单元可根据污染物的种类及污染程度，顺序、级段数以及水生植 物可进行调节。表1湿地级联耦合处理技术的构建类型、基质及湿地植物配置表
构建类型河段长度 (m)基质水深 (m)水生植物表面流湿A60砂土 50cm +砾石5cm0.45东方香蒲构建类型河段长度 (m)基质水深 (m)水生植物地B40砂土 50cm +砾石 IOcm0.85凤眼莲C40砂土 50cm + 壤土 5cm0.35菖蒲+荇菜D40砂土 50cm +砾石5cm0.2慈姑+扁秆藤草E20砂土 50cm0.15针蔺F25砂土 50cm +砾石 IOcm0.8荇菜+水鳖G20砂土 50cm +砾石5cm0.2水芹H30砂土 50cm +砾石 IOcm0.55茭白+大藻(人工浮岛-模式6) +英实I28砂土 50cm +砾石5cm0.35黑三棱潜流湿地J70砾石230cm +砾石 ^Ocm-0.05泽泻+千屈菜开敞水面K250.25无
注①砾石直径5 30_，砾石1直径5 15_，砾石2直径15 30_ ；②潜流湿地每平方米竖立PVC管一根，长100cm，直径IOcm ；
③设表面流湿地地面坡度1 %，潜流湿地底面坡度4 %。 虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在 本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因 此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
权利要求
一种污染湿地级联耦合处理方法，其特征在于，其采用将表面流湿地处理方法和潜流湿地处理方法进行组合对污染湿地进行处理。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述表面流湿地处理方法包括在建 立表流湿地的水道铺设防渗膜；填充砂土、壤土和砾石材料作为湿地植物生长的基质；保 持1 4%的总体坡度；水深15 30cm种植针蔺、慈姑、扁秆蔗草、水芹，水深30 55cm种 植东方香蒲、黑三棱、菖蒲，水深55cm以上种植荇菜、水鳖。
3.根据权利要求1或2所述的处理方法，其特征在于，所述潜流湿地处理方法包括在建 立潜流湿地的水道铺设防渗膜；填充砂土、砾石；种植泽泻、千屈菜；并每隔2 3m竖立带 孔的PVC管用于透气；保持1 4%的总体坡度。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的处理方法，其特征在于，在进行表面流湿地处理 时，还采用浮岛处理方法。
5.根据权利要求4所述的处理方法，其特征在于，所述浮岛处理方法包括以下几种模 式1)竹竿+聚苯乙烯泡沫板+香蒲+水芹+慈姑+菖蒲+千屈菜模式；2)轻质塑料模具 +聚苯乙烯泡沫板+睡菜+千屈菜模式；3)轻质塑料模具+聚苯乙烯泡沫板+睡菜+球穗 莎草模式；4)轻质塑料模具+聚苯乙烯泡沫板+千屈菜+慈姑+香蒲+菖蒲+花蔺+睡菜 模式；5)PVC管+聚乙烯网+睡菜+水芹模式；6)竹竿+绳网+大藻模式。
全文摘要
本发明提供了一种污染湿地级联耦合处理方法，其采用将表面流湿地处理方法和潜流湿地处理方法进行组合对污染湿地进行处理。本发明通过对这些功能单元进行组合，形成耦合作用，能有效地去除污染物，改善生态环境。本发明具有高处理效率、低投资、低运行费用、低维护技术、低能耗、适用范围广的优点。
文档编号C02F3/32GK101962228SQ20091008977
公开日2011年2月2日 申请日期2009年7月23日 优先权日2009年7月23日
发明者刘茂松, 商晓静, 崔丽娟, 张曼胤, 徐驰, 李伟, 王义飞, 盛晟, 黄成 申请人:中国林业科学研究院林业研究所