CN107098477A - 一种利用人工湿地+吸附池高效去除农田灌溉水中重金属的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用人工湿地+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“人工湿地+吸附池”的净化工艺，在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达标。

Description

一种利用人工湿地+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利用人工湿地+吸附池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）选取出水较高的所述田块构建人工湿地，人工湿地经管道进出水，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；
3）选取出水较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。
所述人工湿地及吸附池均采用对角线进出水。
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，所述人工湿地中种植的挺水植物为香蒲、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。
所述人工湿地中的水生植物种植模式为混种、交叉种植或单种，种植方式为栽种。
所述人工湿地内的水生植物覆盖率达75%以上。
所述吸附池为砖混结构、水泥池，且所述吸附池可采用底部进水、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2-3mm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、膨润土或生物炭等工农废弃物，吸附材料为一层或多层，单层厚度为10-20 cm。
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人工湿地+吸附池的净化工艺，在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人工湿地中水生植物吸收、吸附、过滤、沉淀，再经吸附池中安全、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为本发明人工湿地+吸附池净化工艺平面图。
图2为人工湿地平面图。
图3为潜流人工湿地的剖面图。
图4为表面人工湿地的剖面图。
图5为一吸附池平面图。
图6为图5的剖视图。
图7为另一吸附池平面图。
图8为图7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灌溉水镉污染进行净化，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）选取出水较高的所述田块构建一级人工湿地3，如图2－图3所示，人工湿地3为一级潜流人工湿地，砖混结构、水泥池，长×宽×高=15 m ×15 m ×1.0 m，水深约0.8 m；且人工湿地3中间设有隔板31，出水口处设置集水池35；
人工湿地3的底部先采用素土夯实32，再设置防渗层33，防渗层33之上再设置填料层34。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中水生植物覆盖率约75%。
3）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5-图6所示，吸附池4为砖混结构或水泥池，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稻草和煤渣，吸附材料为两层，单层厚度为15 cm。
其中，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，该地农田灌溉水中出水镉浓度为2.65-3.96 µg/L，平均3.48µg/L；在50天监测期内，出水均低于农田灌溉水镉限量标准(GB5084-2005)。该工艺占地约0.5亩，造价约3万元，该工艺可保证约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7－图8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 (9)

1.一种利用人工湿地+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）选取出水较高的所述田块构建人工湿地，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；
3）选取出水较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，所述人工湿地及吸附池均采用对角线进出水。
3.根据权利要求1所述的一种利用人工湿地+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。
4.根据权利要求1所述的一种利用人工湿地+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、沉水植物混种。
5.根据权利要求1所述的一种利用人工湿地+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。
6.根据权利要求1所述的一种利用人工湿地+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、水葫芦，且所述人工湿地内的水生植物覆盖率大于或等于75%。
7.根据权利要求1所述的一种利用人工湿地+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；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。
8.根据权利要求1所述的一种利用人工湿地+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。
9.根据权利要求1所述的一种利用人工湿地+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。
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