CN102329002A - 植物生态浮床在修复富营养化水体中的应用 - Google Patents

植物生态浮床在修复富营养化水体中的应用 Download PDF

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夏红霞
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Abstract

一种植物生态浮床在修复富营养化水体中的应用，所述生态浮床采用的植物是植株数量比在1～10：1的滴水观音和马蹄莲组合植株，进水速率为0.8～2.0L/h；富营养水体在处理前最好加入氯化铁。本发明植物生态浮床应用在修复富营养化水体中，对富营养水的处理效果好，对高浓度富营养化水体处理后，其对废水中总氮去除率达81.65%，总磷去除率可达84.49%。同时，本发明在富营养化水体中利用的浮床植物既能适应低温环境，又具有较高经济、观赏价值，在净化废水、改善水环境质量的同时还产生了可观经济效益，将传统的污染型农业变成了污染净化型新型农业，体现了生态农业的理念、改变了传统生态工程常年累月依靠政府投入资金的运作模式，具有深远意义。

Description

植物生态浮床在修复富营养化水体中的应用
技术领域
本发明涉及水处理领域，特别涉及利用植物生态浮床净化富营养水的应用领域。 
背景技术
以高等植物为主体的生态浮床技术具有效率高、投资少、运转费用低、可实现原位修复和控制污染物等特点,并能适应各种水深，植株的管理和收获也较人工湿地系统容易，因此被越来越多地应用于治理或修复水体。植物是浮床技术的组成成分之一，在污水处理过程中起着十分重要的作用。到目前为止，已筛选出芦苇、香根草、水稻、石菖蒲、菖蒲、凤眼莲、旱伞草、灯心草、水蕹菜、水芹菜、美人蕉等具有较强净化能力的植物，取得了较好的实验效果，但植物浮床技术的大规模市场化仍未有实质性进展。分析其原因主要在于以下三方面：第一，研究的植物经济价值较低，回收利用成本较高，经济效益不明显；第二，温度对植物浮床净化能力影响较大，低温下植物易于死亡，净化效果难以保证；第三，植物浮床的可靠性和处理效果稳定性不高等问题；如何将植物浮床成功地在水体净化中应用已成为日益关注的重点。 
发明内容
本发明的目的在于提供一种植物生态浮床在修复富营养化水体中的应用。 
本发明的目的是通过如下技术措施实现的： 
一种植物生态浮床在修复富营养化水体中的应用，其特征在于：所述生态浮床采用的植物是植株数量比为1～10：1的滴水观音和马蹄莲组合植株，所述进入生态浮床的富营养污水进水速率为0.8～2.0 L/h；处理前在富营养水体中加入氯化铁。
本发明富营养水泛指畜禽养殖场、屠宰场、厕所等排出的有机质含量高的废水。 
为了提高本发明生态浮床的处理效果及稳定性，上述富营养污水在所述生态浮床的停留时间为7天。 
为了进一步提高本发明生态浮床的处理效果，上述处理前在富营养水体中加入氯化铁的量为1～20mg/L。 
为了更进一步提高本发明生态浮床的处理效果，上述生态浮床采用的植物优选为植株数量比3：1的滴水观音和马蹄莲组合植株；上述进入生态浮床的富营养污水进水速率优选为1.6 L/h；上述处理前在富营养水体中加入氯化铁的量为5mg/L。 
具体地说，本发明生态浮床容积为3.6m3、对应植株为16株，其中滴水观音12株、马蹄莲4株，每株植株的高度为30cm～35cm。 
本发明生态浮床装置的水池中安放浮床载体，浮床载体镶嵌放入种植蓝，种植蓝中种植滴水观音和马蹄莲组合植物，向种植蓝内填充直径1 cm的废砖石以防植株倒伏；每个种植蓝中种植植物4株，用海绵加以固定。 
更具体地说，一种植物生态浮床在修复富营养化水体中的应用，其特征在于：所述植物生态浮床中安放浮床载体，浮床载体镶嵌放入种植蓝，种植蓝中种植植株数量比为3：1的滴水观音和马蹄莲组合植物，向种植蓝内填充直径1 cm的废砖石以防植株倒伏，每个种植蓝中种植植物4株，用海绵加以固定；所述进入生态浮床的富营养污水进水速率为1.6 L/h；处理前在富营养水体中加入5mg/L的氯化铁；所述富营养污水在生态浮床的停留时间为7天。 
本发明具有如下的有益效果： 
本发明植物生态浮床应用在修复富营养化水体中，对富营养水的处理效果好，对高浓度(CODcr浓度在350-400 mg/L) 富营养化水体处理后，其对废水中总氮去除率达81.65%，总磷去除率可达84.49%。
同时，本发明在富营养化水体中利用的浮床植物既能适应低温环境，又具有较高经济、观赏价值，在净化废水、改善水环境质量的同时还能产生可观的经济效益，将传统的污染型农业变成了污染净化型新型农业，不仅体现了生态农业的理念，而且改变了传统生态工程常年累月依靠政府投入资金的运作模式，具有深远意义。体现了污水处理、生态修复以及景观建设和经济效益相兼顾的可持续发展，具有理论研究与应用研究相结合的特点，这为富营养化水体修复的实践应用提供新颖思路和理论依据。 
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行进一步的详细说明，但以下说明并不是对本发明的进行限定，任何对本发明的变形和改变，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明所附权利要求所定义的范围。 
实施例1  植物生态浮床的构建 
生态浮床为长方体装置，其体面尺寸2.0m×1.5m，有效水深1.2m，有效容积为3.6 m3；在其中安放浮床载体，并在其中镶嵌放入种植蓝，每个种植蓝中种植植物4株，向种植蓝内填充直径1 cm的废砖石以防植株倒伏并以海绵加以固定；其中，滴水观音12株、马蹄莲4株，每株植株30～35cm长度。所述废砖石也是微生物膜附着的载体，以提高浮床的微生物量，起到改善水质的目的。
在构建的浮床系统中，加了5mg/L氯化铁的富营养水经转子流量计进入水池后，由底部进入生态浮床区、进水速率为1.6L/h，水力停留时间为7天，经生态浮床系统处理后，从溢流堰流出，再流经铺有15cm厚、长2m的沙沟后排出浮床系统。 
实施例2-5：植物生态浮床在修复富营养化水体中的应用，按以下处理方式进行，其余与实施例1同。 
实施例 浮床植株组成（每株高30cm） 富营养水进水速率 富营养水体中加氯化铁的量 水力停留时间
2 8株滴水观音；8株马蹄莲 0.8 L/h 2mg/L 7天
3 14株滴水观音；2株马蹄莲 1 .0L/h 6 mg/L 8天
4 9株滴水观音；7株马蹄莲 1.2L/h 11 mg/L 6天
5 11株滴水观音；5株马蹄莲 2.0L/h 18 mg/L 7天
实施例6  本发明植物生态浮床在修复富营养化水体中的应用的效果考察 
1、对不同浓度级富营养化水体的处理
选择经CASS工艺处理后的畜禽养殖废水，稀释成不同浓度进行处理，研究废水浓度对浮床系统净化能力的影响。试验废水浓度设为三个梯度：低浓度(LW)——CODcr浓度在50-60 mg/L； 中等浓度(MW)——CODcr浓度在150-180 mg/L；高浓度(HW)——CODcr浓度在350-400 mg/L。
实验结果显示，30 d内三种浓度条件下，本发明净化率均高于对照（未有植株的系统），显示了本发明对TP、TN的净化优势。LW下对照处理TP去除率85.83%，本发明实施例1为94.12%；MW下对照处理TP去除率90.33%，本发明实施例1为98.81%；HW下对照处理TP去除率70.01%，本发明实施例1为84.49%。LW下对照处理TN去除率68.08%，本发明实施例1为76%；MW下对照处理TN去除率86.71%，本发明实施例1为94%；HW下对照处理TN去除率63.93%，本发明实施例1为81.65%。 
2、植物对废水污染因子的耐受力 
滴水观音在CODcr 50-60mg/L和CODcr 150-180mg/L污水中培养至第30d，植株下部叶片开始枯黄；在CODcr 350-400mg/L污水培养之第20d，植株下部叶片就已经枯黄，但主茎仍保持绿色，各根系均为白色，并且都长出少许新芽；而马蹄莲在CODcr 150-180mg/L和CODcr 350-400mg/L的污水中培养至20d后下部叶片开始枯萎但有嫩芽发出。
3、供试植物的适应能力与生理特性 
供试植物种植在污水中生长一个月后，在植物根系数量、长度、活力以及叶片数量、叶片过氧化物酶活性方面都表现出差异。从根系数量来看，根系较多的植物是滴水观音，其根系数量都在40条以上；从长度来看，滴水观音的根系长度都在29cm以上。根系活力较强的是滴水观音，其根系对α-萘胺的生物氧化强度都在50 ug·g-1·h-1以上，而马蹄莲根系对α-萘胺的生物氧化强度都在47ug·g-1·h-1以下。马蹄莲、滴水观音植株的过氧化物酶活性则都在50 U·g-1min-1以上。
本发明在富营养化水体中利用浮床种植滴水观音，通过滴水观音根系吸收水体中的氮磷等污染物质，当植物长到成熟期时，将植物部分从水体中移走。利用滴水观音吸收水体中的氮磷等物质，可永久性解决水体的富营养化，净化水质，具有能耗较低、费用低廉，操作性强，不引起二次污染，大大降低修复成本。将长大的滴水观音植株可作为观赏植物或药用植物销售，可在短期内净化水质的同时获得显著的经济效益，极大提高植物修复技术的市场竞争力。 
针对目前人工湿地研究植物经济价值低、冬季易死亡、冬季净化效果无法保障等问题，本研究拟利用筛选出的既能适应低温环境，又具有较高经济价值、观赏价值、适应性较强的观赏植物净化富营养化水体。利用经济价值较高的多年生观赏植物净化富营养化水体，在净化废水、改善水环境质量的同时还能产生可观的经济效益，将传统的污染型农业变成了污染净化型新型农业，不仅体现了生态农业的理念，而且有望改变传统生态工程常年累月依靠政府投入资金的运作模式，具有深远意义。体现了污水处理、生态修复以及景观建设和经济效益相兼顾的可持续发展思想，具有理论研究与应用研究相结合的特点，这为富营养化水体修复的实践应用提供新颖思路和理论依据。 

Claims (6)

1.一种植物生态浮床在修复富营养化水体中的应用，其特征在于：所述生态浮床采用的植物是植株数量比大约在1～10：1的滴水观音和马蹄莲组合植株，所述进入生态浮床的富营养污水进水速率为0.8～2.0 L/h；所述富营养水体在处理前最好加入氯化铁。
2.如权利要求1所述的应用，其特征在于：所述处理前在富营养水体中加入氯化铁的量为1～20mg/L。
3.如权利要求1或2所述的应用，其特征在于：所述富营养污水在所述生态浮床的停留时间为7天。
4.如权利要求1或3所述的应用，其特征在于：所述生态浮床采用的植物优选为植株数量比3：1的滴水观音和马蹄莲组合植株；所述进入生态浮床的复富营养污水进水速率优选为1.6 L/h；所述处理前在富营养水体中加入氯化铁的量为5mg/L。
5.如权利要求4所述的应用，其特征在于：所述生态浮床容积为3.6m3、对应植株为16株，其中滴水观音12株、马蹄莲4株，每株植株的高度为30cm～35cm。
6.如权利要求1所述的应用，其特征在于：所述植物生态浮床中安放浮床载体，浮床载体镶嵌放入种植蓝，种植蓝中种植植株数量比为3：1的滴水观音和马蹄莲组合植物，向种植蓝内填充直径1 cm的废砖石以防植株倒伏，每个种植蓝中种植植物4株，用海绵加以固定；所述进入生态浮床的富营养污水进水速率为1.6 L/h；处理前在富营养水体中加入5mg/L的氯化铁；所述富营养污水在生态浮床的停留时间为7天。
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