CN110143721A

CN110143721A - 自由水面梯级生态湿地及其水质净化方法

Info

Publication number: CN110143721A
Application number: CN201910435959.0A
Authority: CN
Inventors: 吴义锋; 聂正鑫; 巩子傲; 程寒飞; 浦秋芬; 吕锡武
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2019-05-23
Filing date: 2019-05-23
Publication date: 2019-08-20

Abstract

本发明涉及一种自由水面梯级生态湿地及其水质净化方法，包括岸坡,还包括沿水流方向顺序设置的同步硝化反硝化脱氮功能区、水生植物污染削减功能区、多孔介质滤床截滤除磷功能区和沉水植物生态多样性恢复功能区；自由水面梯级生态湿地进水处设有湿地进水堰板，出水处设有湿地出水堰板；岸坡上设有不大于坡度1/3的生态护坡，生态护坡包括从坡底至坡顶依次种植的沉水植物、挺水植物和陆生植物带；本发明自由水面梯级生态湿地各个功能区根据水质净化需求进行专门的构建设计，有效去除有机物、悬浮物质和氮磷营养盐，湿地出水COD、NH₃‑N、TP达到IV类水质，TN浓度小于10mg/L，具有一般景观水用水要求及同等水平的生物多样性指数。

Description

自由水面梯级生态湿地及其水质净化方法

技术领域

本发明涉及一种自由水面梯级生态湿地及其水质净化方法，属于水环境生态修复和水质净化工程技术领域。

背景技术

当前，城镇污水处理厂尾水水质执行实行一级A（GB18918-2002）甚至更严格标准要求，如准IV类水质（除TN不高于10mg/L以外，COD、NH3-N和TP等要求具备地表IV类水质要求），目的是实现处理后尾水的水质优良和生态友好，因此，污水处理工艺普遍要求具有难降解有机物以及氮磷营养盐的有效去除功能。

传统的生态处理方法，如多生境氧化塘、潜流式人工湿地、表流式人工湿地，作为生化物化处理单元的后续净水工艺，主要依靠自然生物的净化功能使得污染物得以去除。一般来说，氧化塘和湿地单元能够充分利用地形条件，利用农用价值不高的废河道、沼泽地等，处理***能耗较少，维护简单，建设周期短，易于施工，但氧化塘也占地面积大、运行效果不稳定、环境卫生差等问题，为强化有机物去除，往往采取曝气等强化运行方式，导致出水浊度高、水质不稳定。表流湿地和潜流湿地是广泛应用于污水生态处理工艺的主要形式，潜流湿地的水力负荷或表面负荷相对较高，但基质填充量大，易堵塞，运行管理复杂，工程造价高；表流式人工湿地具有自由水面，运行管理简单，但水力负荷较低，水位较浅，占地面积大。单一类型的潜流湿地或表流湿地因应用的限值因素较多，而不能够适用于规模较大的污水处理厂尾水及类似水质的低污染污水的深度处理。

另外，城镇污水处理厂尾水具有稳定的水量来源，深度净化的生态湿地是构建城市湿地景观的重要依托，因此，湿地***需要庞大的自由水面以支撑城市滨水景观功能，出水水质具有生态友好，不对接纳水体的水生生态***产生冲击。自由水面型的梯级生态湿地兼具水质净化和生态恢复功能，其庞大的自由水面具备城市湿地景观接入要素，并可充分利用城市高压线走廊、边角碎地构建自由水面梯级水生态湿地。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的不足，提供了一种自由水面梯级生态湿地及其水质净化方法，以解决现有技术中存在的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种自由水面梯级生态湿地，其特征在于：包括岸坡,还包括沿水流方向顺序设置的同步硝化反硝化脱氮功能区、水生植物污染削减功能区、多孔介质滤床截滤除磷功能区和沉水植物生态多样性恢复功能区；所述自由水面梯级生态湿地进水处设有湿地进水堰板，出水处设有湿地出水堰板；所述岸坡上设有不大于坡度1/3的生态护坡，生态护坡包括从坡底至坡顶依次种植的沉水植物、挺水植物和陆生植物带。

所述的自由水面型梯级生态湿地，根据污染物去除和生物多样性恢复的功能需求，通过湿地竖向和流场流态设计，将梯级生态湿地依次构建为同步硝化反硝化脱氮功能区、水生植物污染物综合削减功能区、多孔介质滤床截滤除磷功能区和生物多样性恢复区。所述岸坡上设有不大于坡度1/3的生态护坡，生态护坡包括从坡底至坡顶依次种植的沉水植物、挺水植物和陆生植物带。如沉水植物金鱼藻、挺水植物黄菖蒲和陆生草本狗牙根等，将植物措施边坡与湿地水质净化***自然连接为一体，强化梯级湿地***的生态整体性，构建成为自由水面型湿地的岸坡特定生态***，并强化水中污染物的去除效果。

另外，湿地的天然缓坡的稳定性边坡能够抵御湿地水面的涌波和风浪侵扰，并降低工程造价。

作为本发明的一种改进，所述同步硝化反硝化脱氮功能区、水生植物污染削减功能区、多孔介质滤床截滤除磷功能区和沉水植物生态多样性恢复功能区的容积比为10:6:1:13；所述同步硝化反硝化脱氮功能区的水深为1.5m-2.0m；所述水生植物污染削减功能区在高水位运行时水深为0.6m，低水位运行时水深不高于0.3m；所述沉水植物生态多样性恢复功能区的水深为2.0m-3.0m。所述多孔介质滤床截滤除磷功能区运行时同前单元，漂浮性介质滤料随水位上下浮动。

作为本发明的一种改进，所述同步硝化反硝化脱氮功能区和沉水植物生态多样性恢复功能区内设有深水型宽廊道，廊道宽度为30m-50m；多孔介质滤床截滤除磷功能区内设有浅水型窄廊道，宽度为8m-15m；所述水生植物污染削减功能区内廊道宽度为15m-30m。

为构建自由水面梯级生态湿地的推流流场，降低因湿地景观化设计带来的岸线及廊道的多样化对水力条件的影响，并形成湿地***的整体推流流态，湿地***由导流堤设计为廊道形态。同步硝化反硝化脱氮功能区和生物多样性恢复功能区的最大廊道宽度（以水面计）设计为30m-50m，同时适应地形设计，廊道串联运行，立体型生态浮岛设置于同步硝化反硝化脱氮功能区每级廊道中间；水生植物污染物综合削减功能区的最大廊道宽度为15m-30m（以水面计），多廊道并联运行；多孔介质滤床截滤除磷功能区的廊道宽度为8m-15m，同样可考虑多廊道并联运行。

作为本发明的一种改进，所述同步硝化反硝化脱氮功能区的廊道内设有生态浮岛，生态浮岛的面积为同步硝化反硝化脱氮功能区面积的20-25%；生态浮岛下部与同步硝化反硝化脱氮功能区底部相接触，生态浮岛上部设有植物支撑载体，植物支撑载体上种植水生植物，生态浮岛下部设有亲水毛毡填充区。

所述的同步硝化反硝化脱氮功能区内设置立体型生态浮岛。立体型浮岛的下部为填料框，上表面挂网和聚氨酯泡沫塑料浮体，以支撑植物生长。填料框内悬挂亲水性毛毡条填料，毛毡条宽20mm，毛毡条长度略高于填料框高度。填料框底部固定于池底，上表面的覆网和塑料浮体随水面上下可动，而不会随水流发生横向位移。填料框覆网上面种植水生植物，如空心菜、粉绿狐尾藻、美人蕉、千屈菜等，并根据植物生长季节换茬种植。立体型生态浮岛的水面覆盖率为20-25%，进水污染物浓度高，立体型浮岛的水面覆盖率可适当提高，但水面覆盖率最大不超过40%。依靠亲水毛毡条填料和立体型生物生态链，使得水中难降解有机物的水解，同时填料与植物根系富集的微生物膜依靠水解碳源促进同步硝化反硝化反应以完成脱氮。

作为本发明的一种改进，所述水生植物污染削减功能区种植多年生挺水植物，挺水植物的种植密度为9-16株/m²。

所述的水生植物污染物综合削减功能区为廊道式浅水的植物表面流湿地，强化去除各类型有机物，尤其是污水处理厂内难以有效去除的难降解有机物，同时完成脱氮除磷过程。为适应植物换茬生长和冬季的冰下运行，并对湿地表面进行均匀布水，植物表流湿地设高低水位的流场控制堰板。正常条件时，植物湿地高水位运行，运行水位为0.6m，此时关闭闸孔，通过堰板顶部的溢流控制湿地水位，在春夏交替的植物返青季节，或者北方地区的隆冬结冰时期，开启堰板底部闸孔，湿地低水位运行，运行水深为0.3m。植物表流湿地的高低水位控制是通过湿地内部的3-5道带闸孔的布水堰板所控制。该功能区选种多年生水生植物，包括美人蕉、再力花、千屈菜、鸢尾、荷花等，初期水生植物种植密度为9-16株/m²。冬季植物枯萎，收割秸秆。春夏交替时，湿地低水位以利于植物返青，随着的植物高生长，逐步提升运行水位，最大运行水深为0.6m。

作为本发明的一种改进，所述多孔介质滤床截滤除磷功能区包括至少2个多孔介质滤床，相邻两个2个多孔介质滤床之间通过PVC导流隔板相连，所述多孔介质滤床包括两个多孔混凝土透水坝，两个多孔混凝土透水坝之间安装有泡沫混凝土格宾填料床；所述多孔混凝土透水坝的宽为0.55m，高为0.6m，沿过水断面砌筑，多孔混凝土砌块尺寸0.55m×0.33m×0.2m，干砌3层构建高度0.6m的透水坝，两个多孔混凝土透水坝之间的宽度2.0m；所述泡沫混凝土格宾填料床包括格宾网格，格宾网格内填充轻质混凝土散粒。

所述的多孔介质滤床截滤除磷功能区为廊道式浅水的填料区，拦滤水中的悬浮物，并通过填料吸附和生物降解等过程强化除磷，提高水体透明度。构造方式是多孔混凝土透水坝和泡沫（加气）混凝土格宾填料床。多孔混凝土透水坝与泡沫（加气）混凝土格宾填料床间隔安装。所述多孔混凝土透水坝，宽为0.55m，高为0.6m，两级透水坝的间隔宽度2.0m；所述泡沫（加气）混凝土格宾填料床由格宾网格填充轻质混凝土散粒快制作的2.0m×0.5m×0.4m的单元，放置于多孔混凝土透水坝之间的单元。多孔介质滤床截滤除磷功能区的运行水位为0.6m。

作为本发明的一种改进，所述沉水植物生态多样性恢复功能区种植沉水植物，沉水植物的种植密度为25株/m²。

所述的生物多样性恢复区为梯级生态湿地的水质保障区。生物多样性修复区保持大水面设计，主要种植沉水植物，引种金鱼藻、眼子菜、菹草、枯草等，沉水植物栽植类型为6~8种，其中枯草布置在生态湿地的最下游端。沉水植物的种植密度为25株/m²。该功能区的沉水植物联合湿地岸坡种植的挺水植物、陆生植物构建而成完整的植物生物链。依靠沉水植物的光合作用，水中溶解氧不低于5.0mg/L，该功能区投放淡水鲹条、鲫鱼等鱼群，投放量约为2000尾/亩水面，以维持梯级湿地的生态***平衡，恢复水体的生物多样性。

作为本发明的一种改进，所述每相邻两个功能区之间均设有湿地内部带闸孔布水堰板；所述湿地内部带闸孔布水堰板为梯度设置，每级湿地内部带闸孔布水堰板水位梯度控制为0.1m，每级湿地内部带闸孔布水堰板底端至池底的距离为0.1m，湿地内部带闸孔布水堰板对每个功能区的水位进行控制。水生植物污染削减功能区和多孔介质滤床截滤除磷功能区的水深不超过于0.3m。

作为本发明的一种改进，所述的自由水面梯级生态湿地的净化水质方法，包括如下步骤：

（1）将污染水体导入同步硝化反硝化脱氮功能区，利用沉淀池或滤池的剩余溶解氧，溶解氧浓度为0~2.0mg/L，30~50m宽的过水廊道形成整体推流局部完全混合的流场条件，水力停留时间为15h，通过填充有亲水毛毡的生态浮岛，进行净化；

（2）同步硝化反硝化脱氮功能区出水通过湿地内部带闸孔布水堰板导入水生植物综合污染物削减功能区，高水位运行时，水力停留时间约为9h，在15m~30m宽的过水廊道内形成整体推流，局部植株干扰的完全混合为辅的水流流场，浅水区水体迅速复氧；低水位时水力停留时间约为4h；植物湿地的溶解氧浓度为2-5mg/L；

（3）水生植物综合污染物削减功能区出水通过湿地内部带闸孔布水堰板导入多孔介质滤床截滤除磷功能区，水力停留时间约为1.5h，多条8m~15m宽的过水廊道分隔并联运行，拦截悬浮物和强化除磷，提高透明度；

（4）多孔介质滤床截滤除磷功能区出水导入沉水植物生态多样性恢复功能区，该区水力停留时间约为19.5h，依靠沉水植物持续污染物去除，按2000尾/亩水面投放淡水鲹条、鲫鱼等鱼苗，构建仿自然的大型水面水塘，形成完整生态链，并持续去除水中污染物，并恢复水生生物多样性。

作为本发明的一种改进，所述污染水体由湿地进水堰板导入自由水面型梯级生态湿地，依次流经同步硝化反硝化脱氮功能区、水生植物污染综合削减功能区、多孔介质滤床截滤除磷功能区和生物多样性修复区，总的水力停留时间为44-50h，表面水力负荷约为0.6-1.0m³/(m²·d)。

自由水面型梯级生态湿地中总的水力停留时间为44h-50h，其中：同步硝化反硝化脱氮功能区为约15h，运行水位为1.5m-2.0m；水生植物污染物综合削减功能区的最大水力停留时间为9h（高水位时），高水位时水深为0.6m，低水位时水深不大于0.3m（水力停留时间约为4h）；多孔介质滤床截滤除磷功能区的水力停留时间为1.5h，运行水深为0.6m；沉水植物生物多样性恢复功能区的水力停留时间为19.5h，运行水深为2.0m-3.0m。

自由水面梯级生态湿地整体为重力流依次流经各功能区，全程无需曝气、药剂投加以及泥水回流等。

自由水面型梯级生态湿地的进水水质满足一级A标准时，其平均表面水力负荷为0.6~0.9m³/(m²·d)，出水水质COD、NH₃-N、TP等指标达到地表IV类水水质（GB3838-2002），冬季时TN去除率不小于20%，其他季节TN去除率约为30%，生物多样性指数与地表IV水质的淡水湖库相当。当进水浓度COD为60~80mg/L时，平均表面水力负荷应适当降低，为0.5~0.6m³/(m²·d)。

由于采用了以上技术，本发明较现有技术相比，具有的有益效果如下：

本发明提出的适用于城镇污水处理厂尾水的深度净化和生物生态恢复的自由水面梯级生态湿地及其水质净化方法，耦合了推流流态优化设计、植物生态护坡、多孔混凝土透水坝、泡沫（加气）混凝土格宾填料床、立体型生态浮岛以及鱼类操控的沉水植物生态***动态平衡，同时具备大水面的水体特征，预留城市湿地景观和科教湿地的嵌入节点。该水质净化方法适用于城镇污水处理厂的难生物降解、低碳氮比、硝酸盐比例大等水质特点，集成生态塘、表流湿地、介质滤床和深水型沉水湿地等技术优点，全程重力流动，污染物去除功能分区明确，依靠水体复氧和植物光合作用充氧，***内部形成与功能相适应的溶解氧梯度，湿地运行中无需任何曝气、泥水回流，运行管理简单，水面景观潜力巨大等。本发明的自由水面梯级生态湿地各功能分区根据其水质净化功能进行专门的功能构建设计，有效去除水中的有机物和氮磷营养盐，尤其对难降解有机物去除效果显著，特别提出了湿地***受季节影响的冬季冰下运行和植物换茬时期的低水位运行控制方式。本发明的自由水面梯级生态湿地与传统的生态塘、表流湿地、潜流湿地相比，平面表面水力负荷提高2-3倍，设备与材料易得，施工简单，工程造价低，仅为同面积潜流湿地工程的约10%。自由水面梯级生态湿地具有较强的水量和水质冲击能力，可充分利用城市边角地块的连片设计，出水水质达到地表准IV类水质（COD、NH₃-N、TP等达到IV类水水质），具备景观用水的水域环境功能。

附图说明

图1为自由水面梯级生态湿地的竖向图；

图2为自由水面梯级生态湿地的功能分区图；

图3为多孔介质滤床的结构示意图；

图4为湿地内部带闸孔布水堰板的结构示意图；

图5为湿地内部带闸孔布水堰板的关闭的状态示意图；

图6为湿地内部带闸孔布水堰板的开启的状态示意图；

图7为多孔混凝土透水坝的结构示意图；

图8为多孔混凝土透水坝的两种砌块结构示意图；

图9为自由水面梯级生态湿地植物措施生态护坡图；

图10为自由水面梯级生态湿地立体型生态浮岛图；

图中：1、湿地进水堰板；2、同步硝化反硝化脱氮功能区；3、湿地内部带闸孔布水堰板；4、水生植物综合污染物削减功能区；5、多孔介质滤床截滤除磷功能区；6、沉水植物生态多样性恢复功能区；7、湿地出水堰板；8、多孔混凝土透水坝；9、混凝土格宾填料床；10、PVC导流隔板；11、布水堰板闸孔；12、亲水毛毡填充区；13、生态浮岛覆网；14、生态浮岛漂浮体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。

自由水面梯级生态湿地设计时将视为自然水体的生态功能强化，具备功能分区明确的整体性，必须基于水力学、环境工程学、生态工程学和水质工程学等学科原理，在科学划分自由水面梯级生态湿地功能分区的基础上，采用推流流场优化、生态护坡、多孔混凝土透水坝8、泡沫（加气）混凝土格宾填料床9以及生物生态自然调控的生态构建等多学科基本原理构建生物生态***完善和污染物强化去除的水质净化能力。另外，城镇污水处理厂尾水具备由稳定的水量来源，但由于可生化性差、碳氮比低、生物物种单一的不利条件，要求自由水面梯级生态湿地必须具备上述的水质净化功能。

以泗洪县城北污水处理厂尾水的水质净化和生态恢复为例，说明自由水面梯级生态湿地对低污染尾水的净化效果。泗洪县城北污水处理厂以收集该县北部及工业区的部分污水，污水厂设计规模为5.0万m³/d，厂内的污水处理主体工艺为：格栅-水解酸化-氧化沟-沉淀-混凝-石英砂滤池-出水，处理后水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准，采用本发明技术对泗洪城北污水处理厂尾水进行生态深度处理，湿地出水水质为：COD小于30mg/L；NH₃-N小于1.5mg/L；TP小于0.3mg/L；TN小于10mg/L。

具体方案如下：

（1）自由水面梯级生态湿地的功能分区构建

自污水处理厂出水管引入，依次流经同步硝化反硝化脱氮功能区2、水生植物综合污染物削减功能区4、多孔介质滤床截滤除磷功能区5和沉水植物生态多样性恢复功能区6，上述四个功能分区的容积比为10:6:1:13，自地面按竖向设计向下开挖土方构建水质净化区，并配置各自的水质净化设施以构建各自功能分区的环境特点，完成对不同类型污染物的去除和出水生物多样性的恢复。

同步硝化反硝化脱氮功能区2：水力停留时间为15h，水深1.5m，廊道宽度为30-50m（景观设计的多圆弧构型岸线），为丰富水面景观，立体型生态浮岛设置边长为2.0m正八边形单元，有效组合成多种构型，在廊道中部均匀设置，水面覆盖率为25%，单元间隔距离设计应保证植物换茬时的工作通道。亲水毛毡填充区12悬挂于立体型浮岛下部，并填充有亲水毛毡，毛毡条间隔为200mm，底部固定于池底，上端固定有生态浮岛漂浮体14和生态浮岛覆网13，生态浮岛覆网13上部无土种植水生植物，引种空心菜、美人蕉和千屈菜等。

水生植物污染削减功能区：高低水位调控运行，高水位运行时，水力停留时间为9h，水深为0.6m；低水位运行时，水力停留时间为9h，水深不大于0.3m；廊道宽度为15-30m。种植多年生挺水植物，包括千屈菜、再力花、黄花鸢尾、香蒲等。

多孔介质滤床截滤除磷功能区5：水力停留时间为1.5h，水深为0.6m；两个多孔混凝土透水坝9之间安装有泡沫（加气）混凝土格宾填料床9。两个多孔混凝土透水坝9之间的宽度2.0m。介质滤床采用5mm厚PVC板作为导流板形成并联的过水廊道，廊道宽度为8m-15m。

沉水植物生态多样性恢复功能区6：水力停留时间为19.5h，水深为2.0-3.0m；沉水植物包括金鱼藻、眼子菜、菹草和枯草等。边坡为不大于1:3的植物措施生态护坡。

（2）植物措施生态边坡构建

边坡包括湿地边坡（即为岸坡）和导流堤（岛）边坡（即为廊道边坡），边坡均为边坡坡度不大于1:3的稳定土质边坡，自坡底至坡顶依次种植水生植物（沉水植物、挺水植物）和陆生草本。适宜边坡的沉水植物包括金鱼藻、枯草等挺立植株型；挺水植物为多年生的再力花、千屈菜、鸢尾等；陆生草本种植狗牙根、白三叶等护坡植物，植物栽植密度为10-16株/m²，边坡的植物密度较大以起到固土作用，同时植物措施的柔性生态护坡具有水质净化和生物修复的强大功能。

（3）水位调控的带闸孔的布水堰板

自由水面梯级生态湿地共设置带闸孔的布水堰板共6道，分别为：湿地进水堰板1一道；同步硝化反硝化脱氮功能区2导入水生植物综合污染物削减功能区4的湿地内部带闸孔布水堰板3一道；水生植物综合污染物削减功能区4内的湿地内部带闸孔布水堰板3一道；水生植物综合污染物削减功能区4导入多孔介质滤床截滤除磷功能区5的湿地内部带闸孔布水堰板3一道；多孔介质滤床截滤除磷功能区5导入沉水植物生态多样性恢复功能区6的湿地内部带闸孔布水堰板3一道，湿地出水堰板7一道；每条堰板的内部均设置300mm×400mm的闸孔5处，闸孔底高于池底为0.1m，沿堰板方向均匀设置。每级布水堰板水位梯度控制为0.1m，所有堰板的所有布水堰板闸孔11打开时（见图5），水生植物综合污染物削减功能区4的运行水深不超过于0.3m。为降低堰板过水对两侧底泥的扰动，堰板负荷不大于10L/(s·m)。布水堰板设计为景观石构筑。

（4）多孔介质滤滤床设计

设有至少2个多孔介质滤床，相邻两个2个多孔介质滤床之间通过PVC导流隔板10相连，构造方式是多孔混凝土透水坝8和泡沫（加气）混凝土格宾填料床9。两个多孔混凝土透水坝9之间安装有泡沫（加气）混凝土格宾填料床9。所述多孔混凝土透水坝8，宽为0.55m，高为0.6m，沿过水断面砌筑，由尺寸0.55m×0.33m×0.2m的多孔混凝土砌块干砌而成，透水坝间隔宽度2.0m；多孔混凝土制备是由粒径15mm的单一级配碎石、PII42.5硅酸盐水泥、矿物外加剂、减水剂与水按一定比例混合、搅拌，置于预制模具中压制、成型、养护，水灰比为0.2-0.24，孔隙率为15-25%，透水系数1.5-3.0cm/s，抗压强度不小于10MPa。所述轻质混凝土格宾填料床9由格宾网格填充轻质混凝土散粒快制作的2.0m×0.5m×0.4m的单元，放置于多孔混凝土透水坝8之间的单元。泡沫（加气）混凝土将发泡剂用机械方式充分发泡，并将泡沫与水泥浆均匀混合，或用化学发泡方法制备的含有大量气孔的轻质混凝土材料，具备巨大的比表面积和污染物吸附、微生物挂膜等特性，强化去除污染物。多孔介质滤床截滤除磷功能区5的运行水位为0.6m。

（5）自由水面梯级生态湿地***构建

立体型生态浮岛的植物种植密度为15-20株/m²；挺水植物的栽植密度为9-16株/m²，沉水植物为25株/m²。岸坡草本植物（狗牙根）采用种子直播，播种量2-5g/m²；沉水植物生态恢复区的鲫鱼、鲹条的投放量为2000尾/亩水面。生态岸坡上的植物带结构依次为沉水植物、挺水植物和陆生植物带，实现了坡面上水生生态向陆生生态的自然过渡。自由水面梯级生态湿地经过绿色植物的生长、微生物的自然富集、鱼类的初期放养，即形成了特定的水生生态***。

（6）自由水面梯级生态湿地关键设计参数：

水力停留时间：44-50h。

同步硝化反硝化脱氮功能区2、水生植物综合污染物削减功能区4、多孔介质滤床截滤除磷功能区5和沉水植物生态多样性恢复功能区6的容积比为10:6:1:13。

同步硝化反硝化脱氮功能区2平均水深1.5-2.0m；水生植物综合污染物削减功能区4高低水位调控运行，高水位时水深0.6m，低水位时水深不大于0.3m；多孔介质滤床截滤除磷功能区5运行水深0.6m；沉水植物生态多样性恢复功能区6平均水深2.0-3.0m。

平均表面水力负荷：0.6-0.9m³/(m²·d)。

带闸孔布水堰板的水力负荷：不大于10L/(s·m)。

湿地岸坡及导流廊道边坡：不大于1:3的植物生态护坡。

上述实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围，即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种自由水面梯级生态湿地，其特征在于：包括岸坡,还包括沿水流方向顺序设置的同步硝化反硝化脱氮功能区、水生植物污染削减功能区、多孔介质滤床截滤除磷功能区和沉水植物生态多样性恢复功能区；所述自由水面梯级生态湿地进水处设有湿地进水堰板，出水处设有湿地出水堰板；所述岸坡上设有不大于坡度1/3的生态护坡，生态护坡包括从坡底至坡顶依次种植的沉水植物、挺水植物和陆生植物带。

2.根据权利要求1所述的一种自由水面梯级生态湿地，其特征在于：所述同步硝化反硝化脱氮功能区、水生植物污染削减功能区、多孔介质滤床截滤除磷功能区和沉水植物生态多样性恢复功能区的容积比为10:6:1:13；所述同步硝化反硝化脱氮功能区的水深为1.5m-2.0m；所述水生植物污染削减功能区在高水位运行时水深为0.6m，低水位运行时水深不高于0.3m；所述沉水植物生态多样性恢复功能区的水深为2.0m-3.0m。

3.根据权利要求1所述的一种自由水面梯级生态湿地，其特征在于：所述同步硝化反硝化脱氮功能区和沉水植物生态多样性恢复功能区内设有深水型宽廊道，廊道宽度为30m-50m；多孔介质滤床截滤除磷功能区内设有浅水型窄廊道，宽度为8m-15m；所述水生植物污染削减功能区内廊道宽度为15m-30m。

4.根据权利要求3所述的一种自由水面梯级生态湿地，其特征在于：所述同步硝化反硝化脱氮功能区廊道内设有生态浮岛，生态浮岛的面积为同步硝化反硝化脱氮功能区面积的20-25%；生态浮岛下部与同步硝化反硝化脱氮功能区底部相接触，生态浮岛上部设有植物支撑载体，植物支撑载体上种植水生植物，生态浮岛下部设有亲水毛毡填充区。

5.根据权利要求1所述的一种自由水面梯级生态湿地，其特征在于：所述水生植物污染削减功能区种植多年生挺水植物，挺水植物的种植密度为9-16株/m²。

6.根据权利要求1所述的一种自由水面梯级生态湿地，其特征在于：所述多孔介质滤床截滤除磷功能区包括至少2个多孔介质滤床，相邻两个2个多孔介质滤床之间通过PVC导流隔板相连，所述多孔介质滤床包括两个多孔混凝土透水坝，两个多孔混凝土透水坝之间安装有泡沫混凝土格宾填料床；所述多孔混凝土透水坝的宽为0.55m，高为0.6m，两个多孔混凝土透水坝之间的宽度2.0m；所述泡沫混凝土格宾填料床包括格宾网格，格宾网格内填充轻质混凝土散粒。

7.根据权利要求1所述的一种自由水面梯级生态湿地，其特征在于：所述沉水植物生态多样性恢复功能区种植沉水植物，沉水植物的种植密度为25株/m²。

8.根据权利要求1所述的一种自由水面梯级生态湿地，其特征在于：所述每相邻两个功能区之间均设有湿地内部带闸孔布水堰板；所述湿地内部带闸孔布水堰板为梯度设置，每级湿地内部带闸孔布水堰板水位梯度控制为0.1m，每级湿地内部带闸孔布水堰板底端至池底的距离为0.1m。

9.一种利用权利要求1-8中任一项所述的自由水面梯级生态湿地的净化水质方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）将污染水体导入同步硝化反硝化脱氮功能区，水力停留时间为15h，水中溶解氧不高于2.0mg/L，通过填充有亲水毛毡的生态浮岛，进行净化；

（2）同步硝化反硝化脱氮功能区出水通过湿地内部带闸孔布水堰板导入水生植物综合污染物削减功能区，高水位运行时，水力停留时间为9h，低水位时水力停留时间为4h；

（3）水生植物综合污染物削减功能区出水通过湿地内部带闸孔布水堰板导入多孔介质滤床截滤除磷功能区，水力停留时间为1.5h，拦截悬浮物和强化除磷；

（4）多孔介质滤床截滤除磷功能区出水导入沉水植物生态多样性恢复功能区，该区水力停留时间为19.5h，依靠水生生态***持续污染物去除。

10.根据权利要求9所述的一种自由水面梯级生态湿地，其特征在于：所述污染水体由湿地进水堰板导入自由水面型梯级生态湿地，依次流经同步硝化反硝化脱氮功能区、水生植物污染综合削减功能区、多孔介质滤床截滤除磷功能区和生物多样性修复区，总的水力停留时间为44-50h，表面水力负荷为0.6-1.0m³/m²·d。