CN108314189A - 人工湿地无动力生态系统的构建方法 - Google Patents

Abstract

本申请的目的是公开一种人工湿地无动力生态系统的构建方法，包括：步骤一：沿湖的流水方向依次划分出一级植物塘、一级表流人工湿地、二级潜流人工湿地、河道生态区和生态景观区；步骤二：在步骤一的一级植物塘的边坡种植挺水植物来固定坡、岸泥沙，降低入湖水体中的氮、磷含量，在一级植物塘的湖中种植的植物包括香菇草和狐尾藻两种具有强去污性能的植物来降低进水中污染物浓度，能够清除垃圾、淤泥、杂草并且拦截污水、泥沙、漂浮物；步骤三：在步骤一的二级潜流人工湿地设置滤料基质和挺水植物，吸附并去除污水中的有机污染物质，使水质大幅度提升；步骤四：二级潜流人工湿地包括在该区入水口附近配置的去污效果好的根系发达的挺水植物。

Description

人工湿地无动力生态系统的构建方法

技术领域

本发明属于水体的污染控制方法，具体是指一种人工湿地无动力生态系统的构建方法。

背景技术

松雅湖国家湿地公园是湘江流域湿地生态系统的重要组成部分，对保障湘江水质安全具有重要作用。松雅湖作为一个以水景观为特色的国家湿地公园，对水质的要求相当高。但目前，由于入湖口水源污染严重，且水体流动性较差，水体中未形成良好的水生生物生态系统，导致水体较浑浊，若不及时进行治理，将进而影响到下游松雅湖湿地公园水体景观。

由现场调查以及监测分析，现有湖泊导致水体感官较差主要存在以下几点原因：

(1)进水水源水质较差，N、P含量较高，污染物逐步在水体中积累；

(2)水体两边的绿化还未完全生长茂盛，下雨时还有少量泥沙进入，致使水体浑浊，透明度低；

(3)水体的整体水位高差较小，导致水体流动性差，污染物聚集；

(4)系统中没有植物生态系统，导致自净能力低下，水体中没有形成具有较强生命力和一定自净功能的生态系统。

人工湿地具有良好的净化水体的功能人工湿地是由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地面，将污水、污泥有控制的投配到经人工建造的湿地上，污水与污泥在沿一定方向流动，主要利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用，对污水、污泥进行处理的一种技术。 其作用机理包括吸附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀、微生物分解、转化、植物遮蔽、残留物积累、蒸腾水分和养分吸收及各类动物的作用。

湿地植物，是泛指生长在湿地环境中的植物。在净化污水过程中，植物的作用可以归纳为6个方面：(1)直接吸收和利用污水中可利用的营养物质；(2)吸附污染物质，包括重金属和一些有毒有害物质；(3)增强和维持介质的水力传输；(4)为根区好氧微生物输送氧气；(5)植物根系能分泌多种有机复合物和酶，为微生物提供碳源，还可以增加或间接加强有机物的降解。(6)植物还能绿化土地，改善区域气候，促进生态环境的良性循环以及吸收二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳、增加氧气、净化空气、消除城市热岛效应、光污染和吸收噪声，提高区域景观的美学价值，具有强大环境调节功能和生态效益。在污水流动的过程中，主要利用土壤、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用，使其水质得到提升。该作用机理包括吸附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀、微生物分解、转化、植物遮蔽、残留物积累、蒸腾水分和养分吸收及各类动物的作用。

但目前国内外湿地大量应用的植物主要是草本植物，有芦苇、美人蕉、香根草等。但是这些植物均具有生物量小，对污染物的吸附能力有限，且具有地上生物质难以收获转移、容易散落在水体中腐败并且对水体造成二次污染等缺点。乔木、灌木作为植物修复材料在国外研究较多，而国内应用较少。国内的木本植物应用品种主要是池杉、白骨壤等，规模化应用在南方特殊地区或沿海。

如果人工湿地工程设计不合理，特别是不合理地选用和配置湿地基质与植物，就会导致人工湿地净化效率低、使用寿命短等问题。

因此，如何研发一种人工湿地无动力生态系统的构建方法，能够解决上述问题，便成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请解决的主要问题是提供一种人工湿地无动力生态系统的构建方法，不仅具有常规人工湿地投资低、操作简单、维护和运行费用低、能绿化土地，改善生态环境等特点，还能完成多种陆生植物与水生植物的优化配置分层次针对性的进行了河道生态恢复与重建等功能，实现了多种陆生植物与水生植物的优化配置，分层次针对性的进行了河道生态恢复与重建的人工湿地无动力生态系统的构建方法，以解决一种人工湿地无动力生态系统的构建方法成本高、维护和运行费用高、亲水性不够、植物配置不够合理，难以与环境和谐贴切的融合的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种人工湿地无动力生态系统的构建方法，其技术方案如下：

一种人工湿地无动力生态系统的构建方法，其特征在于，包括：

步骤一：沿湖的流水方向依次划分出一级植物塘、一级表流人工湿地、二级潜流人工湿地、河道生态区和生态景观区；

步骤二：在步骤一所述的一级植物塘的边坡种植挺水植物来固定坡、岸泥沙，降低入湖水体中的氮、磷含量，在所述一级植物塘的湖中种植的植物包括香菇草和狐尾藻两种具有强去污性能的植物来降低进水中污染物浓度，能够清除垃圾、淤泥、杂草并且拦截污水、泥沙、漂浮物；

步骤三：在步骤一所述的二级潜流人工湿地设置滤料基质和挺水植物，吸附并去除污水中的有机污染物质，使水质大幅度提升；

步骤四：所述二级潜流人工湿地包括在该区入水口附近配置的去污效果好的根系发达的挺水植物。

优选的，还包括步骤五：建立水生动物系统，所述水生动物系统包括养殖有滤食性鱼类、肉食性鱼类和滤食性底栖动物，包括鳜鱼、乌鳢、鳡鱼、鳙鱼、黄颡鱼、鲶鱼、螺和蚌。

优选的，所述滤料基质包括瓜子片、石灰石或火山岩，分层铺设，粒径从下至上变小。

优选的，所述河道生态区配置水上、水下两部分：上部为植物床，下部为栽植床，所述植物床包括挺水植物、沉水植物和浮叶植物，窄长河道区域设置有所述挺水植物，在池体周边设置有挺水植物及沉水植物，其中，

池体的挺水植物根据周边植物的配置相协调，沉水植物根据具体的品种及水的深宽进行布置，驳岸两边分别配置挺水植物。

优选的，所述二级潜流人工湿地入水口附近配置的植物包括再力花、香蒲、旱伞草、花叶芦竹、芦苇或德国鸢尾。

优选的，所述生态景观区设置有抗寒性较好的水生植物品种；通过对花期不同的植物进行套种突出其景观作用，达到四季常绿效果，该生态景观区配置的植物包括德国鸢尾、茭草、菖蒲、黄菖蒲、香蒲、再力花、千屈菜、花叶芦竹、荷花、泽泻、睡莲、眼子菜、狐尾藻、苦草、黑藻、金鱼藻、伊乐藻。

优选的，所述一级植物塘在植物配置时优选选择本地植物品种，以确保对环境的适应性；选择耐污性强的植物，提高在进水污染物浓度较高的情况下系统运行的稳定性；选择根系发达生物量较大的品种，以保证其净水效果；其中，所述耐污性强的植物包括狐尾藻、再力花、芦苇、花叶芦竹，所述根系发达生物量较大的品种包括狐尾藻、再力花和香蒲。

优选的，还包括在所述二级潜流人工湿地死水区布水管，还包括通向所述滤料基质的曝氧装置。

优选的，还包括在所述二级潜流人工湿地的小岛区域配置木本植物或者灌木植物。

优选的，在所述一级植物塘水位较深的情况下，选择种植植株较高大的挺水植物，包括旱伞草、花叶芦竹。

与现有技术相比，本申请所述的人工湿地无动力生态系统的构建方法，达到了如下效果：

(1)本发明所述的人工湿地无动力生态系统的构建方法，不仅具有常规人工湿地投资低、操作简单、维护和运行费用低、能绿化土地，改善生态环境等特点，还能完成多种陆生植物与水生植物的优化配置分层次针对性的进行了河道生态恢复与重建等功能，实现了多种陆生植物与水生植物的优化配置，分层次针对性的进行了河道生态恢复与重建；

(2)本发明所述的人工湿地无动力生态系统的构建方法，通过科学合理的组合模式设计、季节性生物群落配置、高吸附性能基质材料的选择与景观学理论的应用，建立的系统不仅有效地提高了COD、BOD的去除率，也增 强了去N除P以及去除其它有毒元素的能力；

(3)本发明所述的人工湿地无动力生态系统的构建方法，明显而有效的提高了河道及河岸带生物多样性和生态多样性，促进了河道生态系统的健康稳定发展。有效的解决了河道水质污染退化，河水自净能力弱，生物多样性锐减等生态问题，为河道的自然恢复与重建提供了可行而有效的生态修复措施；

(4)本发明所述的人工湿地无动力生态系统的构建方法，形成空间上立体分布、时间上持续分布，局部水体服务面积固定，总体空间上充分，不同季节有特定优势植物，季节变化中植物演替平稳过度，在空间与时间上全面且连续地对水体中藻类时行抑制；

(5)通过本发明提供的人工湿地无动力生态系统的构建方法，生物绳上能够附着大量的氨化细菌、硝化细菌、反硝化细菌等微生物形成生物膜，使污水中的有机物、氮、磷通过氧化分解、硝化反硝化作用去除，大大提高了水体的净化效果；

(5)本发明提供的人工湿地无动力生态系统的构建方法，通过构建完整水生植物群落，维持生态环境的稳定，对恢复水体的自净功能以及防止水体富营养化具有极大的意义，同时在该区域还兼顾引水以及景观功能。

具体实施方式

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

实施例一：

一种人工湿地无动力生态系统的构建方法，其特征在于，包括：

步骤一：沿湖的流水方向依次划分出一级植物塘、一级表流人工湿地、 二级潜流人工湿地、河道生态区和生态景观区；

步骤二：在步骤一所述的一级植物塘的边坡种植挺水植物来固定坡、岸泥沙，降低入湖水体中的氮、磷含量，在所述一级植物塘的湖中种植的植物包括香菇草和狐尾藻两种具有强去污性能的植物来降低进水中污染物浓度，能够清除垃圾、淤泥、杂草并且拦截污水、泥沙、漂浮物；

步骤三：在步骤一所述的二级潜流人工湿地设置滤料基质和挺水植物，吸附并去除污水中的有机污染物质，使水质大幅度提升；

步骤四：所述二级潜流人工湿地包括在该区入水口附近配置的去污效果好的根系发达的挺水植物。

还包括步骤五：建立水生动物系统，所述水生动物系统包括养殖有滤食性鱼类、肉食性鱼类和滤食性底栖动物，包括鳜鱼、乌鳢、鳡鱼、鳙鱼、黄颡鱼、鲶鱼、螺和蚌。

所述滤料基质包括瓜子片、石灰石或火山岩，分层铺设，粒径从下至上变小。

所述二级潜流人工湿地入水口附近配置的植物包括再力花、香蒲、旱伞草、花叶芦竹、芦苇、德国鸢尾。

所述生态景观区设置有抗寒性较好的水生植物品种；通过对花期不同的植物进行套种突出其景观作用，达到四季常绿效果，该生态景观区配置的植物包括德国鸢尾、茭草、菖蒲、黄菖蒲、香蒲、再力花、千屈菜、花叶芦竹、荷花、泽泻、睡莲、眼子菜、狐尾藻、苦草、黑藻、金鱼藻、伊乐藻。

所述一级植物塘在植物配置时选择本地植物品种，以确保对环境的适应性；选择耐污性强的植物，提高在进水污染物浓度较高的情况下系统运行的稳定性；选择根系发达生物量较大的品种，以保证其净水效果；其中，所述耐污性强的植物包括狐尾藻、再力花、芦苇、花叶芦竹，所述根系发达生物量较大的品种包括狐尾藻、再力花和香蒲。

还包括在所述二级潜流人工湿地死水区布水管。

还包括在所述二级潜流人工湿地的小岛区域配置木本植物或灌木植物，如夹竹桃。

在所述一级植物塘水位较深的情况下，选择种植植株较高大的挺水植物，包括旱伞草、花叶芦竹。

所述一级植物塘用于固定泥沙、沉淀并且能适当降低进水中污染物浓度；所述一级表流人工湿地用于沉淀、调节、生物吸收降解和布水，所述二级潜流人工湿地用于吸附、过滤和生物吸收降解，以保障进入所述河道生态区和生态景观区的水质处于较高的水平；所述河道生态区用于对现有水面进行生态改造，起到引水以及景观功能；景观区用于美化环境并且稳定水质。

所述河道生态区配置水上、水下两部分：上部为植物床，下部为栽植床，所述植物床包括挺水植物、沉水植物和浮叶植物，窄长河道区域设置有所述挺水植物，在池体周边设置有挺水植物及沉水植物，其中，

池体的挺水植物根据周边植物的配置相协调，沉水植物根据具体的品种及水的深宽进行布置，在水流速较快的狭长区域，驳岸两边分别配置挺水植物。方法易行，操作简便，实现了多种陆生植物与水生植物的优化配置，分层次针对性的进行了河道生态恢复与重建。

本发明通过构建完整水生植物群落，维持生态环境的稳定，对恢复水体的自净功能以及防止水体富营养化具有极大的意义，同时还兼顾引水以及景观功能。

该技术通过科学合理的组合模式设计、季节性生物群落配置、高吸附性能基质材料的选择与景观学理论的应用，建立的系统不仅有效地提高了COD、BOD的去除率，也增强了去N除P以及去除其它有毒元素的能力；明显而有效的提高了河道及河岸带生物多样性和生态多样性，促进了河道生态系统的健康稳定发展。有效的解决了河道水质污染退化，河水自净能力弱，生物多样性锐减等生态问题，为河道的自然恢复与重建提供了可行而有效的生态修复措施。

在池体周边种植香蒲、菖蒲、旱伞草、美人蕉、石菖蒲、德国鸢尾、纸莎草、水葱、茭草，在水面宽阔地设置有大面积各色睡莲，在河道驳岸上铺设有5-25cm厚的粒径为3-15cm的石子。

还包括在河道区水域内投放水生动物，包括滤食性鱼类、肉食性鱼类和滤食性底栖动物，完善人工湿地生态系统的食物链和食物网结构，使生态位互补，从而提高水生生态系统的稳定性。

植物种植方式包括种植篮和挂网组合的方式，将选配的植物组合在水体中固定，挺水植物使用种植篮，沉水植物使用挂网，使其定点生长，并可自 动调节高度。形成空间上立体分布、时间上持续分布，局部水体服务面积固定，总体空间上充分，不同季节有特定优势植物，季节变化中植物演替平稳过度，在空间与时间上全面且连续地对水体中藻类时行抑制。

所述栽植床采用高性能接触过滤材料生物绳，将所述生物绳上下两端固定在框架上，生物绳固定床底部设置有无机吸附材料层4为20cm，吸附材料组成为珍珠岩与活性炭混合物；然后放置纤维含量为80％的藓类泥炭层10-20cm；然后再放置珍珠岩和活性炭组成无机吸附材料为20-30cm；最后放置20-25cm土壤层。所述生物绳由亲水性强的新型接触氧化材料聚丙烯纤维、结构稳定的维尼纶和尼龙，以及弹性恢复效果好的聚偏二氯乙烯等材料加工制作而成，其外层附着好氧微生物，内层附着厌氧微生物；生物绳上能够附着大量的氨化细菌、硝化细菌、反硝化细菌等微生物形成生物膜，使污水中的有机物、氮、磷通过氧化分解、硝化反硝化作用去除，大大提高了水体的净化效果。

与现有技术相比，本发明所述的一种人工湿地无动力生态系统的构建方法，达到了如下效果：

(1)本发明所述的人工湿地无动力生态系统的构建方法，不仅具有常规人工湿地投资低、操作简单、维护和运行费用低、能绿化土地，改善生态环境等特点，还能完成多种陆生植物与水生植物的优化配置分层次针对性的进行了河道生态恢复与重建等功能，实现了多种陆生植物与水生植物的优化配置，分层次针对性的进行了河道生态恢复与重建；

(2)本发明所述的人工湿地无动力生态系统的构建方法，通过科学合理的组合模式设计、季节性生物群落配置、高吸附性能基质材料的选择与景观学理论的应用，建立的系统不仅有效地提高了COD、BOD的去除率，也增强了去N除P以及去除其它有毒元素的能力；

(3)本发明所述的人工湿地无动力生态系统的构建方法，明显而有效的提高了河道及河岸带生物多样性和生态多样性，促进了河道生态系统的健康稳定发展。有效的解决了河道水质污染退化，河水自净能力弱，生物多样性锐减等生态问题，为河道的自然恢复与重建提供了可行而有效的生态修复措施；

(4)本发明所述的人工湿地无动力生态系统的构建方法，形成空间上立 体分布、时间上持续分布，局部水体服务面积固定，总体空间上充分，不同季节有特定优势植物，季节变化中植物演替平稳过度，在空间与时间上全面且连续地对水体中藻类时行抑制；

(5)通过本发明提供的人工湿地无动力生态系统的构建方法，生物绳上能够附着大量的氨化细菌、硝化细菌、反硝化细菌等微生物形成生物膜，使污水中的有机物、氮、磷通过氧化分解、硝化反硝化作用去除，大大提高了水体的净化效果；

(5)本发明提供的人工湿地无动力生态系统的构建方法，通过构建完整水生植物群落，维持生态环境的稳定，对恢复水体的自净功能以及防止水体富营养化具有极大的意义，同时在该区域还兼顾引水以及景观功能。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种人工湿地无动力生态系统的构建方法，其特征在于，包括：

步骤一：沿湖的流水方向依次划分出一级植物塘、一级表流人工湿地、二级潜流人工湿地、河道生态区和生态景观区；

步骤二：在步骤一所述的一级植物塘的边坡种植挺水植物来固定坡、岸泥沙，降低入湖水体中的氮、磷含量，在所述一级植物塘的湖中种植的植物包括香菇草和狐尾藻两种具有强去污性能的植物来降低进水中污染物浓度，能够清除垃圾、淤泥、杂草并且拦截污水、泥沙、漂浮物；

步骤三：在步骤一所述的二级潜流人工湿地设置滤料基质和挺水植物，吸附并去除污水中的有机污染物质，使水质大幅度提升；

步骤四：所述二级潜流人工湿地包括在该区入水口附近配置的去污效果好的根系发达的挺水植物。

2.根据权利要求1所述的人工湿地无动力生态系统的构建方法，其特征在于，还包括步骤五：建立水生动物系统，所述水生动物系统包括养殖有滤食性鱼类、肉食性鱼类和滤食性底栖动物，包括鳜鱼、乌鳢、鳡鱼、鳙鱼、黄颡鱼、鲶鱼、螺和蚌。

3.根据权利要求2所述的人工湿地无动力生态系统的构建方法，其特征在于，所述滤料基质包括瓜子片、石灰石或火山岩，分层铺设，粒径从下至上变小。

4.根据权利要求3所述的人工湿地无动力生态系统的构建方法，其特征在于，所述河道生态区配置水上、水下两部分：上部为植物床，下部为栽植床，所述植物床包括挺水植物、沉水植物和浮叶植物，窄长河道区域设置有所述挺水植物，在池体周边设置有挺水植物及沉水植物，其中，

池体的挺水植物根据周边植物的配置相协调，沉水植物根据具体的品种及水的深宽进行布置，驳岸两边分别配置挺水植物。

5.根据权利要求4所述的人工湿地无动力生态系统的构建方法，其特征在于，所述二级潜流人工湿地入水口附近配置的植物包括再力花、香蒲、旱伞草、花叶芦竹、芦苇或德国鸢尾。

6.根据权利要求5所述的人工湿地无动力生态系统的构建方法，其特征在于，所述生态景观区设置有抗寒性较好的水生植物品种；通过对花期不同的植物进行套种突出其景观作用，达到四季常绿效果，该生态景观区配置的植物包括德国鸢尾、茭草、菖蒲、黄菖蒲、香蒲、再力花、千屈菜、花叶芦竹、荷花、泽泻、睡莲、眼子菜、狐尾藻、苦草、黑藻、金鱼藻、伊乐藻。

7.根据权利要求6所述的人工湿地无动力生态系统的构建方法，其特征在于，所述一级植物塘在植物配置时优选选择本地植物品种，以确保对环境的适应性；选择耐污性强的植物，提高在进水污染物浓度较高的情况下系统运行的稳定性；选择根系发达生物量较大的品种，以保证其净水效果；其中，所述耐污性强的植物包括狐尾藻、再力花、芦苇、花叶芦竹，所述根系发达生物量较大的品种包括狐尾藻、再力花和香蒲。

8.根据权利要求7所述的人工湿地无动力生态系统的构建方法，其特征在于，还包括在所述二级潜流人工湿地死水区布水管，还包括通向所述滤料基质的曝氧装置。

9.根据权利要求8所述的人工湿地无动力生态系统的构建方法，其特征在于，还包括在所述二级潜流人工湿地的小岛区域配置木本植物或者灌木植物。

10.根据权利要求9所述的人工湿地无动力生态系统的构建方法，其特征在于，在所述一级植物塘水位较深的情况下，选择种植植株较高大的挺水植物，包括旱伞草、花叶芦竹。