CN109607975B - 一种修复超富营养水体和内源性污染的人工湿地构造 - Google Patents
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Abstract
一种修复面源污染和超富营养水体的人工湿地构造，包括，相互连通的水体净化区和水生生态景观区；水体净化区内依次设置污染源初级沉淀净化区，水源次级净化区、水源三级净化区；污染源初级沉淀净化区内设有多个湿地渗滤岛；水源次级净化区内设浮动湿地；水源三级净化区内设水下森林；水体净化区与水生生态景观区连通的出口设湿地渗滤岛、浮动湿地；水生生态景观区内设水生植物系统和浮游水生动物；水生生态景观区内末端设潜水泵及管道连接至水体净化区。本发明集成内源性污染源控制、面源性污染源拦截处理及外源性污染源净化，使水体清澈，并适宜水生植物生长，既保障了水质净化效果，又兼顾了景观效果和本土水生植物系统的恢复。
Description
技术领域
本发明涉及园林工程，特别涉及一种修复超富营养水体和内源性污染的人工湿地构造。
背景技术
随着人们生活条件的不断改善，城市居民对居住质量和居住环境的要求越来越高，清澈美丽的景观水体已经成为美化人民生活环境的重要部分。景观水体不仅具有生态价值，而且可以调节温湿度，净化空气，增强舒适感。但是，景观水体水质要求较高，大多为静止或者流动性差，自净能力差，导致每隔一段时间就要换水，有的直接采用自来水，不仅浪费水资源，也耗时耗力。
另一方面，现代城市以钢筋混凝土结构为主导，硬化率高，雨水可以自然下渗补充地下水的地方小，导致下雨时地面径流增加，暴雨时各地看海，防洪防汛压力大。为了改变这种现状，2012年，海绵城市概念首次被提出。所谓海绵城市，指城市能够像海绵一样具有“弹性”，下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水“释放”并加以利用，提升城市生态系统功能，减少城市洪涝灾害的发生。城市“海绵体”既包括河、湖、池塘等水系，也包括绿地、花园、可渗透路面这样的城市配套设施。
利用雨水作为景观水体的水源，利用景观水系作为海绵体，既减轻城市排水系统压力，又充分利用雨水资源。
但是，城市雨水由于地表径流对城市的淋浴和冲刷，水质较差，也被称为面源污染。城市面源污染物来源于城市地表沉积物，包含固态废物碎雪(城市垃圾、动物粪便、城市建筑施工场地堆积物)、化学药品(草坪施用的化肥农药)、空气沉降物和车辆排放物等。雨水用于景观水体前应经过净化。
常规的雨水处理是将雨水收集到蓄水池后集中进行物理、化学处理，以去除雨水中的污染物。
针对景观水体采用的处理技术主要有曝气充氧法、物化法、化学杀藻消毒法、生化处理法、生态法等。
城市再开发中，为了提升城市生活质量，许多污染程度较浅的工业场地或者矿山被转化为了城市绿地。这样做的合理性在于：能以最小的土地投入，最大程度的提升环境质量并完善城市绿地结构，实现城市可持续发展。在污染场地开发建设水体景观遇到的最大挑战是内源污染。内源污染主要是指来底泥中的污染物，包括且不限于有机物、氮、磷、重金属等。底泥中的重金属、病原性物质将对河道及景观水池的动植物群落及微生物群落产生负面影响，破坏整个生态系统的完整性，从而影响其功能，不利于水体自净能力的发挥。在温度升高时，底泥释放大量氮磷物质，造成水体富营养化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种修复超富营养水体和内源性污染的人工湿地构造，集成内源性污染源控制、面源性污染源拦截处理及外源性污染源净化，使水体清澈，并适宜水生植物生长，达到持续的净化水质与景观展示效果。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种修复超富营养水体和内源性污染的人工湿地构造，其包括，相互连通的水体净化区和水生生态景观区；
所述水体净化区设有自雨水、外河水及水生生态景观区回流水流入的进口、与水生生态景观区连通的出口，所述水体净化区内自进口至出口依次设置污染源初级沉淀净化区，水源次级净化区和水源三级净化区；其中，所述污染源初级沉淀净化区内设有至少一个湿地渗滤岛；所述水源次级净化区内设有浮动湿地；所述水源三级净化区内设有水下森林；所述水体净化区与水生生态景观区连通的出口设置一个湿地渗滤岛和一个浮动湿地；
所述水生生态景观区内设有建群种的水生植物系统和浮游水生动物，形成水中森林；且，水生生态景观区内末端设潜水泵及管道连接至所述水体净化区的进口处；
所述水体净化区和水生生态景观区内分别设有爆气机，优选的，所述水体净化区内设喷泉爆气机，水生生态景观区设提水式曝气机；
所述水体净化区和水生生态景观区沿驳岸设置植被系统。
优选的，所述水体净化区内的水生植物系统依据三级净化区的不同营养盐水平，依次从最耐污染的香菇草、到耐污染的挺水植物，再到较耐污染的水遁草。
优选的，所述水体净化区驳岸设置地面源污染汇集区，其内设置拦截沟渠和拦截坝，沉降拦截场地径流带来的面源污染。
优选的，所述水生生态景观区内设置的建群种的水生植物系统包括寡营养型沉水植物，如苦草或轮叶黑藻。
优选的，所述湿地渗滤岛的结构包括：生态袋围合护坡层，采用编织袋围合结构，形成一容置空间；所述编织袋内填充砾石和陶粒；所述空置空间内从下到上依次为矿物粘土层、陶粒层和砾石层；挺水植物，设置于所述砾石层顶部。
进一步，还包括一基础层，所述生态袋围合护坡层设置于该基础层上，所述的基础层包括碎石或/和卵石。
优选的，所述挺水植物的种植密度为9～25株/m2；所述挺水植物包括：芦苇、蒲草、荸荠、水芹、水葱、茭白、香蒲、千屈菜、菖蒲、水麦冬、风车草或灯芯草。
优选的，所述浮动湿地包括：作为浮动湿地的框架和支撑的基质模块、填充于基质模块内的填料模块、种植于填料模块上的湿地植物。
优选的，所述植被系统包括：从岸边到水塘中心依次种植陆生植物、湿生植物、挺水植物、浮水植物、沉水植物。
优选的，所述水生生态景观区内底部自下向上依次设置装填凹凸棒土或沸石粉的生态袋、种植土。
在本发明人工湿地构造的设计中：
水体净化区水生生态景观区连通，水体净化区的水自流到水生生态景观区，水生生态景观区末端设置潜水泵，将水回流至水体净化区前端。水生生态景观区的水也供区域内绿化和洗车用水。雨水经雨水管汇总后排入水体净化区，为了保持人工湖水位稳定，需要从外河引水补充，外河水经自吸泵提升进入水体净化区。在雨水、外河水以及水生生态景观区回流水入塘位置各设置一个渗滤岛。雨水、外河水以及水生生态景观区回流水首先经渗滤岛拦截过滤，再依次经过浮动湿地、水下森林到达与水生生态景观区连接处。为增加湖水溶解氧，水体净化区内设置一台喷泉爆气机。
从水质净化角度，水体净化区分为污染源初级沉淀净化区，水源次级净化区和水源三级净化区。经过三级净化后的水体，基本能够进入水生生态系统恢复展示区(水生生态景观区)水体达到寡营养型沉水植物生存的标准(透明度＞60cm，TP＜0.15mg/L)。
所述水体净化区从入口处至与水生生态景观区连通的出口处，配置不同的水生植物系统，从最耐污染的香菇草、到耐污染的挺水植物，再到较耐污染的水遁草。
所述渗滤岛主要结构为编织袋围合层、矿物粘土层、陶粒层和砾石层等，并在渗滤岛顶部种植挺水植物。其主要通过矿物粘土层、陶粒层和砾石层对尾水的渗滤作用以及挺水植物去除一部分污染物，同时拦截水体悬浮物，提升水体透明度。
水体净化区与水生生态景观区连通处设置了一座渗滤岛和一个排口浮动湿地。浮动湿地包括填料模块、基质模块、湿地植物，模块化设计的浮动湿地和植物根系吸附了大量微生物形成生物膜，污水流经浮动湿地根系区域时，污染物被基质模块、植物根系、与微生物的共同作用下得到去除。大量的固体悬浮物被基质和植物根系上附着的生物膜截留；有机污染物通过微生物的呼吸作用分解；氮磷等营养物质被植物吸收同化去除，同时也通过在好氧、缺氧环境中硝化、反硝化、聚磷等微生物过程去除。
水体净化区沿驳岸设置植被系统(如PCA土壤柔性植被系统)，以拦截由地表汇入而不是雨水管汇流的雨水面源污染。PCA土壤柔性植被系统通过植被根系的发展，可以巩固土壤，减缓水流速度，涵养水源，形成微生物与植被系统之间的共生系统，经过土壤柔性植被系统提供的条件，水、土、植被、微生物等环境因子之间得以互助，还原受损生态环境。
所述水生生态景观区底部为避免底泥中的重金属、病原性物质对河道及景观水池的动植物群落及微生物群落产生负面影响，破坏整个生态系统的完整性，从而影响其功能，在水生生态景观区塘底满铺一层装填凹凸棒土或沸石粉的生态袋，其上满铺一种种植土。凹凸棒石或沸石粉是较为理想的吸附剂，可以脱色、除臭除味，除重金属离子和致癌物质。由于凹凸棒土或沸石粉装填在生态袋内，生态袋之间还有少量空隙，水体与湖底没有完全隔断，可以少量渗透以补充地下水。与混凝土硬化或者铺设HDPE膜的人工湖相比，并没有阻断水体与湖底土壤的水体连接，保证了湖水与地下水的交换；与自然泥底相比，凹凸土或沸石粉人工湖底可以隔离原来底泥中的内源性污染，并吸附人工湖沉积的污染，减慢水体的富营养化进程。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1.与传统湿地恢复工程对比
传统湿地恢复工程是以湿地生态系统恢复为目的，注重各生态工程区形态特征建设，和湿地植物系统的恢复工作，一般不将水质净化作为生态湿地的主体功能。
本发明湿地修复，兼顾了生态湿地功能区的恢复、水生植物系统的恢复和污染源的封填、拦截和系统净化，是目前生态湿地恢复和人工湿地相结合的优化的结果，即保障了水质净化效果，又兼顾了景观效果和本土水生植物系统的恢复。
2.与单一恢复沉水植被工程对比
本发明湿地修复，建设完备的污染拦截、净化系统，生态功能区完整，待持续运维和植物生长季节来临时，将会呈现完整的水质净化、水生生态系统恢复，景观水体区呈现水下森林的状态。
3.与常规面源污染净化系统对比
常规的雨水处理是将雨水收集到蓄水池后集中进行物理、化学处理，以去除雨水中的污染物。
屋顶雨水收集后，由于雨水相对污染比较小，一般只需要经过沉淀消毒之后就可以应用到城市普通生产生活方面。道路雨水水质由于道路环境复杂，其水质受污染程度较大，成分也相对较为复杂，首先，需考虑初期雨水弃流，对后续雨水收集后再进行混凝、沉淀和过滤等常规方式的处理。根据水质的情况，在必须要时还需要增加活性炭吸附处理工艺。
常规的雨水处理工艺为：集水-筛网/栅格-调蓄池-混凝沉淀池--清水池-资源利用。
此工艺技术成熟，但是建设费用高，雨水处理设施空置时间长，投入产出低。
本发明直接利用景观水体净化雨水，不再单独设置雨水净化单元，建设费用低，无雨水处理设施空置，投入产出高。
4.与常规景观水体运行系统对比
目前国内外针对景观水体采用的处理技术主要有曝气充氧法、物化法、化学杀藻消毒法、生化处理法、生态法等。
水体曝气充氧法是指对水体进行人工曝气，以提高水中的溶解氧含量，营造好氧菌生存环境，利用微生物生长繁殖去除水中溶解性有机物。曝气充氧的方式有瀑布、跌水、喷水三种，三种方法的能耗都很高，极少24小时连续运行。曝气充氧法的效果受水体中微生物的数量和水体污染物类型限制，单独使用一般无法达到长期维持水质目的。
物化法常使用的有混凝沉淀法、混凝气浮法和过滤法等。物化法处理的对象是水中的颗粒物、悬浮物和胶体杂质等。物化法化学药剂，借助重力、浮力或者滤料拦截达到固液分离目的，将固态杂质从水体去除，一般设置旁路，将景观水部分抽出，处理后清水回流至景观水体。由于很多藻类小而轻，物化法对藻类去除效果不好。
化学除藻消毒法是指直接向水中投加除藻剂，杀死藻类，抑制藻类爆发，具有工艺简单，初期投资省等优点。常用除藻剂有如硫酸铜、漂白粉、次氯酸钠等。各类除藻剂中，硫酸铜除藻效果较好，药效长，但不能去除臭味，而且硫酸铜对于鱼类有毒性。漂白粉或氯可去除臭味，但本身有刺激性气味，用量较难控制。化学除藻消毒法会对环境造成二次污染，且长期运行成本高。考虑到景观水的观赏价值和人们的身体健康，应尽量避免使用。
生化处理法一般指投加微生物法，适用于景观水中有机物含量较高时。投放的微生物可以是实验室培养筛选的工程菌种，也可以是利用景观水体中筛选培养的土著菌种。单独长期使用运行成本较高，一般与其他方法协同使用。
生态修复法是以生态学原理为指导，利用水生植物和水生动物净化水质，利用控制水生植物和浮游藻类量。
本发明利用湿地修复维护景观水体，兼顾了生态湿地功能区的恢复、水生植物系统的恢复和污染源的封填、拦截和系统净化，既保障了水质净化效果，又兼顾了景观效果和本土水生植物系统的恢复。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
图2为本发明实施例中湿地渗滤岛的结构示意图。
具体实施方式
参见图1，本发明的一种修复超富营养水体和内源性污染的人工湿地构造，其包括，相互连通的水体净化区A和水生生态景观区B；
所述水体净化区A设有自雨水(雨水管道101)、外河水(外河水管道102)及水生生态景观区回流水流入的进口、与水生生态景观区B连通的出口，所述水体净化区A内自进口至出口依次设置污染源初级沉淀净化区10，水源次级净化区20和水源三级净化区30；其中，所述污染源初级沉淀净化区10内设有一个湿地渗滤岛1；所述水源次级净化区20内设有浮动湿地2、水下森林3；所述水源三级净化区30内设有浮动湿地4、一个湿地渗滤岛1’；
所述水生生态景观区B内设有建群种的水生植物系统5，形成水中森林；且，水生生态景观区B内末端设潜水泵6及管道7连接至所述水体净化区A的进口处；
所述水体净化区A和水生生态景观区B内分别设有爆气机8、8’，优选的，所述水体净化区内A分别设有喷泉爆气机，水生生态景观区B设有提水式曝气机；
所述水体净化区A和水生生态景观区B沿驳岸设置植被系统9、9’。
优选的，所述水体净化区A内的水生植物系统9依次包括香菇草、挺水植物、水遁草。
优选的，所述水体净化区A驳岸设置地面源污染汇集区，其内设置拦截沟渠和拦截坝，沉降拦截场地径流带来的面源污染。
优选的，所述水生生态景观区B内设置的建群种的水生植物系统包括寡营养型沉水植物，如苦草种群。
参见图2，本发明所述湿地渗滤岛1的结构包括：生态袋围合护坡层11，采用编织袋围合结构，形成一容置空间；所述编织袋内填充砾石和陶粒；所述空置空间内从下到上依次为矿物粘土层12、陶粒层13和砾石层14；挺水植物15，设置于所述砾石层14顶部。
进一步，还包括一基础层16，所述生态袋围合护坡层11设置于该基础层16上，所述的基础层16包括碎石或/和卵石。
优选的，所述挺水植物15的种植密度为9～25株/m2；所述挺水植物包括：芦苇、蒲草、荸荠、水芹、水葱、茭白、香蒲、千屈菜、菖蒲、水麦冬、风车草或灯芯草。
优选的，所述浮动湿地2包括作为浮动湿地的框架和支撑的基质模块、填充于基质模块内的填料模块、种植于填料模块上的湿地植物。
优选的，所述植被系统9包括：从岸边到水塘中心依次种植野花组合、挺水植物、沉水植物、浮水植物、沉水植物。
优选的，所述水生生态景观区内底部自下向上依次设置装填凹凸棒土或沸石粉的生态袋、种植土。
Claims (11)
1.一种修复超富营养水体和内源性污染的人工湿地构造，其特征在于，包括，相互连通的水体净化区和水生生态景观区；
所述水体净化区设有自雨水、外河水及水生生态景观区回流水流入的进口、与水生生态景观区连通的出口，所述水体净化区内自进口至出口依次设置污染源初级沉淀净化区，水源次级净化区和水源三级净化区；其中，所述污染源初级沉淀净化区内设有至少一个湿地渗滤岛；所述水源次级净化区内设有浮动湿地；所述水源三级净化区内设有水下森林；所述水体净化区与水生生态景观区连通的出口设置一个湿地渗滤岛和一个排口浮动湿地；
所述水生生态景观区内设有建群种的水生植物系统和浮游水生动物，形成水中森林；且，水生生态景观区内末端设潜水泵及管道连接至所述水体净化区的进口处；
所述水体净化区和水生生态景观区内分别设有曝气机；
所述水体净化区和水生生态景观区沿驳岸设置植被系统；
所述水体净化区驳岸设置地面源污染汇集区，其内设置拦截沟渠和拦截坝，沉降拦截场地径流带来的面源污染。
2.如权利要求1所述的修复超富营养水体和内源性污染的人工湿地构造，其特征在于，所述水体净化区内的水生植物系统依据三级净化区的不同营养盐水平，依次从最耐污染的香菇草、到耐污染的挺水植物，再到较耐污染的水遁草。
3.如权利要求1所述的修复超富营养水体和内源性污染的人工湿地构造，其特征在于，所述水体净化区内设喷泉曝气机，水生生态景观区设提水式曝气机。
4.如权利要求1所述的修复超富营养水体和内源性污染的人工湿地构造，其特征在于，所述水生生态景观区内设置的建群种的水生植物系统包括寡营养型沉水植物。
5.如权利要求4所述的修复超富营养水体和内源性污染的人工湿地构造，其特征在于，所述寡营养型沉水植物为苦草或轮叶黑藻。
6.如权利要求1所述的修复超富营养水体和内源性污染的人工湿地构造，其特征在于，所述湿地渗滤岛包括：
生态袋围合护坡层，采用编织袋围合结构，形成一容置空间；所述编织袋内填充砾石和陶粒；所述容置空间内从下到上依次为矿物粘土层、陶粒层和砾石层；
挺水植物，设置于所述砾石层顶部。
7.如权利要求6所述的修复超富营养水体和内源性污染的人工湿地构造，其特征在于，还包括一基础层，所述生态袋围合护坡层设置于该基础层上，所述的基础层包括碎石或/和卵石。
8.如权利要求6所述的修复超富营养水体和内源性污染的人工湿地构造，其特征在于，所述挺水植物的种植密度为9~25株/m2；所述挺水植物包括：芦苇、蒲草、荸荠、水芹、水葱、茭白、香蒲、千屈菜、菖蒲、水麦冬、风车草或灯芯草。
9.如权利要求1所述的修复超富营养水体和内源性污染的人工湿地构造，其特征在于，所述浮动湿地包括：作为浮动湿地的框架和支撑的基质模块、填充于基质模块内的填料模块、种植于填料模块上的湿地植物。
10.如权利要求1所述的修复超富营养水体和内源性污染的人工湿地构造，其特征在于，所述植被系统包括：从岸边到水生生态景观区水塘中心依次种植陆生植物、湿生植物、挺水植物、浮水植物、沉水植物。
11.如权利要求1所述的修复超富营养水体和内源性污染的人工湿地构造，其特征在于，所述水生生态景观区内底部自下向上依次设置装填凹凸棒土或沸石粉的生态袋、种植土。
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