CN107265654B

CN107265654B - 一种有机污染人工湿地水生植物群落的构建方法

Info

Publication number: CN107265654B
Application number: CN201710670171.9A
Authority: CN
Inventors: 赵德华; 张淼; 吕丽萍; 张文娟; 张慧; 汪鹏合; 季军
Original assignee: Huian City Hongze District Qingying Weishui Wetland Management Co ltd; Nanjing University
Current assignee: Huian City Hongze District Qingying Weishui Wetland Management Co ltd; Nanjing University
Priority date: 2017-08-08
Filing date: 2017-08-08
Publication date: 2021-02-09
Anticipated expiration: 2037-08-08
Also published as: CN107265654A

Abstract

本发明是一种有机污染人工湿地水生植物群落的构建方法，该方法是通过形成水生植物根系避难所提高水生植物的成活率；具体包括以下步骤：（1）水生植物的筛选；（2）人工湿地基质的筛选；（3）潜流湿地水位的管理。优点：1）提高了水生植物生长前期成活率；2）提高了水生植物群落的抗逆性；3）形成了良性循环；4）提高了对富营养物质的去除能力。

Description

一种有机污染人工湿地水生植物群落的构建方法

技术领域

本发明涉及的是一种有机污染人工湿地水生植物群落的构建方法，属于污水处理厂尾水构造湿地深度处理技术领域。

背景技术

尾水湿地来水多样、成份复杂，特别是用于处理化工园区尾水湿地其来水成份极其复杂，除常规的N、P、COD(可生化降低部分有机污染)等污染外，苯类、酚类、氰类有机污染物，以及汞、铬、砷类等重金属也可能存在一种或数种污染物较高的现象；许多化工园区包含苯类、酚类、氰类化合物生产企业，导致以化工园区尾水为来水的污水处理厂，其来水及尾水中苯类、酚类、氰类等难生化降解有机物含量仍然相对较高；湿地生物过程（主要是微生物和植物）与难降解有机物间存在密切关系：一方面湿地的生物过程可降低水体中多种难降解有机污染物或降低其毒性；而另一方面，苯类、酚类、氰类等难生化降解有机物通过多种过程降低微生物活性，影响水生植物生长或成活，从而以反过来降低尾水湿地的处理效果。

近年来，有关有机污染物与植物间的相互关系研究较多；有关有机污染物对植物生长的影响方面，研究表明，苯、酚或氰类有机污染物会通过损伤植物细胞质膜、影响多种酶的活性、影响水分和矿质代谢、使根系腐烂等各种途径影响植物生存或限制其生长，相关的生理生态学机制方面已有大量的研究报道，并已量化了水体中不同有机污染物对水生植物的致危害浓度；此外，有关利用陆生植物进行有机污染土壤修复，以及利用水生植物进行有机污染水体净化与修复方面是相关领域的研究重点。

当前，利用植物在生长过程中对有机污染物的吸收、降解和纯化作用，进行有机污染土壤修复领域已有大量的研究报道，由于该方法具有低成本、生态风险小等特点，使得该方法已有大量的工程应用,同样，随着人工湿地技术的发展与大量的工程应用，利用湿地进行苯、酚、氰类等多种有机化合物的去除与净化方面也有大量的工程应用。

水生植物筛选是提高有机污染严重水体水生植物成活率的重要环节，抗逆性较高的水生植物一般具有相似的性状：根系、茎通过适当木质化限制污染物的进入；叶片表面具有蜡质层、角质层或绒毛，降低有机物挥发造成的损伤；相关领域的研究相对较多，香蒲、芦苇、黄菖蒲、美人蕉和再力花等作为目前人工湿地生态工程最常用的水生植物种类，对重有机污染物具有良好的抗性，可优先在这类水生植物进行筛选，此外，可针对具体的有机污染物类型，选择某些具有特殊解毒功能的水生植物类型，从而提高水生植物的成活率。

人工湿地基质选择也是影响植物成活率的重要因子，尤其是与水生植物紧密接触的表层基质；目前，常见的人工湿地多为石子作为主要的基质，表层多以小石子、粗砂等渗透率较高的基质，由于这类基质其透水率过高，重有机污染水体可自由通过和交换，从而对生活在其中的植物根系较大的压力，使得根物根系长期生长在胁迫较大的水环境中，使得水生植物难为成活或生长健康状态较差，与常见的人工湿地不同，本发明选择颗粒较小，渗透率很低的壤土作为表层基质，使得人工湿地基质为三层结构：大颗粒石子＋瓜子片＋壤土层，低渗透率壤土层的存在可限制高污染物质的自由进入，加上土壤颗粒对有机污染物的高吸附性，进一步降低进入土壤层污染物质的进入量，野外环境降雨的存在可定量清洗水生植物根系避难所中有机污染物的量，从而为水生植物根系提供一个低污染物保护区，提高水生植物成活率，以及群体的长势。

水位的管理是本发明解决方案的另外一个重要内容，本发明适用于水平潜流人工湿地，不适用垂直流或复合流人工湿地，在水生植物苗期，严格控制水位，使得水位控制在瓜子片和壤土层间，不超过壤土层，水分通过壤土层的毛细管作用下进入壤土层供应根系生长，此时的表层是水生植物根系的主要生长空间;在水生植物群体生长期，可适当放松对水位管理的要求，但一般水平要求不漫过表层，此时，水生植物根系可在表层中形成良好根系统，对于污染相对较轻的水体，根系会进一步向下生长，形成更为庞大的根系统，植株间的协同互利效应可进一步提升水生植物生长状态，极端情况下，即使下层根系的死亡，上层根系的存活仍然可保证水生植物的正常生长；另外，雨水的存在会定量对表层的壤土进行冲洗，进一步降低表层中有机污染物的含量，提升水生植物的长势。

发明内容

本发明提出的是一种有机污染人工湿地水生植物群落的构建方法，其目的旨在解决在重有机污染人工湿地如何构建水生植物群落的问题。

本发明的技术解决方案：一种有机污染人工湿地水生植物群落的构建方法，该方法是通过形成水生植物根系避难所提高水生植物的成活率；具体包括以下步骤：

（1）水生植物的筛选；

（2）人工湿地基质的筛选；

（3）潜流湿地水位的管理。

优点：

1）通过使用低渗透性基质降低污染物进入量，形成水生植物根系的避难所，提高水生植物生长前期植株成活率，避免水生植物多次补种造成人工湿地成本的增加；

2）根系避难所可保障水生植物的基本成活，同时不限制水生植物群落形成后的整体长势，进一步利用个体间协同互利作用，提高水生植物群落整体的抗逆性；

3）发挥水生植物群落有机污染物的吸收、降解和纯化作用，降低水体苯、酚、氰类等有机化合物含量及其对水生植物的胁迫，促进水生植物生长，形成一种良性循环;

4）植物筛选、基质选择和水位管理等措施实现相对容易，不需增加额外成本，水生植物群落的形成可同步提高人工湿地水生植物的净化功能，提高人工湿地对富营养物质的去除能力；

5）发挥人工湿地水生植物的景观功能，改善人工湿地周边的人居环境。

附图说明

附图1是本发明的示意图。

附图中1是大颗粒石子层、2是碎石子（瓜子片）层、3是壤土层、4是进水口布水石子层、5是出水口布水石子层。

具体实施方式

一种有机污染人工湿地水生植物群落的构建方法，其特征是通过形成水生植物根系避难所提高水生植物的成活率；具体包括以下步骤：

（1）水生植物的筛选；

（2）人工湿地基质的筛选；

（3）潜流湿地水位的管理。

所述水生植物为经过筛选出的抗有机污染较强的挺水植物，优选香蒲、芦苇、黄菖蒲、美人蕉和再力花中的一种或若干种；与沉水植物或浮水植物相比，挺水植物的许多类型具有良好的抗重有机污染能力的性状，根系、茎通过适当木质化限制污染物的进入，叶片较厚，且叶片表面具有蜡质层、角质层或绒毛，降低有机物挥发造成的损伤；香蒲、芦苇、黄菖蒲、美人蕉和再力花等对重有机污染物具有良好的抗性，可优先在这类水生植物进行初的筛选，此外，可针对具体的有机污染物类型，选择某些具有特殊解毒功能的水生植物类型，从而提高水生植物的成活率。

所述人工湿地基质包括大颗粒石子层、碎石子层、壤土层，大颗粒石子层处在底层，碎石子层作为中间层处在大颗粒石子层的上方，壤土层作为顶层处在碎石子层的上方，壤土层是水生植物根系的避难所。

所述大颗粒石子层中所采用的大石子直径为4cm－6 cm，大颗粒石子层的整体高度为80 cm－120 cm，碎石子层所采用的小石子直径为1 cm－2 cm，碎石子层整体高度为9cm-11cm，壤土层为5 cm－8 cm厚低渗透性壤土，所述低渗透性壤土是指颗粒大小在0.2mm至0.02mm之间的壤土。

所述壤土层形成水生植物根系避难所，限制有机污染物自由进入根系避难所；所述壤土层具有低渗透性和高吸附性，壤土层形成水生植物根系的避难所，限制有机污染物自由进入水生植物根系的避难所，进一步通过水位管理协调水体供应与强胁迫性有机污染物进入间的矛盾，从而达到提高水生植物细苗成活率及群落整体长势之目的；这与一般人工湿地常采用的粗沙或细石子有所不同，依靠壤土土粒较小，水分渗透性较低，以及土粒的高吸附性特点，在水生植物幼苗期及生长期，限制有机污染物的进入量，在人工湿地表层形成水生植物根系避难所，提高水生植物成活率，以及其群体长势。

所述的水生植物根系避难所，在水生植物的幼苗期是水生植物根系的主要生长区域，而在水生植物群落的形成期水生植物根系避难所是部分根系的生长区域，另有部分根系继续向下生长，当水体有机污染物含量过高时，下层的部分根系会有死亡情况，但是水生植物根系避难所内的根系能保持健康的生长状态，从而既能保障水生植物的基本成活，又不限制水生植物的正常生长。

所述人工湿地基质的左、右两侧分别分布有进水口布水石子层4、出水口布水石子层5，人工湿地基质和进水口布水石子层4、出水口布水石子层5共同形成水平潜流湿地，进水口布水石子层4的上端有进水口，出水口布水石子层5的下端有出水口，水流从进水口进入进水口布水石子层4，在重力作用下缓慢流过人工湿地基质的大颗粒石子层，水流到达大颗粒石子层的另一侧，然后经出水口布水石子层5的出水口流出。

所述在进水口布水石子层4和出水口布水石子层5在水平方向的宽度均为50cm，用于分散布水和出水收集。

所述水平潜流湿地的长宽比设置为3：1到2：1之间为宜，协调防堵与水质净化间的矛盾。

所述潜流湿地水位的管理：在水生植物的幼苗期严格控制水位，降低水体中有机污染物与水生植物根系的接触概率，水位保持在碎石子层与壤土层交界附近，水份通过壤土层中的毛细管进入壤土层供水生植物生长，在水份的上升过程中，由于壤土颗粒的吸附作用，逐步降低污水中有机物质的含量，降低可能的胁迫效应；在水生植物快速生长期，水位的控制适当放松，但以不超过壤土层上表层为宜，保持壤土层表层土相对干燥状态，达到既不限制水生植物根系的继续生长，又能满足水生植物的最基本生存。

所述进水口布水石子层4的石子直径为9 cm -11cm，出水口布水石子层5的石子直径为9 cm -11cm。

所述壤土层为水生植物根系的避难所，供水生植物成活和保存部分根系的正常生长，为水生植物存活提供最基本的生存空间。

所述有机污染人工湿地水生植物群落所处理的废水污染物中包含COD 、氮、磷、氨氮、苯、酚、氰类、汞、铬、砷类等中的一种或若干种。

下面结合是实施例对本发明作进一步描述。

实施例1

处理对象为某城市污水处理厂的尾水，主要污染物年平均浓度为：COD =113.4mg/L，总氮 = 50.6mg/L，总磷 = 2.16mg/L，氨氮 = 12.6mg/L；而某城市污水处理厂的来水为当地化工业园区的尾水，工业园区内，有较多的苯、酚或氰类化合物产品企业，导致本湿地来水中苯、酚或氰类化合物质的含量相对较高。采用对比的方法，研究了不同的方法对水生植物存活率的影响。

表1.不同方法水生植物成活率（％）

从表1中能够看出，在本发明有机污染人工湿地水生植物群落中水生植物的成活率明显高于其它方法中水生植物的存活率。

实施例2

一种有机污染人工湿地水生植物群落的构建方法，其特征是通过形成水生植物根系避难所提高水生植物的成活率；具体如下：

（1）水生植物的筛选；

（2）人工湿地基质的筛选；

（3）潜流湿地水位的管理。

所述水生植物为黄菖蒲。

所述大颗粒石子层中所采用的大石子直径为4cm－6 cm，大颗粒石子层的整体高度为100 cm，碎石子层所采用的小石子直径为1 cm－2 cm，碎石子层整体高度为10cm，壤土层为6.5 cm厚低渗透性壤土，所述低渗透性壤土是指颗粒大小在0.2mm至0.02mm之间的壤土。

所述水平潜流湿地的长宽比设置为2.5：1。

所述进水口布水石子层4的石子直径为10cm，出水口布水石子层5的石子直径为10cm。

所述有机污染人工湿地水生植物群落所处理的废水污染物中包含COD =113.4mg/L，总氮 = 50.6mg/L，总磷 = 2.16mg/L，氨氮 = 12.6mg/L。

Claims

1.一种有机污染人工湿地水生植物群落的构建方法，其特征是通过形成水生植物根系避难所提高水生植物的成活率；具体包括以下步骤：

（1）水生植物的筛选；所述水生植物为经过筛选出的有机污染能力较强的挺水植物；

（2）人工湿地基质的筛选；所述人工湿地基质包括大颗粒石子层、碎石子层、壤土层，大颗粒石子层处在底层，所采用的大颗粒石子直径为4cm－6cm，大颗粒石子层的整体高度为80cm－120cm；碎石子层作为中间层处在大颗粒石子层的上方，碎石子层所采用的小石子直径为1cm－2cm，碎石子层整体高度为9cm-11cm；壤土层作为顶层处在碎石子层的上方，壤土层为5cm－8cm厚低渗透性壤土，是水生植物根系避难所，限制有机污染物自由进入；

（3）潜流湿地水位的管理：在水生植物的幼苗期严格控制水位，降低水体中有机污染物与水生植物根系的接触概率，水位保持在碎石子层与壤土层交界位置，水分通过壤土层中的毛细管进入壤土层供水生植物生长，在水分的上升过程中，由于壤土颗粒的吸附作用，逐步降低污水中有机物质的含量，降低胁迫效应；在水生植物快速生长期，水位的控制适当放松，但不超过壤土层上表层，保持壤土层表层土相对干燥状态，达到既不限制水生植物根系的继续生长，又能满足水生植物的最基本生存。

2.根据权利要求1所述的一种有机污染人工湿地水生植物群落的构建方法，其特征是所述人工湿地基质的左、右两侧分别分布有进水口布水石子层、出水口布水石子层，人工湿地基质和进水口布水石子层、出水口布水石子层共同形成水平潜流湿地，进水口布水石子层的上端有进水口，出水口布水石子层的下端有出水口，水流从进水口进入进水口布水石子层，在重力作用下缓慢流过人工湿地基质的大颗粒石子层，水流到达大颗粒石子层的另一侧，然后经出水口布水石子层的出水口流出。

3.根据权利要求2所述的一种有机污染人工湿地水生植物群落的构建方法，其特征是所述进水口布水石子层和出水口布水石子层在水平方向的宽度均为50cm，用于分散布水和出水收集。

4.根据权利要求2所述的一种有机污染人工湿地水生植物群落的构建方法，其特征是所述水平潜流湿地的长宽比设置为3：1到2：1之间。