CN108217965A - 植物浮床及其在治理水体污染中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种植物浮床，主要由支撑架、安装在支撑架底部的浮体和支撑架上面的载体构成，所述支撑架由支架单体拼接搭建成一平面，所述浮体使支撑架浮在水面上，所述载体包括支撑架上的支撑网及其上铺设的泥土和植物腐殖质，载体上混种两种或两种以上水生植物；水生植物吸收水体中的氮、磷等营养元素，减轻水体的富营养化程度，从而达到净化水质的效果；本发明还提供所述植物浮床用于治理水体污染的方法。

Description

植物浮床及其在治理水体污染中的应用

技术领域

本发明涉及水体治理技术,具体是植物浮床及其在治理水体污染中的应用。

背景技术

当前，水体富营养化问题已成为我国最主要的水污染难题之一。据统计，我国许多湖泊、河水已处于中度营养和富营养状态，部分处于严重富营养化状态。水体富营养化往往使浮游植物特别是藻类大量爆发，导致水体溶解氧降低，悬浮物含量增加，威胁鱼类等其他水生生物的生存，破坏生态平衡，还有可能通过给水系统危害到公众的饮水健康。水体富营养化具有发展快、危害大和难治理等特点。目前，对于富营养化水体处理主要有打捞藻类、疏挖底泥等物理方法及使用化学杀藻剂如硫酸铜、石灰粉等化学方法，但效果甚微，且花费较高，还容易造成二次污染。

植物浮床对污染水体进行原位处理，不额外占用土地，不消耗能源，管理简单，成本低，在当今我国土地资源紧缺、能源供应紧张的情况下，具有很好的实用性。人工浮床是在水面种植水生植物、湿地植物和驯化的陆生植物，通过由植物、微生物及水生动物所构成的生态系统对水质进行净化，利用水生植物的营养吸收作用、遮光效应、化感作用、供氧作用以及为有益细菌提供生存环境等作用，同时释放有益分泌物，降解水体中的有机物，增加水体透明度，从而有效进行水体修复的技术。

中国发明专利CN200610039906.X公开了一种用漂浮植物浮床治理湖泊风浪区富营养化的方法,是选择苋科、莲子草属的喜旱莲子菜作为漂浮植物，将其种植在漂浮载体上共同构成一漂浮植物浮床，所说漂浮载体可以是网袋或竹排。其存在的问题是：只能选用无土栽培的水生植物，要人工定期清理落叶，容易带来落叶腐败发臭二次污染。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷，提供一种植物浮床，用于吸收水体中的氮、磷等营养元素，减轻水体的富营养化程度，从而达到净化水质的效果。

本发明的目的还在于提供所述植物浮床用于治理水体污染的方法。

本发明的植物浮床主要由支撑架、安装在支撑架底部的浮体和支撑架上面的载体构成，所述支撑架由支架单体拼接搭建成一平面，所述浮体使支撑架浮在水面上，所述载体包括支撑架上的支撑网及其上铺设的泥土和植物腐殖质，载体上混种两种或两种以上水生植物。根据植物成长规律定期收割，保留植物根须，既能使氮磷从水体中输出，又能产生可观的经济价值和景观价值，形成产业链。

为使载体更好地固定在支撑架上，在支撑架上的支撑网为两层或以上聚乙烯网，网孔直径为 1.5 cm，厚度2mm，聚乙烯网上依次铺覆腐殖质和固定水生植物的根部的泥土。

所选用的水生植物包括：浮水植物、蔓生植物、湿生植物、挺水植物、草本植物、浮叶植物中的两种或两种以上。优选浮水植物、挺水植物和浮叶植物搭配种植。浮床上面种植不同的水生植物，整体呈现绿色，个别植物花期色彩绚丽，既生态经济又具有观赏价值。

为了达到美观、方便收割和重心平衡的效果，所述支架单体由轻质杆连接

的方形、圆形、菱型或三角形构成，所述轻质杆包括竹竿、塑料杆、聚酯杆或木杆。

支撑架由2-10 个支架单体拼接成矩形，支架单体面积为 1-1.5m²。

浮体为浮筒，分别均布在支撑架底；单体之间留有20cm的间距，单体之间用轻质杆连接捆绑固定。利用植物及微生物的自身生长规律进行水质净化。单体之间留有约20cm 左右的距离，便于以后蔬菜的采摘。单体之间用竹竿连接捆绑固定，确保植物浮床在水面上排列规整，不受外力如风力的影响而乱移动位置。支撑架能支撑植物浮床的重力，使植物浮床浮于水面可随水位的涨落上下移动。

用绳索牵引植物浮床到固定在水体中的竖杆上。结合河流流速，水位变幅，水流方向等特点，将植物浮床用绳索牵引到固定在水体中的竖杆上，牢固的安置在河内，这种固定方法可以使浮床的位置根据水位的变化而随之改变，使用寿命得到保证。

所述植物浮床用于治理水体污染的方法，包括如下步骤：

（1）搭建支撑架，将浮体安装在支撑架底部；

（2）支撑架上面安装支撑网，上面铺一层泥土和植物腐殖质，混种两种或

两种以上水生植物，将水生植物的根部固定在泥土和植物腐殖质中；

（3）定期收割植物，保留根须。

步骤（2）中，先在支撑架上铺设两层聚乙烯网，网孔直径为 1.5 cm，厚度2mm，然后铺覆一层腐殖质，移栽植物幼株，再用泥土固定植物的根部。

步骤（3）中，冬季收割水生植物1次，春、夏、秋季收割水生植物2-3次。

为了使植物浮床可周年循环修复污染水体，本发明挑选耐污性能强、净化水

质效果好、具有一定经济价值、景观效果显著的水生植物搭配种植。所选用的水生植物包括：浮水植物、蔓生植物、湿生植物、挺水植物、草本植物、浮叶植物中的一种或一种以上。

所述浮水植物包括水鳖、香菇草、大薸、凤眼莲；

所述蔓生植物包括空心菜；

所述湿生植物包括卤蕨；

所述挺水植物包括梭鱼草、菖蒲、鸢尾、美人蕉、再力花、泽泻、狐尾藻、高杆莎草、水竹、野生荸荠、紫杆水芋、花叶芦竹；

所述草本植物包括斑茅、海芋、马鞍藤、田菁、彩叶芋；

所述浮叶植物包括睡莲、碗莲。

按用途分类，选用的水生植物包括水生蔬菜、药用植物、动物饲料植物、化

肥植物、景观植物中的一种或一种以上。

所述水生蔬菜包括水芹菜、荸荠、空心菜。

所述药用植物包括水鳖、香菇草、卤蕨、美人蕉、泽泻、马鞍藤、田菁、彩叶芋。

所述动物饲料大薸、凤眼莲、菖蒲、狐尾藻、海芋、田菁。

化肥植物包括梭鱼草、鸢尾、再力花、高杆莎草、水竹、紫杆水芋、花叶芦竹、斑茅、田菁、睡莲。

景观植物包括全部植物。

发明人经过创造性探索，发现水生植物混种有更强的氮磷吸收效果，这是由于不同植物侧重于吸收的营养盐不同，以及对水体富营养化程度的耐受能力不同，造成其对水体环境适应能力有所差异，故选取不同种类的植物混种，有助于水质净化效率的提高，而且在景观应用中某些水生植物混作也能起到很好的景观配置作用。其中混种效果最好的水生植物组合包括菖蒲，泽泻与再力花混种。

本发明的植物浮床的水质净化作用主要是针对富营养化的水质，利用表面积很大的植物根系在水中形成浓密的网，并在植物根系表面形成生物膜，膜中的微生物吸附、吸收水体中氮、磷等物质，同时释放出大量能降解有机物的分泌物，从而加速减少氮、磷等有机物在水体中的含量。部分水质指标的提高，特别是DO的大幅度增加，为水体中的鱼虾、微生物等提供良好的繁殖条件，同时植物浮床还可以阻挡阳光直接照射在水面上，降低藻类进行光合作用的光照强度，有效地抑制浮游植物的过量繁衍，使水体透明度大幅度提高，水质得到改善，从而达到净化水质的效果。植物浮床净化水质的原理和功能如下：

（1）接触氧化：增加水体生物接触氧化的边缘面积，起到水体净化功能；

（2）对内源营养物质的吸收即脱氮除磷；

（3）通过植物发达的根系及其根系表面所附着的生物膜（含有大量的细菌和原生动物等），分泌大量的酶，加速水体中大分子污染物的降解过程，使水质得到净化；

（4）对藻类的化感作用及克藻效应；

（5）植物与微生物的协同效应，主要表现在输送氧气至根区和维持介质的水力传输；

（6）植物对重金属的去除。

绿色植物还可以通过光合作用调节大气中二氧化碳和氧气的平衡，其实质体现为一种汇集、吸收、固定和储存二氧化碳的能力。植物在生长的过程中，通过光合作用将叶子吸收的二氧化碳和根部输送上来的水分转化为糖和氧气，最后二氧化碳以有机质的形式被储存在植物的茎叶中，对大气中的二氧化碳达到吸收、固定作用，具有减缓温室效应的功能，从而也产生了一定的碳汇经济效益。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

（1）降低水体中的氮、磷含量，减轻水体的富营养化程度，从而达到净化

水质的目的。植物在其生长过程中需要大量吸收氮、磷等营养元素，而这些营养元素正是水体富营养化的物质基础。因此，植物通过吸收同化作用从污染水体中将营养物质带走；

（2）减少大气中二氧化碳的浓度，减缓温室效应。植物的生长需要进行光合作用，二氧化碳以有机质的形式被储存在植物的茎叶中，进而可以产生一定的经济价值；

（3）植物浮床可以达到净化水质和重建健康水生生态系统的双重效果。经过植物浮床的处理，富营养化水体的其他理化性质也发生了良性转变，如总悬浮物的减少增加了水体透明度，有利于水生植物的生长，溶解氧的增加不但有利于水生动物的生长，也为能降解有机污染物的好氧细菌提供了生存条件。而水华藻类（主要是蓝藻或裸藻）密度的减少以及其他藻类的增多有利于水生生态系统的修复和重建；

（4）通过合理搭配，形成多类型、多层次结构的种植方式，植物浮床能营造出良好的景观效果，维持水生动物物种多样性。水生植物能够为水生动物提供栖息地和食物源。采用多种观赏植物及植物组合，一方面可以净化水体，同时又可以达到美化景观水体的效果；

（5）通过对植物应用价值的研究，投入产业化应用，从而产生经济价值。吸收的氮、磷可以形成固氮、固磷经济。植物的固碳作用可以产生固碳经济效益。具有药用价值的植物可提取药用原料，动物可食性植物可制备动物饲料，普通植物可用来制备生物肥料。

（6）本发明植物浮床技术具有造价低廉、运行简便、增加水体自净能力、改善景观环境等优点，具有显著的环境、社会、经济效益和广阔的应用前景：

环境效益：植物浮床能够大面积消除水体中的一系列污染物质，可以有效的减少水体的富营养化问题，同时植物的光合作用可以起到碳汇作用，这对于保护环境、城市绿化、生态建设以及减缓温室效应具有很大的意义。而且植物浮床材料无污染，耐腐蚀，经久耐用，浮床的浮体形状变化多样，结构新颖，易于制作和搬运，不受水位限制，不造成河道淤积，可以达到水上绿化的效果，更接近自然。

经济效益：植物浮床的植物和载体材料来源广，成本低，可以在植物浮床上种植大量的经济作物和相关粮食作物以此来提高其经济效益。无需专人管理，只需定期收获，大大减少了人工和设置的投资，降低了维护保养费和设备的运行费。

社会效益：植物浮床去污效果较好且投资小的优点，使其在市场上容易被推广及应用，对协调当今社会发展经济和保护环境两者之间的矛盾有重要的意义，实现经济增长与环境保护的协调发展。

附图说明

图1为本发明植物浮床结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3为图1中的支架单体结构示意图。

具体实施方式

如图1、2所示，本发明的植物浮床由主要由支撑架1、安装在支撑架底部的浮体2和支撑架上面的载体3构成，所述支撑架由支架单体1-1、1-2拼接搭建成一平面，所述浮体2使支撑架1浮在水面上，所述载体3包括支撑架上的支撑网3-1及其上依次铺设的植物腐殖质3-2及泥土3-3，载体上混种两种或两种以上水生植物4-1、4-2。

支撑网为两层或以上聚乙烯网，网孔直径为1.5cm，厚度2mm。

用绳索5牵引植物浮床到固定在水体中的竖杆6上。

如图3所示，支撑架1由2个长方形单体1-1、1-2构成，每个单体由四根竹竿垂直连接构成。

实施例

在河面较宽处，搭建植物浮床，种植水生植物。

支撑架：用竹竿组装成长方形单体，每个单体设计为四边形，每个单体面积设计为1-1.5m²，一个植物浮床由 8-10 个单体组装而成，浮床上面种植不同的水生植物，整体呈现绿色，个别植物花期色彩绚丽，既生态经济又具有观赏价值。

载体：支撑架上铺设两层聚乙烯网，网孔直径为 1.5 cm，厚度2mm，上面铺覆一层腐殖质，移栽植物幼株，用泥土固定植物的根部。

浮体：为塑料浮筒，分别组合在支撑架单体的4个角。利用植物及微生物的自身生长规律进行水质净化的人工漂浮结构。

单体之间留有约20cm 左右的距离，便于以后蔬菜的采摘。单体之间要用竹竿连接捆绑固定，确保浮床在水面上排列规整，不受外力如风力的影响而乱移动位置。支撑架需要能够承担浮床的重力，使浮床浮于水面可随水位的涨落上下移动。因此须要结合河流流速，水位变幅，水流方向等特点，将植物浮床用绳索牵引到固定在水体中的竖杆上，牢固的安置在河内，这种固定方法可以使浮床的位置根据水位的变化而随之改变，使用寿命得到保证。

选种26种可以自身连续繁殖生长的水生植物。

管理过程中，夏季，植物生长速度比较快且生长的较旺盛，需要对河道进行及时的清理，实现平均两次的收割；冬季，植物多处在败落期，在即将衰败而又没有完全衰败的时候收割，及时清理枯死、倒伏的水生植物，保护根系安全过冬。每两个月收获一次，保留根和新生的茎叶，再将收获的植物用于产生经济价值。

对于不同的植物，采取不同频次的修剪和不同方式的修剪；芦幸等长势较快的水生植物需要定期进行收割等处理，并充分利用，采取区域间不定期轮流收割的方法，维持湿地环境内各种生长期中的芦苹，有益于不同生物在芦幸不同生长期时其的需求。另外，对于强势生长的物种应加以适度的采收，来避免其侵占水域，从而导致水体溶氧过低的情况产生。

经检测，本发明植物浮床净化水质的效果如下表，其中表1是本发明的植物浮床种植单种植物对水体氮磷的去除率；表2是本发明的植物浮床混种植物对水体氮磷的去除率；表3是本发明的植物浮床种植单种植物对水体重金属的去除率；表4是本发明的植物浮床种植水生植物的固碳效果；表5是本发明的植物浮床种植水生植物的经济效益。：

对比表1、表2发现，通过对植物进行单作及混合种植，水生植物混种比单种有更强的氮磷处理效果。这是由于不同植物侧重于吸收的营养盐不同，以及对水体富营养化程度的耐受能力不同，造成其对水体环境适应能力有所差异。故选取不同种类的植物混种，有助于水质净化效率的提高。而且在景观应用中某些水生植物混作也能起到很好的景观配置作用。

可见本发明植物浮床具有去除重金属效果：利用水生高等植物所具有的富集能力，从水体中吸收重金属离子，能够净化水质。水生植物对重金属吸收净化的基础是它们对这些物质有较强的抗性，能在这些物质含量较高的水体中生存并生长。重金属可贮存于植物体内的某些部位，被吸附的重金属离子一小部分通过质外体或共质体途径进入根细胞，大部分金属离子通过专一的或通用的离子载体或通道蛋白进入根细胞。吸收在根系内的重金属主要分布在质外体或形成磷酸盐、碳酸盐沉淀，或与细胞壁结合。

可见，本发明植物浮床具有固碳作用：植物在生长的过程中，通过光合

作用将二氧化碳以有机质的形式储存在植物的茎叶中，对大气中的二氧化碳达到吸收、固定作用，具有减缓温室效应的功能，从而也产生了一定的碳汇经济效益

表5

Claims (10)

1.一种植物浮床，其特征在于主要由支撑架、安装在支撑架底部的浮体和

支撑架上面的载体构成，所述支撑架由支架单体拼接搭建成一平面，所述浮体使支撑架浮在水面上，所述载体包括支撑架上的支撑网及其上铺设的泥土和植物腐殖质，载体上混种两种或两种以上水生植物。

2.根据权利要求1所述植物浮床，其特征在于在支撑架上的支撑网为两层或以上聚乙烯网，网孔直径为 1.5 cm，厚度2mm，聚乙烯网上依次铺覆腐殖质和固定水生植物的根部的泥土。

3.根据权利要求1或2所述植物浮床，其特征在于所选用的水生植物包括：浮水植物、蔓生植物、湿生植物、挺水植物、草本植物、浮叶植物中的两种或两种以上。

4.根据权利要求3所述植物浮床，其特征在于所述水生植物选用浮水植物、

挺水植物和浮叶植物搭配种植。

5.根据权利要求4所述植物浮床，其特征在于所述支架单体由轻质杆连接

的方形、圆形、菱型或三角形构成，所述轻质杆包括竹竿、塑料杆、聚酯杆或木杆。

6.根据权利要求5所述植物浮床，其特征在于支撑架由2-10 个支架单体拼接成矩形，支架单体面积为 1-1.5m²。

7.根据权利要求6所述植物浮床，其特征在于浮体为浮筒，分别均布在支撑架底；单体之间留有20cm的间距，单体之间用轻质杆连接捆绑固定。

8.根据权利要求7所述植物浮床，其特征在于用绳索牵引植物浮床到固定在水体中的竖杆上。

9.权利要求1—8之一所述植物浮床用于治理水体污染的方法，包括如下步骤：

（1）搭建支撑架，将浮体安装在支撑架底部；

（2）支撑架上面安装支撑网，依次铺上植物腐殖质、泥土，混种两种或

两种以上水生植物，将水生植物的根部固定在泥土中；

（3）定期收割植物，保留植物根须。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于步骤（2）中，先在支撑架上铺设两层聚乙烯网，网孔直径为 1.5 cm，厚度2mm，然后铺覆一层腐殖质，移栽植物幼株，再用泥土固定植物的根部。