本發(fā)明屬于環(huán)境治理技術領域，尤其涉及一種基于凈水污泥陶粒的新型生態(tài)護坡的構建方法。
背景技術：
氮磷是水體發(fā)生富營養(yǎng)化的核心因素，其來源主要是點源污染和面源污染。目前，隨著污水截流措施的實施，進入水體的點源污染已經逐漸被消除，但是由于降雨徑流攜帶的面源污染已經成為水體污染的主要來源，特別是城市內部水體以及瀕臨農田的水體。在雨季，水體中氮磷以及懸浮物含量通常偏高，致使水體出現富營養(yǎng)化以及透明度降低等現象。目前，在面源污染控制技術中通常采用快速滲透或者截流措施，降低入水體的污染，如植草溝、雨水花園、地下滲濾系統、人工濕地等，或者沿水體種植水生植物，通過濾料以及水生植物對徑流中的氮磷及懸浮物進行吸收和過濾。
目前，用于降低面源污染的措施主要是添加的各種碎石等填料以及種植植物等，利用其對氮磷等污染物質的攔截和吸附，完成對面源污染的處理。前者如果選用碎石，則其對氮磷吸附能力較弱，如果采用改性碎石，可以通過化學反應，對氮磷產生吸附作用；后者則主要取決于種植植物的種類以及對氮磷的快速吸附能力。然而，在植草溝、雨水花園、地下滲濾系統、人工濕地等系統中，雨水均可以有一定的停留時間，為氮磷的充分吸附提供了基礎條件，然而，這些措施主要以降低水體中懸浮物含量為首要目的，對于氮磷消減屬于次要目的。相反對于水體堤岸等，雨水無法保證充足的停留時間，對氮磷的吸附效果將大打折扣。
凈水污泥屬于凈水廠的廢棄物，其處置方式主要是將其脫水后送至垃圾填埋場填埋或者制成建筑材料，不僅導致凈水污泥的資源化程度很低，而且致使凈水污泥中的大量鋁鹽被浪費。正是因為凈水污泥中含有大量的鋁鹽，因此，其可以充分利用鋁對磷吸附作用，將凈水污泥制成相關材料，用于對磷的吸收。
因此，如果能將凈水污泥制成具有豐富孔隙、對磷具有將強吸附能力的材料，并與植物組成立體吸附系統，不僅可以有效消減雨水徑流中的氮磷污染，而且可以防止水土流失，并增加雨水下滲率，降低徑流強度?；谏鲜鎏匦裕景l(fā)明應運而生。
技術實現要素：
解決的技術問題：針對現有的面源污染消減方法需要較長停留時間、對氮磷吸收效果差以及凈水污泥回收效益低等缺點，本發(fā)明提供一種基于凈水污泥陶粒的新型生態(tài)護坡的構建方法，將制備得到的陶粒材料，與選擇的植物種子，組成立體生態(tài)系統，采用一定坡度覆蓋在水體堤岸上，構建生態(tài)護坡，即起到保護堤岸、增加雨水下滲率，又能提高消減入河氮磷的作用。
技術方案：一種基于凈水污泥陶粒的新型生態(tài)護坡的構建方法，該方法的步驟如下：
將擬鋪設生態(tài)護坡的堤岸清理干凈，并整理成與水體構成不高于45度的坡度；
先鋪設填充含陶粒材料的第一格子；
再鋪設填充含植物種子和陶粒材料的第二格子；
自然養(yǎng)護；
所述第一格子和第二格子均由四周泡沫板和底部純化纖紗布所構成；所述第一格子的長寬和所述第二格子的長寬相一致；
所述第一格子和第二格子中的所述陶粒材料均由處理后的凈水廠凈水污泥、膨潤土、貝殼粉和淀粉構成。
進一步地，所述陶粒材料的制備步驟具體為：
（1）凈水廠污泥處理
將自來水廠脫水后沉淀的污泥過篩去除大顆粒物質并干燥，然后碾碎，用100目篩網進行篩分，得到處理后的凈水廠污泥；
（2）混合料的制備
將處理后的凈水污泥與膨潤土、貝殼粉、淀粉置于容器內，加水并攪拌混合，得到含水率為35-45%的混合料，其中所述膨潤土、貝殼粉、淀粉均過100目篩網；
（3）陶粒材料的制備
將上述混合料制成生料球并烘干；然后置于馬弗爐中先于300-400℃保溫10-20 min；再于600-700℃下保溫20-30 min；待灼燒結束后，自然冷卻，即得陶粒材料。
進一步地，所述處理后的凈水污泥與膨潤土、貝殼粉、淀粉的質量比為80:10:7:3。
進一步地，所述步驟（3）中，所述生料球的粒徑為1-2cm；所述步驟（1）中，攪拌混合條件為：在轉速為100rpm的攪拌機中攪拌混合10min；所述步驟（1）中，干燥條件為：在105℃干燥2-4h；所述步驟（3）中，烘干條件為：在105℃下烘干1-3h。
進一步地，所述第一格子的高度小于第二格子，所述第一格子和第二格子的高度之和為30cm。
進一步地，所述第二格子內填充的所述植物種子的含量為0.1-0.2 g/m2第二格子的底面積；所述第一格子內填充重量比為2:1陶粒材料和干凈土壤。
進一步地，所述第一格子鋪設層數至少為一層；所述第二格子鋪設層數為一層。
進一步地，所述植物種子為綠化植物種子，進一步優(yōu)選地，所述植物種子為狗牙根種子；所述植物種子還可為其他綠化植物種子或具有觀賞效果的花卉種子。
優(yōu)選地，基于凈水污泥陶粒的新型生態(tài)護坡的構建方法，該方法的步驟如下：
將擬鋪設生態(tài)護坡的堤岸清理干凈，并整理成與水體構成30度的坡度；
采用1cm厚泡沫板制成長寬高為20×20×10cm的正方形格子，并用純化纖紗布罩住底部，然后裝入陶粒材料與干凈土壤，兩者的混合比按重量比2:1計，制成第一格子；
采用1cm厚泡沫板制成長寬高為20×20×20cm的正方形格子，并用純化纖紗布罩住底部，在紗布上均勻噴撒0.4-0.5g狗牙根種子，然后裝入陶粒材料，制成第二格子；
在清理后堤岸上先平鋪第一格子一層；再鋪設第二格子一層，總厚度為30cm；
自然養(yǎng)護。
優(yōu)選地，所述陶粒材料的制備步驟具體為：
（1）凈水廠污泥處理
將自來水廠脫水后沉淀的污泥用1mm鐵篩網過篩去除大顆粒物質，并105℃下干燥3h，然后碾碎，用100目篩網進行篩分，得到處理后的凈水廠污泥；
（2）混合料的制備
將質量比為80:10:7:3的處理后的凈水污泥與膨潤土、貝殼粉、淀粉置于容器內，加水并攪拌混合，得到含水率為40%的混合料，其中所述膨潤土、貝殼粉、淀粉均過100目篩網；
（3）陶粒材料的制備
將上述混合料制成1.5 cm生料球并在105 ℃下烘干2 h；然后置于馬弗爐中先于350 ℃保溫15 min；再于650 ℃下保溫25 min；待灼燒結束后，自然冷卻，即得陶粒材料。
有益效果：本發(fā)明提供的一種基于凈水污泥陶粒的新型生態(tài)護坡的構建方法，具有以下優(yōu)點：
1. 本發(fā)明所構建的新型生態(tài)護坡采用基于凈水廠污泥制備得到的陶粒材料，與植物種子相配合，組成立體生態(tài)系統，采用一定坡度覆蓋在水體堤岸上，構建生態(tài)護坡，即實現了廢物資源化利用，解決了凈水廠污泥的去向問題，也起到了保護堤岸、增加雨水下滲率，又能提高消減入河氮磷的作用；
2. 本發(fā)明基于凈水廠污泥所制備得到的陶粒材料具有對磷吸附能力強、吸附容量大的優(yōu)點，也對氨氮和懸浮物具有良好的吸附作用，并且經過陶粒材料進入水體的金屬離子主要是自然界中常見的鐵鹽、鋁鹽和鈣鹽，不會對水體生態(tài)系統產生化學風險，使用安全；
3. 本發(fā)明將材料制成格子結構，方便搬運和清理；
4. 本發(fā)明所使用的材料來源廣泛且成本低廉，制作簡單易行，適合大面積推廣應用；
5. 本發(fā)明所采用的植物種子可根據需要更換不同的植物，并進行造型設計，具有觀賞性。
具體實施方式
一種基于凈水污泥陶粒的新型生態(tài)護坡的構建方法，該方法的步驟如下：
將擬鋪設生態(tài)護坡的堤岸清理干凈，并整理成與水體構成不高于45度的坡度；
先鋪設填充含陶粒材料的第一格子；
再鋪設填充含植物種子和陶粒材料的第二格子；
自然養(yǎng)護；
所述第一格子和第二格子均由四周泡沫板和底部純化纖紗布所構成；所述第一格子的長寬和所述第二格子的長寬相一致；
所述第一格子和第二格子中的所述陶粒材料均由處理后的凈水廠凈水污泥、膨潤土、貝殼粉和淀粉構成，其處理后的凈水污泥與膨潤土、貝殼粉、淀粉的質量比為80:10:7:3。
其中，所述第一格子的高度小于第二格子，所述第一格子和第二格子的高度之和為30 cm；在本實施例中，所述第一格子為長寬高20×20×10 cm的正方形格子；所述第二格子為長寬高20×20×20 cm的正方形格子；在其他實施中，格子的尺寸可根據實際需要做相應的調整。
其中，所述第二格子內填充的所述植物種子的含量為0.1-0.2 g/m2第二格子的底面積；所述植物種子為綠化植物種子，在本實施例中，所述植物種子為狗牙根種子，所述狗牙根種子的撒入量為0.4-0.5 g；在其他實施例中，所述植物種子還可為其他綠化植物種子或具有觀賞效果的花卉種子，所述植物種植的撒入量可根據植物做相應的調整。
其中，所述第一格子內填充重量比為2:1陶粒材料和干凈土壤。
其中，所述第一格子鋪設層數至少為一層；所述第二格子鋪設層數為一層。在本實施例中，所述第一格子和所述第二格子均為一層結構；在其他實施例中，所述第一格子可為二層或多層結構，如此可進一步增加雨水下滲率，同時又可提高消減入河氮磷的含量。
上述所述陶粒材料的制備步驟具體為：
以下所采用的凈水廠污泥來自蘇州高新區(qū)自來水有限公司—高新區(qū)第二水廠。
（1）凈水廠污泥處理
將自來水廠脫水后沉淀的污泥（Al2O3含量為28.2%）用1 mm鐵篩網篩除大顆粒物質，再置于烘箱中，在105 ℃干燥3 h，然后碾碎，用100目篩網進行篩分，得到處理后的凈水廠污泥，稱取10 kg處理后的凈水廠污泥；
（2）陶粒材料的制備
將8 Kg處理后的凈水污泥與1 kg膨潤土、0.7 kg貝殼粉、0.3 kg淀粉置于0.5×0.5×0.5 m（長×寬×高）的容器內，并加水，在轉速為100 rpm的攪拌機中攪拌混合10 min，得到混合料，其含水率控制在40 %。
將混合料制成粒徑在1.5 cm的生料球（含水率控制在40%）；將生料球在105℃情況下烘干2 h；將馬弗爐預熱，在350℃保持15分鐘；然后，將馬弗爐灼燒溫度調至650℃，待溫度達到后，將已烘干的生料球放入，灼燒25分鐘；灼燒結束后，自然冷卻，得到陶粒材料。
采用上述所制備得到的陶粒材料進行磷吸附試驗，采用恒溫振蕩器作為試驗裝置，其測試步驟如下：
分別在一系列100 mL錐形瓶中加入2顆陶粒和100 mL磷酸二氫鉀溶液，磷酸二氫鉀溶液的初始濃度分別為0.0，0.05，0.10，0.20，0.50，1.00，2.00，5.00，8.00，10.00和15.00 mg/L，在（25±1）℃條件下，恒溫振蕩24 h，離心（3500 rpm，20 min），0.45 μm過濾，測定磷酸鹽濃度（平衡濃度），根據初始濃度與平衡濃度之差，計算陶粒材料對磷酸鹽的吸附量。
結果表明，該陶粒材料對磷酸鹽的最大吸附量高達8695 mg/kg。
采用上述制備得到的陶粒材料制成陶粒格子結構，并在實驗室進行以下模擬試驗：
（a）在模擬試驗中，為了降低燒制陶粒材料的量，僅采用一層格子結構，該格子結構的尺寸為10×10×10 cm（長×寬×高），在格子底部撒入0.2 g狗牙根種子，將陶粒材料與校園草坪泥土按照質量比為2:1的比例加入格子中，制成陶粒格子。將做好的陶粒格子放置在傾角為30度的試驗臺上；定時噴灑自來水，以保證濕度，確保狗牙根發(fā)芽，待狗牙根從陶粒中長出來后，達到5 cm長，則開始試驗。
（b）配置模擬雨水，其總磷濃度0.5 mg/L，氨氮濃度8 mg/L、懸浮物濃度40 mg/L，按照1 L/min的速度進行雨水試驗，則表面負荷為16.7 L/(S·m2)；每隔10 min采集過濾水樣檢測總磷、氨氮和懸浮物含量。
上述模擬試驗的測試結果為：
10 min時，出水中總磷、氨氮和懸浮物濃度分別為0.1 mg/L、6.8 mg/L和15 mg/L，去除率分別為80 %、15 %和62.5 %。
5 h后，出水中總磷、氨氮和懸浮物濃度分別為0.2 mg/L、7.3 mg/L和20 mg/L，去除率分別為60 %、8.75 %和50 %。
15 h后，出水中總磷、氨氮和懸浮物濃度分別為0.3 mg/L、7.5 mg/L和25 mg/L，去除率分別為40 %、6.25 %和37.5 %。
24 h后，出水中總磷、氨氮和懸浮物濃度分別為0.4 mg/L、7.6 mg/L和30 mg/L，去除率分別為20 %、5 %和25 %。
至此，試驗結束，計算可知，24 h內，共過濾水量為1440 L?？紤]到陶粒的遲滯作用，共獲得過濾水1395 L，其中45 L下滲并被土壤吸收，如果不受試驗臺大小影響，則下滲量還將增加。
經分析可知，陶粒格子對總磷、氨氮、懸浮物的消減量分別為265 mg、731 mg、20450 mg，消減率為36.8 %、6.34 %和35.5 %。
以上對本發(fā)明實施例進行了詳細介紹，對于本領域的一般技術人員，依據本發(fā)明實施例的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發(fā)明的限制。