一种基于人工湿地的土壤重金属绿色高效污染防控方法与流程

本发明涉及土壤重金属污染治理，具体是涉及一种基于人工湿地的土壤重金属绿色高效污染防控方法。

背景技术：

1、在经历社会经济快速发展后，土壤修复行业将进入高质量发展的关键期，修复技术也将逐渐向低成本、低碳、绿色高效以及可持续的修复模式发展，对精细化要求也会越来越高。对于靠近农耕土壤的岩矿区重金属污染防控也是人们关心的问题之一，岩矿区包括废弃的或仍在开采的矿区，一些地方私挖滥采现象较为突出，环境污染和生态环境破坏问题严重，给附近农耕土地带来了严重的污染。

2、岩矿区的有毒重金属元素主要包括铅、汞、镉、铬、镍、砷、锌、铜等，铅、汞、镉为全身性毒物，镍、铬、砷是致癌物质。在环境中它们不被生物降解，并能在生态系统中循环为害。防控手段主要有：减少污染源、加强污染控制、清除污染物等。针对岩矿区及附近农田土壤重金属污染情况，目前国内外比较常用的修复方法有客土法、固土法、生物修复法等。但是，对于复杂的岩矿区污染情况仅依靠单一的处理方法很难起到良好的处理效果。

3、专利cn105393767b公开了一种防治稻米重金属污染的方法，系将石灰及防治重金属污染的农资商品加入灌溉水，使水兼具灌溉和防治稻米重金属污染的双重功效，水放入稻田后可均衡、持续地发挥防治稻米重金属污染的作用，与现有技术比较本发明可省略人工或机械下田施用石灰的操作工序，具防治效力高、成本低，简单、可靠，既适合农户单独运用，也可在灌溉区域，大规模机械化应用。但是，该方法对于岩矿区附近的重金属污染防控效果不好。

技术实现思路

1、针对上述存在的问题，本发明提供了一种基于人工湿地的土壤重金属绿色高效污染防控方法。

2、本发明的技术方案是：

3、一种基于人工湿地的土壤重金属绿色高效污染防控方法，包括以下步骤：

4、s1、人工湿地搭建：在岩矿区的下游方向10～30m处设置第一人工湿地，所述第一人工湿地为半环形围绕岩矿区，在所述第一人工湿地下游方向20～50m处设置第二人工湿地，所述第二人工湿地为若干个弧形段设置，第一人工湿地底部及后侧面均为水泥浇注，第一人工湿地的前侧设有固定网，第一人工湿地内部填充有第一填料层，第二人工湿地的前后两侧均设有固定网，第二人工湿地内部填充有第二填料层；

5、s2、地沟搭建：在所述第二人工湿地的下游方向10～100m处设置第一引水地沟，在所述第一引水地沟的下游方向的农耕土壤内部设置第二引水地沟；

6、s3、水循环建立：向第一人工湿地和第二人工湿地内部注水，并保持第一人工湿地和第二人工湿地内部水位高度为85～90％，每隔7～10天将第一人工湿地内部水排出60～80％，并将第二人工湿地内部水的30～40％导入第一人工湿地内部，并将第二人工湿地内部水位补充至原水位高度，同时，每隔14～20天将第二人工湿地内部水的30～40％导入第一引水地沟内部；

7、s4、农耕土壤处理：将步骤s3中导入第一引水地沟内部的水进行过滤，随后将过滤后的水与柠檬酸溶液和edta溶液按照100：5～8：3～6的体积比混合，得到混合液，将混合液注入第二引水地沟中对农耕土壤进行处理。

8、进一步地，所述步骤s1中第一人工湿地的宽度为1～2m，第一人工湿地的深度为2～3m，所述第一填料层自下而上包括20～30cm厚度的沸石、30～40cm厚度的鹅卵石、10～20cm厚度的生物炭、30～40cm厚度的第一培养土，所述第一培养土的组成成分以重量份计为：天然土壤40～50份、石灰石3～5份、硫酸钠粉末1～3份，第一培养土上方设有水层，所述水层内部种植有水生植物。

9、说明：通过优化第一人工湿地的结构，从而使其具备高效的重金属污染物阻断以及净化功能，并通过种植水生植物以及第一填料层中各个物质的净化作用使得对重金属的净化吸附起到良好的促进作用，尤其是第一培养土能够与重金属离子发生沉淀、配位等化学反应，改变重金属在土壤中的赋存形态随后通过生物炭和沸石的作用进行吸附，降低重金属的生物有效性，达到修复的目的。

10、更进一步地，所述鹅卵石的平均粒径为1～4cm，所述沸石、生物炭、第一培养土的平均粒径均为0.1～0.5cm。

11、说明：通过选择合适的填料层物质粒径从而起到最佳的吸附效果。

12、进一步地，所述步骤s1中第二人工湿地的宽度为0.5～1.2m，第二人工湿地的深度为1.2～2m，所述第二填料层自下而上包括20～30cm厚度的鹅卵石、30～40cm厚度的分子筛、10～20cm厚度的生物炭、20～30cm厚度的第二培养土，所述第二培养土的组成成分以重量份计为：天然土壤30～40份、硅藻土5～8份、零价铁粉末1～3份，第二培养土上方设有水层，所述水层内部种植有湿生植物。

13、说明：通过优化第二人工湿地的结构，从而使其对第一人工湿地阻隔后的重金属元素进行进一步深度阻隔，生物炭配合分子筛能够进行更深度的吸附净化，通过种植湿生植物以及第二填料层能够对土壤中重金属元素以及水质进行深度净化，第二培养土能够有效对重金属进行沉淀絮凝，净化后的水资源可重复利用，实现了水循环，绿色环保。

14、更进一步地，所述鹅卵石的平均粒径为0.4～0.8cm，所述分子筛、生物炭、第二培养土的平均粒径均为0.1～0.5cm。

15、说明：通过选择合适的填料层物质粒径从而起到最佳的吸附效果。

16、进一步地，所述步骤s4中柠檬酸溶液的摩尔浓度为50～100mmol/l，edta溶液的摩尔浓度为50～100mmol/l。

17、说明：通过选择柠檬酸溶液和edta溶液并优化其组分配比，加入到净化水中对农耕土壤进行处理，能够与农耕土壤中残留的重金属元素形成稳定的水性络合物，并易降解不会带来二次污染。

18、进一步地，所述第一人工湿地和每个第二人工湿地内部均设有水泵，第二人工湿地通过第一导流管与第一人工湿地内部连通，第二人工湿地通过第二导流管与所述第一引水地沟内部连通，第一引水地沟通过第三导流管与所述第二引水地沟内部连通，第一引水地沟内部前端设有过滤膜，位于所述过滤膜后方的第一引水地沟内部设有引流槽，所述引流槽中部设有水轮，所述水轮后方设有过滤加药组件，所述过滤加药组件包括位于引流槽顶面的u型固定块，所述u型固定块的凹槽开口方向朝向水轮一侧，所述凹槽内部对称设有两个滑板，所述滑板通过滑块与凹槽内壁滑动连接，滑板前端设有用于与水轮接触的弧形端面，滑板末端通过弹簧与凹槽底部固定连接，u型固定块顶部对称设有两个储药盒，所述储药盒朝向凹槽所在一侧设有中空的导流板，所述导流板底部设有出水管；

19、所述出水管与所述导流板底部滑动连接，所述滑板顶部设有推块，所述推块朝向出水管底部所在一侧为弧形端面设置，位于导流板内部的出水管顶部设有用于防止出水管脱出的压板，出水管上部外壁设有进水孔，当所述水轮波动滑板时推块推动出水管沿导流板内部上移，所述进水孔位于导流板内部，推块中部设有第一导流槽，滑板中部设有第二导流槽。

20、说明：通过对第一引水地沟的结构进行优化，并设置有过滤加药组件，使其能够向净化后的水中加入提前准备好的药剂混合液，同时利用水流的冲击力完成药剂混合液与水流的融合，最终达到预设比例排入位于农耕土壤内部的第二引水地沟中，使用方便，无需进行人工撒药。

21、进一步地，所述水轮两侧面中心处各设有一个转轴，所述转轴与位于所述引流槽上表面的卡块转动连接。

22、说明：通过卡块和转轴的设置保持水轮的稳定。

23、进一步地，所述滑块末端延伸至所述凹槽内壁设有的卡槽内部，滑块末端设有限位块，所述限位块与所述卡槽内部上下两侧设有的限位槽滑动限位连接，所述第一导流槽的宽度小于所述出水管底部直径长度。

24、说明：通过限位块和限位槽的设置保持滑板在滑动时的稳定。

25、本发明的有益效果是：

26、(1)本发明的岩矿区土壤重金属污染防控方法通过构建人工湿地以及引水地沟实现了对岩矿区土壤重金属的阻隔以及修复，并通过两种不同的人工湿地实现了强化阻隔效果，向两个人工湿地中添加不同的填料实现了两种类型的重金属净化，并对净化后的水资源进行了循环利用，能够绿色高效的实现岩矿区重金属污染的防控。

27、(2)本发明的岩矿区土壤重金属污染防控方法通过优化第一人工湿地的结构，从而使其具备高效的重金属污染物阻断以及净化功能，并通过种植水生植物以及第一填料层中各个物质的净化作用使得对重金属的净化吸附起到良好的促进作用，尤其是第一培养土能够与重金属离子发生沉淀、配位等化学反应，改变重金属在土壤中的赋存形态随后通过生物炭和沸石的作用进行吸附，降低重金属的生物有效性，达到修复的目的；通过优化第二人工湿地的结构，从而使其对第一人工湿地阻隔后的重金属元素进行进一步深度阻隔，生物炭配合分子筛能够进行更深度的吸附净化，通过种植湿生植物以及第二填料层能够对土壤中重金属元素以及水质进行深度净化，第二培养土能够有效对重金属进行沉淀絮凝，净化后的水资源可重复利用，实现了水循环，绿色环保。

28、(3)本发明的岩矿区土壤重金属污染防控方法通过选择柠檬酸溶液和edta溶液并优化其组分配比，加入到净化水中对农耕土壤进行处理，能够与农耕土壤中残留的重金属元素形成稳定的水性络合物，并易降解不会带来二次污染。

29、(4)本发明的岩矿区土壤重金属污染防控方法通过对第一引水地沟的结构进行优化，并设置有过滤加药组件，使其能够向净化后的水中加入提前准备好的药剂混合液，同时利用水流的冲击力完成药剂混合液与水流的融合，最终达到预设比例排入位于农耕土壤内部的第二引水地沟中，使用方便，无需进行人工撒药。