CN101613155B - 接骨草在处理畜禽养殖废水中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种处理畜禽养殖废水的方法，在畜禽养殖废水污染的环境中种植接骨草即可。该方法利用接骨草对畜禽养殖废水中总氮、总磷、氨氮等污染物的吸附和去除特性，将其种植于畜禽养殖废水污染的环境中，吸附和去除畜禽养殖废水中总氮、总磷、氨氮等污染物，以达到净化畜禽养殖废水的目的；由于接骨草生命力旺盛，在其生长过程中不需要进行特殊管理，因而成本低、运行费用低、效果好、可操作性强；同时，接骨草具有较高的药用价值，具有全草入药、根能祛风消肿，舒筋活络，治风湿性关节炎，跌打损伤；茎、叶有发汗，利尿，通经活血；治肾炎水肿；全草煎水洗治风疹瘙痒等作用。

Description

接骨草在处理畜禽养殖废水中的应用

技术领域

本发明属于畜禽养殖废水的自然生物降解处理技术领域，特别涉及接骨草在处理畜禽养殖废水中的应用。

背景技术

畜禽养殖废水污染具有长期性和不可逆性，其污染特点是高悬浮物、高有机物和高氨氮，可生化性强，臭味大。

畜禽业是我国农业和农村经济的重要组成部分，也是造成我国农村面源污染的主要原因之一，畜禽养殖业大力发展所带来的环境污染问题日益严重，不仅影响经济发展，而且还危及生态安全，已成为人们普遍关注的社会问题。畜禽养殖场产生的粪便和污水造成地表水、地下水、土壤和环境空气的严重污染，直接影响了人们的身体健康和正常生产生活。目前处理畜禽养殖废水污染的方法主要有自然生物降解技术(如土壤处理、氧化塘处理、人工湿地处理等)、厌氧处理技术(如厌氧滤池、上流式厌氧污泥床、升流式固体反应器等)、好氧处理技术(如生物滤池、生物转盘、序批式活性污泥法、A/O工艺及氧化沟等)等。这些方法都具有一定的特点，并能在一定程度上降低畜禽养殖废水的污染程度。

采用厌氧或好氧的生物处理技术，其出水水质难以达到相应的排放标准，更不要说污水综合一级排放标准，如果采用强制的物理化学措施强化处理效果，往往成本过高。而自然生物降解技术、特别是人工湿地处理技术的特点恰好能弥补养殖业经济能力有限、缺乏有一定操作与管理水平的技术人员的局限，尤其适合地处农村地区的养殖场。采用人工湿地处理技术强化畜禽养殖废水污染处理系统的处理效果，不失为一种适宜的处理技术。

人工湿地处理技术是利用生态工程的方法，在一定的填料上种植特定的湿地植物，建立起一个人工湿地生态系统，当废水通过该系统时，废水中的污染物质被系统吸收或分解，使水质得到净化的技术。20世纪80年代末90年代初，在美国、英国相继召开了人工湿地处理污水大会，提出了人工湿地的有关净化机理和一些可供参考的设计规范和数据，标志着人工湿地作为一种独具特色的污水处理系统进入环境科学领域。近年来，人工湿地的工程应用和净化机理等研究越来越受到人们的重视。人工湿地不仅能有效去除污水中的悬浮物、有机污染物、氮和磷等，而且能有效去除病原菌、重金属、藻毒素等外源生物活性物质，具有建设成本低，耗能少，运行费用低和效果好且不造成二次污染等多种特性，不仅有较高的氮、磷去除率，还具有美化环境的功效。随着水污染成为全世界人们所要面临的最严重的环境问题之一，人工湿地因其独特的优势得到了长远发展，尤其在净化畜禽养殖废水污染中显示了极大的潜力，成为近年来开始关注的研究热点。

湿地植物是人工湿地的重要组成部分，目前已用于处理畜禽养殖废水污染的植物有风车草、黄花美人蕉、黄花鸢尾、菖蒲、旱伞草、茭白、芦苇等。但面对目前由于畜禽养殖大力发展而带来的畜禽养殖废水污染日益严重的问题，上述可用于处理畜禽养殖废水污染的植物品种资源显得非常有限，难以满足实际需要，仍然有待于进一步合理开发大量可用于处理畜禽养殖废水污染的植物品种资源，以适应不同地区、不同水质土质等废水处理的需要。

接骨草(Caprifoliaceae Sambucus chinensis)别名蒴藋、陆英，多年生高大草本或亚灌木。羽状复叶的托叶叶状或有时退化呈蓝色的腺体；小叶2-3对，互生或对生，狭卵形，长6-13厘米，宽2-3厘米，嫩时上面被疏长柔毛，先短毛渐尖，基部钝圆，两侧不等，边缘有细锯齿，近基部或中部以下边缘常有1或数枚腺齿；顶生小叶卵形，基部楔形，有时与第一对小叶相连，小叶无托叶，基部一对小叶有时有短柄。复伞形花序顶生，大而疏散，总花梗基部托以叶状总苞片，分枝3-5出，纤细，被黄色疏柔毛；杯形不孕性花不脱落，可孕性花小；萼筒杯状，萼齿三角形；花冠白色，仅基部联合，花药黄色或紫色；子房三室，花柱极短或无，柱头3裂。花期4-5月。生于海拔300-2600米的山坡，林下，沟边和草丛中。全草入药、根能祛风消肿，舒筋活络，治风湿性关节炎，跌打损伤。茎、叶有发汗，利尿，通经活血；治肾炎水肿。全草煎水洗治风疹瘙痒。

发明内容

发明人在长期大量的试验研究过程中，发现接骨草能有效降低畜禽养殖废水中的氨氮、总磷、总氮、COD_Cr等污染物的含量，从而有望用于人工湿地处理技术中净化畜禽养殖废水；因此，本发明的目的是针对上述现有技术中可用于处理畜禽养殖废水污染的植物资源不足的问题，提供一种新的可用于处理畜禽养殖废水污染的植物资源；本发明提供的植物资源具有种植成本低、运行费用低、效果好、可操作性强等特点。

为了实现上述发明目的，本发明采用了以下的技术方案：

接骨草在处理畜禽养殖废水中的应用，其特征在于：在引入畜禽养殖废水的人工湿地填料床上种植接骨草，形成人工湿地系统，对畜禽养殖废水进行处理。

利用接骨草对畜禽养殖废水中的氨氮、总磷、总氮、COD_Cr等污染物进行吸附和去除，达到净化畜禽养殖废水的目的。

所述的接骨草在种植时采用直接移栽生长的方法。

所述的接骨草在处理畜禽养殖废水的应用，具体步骤如下：

(1)移栽接骨草：

自然条件下，将采集到的接骨草幼苗直接移栽至人工湿地填料床上；

(2)稳定植株，

自然条件下，用自来水稳定移栽接骨草植株15天；

(3)利用人工湿地处理畜禽养殖废水：

待植株稳定后，使畜禽养殖废水流入种植有接骨草的人工湿地系统进行处理。

步骤(1)中所述人工湿地填料床包括砾石层、沙层、土壤层，填料床的底部设置有水管，水管上方铺设有厚度为5cm的砾石层，所述砾石的直径范围为25cm，砾石层上铺设厚度为10cm的沙层，沙层上铺厚度为10cm的土壤层。

步骤(3)中利用人工湿地处理畜禽养殖废水过程中通过采集水样测定不同进水量、不同水力停留时间条件下，人工湿地系统对污水中的NH₄ ⁺-N、COD_Cr、TP、TN等污染物的去除效果，从而确定浇灌畜禽养殖废水的最佳进水量和最佳水力停留时间。

按实验检测结果，畜禽养殖废水在种植有接骨草的人工湿地系统中的最佳水力停留时间为5天，最佳进水量最佳进水量按以下公式计算：

$Q=\frac{\mathrm{Fqt}}{0.0365}$

式中：Q--设计废水流量，m³/d；

      F--人工湿地占用的土地面积，hm²；

      q--水力负荷，m/周，取q为20cm/d；

      t--运行时间(全年运行周数)，周/a；

      0.03565--换算系数。

接骨草多生于海拔300-2600米的山坡，林下，沟边和草丛中，其生命力非常旺盛，易成活，可进行直接移栽；在自然条件下即可存活，在其整个生长过程中不需要进行特殊管理；可通过定期留茬收割植物的上部，其根部可继续存活、生长，且自然繁殖生长快速，不需要每年栽种，在操作上简单易行。同时，接骨草具有较高的药用价值，具有全草入药、根能祛风消肿，舒筋活络，治风湿性关节炎，跌打损伤；茎、叶有发汗，利尿，通经活血；治肾炎水肿；全草煎水洗治风疹瘙痒等作用。

并通过定期对在种植了接骨草的畜禽养殖废水中采集水样以及对其出水水质进行测定，能有效去除畜禽养殖废水中氨氮、总磷、总氮、COD_Cr(采用重铬酸钾作为氧化剂测定出的化学耗氧量)等污染物的含量，从而净化畜禽养殖废水。

本发明用于处理畜禽养殖废水的接骨草，为忍冬科接骨木属多年生草本植物，拉丁名为(Caprifoliaceae Sambucus chinensis)，主要对畜禽养殖废水中总氮、总磷、氨氮等具有吸附和去除特性。本发明充分利用了接骨草对上述畜禽养殖废水中氨氮、总磷、总氮、COD_Cr等污染物的吸附和去除特性，将其移栽至畜禽养殖废水污染环境中，吸收积累畜禽养殖废水中氨氮、总磷、总氮、COD_Cr等污染物，从而降低畜禽养殖废水中氨氮、总磷、总氮、COD_Cr等污染物的含量，待形成一定生物量时，就可达到减少畜禽养殖废水中氨氮、总磷、总氮、COD_Cr等污染物的含量的目的，进一步净化畜禽养殖废水。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：发明人通过试验研究发现，忍冬科植物接骨草对畜禽养殖废水中氨氮、总磷、总氮、COD_Cr等污染物具有显著的吸附和去除特性。本发明正是利用接骨草对畜禽养殖废水中氨氮、总磷、总氮、COD_Cr等污染物的这种吸附和去除特性，将其移栽至畜禽养殖废水污染环境中，可吸收积累畜禽养殖废水中氨氮、总磷、总氮、COD_Cr等污染物，待形成一定生物量时，以达到去除畜禽养殖废水中氨氮、总磷、总氮、COD_Cr等污染物的含量的目的，从而净化畜禽养殖废水。由于接骨草的生命力非常旺盛，易于成活，在其整个生长过程中均不需要进行特殊管理，因而成本低、运行费用低、效果好、可操作性强；同时也为畜禽养殖废水污染的处理开发了新的植物资源品种，为人工湿地植物处理畜禽养殖废水污染的深入发展带来了新的进步和发展空间。

附图说明

图1是接骨草对废水中NH₄ ⁺-N的处理效果图；

图2是接骨草对废水中TP的处理效果图；

图3是接骨草对废水中TN的处理效果图；

图4是接骨草对废水中COD_Cr的处理效果图；

图5是接骨草对废水中浊度的处理效果图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例

本实施例为接骨草处理畜禽养殖废水的具体方法，包括以下步骤：

(1)直接移栽接骨草：

自然条件下，将采集到的接骨草幼苗直接移栽至24cm×24cm×33cm的橡胶桶中，所述橡胶桶的底部设布水管，底部放置直径2-5cm左右的砾石，厚度为5cm，其上铺厚度为10cm的沙层，最后在沙层上铺厚度为10cm(约计8kg)的土壤层；

(2)稳定植株，

自然条件下，用自来水稳定移栽接骨草植株15天；

(3)利用人工湿地处理畜禽养殖废水：

待植株稳定后，定期浇灌畜禽养殖废水，使畜禽养殖废水流入种植有接骨草的人工湿地系统进行处理。并采集水样及测定其出水水质(其中最佳水力停留时间为5天)；

通过测定不同进水量、不同水力停留时1、不同植株数目条件下盆栽人工湿地对污水中的NH₄ ⁺-N、COD_Cr、TP、TN等污染物的处理效果，确定盆栽试验最佳进水量为1.6L、最佳水力停留时1为5天、盆栽人工湿地中接骨草植株的数目为4株/桶。

其中盆栽试验进水量根据以下方法测定：

由Reed所推荐的估算公式计算盆栽试验进水量：

$Q=\frac{F}{K}$

式中：Q--设计废水流量，m³/d；

      F--人工湿地占用的土地面积，hm²；

      K--系数，6.57×10^-3。

经计算，盆栽实验的处理水量为0.88L。

据

$Q=\frac{\mathrm{Fqt}}{0.0365}$

公式得：Q为1.6L。

式中：Q、F同前；

      q--水力负荷，m/周，取q为20cm/d；

      t--运行时间(全年运行周数)，周/a；

      0.03565--换算系数。

参照前两个计算水量，延伸一个进水量2.5L。

通过测定污水中的NH₄ ⁺-N、COD_Cr、TP、TN等污染物的去除效果，确定本实施例的最佳进水量为1.6L；最佳水力停留时间为5天(HRT＝5d)；其种植接骨草的量为4株/桶。

湿地系统去除氨氮的机理包括植物和微生物的同化吸收。在人工湿地系统中，植物根系下可在原来的厌氧环境中形成有利于硝化作用的好氧微区，同时远离根系周围的厌氧区富含可利用的碳源可为反硝化细菌提供营养条件。试验期间，接骨草在进水氨氮浓度显著增加的同时其出水浓度的变化趋势趋于平稳，其平均净化效率达到97.69％，其进水和出水的平均浓度为136.83mg·L^-1和2.82mg·L^-1。

湿地中磷的存在形式主要有三种，即有机磷化合物、不溶性磷酸盐和可溶性磷酸盐。有机磷化合物主要存在于微生物和植物体内，不溶性磷酸盐是磷的主要存在形式，可溶性磷酸盐是唯一能被微生物和植物利用的形式。磷是植物生长的必要元素，接骨草对磷的去除效率非常明显，平均效率达到96.04％，其进水和出水的平均浓度为26.65mg·L^-1和0.97mg·L^-1。随进水浓度的增加，植物对磷的去除效率越为明显。

湿地系统去除总氮的机理包括植物吸收同化总氮和根际微生物硝化一反硝化作用。在试验期1，接骨草的去除效率比较明显，平均去除效率达到80.74％，其进水和出水的平均浓度为71.08mg·L^-1和16.20mg·L^-1。随着进水TN浓度的增大，植物对TN的去除效率也明显增大，当达到一定程度后随着进水TN浓度的增加去除效率明显降低。这与植物的生物量相关，生物量越大对N的富集能力越强，去除效果越明显，植物根系发达，且生物量较大是提高该系统氮素去除率的重要措施之一。

植物对有机物的去除主要是植物根系对可溶性有机物的吸附、吸收以及根际周围微生物的分解等作用实现的。被吸收到植物体内的有机物可被降解为无机化合物。在试验期1，接骨草对畜禽废水中COD_Cr的去除率可达82.38％。在试验期1，随进水浓度的不断上升，出水浓度逐渐趋于稳定，其进水和出水的平均浓度为366.42mg·L^-1和63.76mg·L^-1。

浊度是表现水中悬浮物对光线透过时所发生的阻碍程度。水中含有泥土、粉砂、微细有机物、无机物、浮游动物和其他微生物等悬浮物和胶体物都可使水样呈现浊度。水的浊度大小不仅和水中存在颗粒物含量有关，而且和其粒径大小、形状、颗粒表面对光散射特性有密切关系。在试验期1，接骨草对污水中浊度的去除效果非常明显，平均去除效率可达91.67％，其进水和出水的平均浓度为316.57mg·L^-1和23.2mg·L^-1。人工湿地系统对浊度的耐冲击负荷能力很强，说明人工湿地系统对浊度的去除有很大的提升空1。

在整个试验阶段，接骨草对畜禽养殖废水中氨氮、总磷、总氮、COD_Cr、浊度的平均净化效率分别为：97.69％、96.04％、80.74％、82.38％、91.67％；其氨氮、总磷、总氮、COD_Cr、浊度等污染物的进水和出水浓度见附图1-5。(各污染物的测定和计算均参照国家标准测定方法)

通过上述实施例子可见，本发明利用在畜禽养殖废水污染环境中种植接骨草，对去除畜禽养殖废水中氨氮、总磷、总氮、COD_Cr等污染物具有显著的效果，从而达到净化畜禽养殖废水污染的目的。

Claims (4)

1.接骨草在处理畜禽养殖废水中的应用，其特征在于：在引入畜禽养殖废水的人工湿地填料床上种植接骨草，形成人工湿地系统，对畜禽养殖废水进行净化处理。

2.根据权利要求1所述的接骨草在处理畜禽养殖废水中的应用，其特征在于：所述的接骨草在种植时采用直接移栽生长的方法。

3.根据权利要求1所述的接骨草在处理畜禽养殖废水中的应用，其特征在于其具体步骤如下：

（1）移栽接骨草：

自然条件下，将采集到的接骨草幼苗直接移栽至人工湿地填料床上；

（2）稳定植株，

自然条件下，用自来水稳定移栽接骨草植株15天；

（3）利用人工湿地处理畜禽养殖废水：

待植株稳定后，使畜禽养殖废水流入种植有接骨草的人工湿地系统进行处理。

4.根据权利要求3所述的接骨草在处理畜禽养殖废水中的应用，其特征在于：

步骤（1）中所述人工湿地填料床包括砾石层、沙层、土壤层，填料床的底部设置有水管，水管上方铺设有厚度为5cm的砾石层，所述砾石的直径范围为2-5cm ，砾石层上铺设厚度为10cm的沙层，沙层上铺厚度为10 cm的土壤层。

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