CN101774698B - 橐吾在处理畜禽养殖废水中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了橐吾在处理畜禽养殖废水中的应用，属于废水处理领域，采用的技术方案为在畜禽养殖废水污染环境中，种植橐吾，本发明充分利用橐吾的抗寒性以及对废水中污染物的吸附去除性，将其种植于畜禽养殖废水污染的环境中，吸收积累废水中的污染物，从而降低污水中污染物的含量，净化畜禽养殖废水；本发明能够防止对水体的二次污染，保证了净水效果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，无论在运行成本、操作维护、处理效果上，还是在所带来的额外的景观、药用等经济价值上，相对于现有用于净化污水的植物都具有明显的优势。

Description

橐吾在处理畜禽养殖废水中的应用

技术领域

本发明涉及畜禽养殖废水的自然生物降解技术领域，特别涉及一种人工湿地植物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。然而，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。自然生物降解技术(人工湿地处理)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。采用自然生物降解技术(人工湿地处理)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。

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。目前已用于处理畜禽养殖废水污染的植物有风车草(Cyperus alternifolius)、黄花美人蕉(Cannaceae indica var.flava)、黄花鸢尾(Iris pseudoacorus)、菖蒲(Acoruscalamus Linn)、茭白(Zizania latifolia)、芦苇(Phragmites australis)等。

但是，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。另外，目前大多数用于净化污水的植物为一年生草本，耐寒性差，冬季枯萎，这不但影响了冬季对畜禽养殖废水的净化效果，而且枯枝落叶进入水中，会给水体带来新的污染，从而导致冬季对畜禽养殖废水的净化效果不理想。

橐吾(Ligularia sibirica)为多年生草本。根肉质，细而多。茎直立，高52-110cm，最上部及花序被白色蛛丝状毛和黄褐色有节短柔毛，下部光滑，基部直径2.5-11mm，被枯叶柄纤维包围。丛生叶和茎下部叶具柄，柄长14-39cm，光滑，基部鞘状，叶片卵状心形、三角状心形、肾状心形或宽心形，长3.5-20cm，宽4.5-29cm，先端圆形或钝，边缘具整齐的细齿，基部心形，弯缺长为叶片的1/3至1/4，两侧裂片长圆形或近圆形，有时具大齿，两面光滑，叶脉掌状；茎中部叶与下部者同形，具短柄，柄长3-14cm，鞘膨大，长3-6cm；最上部叶仅有叶鞘，鞘缘有时具齿。总状花序长4.5-42cm，常密集；苞片卵形或卵状披针形，下部者长达3cm，宽0.8-2cm，向上渐小，全缘或有齿；花序梗长4-12mm，稀下部者长达8cm；头状花序多数，辐射状；小苞片狭披针形，全缘，光滑，近膜质；总苞宽钟形、钟形或钟状陀螺形，基部圆形，长7-14mm，宽6-11mm，总苞片7-10片，2层，披针形或长圆形，宽2-5.5mm，先端急尖、钝三角形或渐尖，背部光滑，边缘膜质、有时紫红色。舌状花6-10mm，黄色，舌片倒披针形或长圆形，长10-22mm，宽3-5mm，先端钝，管部长5-10mm；管状花多数，长8-13mm，管部长4-7mm，冠毛白色与花冠等长。瘦果长圆形，长达10mm，光滑。花果期7-10月。本种以土紫菀、山紫菀之名入药。生于海拔373-2200m的沼地、湿草地、河边、山坡及林缘。

目前，橐吾由于其花期长、花漂亮，一般作为观花观叶植物。

另外，目前橐吾还作为药用，具有润肺，化痰，止咳等功效。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述现有技术可用于处理畜禽养殖废水污染的植物资源不足、耐寒性差、容易对污水水体造成二次污染的问题，提供一种可用于处理废水尤其是畜禽养殖过程中产生的废水的新的植物资源。

本发明采用的技术方案是这样的：橐吾在处理畜禽养殖废水中的应用，采用高29cm，底径26cm，高32cm的橡胶桶，底部设布水管，桶内底层铺有厚度为5cm、直径在2-5cm的砾石层，在砾石层上面铺有10cm厚的粗砂层，砂层上面是10cm厚的土壤层；将采集到的橐吾幼苗直接移栽到橡胶桶中，用自来水稳定15天，待植株稳定后定期定量的浇灌畜禽养殖废水，采集水样及测定水样中氨氮、总磷、总氮、化学耗氧量、总有机碳含量的水质数据，分别得到对氨氮、总磷、总氮、化学耗氧量、总有机碳的平均净化率为91.96％、97.86％、91.51％、89.33％、97.47％；依据平均净化率数据，进一步将一定数量的橐吾种植在畜禽养殖废水的湿地环境中，定期修剪清除种植的橐吾的老叶部分，通过定期修剪清除植物的老叶部分，防止枯枝落叶进入水体对水体造成二次污染，待橐吾繁殖到一定生物量后就能有效地净化湿地中的畜禽养殖废水，种植橐吾的量为4株/桶。

作为优选：将所述的橐吾进行直接移栽种植。

作为进一步优选：定期修剪清除种植的橐吾的老叶部分。

发明人在长期大量的试验研究过程中，发现橐吾能作为一种新型的人工湿地植物，能有效降低畜禽养殖废水中的氨氮(即NH₄ ⁺-N)、总磷(即TP)、总氮(即TN)、化学耗氧量(即COD_Cr)、总有机碳(即TOC)等污染物的含量，主要基于在长期大量试验中发现的橐吾对上述污水中常见的污染物的显著吸附和去除特性，于是将其应用于畜禽养殖的废水处理。

综上所述，本发明的有益效果是：

1、本发明通过长期大量试验发现橐吾对畜禽养殖废水中NH₄ ⁺-N、TP、TN、COD_Cr、TOC等污染物具有显著的吸附和去除特性，并充分利用了这种特性，将其种植于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NH₄ ⁺-N、TP、TN、COD_Cr、TOC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NH₄ ⁺-N、TP、TN、COD_Cr、TOC等污染物的含量的目的，进一步净化畜禽养殖废水。

2、通过定期对在种植了橐吾的畜禽养殖废水中采集水样以及对其出水水质进行测定，充分证明橐吾能有效去除畜禽养殖废水中NH₄ ⁺-N、TP、TN、COD_Cr、TOC等污染物的含量，从而净化畜禽养殖废水。

3、由于橐吾本身的生命力非常旺盛，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；抗寒能力强，在冬季也可保持很好的去污效果；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。

4、可通过定期修剪清除植物的老叶部分，防止枯枝落叶进入水体对水体造成二次污染，保证了净水效果；并且橐吾抗寒，冬季可继续存活、生长，且自然繁殖生长快速，为多年生草本植物，不需要每年栽种，在操作上简单易行，运行成本低。

5、橐吾是优良的观花观叶植物，具有较强的景观和药用等经济价值，与现有技术相比，本发明无论在运行成本、操作维护、处理效果上，还是在所带来的景观、药用等经济价值上，都具有明显的优势。

附图说明

图1是橐吾对畜禽养殖废水中NH₄ ⁺-N的处理效果示意图；

图2是橐吾对畜禽养殖废水中TP的处理效果示意图；

图3是橐吾对畜禽养殖废水中TN的处理效果示意图；

图4是橐吾对畜禽养殖废水中COD_Cr的处理效果示意图；

图5是橐吾对畜禽养殖废水中TOC的处理效果示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

自然条件下，将采集到的橐吾幼苗直接移栽至高29cm，底径26cm、高32cm的橡胶桶中，其底部设布水管，由底至上依次为厚度5cm、直径2-5cm左右的砾石层，10cm厚的粗沙层，10cm厚(约计8kg)的土壤层，自来水稳定15天。待植株稳定后，定期浇灌畜禽养殖废水，并采集水样及测定其出水水质(水力停留时间设为7天)。盆栽试验进水量由Reed所推荐的估算公式(1)测定：

$Q=\frac{F}{K}---\left(1\right)$

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1.22L。

另有公式(2)，

$Q=\frac{\mathrm{Fqt}}{0.0365}---\left(2\right)$

公式(2)中：Q、F同公式(1)；

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；

0.0365-换算系数。

经计算：Q＝2.2L。

通过测定污水中的

COD_Cr、TP、TN、TOC等污染物的去除效果，本实施例确定其进水量为2.2L；最佳水力停留时间为7天(HRT＝7d)；其种植橐吾的量为4株/桶。

对废水中NH₄ ⁺-N、TP、TN、COD_Cr、TOC的测定和计算方法，均参照国家标准测定方法，即，NH₄ ⁺-N采用纳氏试剂分光光度法(GB7479-87)，TP采用钼酸铵分光光度法(GB11893一89)，TN采用过硫酸钾氧化紫外分光光度法(GB11894-89)，COD_Cr采用重铬酸钾氧化法(GB11914-89)，TOC采用燃烧氧化-非分散红外吸收法(HJ501-2009)。

采用橐吾净化畜禽养殖废水时NH₄ ⁺-N、TP、TN、COD_Cr、TOC等污染物的进水和出水浓度以及去除率参见附图1-5，由图中可以看出，其对畜禽养殖废水中NH₄ ⁺-N、TP、TN、COD_Cr、TOC的净化效率分别为：85.56％～95.44％、94.28％～99.39％、84.44％～93.72％、85.64％～92.20％、93.02％～99.54％；平均净化效率分别为：91.96％、97.86％、91.51％、89.33％、97.47％。

通过上述实施例可见，本发明利用在畜禽养殖废水污染环境中种植橐吾，对去除畜禽养殖废水中NH₄ ⁺-N、TP、TN、COD_Cr、TOC等污染物具有显著的效果，达到了很好的净化畜禽养殖废水污染的目的。

Claims (1)

1.橐吾在处理畜禽养殖废水中的应用，其特征在于：在橡胶桶的底部设布水管，桶内底层铺有厚度为5cm、直径在2-5cm的砾石层，在砾石层上面铺有10cm厚的粗砂层，砂层上面是10cm厚的土壤层；自然条件下，将采集到的橐吾幼苗直接移栽到橡胶桶中，用自来水稳定15天，待植株稳定后定期定量的浇灌畜禽养殖废水，采集水样及测定水样中氨氮、总磷、总氮、化学耗氧量、总有机碳含量的水质数据，分别得到对氨氮、总磷、总氮、化学耗氧量、总有机碳的平均净化率为91.96％、97.86％、91.51％、89.33％、97.47％；依据平均净化率数据，进一步将一定数量的橐吾种植在畜禽养殖废水的湿地环境中，定期修剪清除种植的橐吾的老叶部分，通过定期修剪清除植物的老叶部分，防止枯枝落叶进入水体对水体造成二次污染，待橐吾繁殖到一定生物量后就能有效地净化湿地中的畜禽养殖废水，种植橐吾的量为4株/桶。

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