CN101224925A

CN101224925A - 一种具有综合效益的复合植被湿地污水处理系统

Info

Publication number: CN101224925A
Application number: CNA2008100566381A
Authority: CN
Inventors: 靖德兵; 夏天翔; 姚力; 李燕斌; 金小静; 赵孟彬
Original assignee: BEIJING JINXIUDADI AGRICULTURE Co Ltd
Current assignee: BEIJING JINXIUDADI AGRICULTURE Co Ltd
Priority date: 2008-01-23
Filing date: 2008-01-23
Publication date: 2008-07-23

Abstract

本发明涉及“一种具有综合效益的复合植被湿地污水处理系统”，属污水处理领域。一种具有综合效益的复合植被湿地污水处理系统，其特征在于：所述复合植被包括香蒲、茭白、水葱、菖蒲(以香蒲为主)，香蒲行间杂以茭白行、水葱行、菖蒲行。本发明采用来源广泛、成本低廉、容易成活、无需管护的香蒲、茭白、水葱、菖蒲和石砾基质来建设潜流型人工湿地系统，不仅可以高效净化城市区域、农村地区的生活污水，而且复合植被的综合效益很高，还可以增强湿地景观效果，实现食用、药用、编织开发利用。本发明的湿地系统能够长期保持稳定的去污效果，具有净化效果突出、建设工程简单、运行成本低廉以及杂草入侵少、景观效果美好、综合效益好、开发潜力大的特点，符合我国国情，适宜大面积推广。

Description

一种具有综合效益的复合植被湿地污水处理系统

技术领域

本发明涉及水处理领域，具体说涉及一种具有综合效益的复合植被湿地污水处理系统。

背景技术

人工湿地是在一定的基质(填料)上种植湿地植物，对有机物和氮、磷污染物具有较强的降解能力。人工湿地利用基质-微生物-植物这个复合生态系统的物理、化学和生物的三重复合、协同作用，通过过滤、沉淀、离子交换、植物吸纳和微生物分解来净化生活污水。早在20世纪初，英国和美国就有利用香蒲(Typha angustifolia)沼泽处理污水的先例。

目前有关湿地植物的大多数研究均围绕草本进行，香蒲(Typha sp.)、芦苇(Phragmitessp.)、水葱(Scirpus sp.)、美人蕉(Canna sp.)、凤眼莲(Eichhorina crassipes)、苔草(Carexsp.)、灯心草(Juncus sp.)、鸢尾(Iris sp.)等在世界范围内被广泛引种栽培。在我国，菖蒲(Acorus calamus)、蔗草(Scirpus sp.)、草芦(Phalaris sp.)、茳芏(Cyperus malaccensis)、浮萍(Lemna minor)、茭白(Zezania latifalia)等也得到广泛的研究和应用。而且，不同湿地植物种类混植形成的复合湿地植被普遍地比纯种植被更具优势，多种类复合的湿地植被比纯种植被具有更高的污水净化效率，对寄生虫捕食或暴发性疾病也具有更稳定的抵抗力。对芦苇湿地在全球范围内单一和混合种植的净化数据统计发现，混合种植系统不仅净化效率更高，而且效果更稳定。在我国昆明，金鱼藻(Ceratophyllum demersum)、菱角(Trapa japonica)、满江红(Azolla imbricata)、水花生的野生成熟植株被移入露天混凝土池(3m×3m×1m，并通过间苗保持植被覆盖度约80％)，四类植物的两两复合群落对N、P的净化功效比单一种类有明显提高，说明不同种类混植可提高植被系统对水体N、P的整体净化效率。在美国Morgantown，灯心草(J.effuses)，水葱和宽叶香蒲(T.latifolia)被植入40L的椭圆形黑色塑料牛槽(1.5m×1.0m，装有45cm或60cm厚的豆粒状砂砾基质)，三者的单一和复合混植试验也证明三种类的复合植被对生活污水的净化效率大大高于纯种植被。此外，芦苇-水莞(Schoenoplectus lacustris)、茭白-菖蒲、藨草-苔草等混植的垂直流湿地的除磷效率(40～65％)及稳定性均得到提高，而且对藻毒素的去除作用明显(34.6～68.5％)。

作为人工湿地系统的重要构成组分之一，湿地植物净化污水的机理主要包括直接吸收污水中可利用态的营养物质、重金属和一些有毒有害物质，为根区好氧微生物输送氧气，增强和维持介质的水力传输。湿地维管束植物(简称为维管植物)能够通过分化水流、减缓流速来固定基质、沉淀悬浮物，能够在茎干和根系上为微小生物的繁殖提供附着场所，能够吸收C、N、P和微量元素进入组织，并从根部、腐烂凋落物释放有机碳源以便为微生物代谢提供能量，能够在大气和沉积层之间交换气体并在缺氧基质层创造富氧的微环境，还能够增加湿地系统的景观美学价值。当前人工湿地已经从传统的单一水质净化转向多目标应用，例如香蒲形态美观，不仅可以提供食用的嫩芽(草牙)，而且花粉具有药用价值(蒲黄)，叶茎纤维含量高，可以广泛地用于编织或造纸，因此属于水生野生蔬菜、水生药用植物、纤维植物和水生景观植物；茭白形态美观，还可以提供食用的嫩茎、嫩芽(茭白、茭瓜)，因此属于水生野生蔬菜和水生景观植物；水葱形态美观，属于典型的水生景观植物；菖蒲的块茎和叶片具有药用价值，属于水生药用植物。

在实际应用过程中尽管人口密集区域对生活污水净化技术的需求最为迫切，但是人工湿地占地面积大的缺陷往往制约了其应用，为了提高去除效率和景观效果，必须建设由多种类植物复合的多目标湿地。香蒲是目前全球范围内最为广泛应用的人工湿地植物种类之一，也是常见的水生野生蔬菜、水生药用植物、纤维植物和水生景观植物，因此开发以香蒲为主的复合植被湿地污水处理系统对于净化高营养负荷污水、提高湿地的综合效益、形成美丽湿地水景，具有重要意义。

发明内容

针对上述领域的发展趋势，本发明提供一种高效净水、植被高产、景观美好且具有食用、药用、编织等综合效益的复合植被湿地系统，且该系统能够长期保持稳定的去污效果，有利于提高植被产量，提升综合效益，改良湿地景观。

一种具有综合效益的复合植被湿地污水处理系统，其特征在于：所述具有综合效益的复合植被包括香蒲、茭白、水葱和菖蒲，其中香蒲行间杂以茭白行、水葱行、菖蒲行。

所述行距为50～80cm，株距20～50cm。

所述湿地基质为石砾基质。

所述石砾基质的粒径约3～5cm。

所述人工湿地类型为潜流型人工湿地。

本发明根据生活污水COD、BOD、氮磷含量高的特点，在人工湿地的植被中，优选出香蒲、茭白、水葱、菖蒲组成复合植被，以香蒲为主进行行状种植，香蒲行间杂以茭白行、水葱行、菖蒲行，具体种植模式为…香蒲行…茭白行…香蒲行…水葱行…香蒲行…菖蒲行…香蒲行…。

本发明优选上述几种草本植物一起建立本发明复合人工湿地，上述四种草本植物互相作用，使得其污水处理能力有效的提高，同时该系统的污水处理能力能长期保持高效的状态，且其经济效益可观，景观效果也非常明显。

本发明还具有如下优点：

1.净水效率高。即便在秋冬季节(9.13～11.21)，北京地区芦苇复合植被湿地的去除效率也能够达到COD_cr0.82gm^-2d^-1，TN 0.032gm^-2d^-1，TP 0.361gm^-2d^-1。

2.植被产量高。香蒲复合植被的干物质产量可以达到1.37kgm^-2a^-1，相应每年通过植被收获而去除的立物蓄氮量、立物蓄磷量分别达到6.20gm^-2a^-1，5.18gm^-2a^-1。

3.综合效益高。香蒲复合植被的收获量中，香蒲的干物质产量可以达到0.82kgm^-2a^-1，菖蒲的干物质产量可以达到0.02kgm^-2a^-1，茭白的干物质产量可以达到0.24kgm^-2a^-1。

4.建设成本低。本发明采用来源广泛，价格低廉的香蒲、茭白、水葱、菖蒲植物种类和粒径约3～5cm的石砾基质，因而可以有效地降低人工湿地的建设成本。

5.运行管理方便。本发明所采用的香蒲、茭白、水葱、菖蒲生命力强，生长迅速，植株高大，在同杂草的竞争中具有优势，可以有效抑制杂草入侵，降低湿地的运行管理费用。

6.景观效果美好。本发明所采用的植物种类属于景观型水生植物，无疑具有较高的景观美学价值，能够有效提升周边环境品质。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

采用香蒲、茭白、水葱、菖蒲的多年生地下根按照…香蒲行…茭白行…香蒲行…水葱行…香蒲行…菖蒲行…香蒲行…(行距50cm，株距50cm)的种植模式在粒径约5cm的石砾基质上建设潜流型人工湿地污水净化系统，在2005年9.13～9.25期间，其去除效率能够达到COD_cr0.788gm^-2d^-1，TN 0.066gm^-2d^-1，TP 0.245gm^-2d^-1。

实施例2

采用香蒲、茭白、水葱、菖蒲的多年生地下根按照…香蒲行…茭白行…香蒲行…水葱行…香蒲行…菖蒲行…香蒲行…(行距80cm，株距20cm)的种植模式在粒径约3cm的石砾基质上建设潜流型人工湿地污水净化系统，在2005年9.26～10.9期间，其去除效率能够达到COD_cr0.855gm^-2d^-1，TN 0.021gm^-2d^-1，TP 0.240gm^-2d^-1。

实施例3

采用香蒲、茭白、水葱、菖蒲的多年生地下根按照…香蒲行…茭白行…香蒲行…水葱行…香蒲行…菖蒲行…香蒲行…(行距50cm，株距40cm)的种植模式在粒径约5cm的石砾基质上建设潜流型人工湿地污水净化系统，在2005年10.10～10.23期间，其去除效率能够达到COD_cr0.736gm^-2d^-1，TN 0.031gm^-2d^-1，TP 0.507gm^-2d^-1。

实施例4

采用香蒲、茭白、水葱、菖蒲的多年生地下根按照…香蒲行…茭白行…香蒲行…水葱行…香蒲行…菖蒲行…香蒲行…(行距60cm，株距50cm)的种植模式在粒径约5cm的石砾基质上建设潜流型人工湿地污水净化系统，在2005年10.24～11.6期间，其去除效率能够达到COD_cr0.949gm^-2d^-1，TN 0.019gm^-2d^-1，TP 0.324gm^-2d^-1。

实施例5

采用香蒲、茭白、水葱、菖蒲的多年生地下根按照…香蒲行…茭白行…香蒲行…水葱行…香蒲行…菖蒲行…香蒲行…(行距70cm，株距30cm)的种植模式在粒径约3cm的石砾基质上建设潜流型人工湿地污水净化系统，在2005年11.7～11.21期间，其去除效率能够达到COD_cr0.776gm^-2d^-1，TN 0.027gm^-2d^-1，TP 0.467gm^-2d^-1。

对照例1：香蒲是世界范围内最为常用的湿地植物之一，在规模、基质、进出水、湿地类型等条件完全一致的条件下，香蒲(Typha angustata)-石砾基质潜流湿地在2005年9.13～11.21期间，其去除效率分别仅为COD_cr0.615gm^-2d^-1，TN 0.023gm^-2d^-1，TP 0.338gm^-2d^-1；干物质产量达到2.26kgm^-2a^-1，相应每年通过植被收获而去除的立物蓄氮量、立物蓄磷量分别达到11.1gm^-2a^-1，4.3gm^-2a^-1。

对照例2：芦苇是世界范围内最为常用的湿地植物之一，在规模、基质、进出水、湿地类型等条件完全一致的条件下，芦苇(Phragmites communis)-石砾基质潜流湿地在2005年9.13～11.21期间，其去除效率分别仅为COD_cr0.616gm^-2d^-1，TN 0.024gm^-2d^-1，TP 0.297gm^-2d^-1；干物质产量达到0.751kgm^-2a^-1，相应每年通过植被收获而去除的立物蓄氮量、立物蓄磷量分别达到2.2gm^-2a^-1，5.39gm^-2a^-1。

对照例3：香蒲是世界范围内最为常用的湿地植物之一，在规模、基质、进出水、湿地类型等条件完全一致的条件下，将水葱(S.validus)和香蒲(Typha angustata)复合植被-石砾基质潜流湿地在2005年9.13～11.21期间，其去除效率分别仅为COD_cr0.632gm^-2d^-1，TN 0.025gm^-2d^-1，TP 0.356gm^-2d^-1；干物质产量达到2.35kgm^-2a^-1，相应每年通过植被收获而去除的立物蓄氮量、立物蓄磷量分别达到6.12gm^-2a^-1，5.10gm^-2a^-1。

Claims

1.一种具有综合效益的复合植被湿地污水处理系统，其特征在于：所述复合植被包括香蒲、茭白、水葱和菖蒲，其中香蒲行间杂以茭白行、水葱行、菖蒲行。

2.按照权利要求1所述的具有综合效益的复合植被湿地污水处理系统，所述行距为50～80cm，株距20～50cm。

3.按照权利要求1所述的具有综合效益的复合植被湿地污水处理系统，所述湿地基质为石砾基质。

4.按照权利要求3所述的具有综合效益的复合植被湿地污水处理系统，所述石砾基质的粒径为3～5cm。

5.按照权利要求1所述的具有综合效益的复合植被湿地污水处理系统，所述人工湿地类型为潜流型人工湿地。