專利名稱：一種鹽堿地退水中鹽分的脫除方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于人工濕地水處理方法與工藝技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鹽堿地退水中鹽分的脫除方法。
背景技術(shù)：
作為世界三大蘇打鹽堿化土地分布區(qū)之一的松嫩平原地區(qū)，是我國著名的農(nóng)業(yè)、 畜牧業(yè)基地。1994-2000年，國家在大安古河道沿岸進行了鹽堿地改水田的試驗，通過灌溉淋洗帶走土壤鹽分，改善土壤狀況，使沿岸地區(qū)糧食實現(xiàn)了增產(chǎn)，并逐步形成了鹽堿地改水田來實現(xiàn)東北地區(qū)糧食增產(chǎn)的發(fā)展模式。然而，由于缺乏處理所開發(fā)鹽堿地退水的措施，松嫩平原鹽堿地改水田引起了農(nóng)業(yè)退水污染，水田周圍土地產(chǎn)生了土壤次生鹽堿化問題，土壤性質(zhì)發(fā)生了很大的變化，非鹽堿土變?yōu)辂}堿土，導(dǎo)致周圍種植作物的土地產(chǎn)量下降。目前對含鹽鹽堿地農(nóng)田退水的脫鹽方法基本都是一些物理方法，主要包括電滲析法、反滲透法、砂濾法等方法。這些方法脫鹽效率高，一般可去除30%以上的鹽分，甚至可高達99. 3%。但是這些方法的缺點是處理成本高，前期投資大，不適用于水量大、含鹽量低的農(nóng)田退水。松嫩平原的湖沼濕地和低洼地、水泡地較多，湖沼濕地生長有大量濕地植物， 其中最多的植物為香蒲和蘆葦。低洼地及一些不能改良的內(nèi)陸水泡地可通過建造人工濕地的方式在恢復(fù)植被、修復(fù)生態(tài)環(huán)境的同時作為鹽堿地退水的受納水體處理農(nóng)田退水。蘆葦是一種多年水生或濕生的高大禾草，具有超強的水土適應(yīng)能力與耐鹽堿的特性。蘆葦PH 的耐受上限為9. 0左右，在含鹽量為15g/L的條件下蘆葦生長不受水體中的鹽分影響。香蒲也是一種多年生的挺水草本植物，生命力強，生長迅速，但是根系較淺，可與蘆葦混種。經(jīng)監(jiān)測大部分鹽堿地退水的PH在8. 3左右，含鹽量在0. 3 1. 3g/L之間，香蒲和蘆葦都可在鹽堿地退水中正常生長。香蒲和蘆葦具有較好的耐鹽特性，并且灰分含量較高。如參考文獻1:趙可夫，范海.鹽生植物及其對鹽漬生境的適應(yīng)生理[M].北京科學(xué)出版社，2005: 25-172中的研究證明蘆葦、大米草、鹽蒿、水蔥、香蒲等濕地植物都具有良好的耐鹽特性，可被用來作為生物除鹽的工具。如參考文獻2:寧祖林，陳慧娟，王珠娜，等.幾種高大禾草熱值和灰分動態(tài)變化研究[J].草業(yè)學(xué)報，2010，19 (2) :241-247中記載了蘆葦?shù)幕曳致始s為 7. 89士 1. 09%，大于大部分植物。參考文獻 3:Solano Μ. L, Soriano P. , Ciria Μ. P.. Constructed Wetlands as a Sustainable Solution for Wastewater Treatment in Small Villages [J], Biosystems Engineering, 2004,87 (1) :109_118 中記載了香蒲灰分率最高可達12. 3%。目前香蒲和蘆葦?shù)姆N植技術(shù)已經(jīng)非常成熟，利用途徑廣并已形成產(chǎn)業(yè)化。 香蒲用途十分廣泛，除了用于造紙、作為編織原材料外，幼葉基部和根狀莖先端可作蔬食， 花粉還可入藥，雌花絮可作枕芯和坐墊的填充物。蘆葦質(zhì)地細膩，纖維豐富，竹性強，用途廣泛。葦稈可作造紙和人造絲、人造棉原料，也可作為為優(yōu)良飼料。蘆葦還可做成居家裝飾， 或供編織席、簾等用。我國鹽堿地退水水量很大，僅吉林西部每年用水就有3億m3，TDS 一般在400 1200mg/L,這部分被淋洗下來的鹽和堿，如果沒有被科學(xué)地處理，隨著時間的推移，勢必造成非鹽堿化土地的次生鹽堿化與生態(tài)問題。由于我國現(xiàn)階段對農(nóng)用排水中的含鹽量沒有限定標(biāo)準(zhǔn)，也就是說對鹽堿地退水中鹽分的脫除沒有要求，因此對鹽堿地這類農(nóng)用退水的處理未引起足夠的重視。由于香蒲、蘆葦?shù)人参锞哂辛己玫拿擕}效果，如加以植物收獲， 通過在濕地塘中種植并收獲耐鹽水生植物將是一個有效的脫除鹽堿地退水中鹽分的措施。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種鹽堿地退水中鹽分的脫除方法，該方法利用香蒲和蘆葦?shù)瓤稍谳^高鹽堿度條件下生長的濕地植物來吸收鹽堿地農(nóng)田洗鹽退水中的鹽分，并通過秋季收割香蒲和蘆葦?shù)葷竦厮参锏姆绞矫摮}堿地退水中的鹽分。利用本發(fā)明提出的方法進行鹽分脫除時，香蒲所含灰分為200g 310g/m2，其中Ca2+21. 1 31. lg/m2，K+44. 1 46. lg/m2， Mg2+8. 7 9. 3g/m2，Na+18. 8 19. 9g/m2，CF30. 7 42. 8g/m2，S042_22. 0 30. 9g/m2 ；蘆葦所含灰分為 210g 350g/m2，其中 Ca2+3. 8 9. 6g/m2，K+5. 0 15. 3g/m2，Mg2+L 6 2. 9g/ m2，Na+2. 8 3. 3g/m2，Cl_13. 5 17. lg/m2, S042_20. 0 25. 7g/m2。通過這種方法可去除鹽堿地農(nóng)田洗鹽退水中13 58%的鹽分。其中，Na+脫除率為1 18%，S042_脫除率為27 100%, Ca2+脫除率為2 46%，Cl—脫除率為11 100%，Mg2+脫除率為6 100%，K+脫除率接近100%。本發(fā)明提出的脫除方法有效降低鹽堿地退水中的含鹽量，減小其對周圍生態(tài)環(huán)境的影響，避免次生鹽堿地的產(chǎn)生，且收割的濕地植物可用于造紙或加工為工藝品而獲得經(jīng)濟效益。本發(fā)明提出一種鹽堿地退水中鹽分的脫除方法，具體包括以下步驟步驟一構(gòu)筑排水渠道(1)根據(jù)鹽堿地面積構(gòu)筑排水支溝所述的排水支溝的上表面溝寬為50 100cm，排水支溝深度為50 IOOcm ；排水支溝應(yīng)根據(jù)地形平行布置，每條排水支溝的長度不宜超過800m，相鄰兩條排水支溝的間距不宜超過200m，構(gòu)筑的排水支溝條數(shù)滿足每300 500m2鹽堿地構(gòu)筑一條排水支溝。(2)構(gòu)筑排水干溝，將多條排水支溝中的鹽堿地退水集中流入排水干溝中后，從濕地塘的寬度方向的匯入口流入濕地塘中，所述的排水干溝與濕地塘的連接方式為水面平接。所述的排水干溝的上表面渠寬為1/1000XL 1/100XL，L為濕地塘寬度(該渠寬需經(jīng)流速校核)；邊坡系數(shù)1 1. 25，控制排水干溝的平均水深為濕地塘中平均水深的 1/2 4/5，排水干溝的超高為0. 3 0. 5m。所述的排水干溝迎水側(cè)邊坡采用PP纖維混凝土板護砌，渠道底部為低液限粘土。 若渠底土質(zhì)無法達到要求可采用換土方法或鋪設(shè)復(fù)合土工膜。渠道斷面型式采用梯形。所述的超高是指排水干溝中水平面距離排水干溝的上表面的距離。步驟二 構(gòu)筑攔污柵和清污平臺在排水干溝上構(gòu)筑攔污柵和清污平臺(1)構(gòu)筑攔污柵在距離濕地塘匯入口 10 20m處的排水干溝中布置第一道攔污柵，在距離第一道攔污柵3 20m處遠離匯入口的方向上布置第二道攔污柵，第一攔污柵和第二攔污柵底部預(yù)埋入排水干溝渠坡土壤中，安裝傾斜角度均為60° 75°，傾斜方向朝向匯入口方向，且第一攔污柵和第二道攔污柵的頂部均高于排水干溝中水面0. 1 0. 2m。
(2)構(gòu)筑清污平臺分別在第一道攔污柵和第二道攔污柵與排水干溝的上部搭建清污平臺，清污平臺的寬度均大于等于0. 7m。步驟三、構(gòu)筑濕地塘按照鹽堿地與濕地塘的面積的比值滿足9 1 19 1的關(guān)系，構(gòu)筑濕地塘，所述的濕地塘面積為濕地塘上方的開口面積，所述的濕地塘能夠容納水的平均深度為0. 4 0. 8m,水超高為0. 6 0. 8m,最深水深小于等于1. 5m。所述濕地塘在寬度方向上設(shè)置有匯入口，用于排水干溝注水的進水口，濕地塘沒有出水口。濕地塘的塘底為平底，塘底從匯入口一端向匯入口相對的另一端為斜坡，斜坡坡度為0 1. 5%，且匯入口一端高于匯入口相對的另一端，濕地塘的邊坡系數(shù)為1 2 1 3。濕地塘的提壩高于附近地面，以免下雨時雨水匯入濕地塘。 步驟四在濕地塘中種植濕地植物，吸收退水鹽分(1)向濕地塘中注水，所述的水為普通的井水或河水后，平均水深為0 2cm，在季節(jié)平均溫度為15 25°C時種植濕地植物(如香蒲、蘆葦?shù)人参?，種植密度為8 15 株/m2，種植方式為根狀莖繁殖。(2)待濕地植物生長到15 25cm的平均高度時，繼續(xù)向濕地塘中注水，水深滿足水面距離植物頂端平均距離為10 20cm。(3)種植第一年50 90天后施加有機肥，施肥量為100 200kg/畝。(4)種植100 180天后開始注入鹽堿地退水，鹽堿地退水從鹽堿地中流出后經(jīng)排水支溝流入排水干溝，再經(jīng)排水干溝流入濕地塘中，使?jié)竦靥林衅骄顫M足步驟一中設(shè)計的平均水深要求；步驟五收割濕地植物種植180 240天后開始收割濕地植物。濕地植物收割部位為距濕地塘塘底的土壤表面20cm以上。第一次收割濕地植物后，不斷向濕地塘中供給鹽堿地退水，保持濕地塘中平均水深滿足步驟三中設(shè)計的平均水深要求，每隔330 380天收割一次濕地植物。本發(fā)明具有的優(yōu)點在于1、本發(fā)明提出的一種鹽堿地退水中鹽分的脫除方法，能夠有效降低鹽堿地退水中的含鹽量，避免退水中所含的鹽分對周圍生態(tài)環(huán)境造成影響；2、本發(fā)明提出的一種鹽堿地退水中鹽分的脫除方法，種植收割的濕地植物可修復(fù)退化濕地，改進地方景觀，改善生態(tài)環(huán)境；3、本發(fā)明提出的一種鹽堿地退水中鹽分的脫除方法，收割的濕地植物可以用于造紙或加工為工藝品，經(jīng)濟效益可觀。


圖1 本發(fā)明提出的一種鹽堿地退水中鹽分的脫除方法流程圖；圖2 本發(fā)明提出的一種鹽堿地退水中鹽分的脫除方法中濕地塘、排水干溝和排水支溝的結(jié)構(gòu)圖；圖3 本發(fā)明提出的一種鹽堿地退水中鹽分的脫除方法中排水干溝和攔污柵結(jié)構(gòu)示意圖4 本發(fā)明提出的一種鹽堿地退水中鹽分的脫除方法中濕地塘的截面圖。圖中1-排水支溝；2-排水干溝；3-第一攔污柵；4-第二攔污柵；5-清污平臺；6-匯入口 ； 7-濕地塘；8-攔污柵柵條；9-水位線。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述本發(fā)明提出一種鹽堿地退水中鹽分的脫除方法，如圖1所示，具體包括以下步驟
步驟一構(gòu)筑排水支溝1和排水干溝2，如圖2所示(1)根據(jù)鹽堿地面積構(gòu)筑排水支溝1 所述的排水支溝1的上表面溝寬為50 100cm，排水支溝1深度為50 IOOcm ； 排水支溝應(yīng)根據(jù)地形平行布置，長度不宜超過800m，間距不宜超過200m，構(gòu)筑的排水支溝條數(shù)滿足每300 500m2鹽堿地構(gòu)筑一條排水支溝。(2)構(gòu)筑排水干溝2，將多條排水支溝1中的鹽堿地退水集中流入排水干溝2中后，從濕地塘7的寬度方向的匯入口 6流入濕地塘7中，所述的排水干溝2與濕地塘7的連接方式為水面平接。所述的排水干溝2的上表面渠寬為1/1000XL 1/100XL, L為濕地塘7寬度(該渠寬需經(jīng)流速校核)；排水干溝2的邊坡系數(shù)1 1. 25，控制排水干溝2中平均水深為濕地塘7中平均水深的1/2 4/5，排水干溝2中的超高0. 3 0. 5m。所述的排水干溝2迎水側(cè)邊坡采用PP纖維混凝土板護砌，渠道底部為低液限粘土。若渠底土質(zhì)無法達到要求可采用換土方法或鋪設(shè)復(fù)合土工膜。渠道斷面型式采用梯形。所述的超高是指排水干溝2的水平面距離排水干溝2的上表面的距離。步驟二 構(gòu)筑攔污柵3、4和清污平臺5 在排水干溝2上構(gòu)筑攔污柵3、4和清污平臺5，如圖3所示(1)構(gòu)筑攔污柵3、4 在距離濕地塘7的匯入口 6為10 20m處的排水干溝2中布置第一道攔污柵3，如圖2，在距離第一道攔污柵3為3 20m處遠離匯入口 6的方向上布置第二道攔污柵4，第一攔污柵3和第二攔污柵4預(yù)埋入排水干溝2渠坡土壤中，安裝傾斜角度均為60° 75°，傾斜方向朝向匯入口 6方向，且第一攔污柵3和第二道攔污柵4的上部均高于排水干溝2中水位線9為0. 1 0. 2m,即高于水位線9的距離為0. 1 0. 2m， 如圖3。所述第一攔污柵3和第二攔污柵4為若干攔污柵柵條8組成的，每個攔污柵柵條 8的斷面形狀為正方形，邊長為10 15mm，攔污柵柵條8間距為15 20mm，第一攔污柵3 和第二攔污柵4攔污柵預(yù)埋入排水干溝2渠坡土壤中。(2)構(gòu)筑清污平臺5 分別在第一道攔污柵3和第二道攔污柵4與排水干溝2的上部搭建清污平臺5，清污平臺5的寬度均大于等于0. 7m。步驟三、構(gòu)筑濕地塘7 按照鹽堿地與濕地塘7的面積的比值滿足9 1 19 1的關(guān)系，構(gòu)筑濕地塘7， 如圖2所示，所述的濕地塘7可以容納水的平均水深為0. 4 0. 8m，超高為0. 6 0. 8m，最深水深小于等于1. 5m。根據(jù)具體待處理的鹽堿地的含鹽量，確定鹽堿地與濕地塘7面積比值以及濕地塘7的平均水深，各地土壤鹽堿化程度、降雨量、蒸發(fā)量不同，單位面積鹽堿地所對應(yīng)的濕地塘7的面積也不同。鹽堿地含鹽量小于或等于0. 3%的鹽堿地與構(gòu)建的濕地塘面積比值約為12 1 19 1，含鹽量在0.3%與0.5%之間的鹽堿地與構(gòu)建的濕地塘面積比值約為10 1 13 1，含鹽量大于或等于0.5%的鹽堿地與構(gòu)建的濕地塘面積比值約為9 1 13 1。所述濕地塘7在寬度方向上設(shè)置有匯入口 6，用于排水干溝2注水的進水口，濕地塘7沒有出水口。濕地塘7的塘底為平底，塘底為普通土壤，如圖4所示， 塘底從匯入口一端向匯入口相對的另一端為斜坡，斜坡坡度為0 1. 5%，濕地塘7的邊坡系數(shù)為1 2 1 3，所述的邊坡系數(shù)為濕地塘7的垂直深度與水平長度/寬度差的比值。濕地塘7的提壩高于附近地面，以免下雨時雨水匯入濕地塘7。
所述的平均水深的計算不考慮濕地塘7四周的邊坡位置，僅計算濕地塘7塘底所對應(yīng)的水的平均深度。表1鹽堿地含鹽量、濕地塘7平均水深以及鹽堿地與濕地塘7面積比值關(guān)系表
權(quán)利要求
1.一種鹽堿地退水中鹽分的脫除方法，其特征在于具體包括以下步驟步驟一、構(gòu)筑排水支溝和排水干溝，將鹽堿地經(jīng)排水支溝和排水干溝與濕地塘的匯入口連接(1)構(gòu)筑排水支溝排水支溝的上表面溝寬為30 50cm，深度為30 50cm；長度不超過800m，間距不超過200m，構(gòu)筑的排水支溝條數(shù)滿足每300 500m2鹽堿地構(gòu)筑一條排水支溝；(2)構(gòu)筑排水干溝排水干溝的上表面渠寬為1/1000XL 1/100XL，L為濕地塘寬度；排水干溝的邊坡系數(shù)1 1. 25，控制排水干溝中平均水深為濕地塘中平均水深的 1/2 2/3，排水干溝超高為0. 3 0. 5m ；步驟二 構(gòu)筑攔污柵和清污平臺(1)構(gòu)筑攔污柵在距離濕地塘匯入口10 20m處的排水干溝中布置第一道攔污柵， 在距離第一道攔污柵3 20m處遠離匯入口的方向上布置第二道攔污柵；(2)構(gòu)筑清污平臺分別在第一道攔污柵和第二道攔污柵與排水干溝的上部搭建清污平臺，清污平臺寬度均大于等于0. 7m ；步驟三、構(gòu)筑濕地塘所述的濕地塘在寬度方向上設(shè)置有匯入口，濕地塘容納水的平均水深為0. 4 0. 8m, 水面超高為0. 6 0. 8m，最深水深小于等于1. 5m ；步驟四種植濕地植物(1)向濕地塘中注水，使?jié)竦靥林衅骄顬? 2cm，季節(jié)平均氣溫為15 25°C時， 開始種植濕地植物，種植密度為8 15株/m2 ；(2)濕地植物生長到15 25cm的平均高度時，繼續(xù)向濕地塘中注水，濕地塘中平均水深滿足水面距離蘆葦頂端10 20cm ；(3)種植50 90天后施加有機肥，施肥量為100 200kg/畝；(4)種植100 180天后按照步驟一中設(shè)計的濕地塘容納的水的平均水深開始注入退水，退水從鹽堿地流出后經(jīng)匯水渠流入集水渠，再經(jīng)集水渠流入濕地塘中；步驟五收割濕地植物種植180 240天后開始收割濕地植物，并從第一次收割濕地植物后，保持濕地塘中水深滿足步驟一中設(shè)計的平均水深，每隔330 380天收割一次濕地植物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鹽堿地退水中鹽分的脫除方法，其特征在于所述的濕地塘的塘底為平底，塘底從匯入口一端向匯入口相對的另一端為斜坡，斜坡坡度為0 1.5%，濕地塘的邊坡系數(shù)為1 2 1 3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鹽堿地退水中鹽分的脫除方法，其特征在于所述的第一道攔污柵和第二攔污柵的安裝傾斜角度為60° 75°，傾斜方向朝向匯入口方向，且第一攔污柵和第二道攔污柵的上部均高于集水渠水面0. 1 0. 2m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鹽堿地退水中鹽分的脫除方法，其特征在于所述的第一道攔污柵和第二道攔污柵由若干攔污柵柵條組成的，每個攔污柵柵條的斷面形狀為正方形，邊長為10 15mm，攔污柵柵條間距為15 20mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鹽堿地退水中鹽分的脫除方法，其特征在于所述的鹽堿地含鹽量小于等于0.3%時，鹽堿地與構(gòu)建的濕地塘面積比值約為12 1 19 1，鹽堿地含鹽量在0.3%與0.5%之間時，鹽堿地與構(gòu)建的濕地塘面積比值約為10 1 13 1， 鹽堿地含鹽量大于等于0.5%時，鹽堿地與構(gòu)建的濕地塘面積比值約為9 1 13 1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鹽堿地退水中鹽分的脫除方法，其特征在于所述的排水干溝渠道斷面型式采用梯形，迎水側(cè)邊坡采用PP纖維混凝土板護砌，渠道底部為低液限粘土。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 6中任意一項所述一種鹽堿地退水中鹽分的脫除方法，其特征在于所述的濕地植物為香蒲或蘆葦。
全文摘要
本發(fā)明提出一種鹽堿地退水中鹽分的脫除方法，具體包括構(gòu)筑排水支溝和排水干溝、構(gòu)筑攔污柵和清污平臺和集水渠、構(gòu)筑濕地塘、種植和收割濕地植物等步驟。該方法利用蘆葦和香蒲等濕地植物，在較高鹽堿度條件下生長和吸收鹽堿地退水中的鹽分，并通過收割蘆葦和香蒲等濕地水生植物的方式完成鹽堿地退水中鹽分的脫除。當(dāng)采用蘆葦吸收退水中的鹽分時，脫鹽量可達210g～350g/m2，當(dāng)采用香蒲吸收退水中的鹽分時，脫鹽量可達200g～310g/m2，本發(fā)明提出的鹽堿地退水中鹽分的脫除方法可有效降低鹽堿地退水中的含鹽量，減小對周圍生態(tài)環(huán)境的影響，避免次生鹽堿地的產(chǎn)生。
文檔編號C02F3/32GK102295348SQ201110164399
公開日2011年12月28日 申請日期2011年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月20日
發(fā)明者孫暉, 康洪強, 楊玉楠 申請人:北京航空航天大學(xué)