一种高效、持续阻截和净化径流中新型有机污染物的方法技术

本发明专利技术提供了一种高效、持续阻截和净化径流中新型有机污染物（EOCs）的方法，它通过对林草植被带结构进行改造优化，将生物炭与铁屑添加至林草植被带的特殊构造，充分利用和发挥林草生长及其根系代谢与添加至土壤中的生物炭、铁屑的协同效应，构建集群式天然生物反应器系统，阻截、钝化、降解和转化EOCs。其步骤：勘察、选定实施单元；对实施单元进行林草的补植、新植并铺种草被；在单株林木周边构造环状坑穴；在地表构造浅沟；将生物炭、铁屑与土壤混匀回填到坑穴和浅沟；在林草单元上地表撒铺薄层生物炭。本发明专利技术针对性强，成本低、可更新、环境友好，适用于饮用水水源地的水环境保护，也可用于污水处理厂出水区及化工园区径流集汇区等地的EOCs阻控。

A new method of high efficiency, continuous interception and purification of organic pollutants in runoff

The present invention provides a new type of organic pollutants in an efficient and sustainable interception and runoff purification (EOCs) method, it is through the transformation of the optimization of vegetation structure, the special structure of biological carbon and iron added to the vegetation belt, make full use of synergies and play Lin Caosheng long and root metabolism and add to biological carbon in the soil, iron, constructing the natural biological response of cluster system, interdiction, passivation, degradation and transformation of EOCs. The steps of investigation, the implementation of the selected unit; and on the implementation of unit replanting, planting and grass was in the shop; the structure of individual tree ring hole; on the surface structure of shallow ditch; biological carbon, iron and soil mixed backfill to pit and shallow ditch in the forest grass; the table spread out unit thin layer of biological carbon. The invention has the advantages of strong pertinence, low cost, renewable and environment-friendly, and is suitable for the water environment protection of drinking water sources, and can also be used for the EOCs resistance control of the sewage treatment plant effluent area and the runoff gathering area of the chemical industrial park.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于新型有机污染物阻控的生态工程
，具体涉及到的是一种高效、持续阻截和净化径流中新型有机污染物的方法。技术背景新型有机污染物（EmergingOrganicContaminants，EOCs）指目前确已存在，但尚无相关法律法规予以规定或规定不完善，危害生活和生态环境的所有在生产建设或者其他活动中产生的污染物，包括各类激素、抗生素、个人护理用品、环境内分泌干扰物、食品添加剂、增塑剂等。EOCs在环境中广泛存在，呈现出痕量、高生态毒性的特点。近年来，EOCs在全国饮用水体中频频检出，给人群健康带来极大隐患。研究表明，EOCs主要通过工业农业活动和污水处理厂出水、化工园区径流集汇区等点污染源和农田、城市地表径流等面污染源进入饮用水源水中。由于EOCs浓度低、来源分散、隐蔽、不确定性高，难以检测，目前对EOCs主要采取被动管控的方法。例如，在污水处理厂或自来水厂添加特殊工艺和设备以去除EOCs，但这些技术目前主要处于探索和研发阶段，成本高，难以推广。传统的林草缓冲带、人工湿地等生态工程技术可以有效拦截径流氮磷等污染物，但其对EOCs的针对性不足，阻控效率低，且占地面积往往较大。渗透性反应墙技术在有机物污染阻控与降解方面工艺成熟，应用广，但这一技术主要应用于化工污染重点区域，对于浓度低、分散区域广，不确定性高的EOCs阻控难以适用，并且其施工强度大，成本高，扰动性强。近年来，有研究者对活性炭/改性活性炭、零价铁/纳米零价铁、微生物等相耦合组建生物反应器去除重金属和有机污染物的技术进行了探索。尽管这些技术有望提高对污染物的阻控效率，但技术本身的成本，特别是改性技术和纳米材料在环境中潜在的二次污染使得技术的推广面临困境，尤其是在饮用水源区的应用不得不更为谨慎。
技术实现思路
本专利技术通过对林草植被带结构进行改造优化，将生物炭与铁屑添加至林草植被带的特殊构造，充分利用和发挥林草生长及其根系代谢与添加至土壤中的生物炭、铁屑等的协同效应，提出一种高效、持续阻截和净化径流中新型有机污染物的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)勘察、选定实施单元；(2)对实施单元进行林草的补植、新植并铺种草被；补植或新植树种以本土种为主，按行距3-5m，株距3-5m的标准种植；(3)在单株林木周边构造环状坑穴；(4)在实施单元地表构造浅沟；环状坑穴之间以浅沟相通；浅沟的方向与径流方向成400-500；(5)将生物炭、铁屑，与土壤按体积比18-22：1：78-82比例混匀，回填到坑穴和浅沟；(6)在环状坑穴和浅沟之外的林草单元上地表均匀撒铺薄层生物炭。上述的步骤(1)中选定的实施单元应为径流产、汇、排关键区，且在距饮用水水源保护区200m外，或在污水处理厂排水区、化工园区汇水排水区50m以内的范围，这是为了减小对饮用水源区生态环境的扰动和提高EOCs主要源区的拦截效率。理论上来说，实施单元越宽越好，但宽度越宽意味着建设成本的增加，且可能导致资源的浪费，10m的宽度是目前植被缓冲带的拦截效率的临界宽度，宽度过窄，拦截净化效率会显著降低。上述的步骤(2)中，补植或新植树种以本土种为主，乔木包括泡桐、毛白杨、法桐、国槐、栾树、重阳木、五角枫、白腊、合欢、垂柳；灌木包括百日红、木槿、石楠、红叶李、火棘、丁香、白玉兰、石榴；草被为早熟禾、黑麦草、沿街草、麦冬草。补植的乔灌木应参照行距3-5m，株距3-5m的标准种植。新植是区域植被群落严重受损、或退化、或有新建规划时，按种植标准重新栽种林草。对林草的补植、新植并铺种草被是为了改善实施单元的林草布局，强化林草集群功能效应；推荐乔灌草类型的依据是生长速度快、适合平茬繁育，易于污染物去除，以及有利于提升和优化所构建生物反应器阻截净化EOCs的效率与能力。上述的步骤(3)中环状坑穴的构建以乔灌木树干为中心，外延0.15-0.25m、深0.25-0.35m是为了避免对乔灌木根系生长的不利影响，环状坑穴半径为0.45-0.55m，与林草的布局的株行距相匹配，且基本覆盖根系的主要分布区，便于径流渗透后对EOCs阻截和净化，也有利于根区吸收径流养分以促进林草生长。上述的步骤(4)中浅沟的目的是将径流引向树木环状坑穴，并串联乔灌木单体形成集群，加大林木根系对径流中EOCs的吸收利用和降解。浅沟深0.15-0.25m，宽0.25-0.35m，增加深度或者宽度会使对地表的扰动幅度增加，太窄或太浅，引导效应会降低。浅沟的方向与径流方向成400-500优选450的构造有利于最大幅度的降低径流对浅沟的直接冲刷和引导来自不同方向的径流。上述的步骤(5)中生物炭源于稻壳、秸秆，铁屑从铁粉厂购买，不仅环境友好，并且属于废弃物的循环利用。稻壳、秸秆在300-450℃下隔绝氧气燃烧制备生物炭的制炭工艺简单，成本低，易于推广。生物炭粒径1-2cm，铁屑粒径1-2mm，在此一粒径下，生物炭与铁屑按18-22:1（体积比）的比例充分混合，形成的生物炭-零价铁复合体，不仅可以减少铁屑自身的团聚，保留铁屑的反应活性，增大铁屑与污染物接触的面积与几率，从而显著提高反应器系统对EOCs的吸附和降解，而且可以将部分铁屑及反应产物吸附固定在生物炭的孔隙内，降低其可能产生的环境风险。土壤与生物炭铁屑复合体按4:1（体积比）的比例充分混合，一方面进入土壤的生物炭、铁屑颗粒可有效改善土壤物理结构，使其具有良好的吸水和渗水性能，另一方面与土壤充分接触的生物炭与铁屑，可强效吸附还原径流中的EOCs。上述的步骤(6)中在林草单元地表（除去环状坑穴和浅沟之外的地表）均匀撒铺0.5-1.0cm的生物炭，可有效减小降雨对地面的侵蚀冲击，减少土壤水分的蒸发。生物炭太厚，成本高，易于流失；太薄，效果差。上述的高效、持续阻截和净化径流中EOCs的方法，当地表主要为草被时，视情况补植乔灌木。若只能为草被时，将开挖的环状坑穴以生物炭、铁屑与土壤混合回填后铺栽草皮，此种情形下，无需构造坑穴和浅沟。本专利技术同时提供了一种与上述方法属于同一构思的高效、持续阻截和净化径流中新型有机污染物的方法,该高效、持续阻截和净化径流中新型有机污染物的方法包括以下步骤：(1)勘察、选定实施单元；(2)对实施单元只能为草被时，开挖25-35cm深的表土土壤与生物炭、铁屑按体积比78-82：18-22：1比例混匀混合，然后铺栽草皮；并在铺栽草皮的地表均匀撒铺薄层生物炭。该高效、持续阻截和净化径流中新型有机污染物的方法,添加的生物炭由稻壳、秸秆在隔绝氧气下300-450℃燃烧后制备而成，粒径1-2cm；铁屑粒径1-2mm；在铺栽草皮的地表均匀撒铺0.5-1.0cm厚的生物炭。本专利技术所述的两种高效、持续阻截和净化径流中EOCs的方法，其阻截净化EOCs的机理是：生物炭吸附阻截钝化径流中的EOCs，减少EOCs在环境中的迁移扩散；零价铁将EOCs还原、转化，反应产生的Fe2+、Fe3+，在土壤中形成Fe(OH)2、Fe(OH)3胶体状絮凝剂，反过来进一步吸附径流中的EOCs；林草在自身的生长与平茬/收割更新中，一方面会吸收降解利用部分EOCs，另一方面林草根系分泌物与生物炭、零价铁形成协同效应，不仅使生物炭的吸附容量可得到一定程度的更新，而且根系呼吸及其代谢过程有机酸等的分泌可使零价铁主导本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效、持续阻截和净化径流中新型有机污染物的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)勘察、选定实施单元；(2)对实施单元进行林草的补植、新植并铺种草被；补植或新植树种以本土种为主，按行距3‑5 m，株距3‑5 m的标准种植；(3)在单株林木周边构造环状坑穴；(4)在实施单元地表构造浅沟；环状坑穴之间以浅沟相通；浅沟的方向与径流方向成400‑500；(5)将生物炭、铁屑，土壤按体积比18‑22：1：78‑82比例混匀，回填到坑穴和浅沟；(6)在环状坑穴和浅沟之外的林草单元地表均匀撒铺薄层生物炭。

【技术特征摘要】
1.一种高效、持续阻截和净化径流中新型有机污染物的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)勘察、选定实施单元；(2)对实施单元进行林草的补植、新植并铺种草被；补植或新植树种以本土种为主，按行距3-5m，株距3-5m的标准种植；(3)在单株林木周边构造环状坑穴；(4)在实施单元地表构造浅沟；环状坑穴之间以浅沟相通；浅沟的方向与径流方向成400-500；(5)将生物炭、铁屑，土壤按体积比18-22：1：78-82比例混匀，回填到坑穴和浅沟；(6)在环状坑穴和浅沟之外的林草单元地表均匀撒铺薄层生物炭。2.根据权利要求1所述的一种高效、持续阻截和净化径流中新型有机污染物的方法,其特征是勘察、选定实施单元时，实施单元应为径流产、汇、排关键区，且在饮用水水源保护区200m外，实施单元宽度>10m。3.根据权利要求2所述的一种高效、持续阻截和净化径流中新型有机污染物的方法,其特征是实施单元在污水处理厂或化工园区排水区50m以内的范围。4.根据权利要求1所述的一种高效、持续阻截和净化径流中新型有机污染物的方法,其特征是，补植或新植树种以本土种为主，乔木包括泡桐、毛白杨、法桐、国槐、栾树、重阳木、五角枫、白腊、合欢、垂柳；灌木包括百日红、木槿、石楠、红叶李、火棘、丁香、白玉兰、石榴；草被为早熟禾、黑麦草、沿街草、麦冬草。5.根据权利要求1所述的一种高效、持续阻截和净化径流中新...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩建刚，王新新，季淮，刘新，朱咏莉，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32