CN106977062A - 一种利用植物塘+人工湿地+吸附池高效去除农田灌溉水中重金属的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用植物塘+人工湿地+吸附池高效去除农田灌溉水中重金属的方法，其主要是根据农田灌溉水渠分布情况选取能利用高程差实现自然进出水的田块形成“植物塘+人工湿地+吸附池”的净化工艺，在植物塘和人工湿地内种植香蒲、黑藻等水生植物，吸附池内填充稻草等吸附重金属能力强的工农业废弃物，以净化农田灌溉水中重金属污染。水生植物不仅可防止水流短路，而且可以提高净化效率；吸附池可以进一步提高净化效率，保证农田灌溉水重金属达标。本发明不仅可以高效去除灌溉水中重金属污染，还可以净化N、P等污染，且能保证农田灌溉水重金属含量全年均达标。

Description

一种利用植物塘+人工湿地+吸附池高效去除农田灌溉水中重 金属的方法

技术领域

本发明涉及农田灌溉水净化技术，尤其涉及一种利用植物塘+人工湿地+吸附池高效去除农田灌溉水中重金属的方法，其核心是利用耐重金属污染且吸收重金属能力强的水生植物(包括挺水植物、浮水植物、沉水植物)和稻草等安全、价廉、易得、高效、吸镉能力强的工农业废弃物搭配，构建植物塘+人工湿地+吸附池的净化工艺。

背景技术

农田灌溉水用途特殊、污染来源复杂、污染面广、水质多变、重金属含量较低、且需求量大而集中，其净化工艺必须是绿色、环保、快速高效、成本低的净化工艺，现有的一些重金属污水净化设施、工艺、材料和技术不适用于农田灌溉水中重金属污染净化。

发明内容

针对农田灌溉水特殊用途及特点，本发明提供一种不仅可以高效去除灌溉水中重金属污染，还可以净化N、P等污染，且能保证农田灌溉水重金属全年均达标的高效去除农田灌溉水中重金属污染的方法。

本发明提供的一种利用植物塘+人工湿地+吸附池高效去除农田灌溉水中重金属的方法，其包括下述步骤：

1）根据农田灌溉水渠分布情况选取能利用高程差实现自然进出水的田块；

2）选取出水最高的所述田块构建植物塘，植物塘内种植耐重金属污染且重金属吸收能力强、生长快、生物量大、根系发达的挺水植物、浮水植物和沉水植物；

3）选取出水较高的所述田块构建人工湿地，人工湿地经水渠或管道与植物塘相连，人工湿地内种植耐重金属污染且重金属吸收能力强、生长快、生物量大、根系发达的挺水植物、浮水植物和沉水植物；

4）选取出水最低的所述田块构建吸附池，吸附池经水渠或管道与人工湿地相连，吸附池内填充物为安全、价廉、易得、高效、重金属吸附能力强的工农业废弃物。

所述植物塘采用自然塘、人工土塘或水泥塘。

所述植物塘为一级植物塘，一级植物塘长×宽×高=60 m ×15 m ×1.5 m。

所述植物塘为二级植物塘，二级植物塘包括第一植物塘和第二植物塘，且第一、二植物塘经水渠或管道相连，第一植物塘长×宽×高=45 m ×15 m ×1.5 m，第二植物塘长×宽×高=15 m ×15 m ×1.5 m。

所述挺水植物为香蒲、昌蒲、荸荠、莲、美人焦、荷花、菱角、芦竹、茭白、芦苇中的一种或几种，浮水植物为狐尾藻、浮莲、水浮莲、睡莲、凤眼莲、大薸、茶菱、莼菜、槐叶萍、两栖蓼、空心菜中的一种或几种，沉水植物为黑藻、凤尾藻、狐尾藻、金鱼藻、菹草、眼子菜、狸藻、水蕴草、水毛茛、杉叶藻、伊乐藻、茨藻、角果藻、苦草中的一种或几种。

所述挺水植物为栽种，间距为0.6-1.2 m，可根据植物大小适当调整间距。浮水植物和沉水植物为撒种，且挺水植物与浮水植物、沉水植物混种。

所述人工湿地可采用一级潜流人工湿地或一级表面流人工湿地，潜流人工湿地长×宽×高=15 m ×15 m ×1.0 m，水深0.6-1.0 m；表面流人工湿地的面积是潜流人工湿地的1.5-2倍，水深0.4-0.7 m。

所述人工湿地的填充物是直径为4-8 cm的土粒、砾石或碎石，人工湿地中水生植物是美人焦、狐尾藻、再力花、茭白、空心菜、水葫芦等，且人工湿地中的水生植物种植模式为混种、交叉种植或单种。

所述植物塘和人工湿地内的水生植物覆盖率达50%以上。

所述吸附池为砖混结构或水泥池，且所述吸附池采用底部进水、表面出水，或表面进出水，采用表面进出水时，吸附池中间需有挡板；所述吸附池底部有废物出口，中间有孔径为1-2 mm的吸附材料放置筛，上部有集水池；所述吸附池内的吸附材料是粒径为2-3 mm秸秆(稻草、麦杆、玉米杆、向日葵杆、油菜杆、烟杆)、有机肥、沸石、煤渣、海泡石、硅藻土、赤泥、花生壳、谷壳、玉米芯、腰果核壳、木屑、茶渣、甘蔗渣、橘子皮、粉煤灰、蒙脱石、凹凸棒、膨润土或生物炭等，吸附材料为一层或多层，单层厚度为10-20 cm。

所述植物塘、人工湿地及吸附池均采用对角线进出水。

本发明利用耐重金属污染且重金属吸收能力强的水生植物和安全、价廉、易得、高效、吸镉能力强的吸附材料搭配构建植物塘+人工湿地+吸附池的净化工艺，在植物塘和人工湿地中利用各种水生植物(包括挺水植物、浮水植物、沉水植物)搭配，充分发挥水生植物、根系微生物和基质对环境污染物的净化能力，使灌溉水中重金属等污染物经植物塘中水生植物吸收、吸附、过滤、沉淀等处理后，重金属、N、P等污染物含量大幅度降低，再经过人工湿地中水生植物吸收、吸附、过滤、沉淀，最后经吸附池中安全、价廉、易得、高效、吸镉能力强的工农业废弃物，进一步降低灌溉水中重金属含量，确保农田灌溉水在双水稻全生育期，即全年达标。

另外，本发明利用农田灌溉水渠，选取合适的田块，利用高程差实现全工艺自然进出水，减少运行成本；同时，利用对角线进出水，增加水力停留时间，提高净化效果，并减少占地面积和建设成本。

附图说明

图1为本发明植物塘+人工湿地+吸附池净化工艺平面图。

图2为植物塘剖面图。

图3为人工湿地平面图。

图4为潜流人工湿地的剖面图。

图5为表面人工湿地的剖面图。

图6为一吸附池平面图。

图7为图6的剖视图。

图8为另一吸附池平面图。

图9为图8的剖视图。

具体实施方式

实施例1：

某地农田灌溉水pH值为5.90-6.80，平均6.49；总镉含量为7.47-26.32 µg/L，平均13.92 µg/L；超标天数比例达77.8%。

如图1所示，本发明采用高效去除农田灌溉水中重金属的方法对此农田进行净化，具体包括下述步骤：

1）根据农田灌溉水渠分布情况选取能利用高程差实现自然进出水的田块；

2）选取出水最高的所述田块构建二级植物塘，二级植物塘包括第一植物塘1和第二植物塘2；

如图2所示，第一、二植物塘1、2均为人工土塘，塘底部11采用素土夯实，四壁12为土壁或砖混结构、表面水泥粉刷(约4-5 cm)，且处于对角线的四壁12上设置进水管13和出水管14，且第一、二植物塘1、2经水渠或管道相连；

第一植物塘1的长×宽×高=45 m ×15 m ×1.5 m，第二植物塘2的长×宽×高=15 m×15 m ×1.5 m，深度为1.2-1.5 m。

第一、二植物塘1、2中均交叉种植香蒲、荷花，间距约0.8 m，黑藻、狐尾藻撒种，并与香蒲、荷花混种。

系统运行时，第一、二植物塘1、2中水生植物覆盖率约50%。

3）选取出水较高的所述田块构建一级人工湿地3，人工湿地3采用一级潜流人工湿地，长×宽×高=15 m ×15 m ×1.0 m，水深约0.8 m，且经水渠或管道与第二植物塘2相连；

如图3、图4所示，人工湿地3为砖混结构，底部采用素土夯实32，再设置防渗层33，防渗层33之上再设置填料层34，且人工湿地中设有隔板31，出水口处设置集水池35。

人工湿地3内的填充物是直径约6 cm的碎石，并交叉种植狐尾藻、再力花、茭白、空心菜、水葫芦，间距约0.6 m。系统运行时，人工湿地3中水生植物覆盖率达50%以上。

4）选取出水最低的所述田块构建吸附池4，吸附池4经水渠或管道与人工湿地3相连，如图6、图7所示，吸附池4为砖混结构、水泥池，进水口41设置在底部，出水口42设置在表面，实现底部进水，表面出水；

吸附池4的底部有废物出口43，中间有孔径约1 mm的吸附材料放置筛44，上部的外侧设置集水池45；吸附池4内的吸附材料47是粒径约2 mm的稻草和煤渣，吸附材料为两层，下层为煤渣，上层为稻草，单层厚度为15 cm。

第一植物塘1、第二植物塘2、一级人工湿地3、吸附池4均采用对角线进出水，以增加水力停留时间，提高净化效果，并减少占地面积。

经本净化工艺处理后，农田灌溉水中镉的平均去除量为13.62 µg/L；平均去镉率为97.8%，且能确保双季稻全生育期内(300天)，出水镉含量均低于农田灌溉水镉限量标准(GB5084-2005)。该工艺占地约1亩，造价约5万元，该工艺可保证150-250亩稻田用水需求。

实施例2：

本实施例大致与实施例1相同，只是如图5所示，人工湿地3采用一级表面流人工湿地。

如图8－图9所示，吸附池4采用表面进出水，即进水口41和出水口42呈一定高度差分布在池体液面上，且吸附池4的中间设置挡板46。

Claims (10)

1.一种利用植物塘+人工湿地+吸附池高效去除农田灌溉水中重金属的方法，其特征在于包括下述步骤：

1）根据农田灌溉水渠分布情况选取能利用高程差实现自然进出水的田块；

2）选取出水最高的所述田块构建植物塘，植物塘内种植耐重金属污染且重金属吸收能力强、生长快、生物量大、根系发达的挺水植物、浮水植物和沉水植物；

3）选取出水较高的所述田块构建人工湿地，人工湿地经水渠或管道与植物塘相连，人工湿地内种植耐重金属污染且重金属吸收能力强、生长快、生物量大、根系发达的挺水植物、浮水植物和沉水植物；

4）选取出水最低的所述田块构建吸附池，吸附池经水渠或管道与人工湿地相连，吸附池内填充物为安全、价廉、易得、高效、重金属吸附能力强的工农业废弃物。

2.根据权利要求1所述的一种利用植物塘+人工湿地+吸附池高效去除农田灌溉水重金属污染的方法，其特征在于，所述植物塘为一级植物塘，一级植物塘长×宽×高=60 m ×15m ×1.5 m。

3.根据权利要求1所述的一种利用植物塘+人工湿地+吸附池高效去除农田灌溉水重金属污染的方法，其特征在于，所述植物塘为二级植物塘，二级植物塘包括第一植物塘和第二植物塘，且第一、二植物塘经水渠或管道相连，第一植物塘长×宽×高=45 m ×15 m ×1.5m，第二植物塘长×宽×高=15 m ×15 m ×1.5 m。

4.根据权利要求1所述的一种利用植物塘+人工湿地+吸附池高效去除农田灌溉水中重金属的方法，其特征在于，所述植物塘、人工湿地及吸附池均采用对角线进出水，且植物塘和人工湿地的水生植物覆盖率大于或等于50%。

5.根据权利要求1所述的一种利用植物塘+人工湿地+吸附池高效去除农田灌溉水中重金属的方法，其特征在于，所述挺水植物为香蒲、昌蒲、荸荠、莲、美人焦、荷花、菱角、芦竹、茭白、芦苇中的一种或几种，浮水植物为狐尾藻、浮莲、水浮莲、睡莲、凤眼莲、大薸、茶菱、莼菜、槐叶萍、两栖蓼、空心菜中的一种或几种，沉水植物为黑藻、凤尾藻、狐尾藻、金鱼藻、菹草、眼子菜、狸藻、水蕴草、水毛茛、杉叶藻、伊乐藻、茨藻、角果藻、苦草中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的一种利用植物塘+人工湿地+吸附池高效去除农田灌溉水中重金属的方法，其特征在于，所述挺水植物为栽种，间距为0.6-1.2 m，浮水植物和沉水植物为撒种，且所述挺水植物与浮水植物、沉水植物采取混种。

7.根据权利要求1所述的一种利用植物塘+人工湿地+吸附池高效去除农田灌溉水中重金属的方法，其特征在于，所述植物塘采用自然塘、人工土塘或水泥塘，水深0.6-1.2 m。

8.根据权利要求1所述的一种利用植物塘+人工湿地+吸附池高效去除农田灌溉水中重金属的方法，其特征在于，所述人工湿地采用一级潜流人工湿地或一级表面流人工湿地，潜流人工湿地长×宽×高=15 m ×15 m ×1.0 m，水深0.6-1.0 m；表面流人工湿地的面积是潜流人工湿地的1.5-2倍，水深0.4-0.7 m。

9.根据权利要求1所述的一种利用植物塘+人工湿地+吸附池高效去除农田灌溉水中重金属的方法，其特征在于，所述人工湿地的填充物是直径为4-8 cm的土粒、砾石或碎石，人工湿地中种植美人焦、狐尾藻、再力花、茭白、空心菜或水葫芦，种植模式为混种、交叉种植或单种。

10.根据权利要求1所述的一种利用植物塘+人工湿地+吸附池高效去除农田灌溉水中重金属的方法，其特征在于，所述吸附池为砖混结构、水泥池，且所述吸附池采用底部进水、表面出水，或表面进出水，采用表面进出水时，吸附池中间需有挡板；所述吸附池底部有废物出口，中间有孔径为1-2 mm的吸附材料放置筛，上部有集水池；所述吸附池内的吸附材料是粒径为2-3 mm秸秆、有机肥、沸石、煤渣、海泡石、硅藻土、赤泥、花生壳、谷壳、玉米芯、腰果核壳、木屑、茶渣、甘蔗渣、橘子皮、粉煤灰、蒙脱石、凹凸棒、膨润土或生物炭，吸附材料为一层或多层，单层厚度为10-20 cm。