本發(fā)明涉及的是一種有機(jī)污染人工濕地水生植物群落的構(gòu)建方法，屬于污水處理廠尾水構(gòu)造濕地深度處理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

尾水濕地來水多樣、成份復(fù)雜，特別是用于處理化工園區(qū)尾水濕地其來水成份極其復(fù)雜，除常規(guī)的n、p、cod(可生化降低部分有機(jī)污染)等污染外，苯類、酚類、氰類有機(jī)污染物，以及汞、鉻、砷類等重金屬也可能存在一種或數(shù)種污染物較高的現(xiàn)象；許多化工園區(qū)包含苯類、酚類、氰類化合物生產(chǎn)企業(yè)，導(dǎo)致以化工園區(qū)尾水為來水的污水處理廠，其來水及尾水中苯類、酚類、氰類等難生化降解有機(jī)物含量仍然相對較高；濕地生物過程（主要是微生物和植物）與難降解有機(jī)物間存在密切關(guān)系：一方面濕地的生物過程可降低水體中多種難降解有機(jī)污染物或降低其毒性；而另一方面，苯類、酚類、氰類等難生化降解有機(jī)物通過多種過程降低微生物活性，影響水生植物生長或成活，從而以反過來降低尾水濕地的處理效果。

近年來，有關(guān)有機(jī)污染物與植物間的相互關(guān)系研究較多；有關(guān)有機(jī)污染物對植物生長的影響方面，研究表明，苯、酚或氰類有機(jī)污染物會(huì)通過損傷植物細(xì)胞質(zhì)膜、影響多種酶的活性、影響水分和礦質(zhì)代謝、使根系腐爛等各種途徑影響植物生存或限制其生長，相關(guān)的生理生態(tài)學(xué)機(jī)制方面已有大量的研究報(bào)道，并已量化了水體中不同有機(jī)污染物對水生植物的致危害濃度；此外，有關(guān)利用陸生植物進(jìn)行有機(jī)污染土壤修復(fù)，以及利用水生植物進(jìn)行有機(jī)污染水體凈化與修復(fù)方面是相關(guān)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。

當(dāng)前，利用植物在生長過程中對有機(jī)污染物的吸收、降解和純化作用，進(jìn)行有機(jī)污染土壤修復(fù)領(lǐng)域已有大量的研究報(bào)道，由于該方法具有低成本、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)小等特點(diǎn)，使得該方法已有大量的工程應(yīng)用,同樣，隨著人工濕地技術(shù)的發(fā)展與大量的工程應(yīng)用，利用濕地進(jìn)行苯、酚、氰類等多種有機(jī)化合物的去除與凈化方面也有大量的工程應(yīng)用。

水生植物篩選是提高有機(jī)污染嚴(yán)重水體水生植物成活率的重要環(huán)節(jié)，抗逆性較高的水生植物一般具有相似的性狀：根系、莖通過適當(dāng)木質(zhì)化限制污染物的進(jìn)入；葉片表面具有蠟質(zhì)層、角質(zhì)層或絨毛，降低有機(jī)物揮發(fā)造成的損傷；相關(guān)領(lǐng)域的研究相對較多，香蒲、蘆葦、黃菖蒲、美人蕉和再力花等作為目前人工濕地生態(tài)工程最常用的水生植物種類，對重有機(jī)污染物具有良好的抗性，可優(yōu)先在這類水生植物進(jìn)行篩選，此外，可針對具體的有機(jī)污染物類型，選擇某些具有特殊解毒功能的水生植物類型，從而提高水生植物的成活率。

人工濕地基質(zhì)選擇也是影響植物成活率的重要因子，尤其是與水生植物緊密接觸的表層基質(zhì)；目前，常見的人工濕地多為石子作為主要的基質(zhì)，表層多以小石子、粗砂等滲透率較高的基質(zhì)，由于這類基質(zhì)其透水率過高，重有機(jī)污染水體可自由通過和交換，從而對生活在其中的植物根系較大的壓力，使得根物根系長期生長在脅迫較大的水環(huán)境中，使得水生植物難為成活或生長健康狀態(tài)較差，與常見的人工濕地不同，本發(fā)明選擇顆粒較小，滲透率很低的壤土作為表層基質(zhì)，使得人工濕地基質(zhì)為三層結(jié)構(gòu)：大顆粒石子＋瓜子片＋壤土層，低滲透率壤土層的存在可限制高污染物質(zhì)的自由進(jìn)入，加上土壤顆粒對有機(jī)污染物的高吸附性，進(jìn)一步降低進(jìn)入土壤層污染物質(zhì)的進(jìn)入量，野外環(huán)境降雨的存在可定量清洗水生植物根系避難所中有機(jī)污染物的量，從而為水生植物根系提供一個(gè)低污染物保護(hù)區(qū)，提高水生植物成活率，以及群體的長勢。

水位的管理是本發(fā)明解決方案的另外一個(gè)重要內(nèi)容，本發(fā)明適用于水平潛流人工濕地，不適用垂直流或復(fù)合流人工濕地，在水生植物苗期，嚴(yán)格控制水位，使得水位控制在瓜子片和壤土層間，不超過壤土層，水分通過壤土層的毛細(xì)管作用下進(jìn)入壤土層供應(yīng)根系生長，此時(shí)的表層是水生植物根系的主要生長空間;在水生植物群體生長期，可適當(dāng)放松對水位管理的要求，但一般水平要求不漫過表層，此時(shí)，水生植物根系可在表層中形成良好根系統(tǒng)，對于污染相對較輕的水體，根系會(huì)進(jìn)一步向下生長，形成更為龐大的根系統(tǒng)，植株間的協(xié)同互利效應(yīng)可進(jìn)一步提升水生植物生長狀態(tài)，極端情況下，即使下層根系的死亡，上層根系的存活仍然可保證水生植物的正常生長；另外，雨水的存在會(huì)定量對表層的壤土進(jìn)行沖洗，進(jìn)一步降低表層中有機(jī)污染物的含量，提升水生植物的長勢。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出的是一種有機(jī)污染人工濕地水生植物群落的構(gòu)建方法，其目的旨在解決在重有機(jī)污染人工濕地如何構(gòu)建水生植物群落的問題。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案：一種有機(jī)污染人工濕地水生植物群落的構(gòu)建方法，該方法是通過形成水生植物根系避難所提高水生植物的成活率；具體包括以下步驟：

（1）水生植物的篩選；

（2）人工濕地基質(zhì)的篩選；

（3）潛流濕地水位的管理。

優(yōu)點(diǎn)：

1）通過使用低滲透性基質(zhì)降低污染物進(jìn)入量，形成水生植物根系的避難所，提高水生植物生長前期植株成活率，避免水生植物多次補(bǔ)種造成人工濕地成本的增加；

2）根系避難所可保障水生植物的基本成活，同時(shí)不限制水生植物群落形成后的整體長勢，進(jìn)一步利用個(gè)體間協(xié)同互利作用，提高水生植物群落整體的抗逆性；

3）發(fā)揮水生植物群落有機(jī)污染物的吸收、降解和純化作用，降低水體苯、酚、氰類等有機(jī)化合物含量及其對水生植物的脅迫，促進(jìn)水生植物生長，形成一種良性循環(huán);

4）植物篩選、基質(zhì)選擇和水位管理等措施實(shí)現(xiàn)相對容易，不需增加額外成本，水生植物群落的形成可同步提高人工濕地水生植物的凈化功能，提高人工濕地對富營養(yǎng)物質(zhì)的去除能力；

5）發(fā)揮人工濕地水生植物的景觀功能，改善人工濕地周邊的人居環(huán)境。

附圖說明

附圖1是本發(fā)明的示意圖。

附圖中1是大顆粒石子層、2是碎石子（瓜子片）層、3是壤土層、4是進(jìn)水口布水石子層、5是出水口布水石子層。

具體實(shí)施方式

一種有機(jī)污染人工濕地水生植物群落的構(gòu)建方法，其特征是通過形成水生植物根系避難所提高水生植物的成活率；具體包括以下步驟：

（1）水生植物的篩選；

（2）人工濕地基質(zhì)的篩選；

（3）潛流濕地水位的管理。

所述水生植物為經(jīng)過篩選出的抗有機(jī)污染較強(qiáng)的挺水植物，優(yōu)選香蒲、蘆葦、黃菖蒲、美人蕉和再力花中的一種或若干種；與沉水植物或浮水植物相比，挺水植物的許多類型具有良好的抗重有機(jī)污染能力的性狀，根系、莖通過適當(dāng)木質(zhì)化限制污染物的進(jìn)入，葉片較厚，且葉片表面具有蠟質(zhì)層、角質(zhì)層或絨毛，降低有機(jī)物揮發(fā)造成的損傷；香蒲、蘆葦、黃菖蒲、美人蕉和再力花等對重有機(jī)污染物具有良好的抗性，可優(yōu)先在這類水生植物進(jìn)行初的篩選，此外，可針對具體的有機(jī)污染物類型，選擇某些具有特殊解毒功能的水生植物類型，從而提高水生植物的成活率。

所述人工濕地基質(zhì)包括大顆粒石子層、碎石子層、壤土層，大顆粒石子層處在底層，碎石子層作為中間層處在大顆粒石子層的上方，壤土層作為頂層處在碎石子層的上方，壤土層是水生植物根系的避難所。

所述大顆粒石子層中所采用的大石子直徑為4cm－6cm，大顆粒石子層的整體高度為80cm－120cm，碎石子層所采用的小石子直徑為1cm－2cm，碎石子層整體高度為9cm-11cm，壤土層為5cm－8cm厚低滲透性壤土，所述低滲透性壤土是指顆粒大小在0.2mm至0.02mm之間的壤土。

所述壤土層形成水生植物根系避難所，限制有機(jī)污染物自由進(jìn)入根系避難所；所述壤土層具有低滲透性和高吸附性，壤土層形成水生植物根系的避難所，限制有機(jī)污染物自由進(jìn)入水生植物根系的避難所，進(jìn)一步通過水位管理協(xié)調(diào)水體供應(yīng)與強(qiáng)脅迫性有機(jī)污染物進(jìn)入間的矛盾，從而達(dá)到提高水生植物細(xì)苗成活率及群落整體長勢之目的；這與一般人工濕地常采用的粗沙或細(xì)石子有所不同，依靠壤土土粒較小，水分滲透性較低，以及土粒的高吸附性特點(diǎn)，在水生植物幼苗期及生長期，限制有機(jī)污染物的進(jìn)入量，在人工濕地表層形成水生植物根系避難所，提高水生植物成活率，以及其群體長勢。

所述的水生植物根系避難所，在水生植物的幼苗期是水生植物根系的主要生長區(qū)域，而在水生植物群落的形成期水生植物根系避難所是部分根系的生長區(qū)域，另有部分根系繼續(xù)向下生長，當(dāng)水體有機(jī)污染物含量過高時(shí)，下層的部分根系會(huì)有死亡情況，但是水生植物根系避難所內(nèi)的根系能保持健康的生長狀態(tài)，從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長。

所述人工濕地基質(zhì)的左、右兩側(cè)分別分布有進(jìn)水口布水石子層4、出水口布水石子層5，人工濕地基質(zhì)和進(jìn)水口布水石子層4、出水口布水石子層5共同形成水平潛流濕地，進(jìn)水口布水石子層4的上端有進(jìn)水口，出水口布水石子層5的下端有出水口，水流從進(jìn)水口進(jìn)入進(jìn)水口布水石子層4，在重力作用下緩慢流過人工濕地基質(zhì)的大顆粒石子層，水流到達(dá)大顆粒石子層的另一側(cè)，然后經(jīng)出水口布水石子層5的出水口流出。

所述在進(jìn)水口布水石子層4和出水口布水石子層5在水平方向的寬度均為50cm，用于分散布水和出水收集。

所述水平潛流濕地的長寬比設(shè)置為3：1到2：1之間為宜，協(xié)調(diào)防堵與水質(zhì)凈化間的矛盾。

所述潛流濕地水位的管理：在水生植物的幼苗期嚴(yán)格控制水位，降低水體中有機(jī)污染物與水生植物根系的接觸概率，水位保持在碎石子層與壤土層交界附近，水份通過壤土層中的毛細(xì)管進(jìn)入壤土層供水生植物生長，在水份的上升過程中，由于壤土顆粒的吸附作用，逐步降低污水中有機(jī)物質(zhì)的含量，降低可能的脅迫效應(yīng)；在水生植物快速生長期，水位的控制適當(dāng)放松，但以不超過壤土層上表層為宜，保持壤土層表層土相對干燥狀態(tài)，達(dá)到既不限制水生植物根系的繼續(xù)生長，又能滿足水生植物的最基本生存。

所述進(jìn)水口布水石子層4的石子直徑為9cm-11cm，出水口布水石子層5的石子直徑為9cm-11cm。

所述壤土層為水生植物根系的避難所，供水生植物成活和保存部分根系的正常生長，為水生植物存活提供最基本的生存空間。

所述有機(jī)污染人工濕地水生植物群落所處理的廢水污染物中包含cod、氮、磷、氨氮、苯、酚、氰類、汞、鉻、砷類等中的一種或若干種。

下面結(jié)合是實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

實(shí)施例1

處理對象為某城市污水處理廠的尾水，主要污染物年平均濃度為：cod=113.4mg/l，總氮=50.6mg/l，總磷=2.16mg/l，氨氮=12.6mg/l；而某城市污水處理廠的來水為當(dāng)?shù)鼗I(yè)園區(qū)的尾水，工業(yè)園區(qū)內(nèi)，有較多的苯、酚或氰類化合物產(chǎn)品企業(yè)，導(dǎo)致本濕地來水中苯、酚或氰類化合物質(zhì)的含量相對較高。采用對比的方法，研究了不同的方法對水生植物存活率的影響。

表1.不同方法水生植物成活率（％）

從表1中能夠看出，在本發(fā)明有機(jī)污染人工濕地水生植物群落中水生植物的成活率明顯高于其它方法中水生植物的存活率。

實(shí)施例2

一種有機(jī)污染人工濕地水生植物群落的構(gòu)建方法，其特征是通過形成水生植物根系避難所提高水生植物的成活率；具體如下：

（1）水生植物的篩選；

（2）人工濕地基質(zhì)的篩選；

（3）潛流濕地水位的管理。

所述水生植物為黃菖蒲。

所述人工濕地基質(zhì)包括大顆粒石子層、碎石子層、壤土層，大顆粒石子層處在底層，碎石子層作為中間層處在大顆粒石子層的上方，壤土層作為頂層處在碎石子層的上方，壤土層是水生植物根系的避難所。

所述大顆粒石子層中所采用的大石子直徑為4cm－6cm，大顆粒石子層的整體高度為100cm，碎石子層所采用的小石子直徑為1cm－2cm，碎石子層整體高度為10cm，壤土層為6.5cm厚低滲透性壤土，所述低滲透性壤土是指顆粒大小在0.2mm至0.02mm之間的壤土。

所述的水生植物根系避難所，在水生植物的幼苗期是水生植物根系的主要生長區(qū)域，而在水生植物群落的形成期水生植物根系避難所是部分根系的生長區(qū)域，另有部分根系繼續(xù)向下生長，當(dāng)水體有機(jī)污染物含量過高時(shí)，下層的部分根系會(huì)有死亡情況，但是水生植物根系避難所內(nèi)的根系能保持健康的生長狀態(tài)，從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長。

所述人工濕地基質(zhì)的左、右兩側(cè)分別分布有進(jìn)水口布水石子層4、出水口布水石子層5，人工濕地基質(zhì)和進(jìn)水口布水石子層4、出水口布水石子層5共同形成水平潛流濕地，進(jìn)水口布水石子層4的上端有進(jìn)水口，出水口布水石子層5的下端有出水口，水流從進(jìn)水口進(jìn)入進(jìn)水口布水石子層4，在重力作用下緩慢流過人工濕地基質(zhì)的大顆粒石子層，水流到達(dá)大顆粒石子層的另一側(cè)，然后經(jīng)出水口布水石子層5的出水口流出。

所述在進(jìn)水口布水石子層4和出水口布水石子層5在水平方向的寬度均為50cm，用于分散布水和出水收集。

所述水平潛流濕地的長寬比設(shè)置為2.5：1。

所述潛流濕地水位的管理：在水生植物的幼苗期嚴(yán)格控制水位，降低水體中有機(jī)污染物與水生植物根系的接觸概率，水位保持在碎石子層與壤土層交界附近，水份通過壤土層中的毛細(xì)管進(jìn)入壤土層供水生植物生長，在水份的上升過程中，由于壤土顆粒的吸附作用，逐步降低污水中有機(jī)物質(zhì)的含量，降低可能的脅迫效應(yīng)；在水生植物快速生長期，水位的控制適當(dāng)放松，但以不超過壤土層上表層為宜，保持壤土層表層土相對干燥狀態(tài)，達(dá)到既不限制水生植物根系的繼續(xù)生長，又能滿足水生植物的最基本生存。

所述進(jìn)水口布水石子層4的石子直徑為10cm，出水口布水石子層5的石子直徑為10cm。

所述壤土層為水生植物根系的避難所，供水生植物成活和保存部分根系的正常生長，為水生植物存活提供最基本的生存空間。

所述有機(jī)污染人工濕地水生植物群落所處理的廢水污染物中包含cod=113.4mg/l，總氮=50.6mg/l，總磷=2.16mg/l，氨氮=12.6mg/l。