CN108946953A - 一种水生植物组合净化污水的方法 - Google Patents

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吴建平
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Abstract

本发明的目的是提供一种水生植物组合净化污水的方法，包括以下步骤：水样的测定：取需净化的污水，测定其总氮的含量；水生植物的选择：根据水样中测定的总氮的含量，种植挺水植物、浮水植物和沉水植物，确定挺水植物、浮水植物和沉水植物的种类和种植密度；水生植物的种植：将挺水植物、浮水植物和沉水植物种植在需要净化的污水中。本发明提供的方法不仅可以有效去除水体中的N、P，并且可以有效地除去污水中的重金属。

Description

一种水生植物组合净化污水的方法
技术领域
本发明属于生态修复领域，具体涉及一种水生植物组合净化污水的方法。
背景技术
水是人类生命的命脉，是人类和生物赖以生存不可或缺的基本物质，然而，自上世纪60年代以来，随着工业化和城市化的发展，工业污水和城市生活污水的排放量不断增加，在不少城市出现了严重的水污染。现今水环境污染已经成为世界性的环境问题，水环境污染制约经济发展，危害人类身体健康。传统的水处理方法有化学法、物理法、生化二级处理法等，技术较为成熟，效果也较为理想，但是建造、运行、管理维护费用较高，而且化学法易产生二次污染。20世纪70年代，水生植物开始受到人们的关注。大型水生植物有良好的净化效果与独特的经济效益，其修复技术在水污染治理中具有很高的应用价值，已成为环境领域的研究热点。
水生植物在人工湿地污水中发挥着重要作用。水生植物是指能够长期生长在水中的植物，是植物界的重要组成部分，具有生长速度快、分布广、繁殖快、病害少等特点，水生植物一般分为湿生植物、挺水植物、浮叶植物、浮水植物和沉水植物5类。通过种植水生植物净化水质，是利用许多水生植物特别是水生维管植物能够大量吸收营养物质，或降解转化有毒有害物质为无毒物质的功能。在废水或受到污染的水体中种植耐污染净化能力较强的水生高等植物，通过自身的生命活动将水中的污染物分解转化或富集到其体内，然后除去，恢复水体中的养分平衡；同时通过水生植物的光合作用释放氧气，增加水中溶解氧的含量，从而改善水质，减轻或消除水体的污染。植物吸收、微生物代谢以及植物根部的微环境基质的吸附、过滤、沉淀在污水净化中起着关键作用，其中包含了物理、化学和生物三重效果的共同作用：(1)植物吸收：水生植物能直接吸收利用污水中的营养物质，供其生长发育，无机氮作为植物生产过程中不可或缺的物质被植物直接摄取，合成蛋白质与有机氮，最后转化成生物量，再通过植物的收割而从废水和湿地系统中除去。(2)微生物降解：细菌的硝化和反硝化以及微生物在好氧、兼氧及厌氧状态下的各种代谢活动，实现了对污染物的降解和去除。污水中的有机氮被微生物分解与转化。(3)植物根部微环境基质的物理作用：植物是一个天然的过滤器，经过基质层及密集的植物茎叶和根系，可以对污水中的悬浮物进行过滤和截留，并沉积在基质中。
中国专利200910044760.1公开了一种亚热带地区生活污水净化人工湿地冬季植物的筛选与配置方法，该发明根据适应能力与生理特性、耐污与去污能力、基质酶活性三大指标选定了水芹、油菜、灯芯草、虎耳草、德国鸢尾、桂花、花菖蒲七种净化能力强的植物，再将选定的植物按照污水净化效果和景观效果进行组合配置。该冬季人工湿地植物模式污水净化效果好，且能够在亚热带地区安全有效的运行，并具有一定的景观价值。
中国专利201410167034.X公开了一种使用多种沉水植物组合为基础的生态系统处理农村污水的系统及方法，所述系统包括按水流进水至出水顺序，依次将水塘分隔成三个区域；第一处理区种植沉水植物组合A，组合A为黑藻、伊乐藻、小茨藻、菹草、眼子菜中的任意两种以上；第二处理区种植沉水植物组合B，组合B为至少包括苦草和刺苦草；第三处理区种植沉水植物组合C，组合C为黑藻、伊乐藻、小茨藻、苦草、刺苦草、菹草、眼子菜、狐尾藻、金鱼藻中任意两种以上，可作为自然景观，水体透明度高，生物多样性高，生态景观价值高。
中国专利201210100240.X公开了一种对污水净化能力较强的湿地植物的搭配组合，对污水中氮和磷净化能力较强的组合为：睡莲+再力花、睡莲+马蹄莲+茭白+菖蒲(S+M+J+C)、睡莲+再力花+鸢尾(S+Z+Y)及睡莲+再力花+菖蒲+茭白(S+Z+C+J)。该发明选取不同生态型的7种湿地植物，组合配置为10个组合。本发明旨在优化水生植物配置，提高对污水中氮和磷的净化效果，为营建人工湿地和人工复合生态床以及为湿地植物在控制水体富营养化的选择应用提供理论依据。
尽管上述现有技术提供的植物组合可以改善水体环境，对污水有净化效果，可以降低污水中的氮、磷含量，但是污水中不仅存在氮、磷等导致水体富营养化的元素，还存在大量的重金属元素，因此，需要设计出一种不仅可以有效地降低水体中的N、P含量，还对重金属元素吸收力强的的植物组合，从而有效地净化污水。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种水生植物组合净化污水的方法，本发明提供的方法不仅可以有效去除水体中的N、P的含量，并且可以有效地除去污水中的重金属。
本发明提供了一种水生植物组合净化污水的方法，包括以下步骤：
(1)水样的测定：取需净化的污水，测定其总氮的含量；
(2)水生植物的选择：根据步骤(1)中测定的总氮的含量，种植挺水植物、浮水植物和沉水植物，确定挺水植物、浮水植物和沉水植物的种类和种植密度；
(3)水生植物的种植：将步骤(2)中的挺水植物、浮水植物和沉水植物进行挑选，除去变老发黄的部分，进行驯化培养，培养条件为在室温下、自然光照下的自来水中培养，待生长1-2d后，将其种植在需要净化的污水中。
所述步骤(2)中的挺水植物为水蓼、芦苇、美人蕉、芦竹中的一种或几种；所述挺水植物的种植密度为40-60g/L。
所述步骤(2)中的浮水植物为槐叶萍、浮莲、茶菱、凤尾莲中的一种或几种；所述浮水植物的种植密度为30-50g/L。
所述步骤(2)中的沉水植物为轮藻、黑藻、金鱼藻和眼子菜中的一种或几种；所述沉水植物的种植密度为40-60g/L。
优选地，所述步骤(2)中的挺水植物为水蓼和芦竹；所述挺水植物的种植密度为45-55g/L。
优选地，所述步骤(2)中的浮水植物为槐叶萍和茶菱；所述浮水植物的种植密度为35-45g/L。
优选地，所述步骤(2)中的沉水植物为黑藻和眼子菜，所述沉水植物的种植密度为45-55g/L。
进一步优选地，当所述步骤(1)的总氮含量0-5mg/L时，所述水蓼和芦竹的质量比为1-3:1；所述槐叶萍和茶菱的质量比为2-4:1；所述黑藻和眼子菜的质量比为1:1-3。
进一步优选地，当所述步骤(2)的总氮含量5-10mg/L时，所述水蓼和芦竹的质量比为4-6:1；所述槐叶萍和茶菱的质量比为2-4:1；所述黑藻和眼子菜的质量比为1:4-6。
本发明的有益效果为：
(1)本发明提供的水生植物组合净化污水的方法，通过搭配不同的水生植物提高了对污水的净化率。
(2)本发明提供的水生植物组合净化污水的方法，不仅可以有效地降低污水中总氮的含量，阻止了水体富营养化的形成，既能合理利用水生植物，还能增加水体景观的可观赏性。
(3)还可以有效地去除水体中的重金属污染物质，对多种重金属均有良好的去除效果。
具体实施方式
实施例1一种水生植物组合净化污水的方法
包括以下步骤：
(1)水样的测定：取需净化的污水，测定其总氮的含量为0.156mg/L；
(2)水生植物的选择：根据步骤(1)中测定的总氮的含量，种植挺水植物、浮水植物和沉水植物，确定挺水植物、浮水植物和沉水植物的种类和种植密度；
(3)水生植物的种植：将步骤(2)中的挺水植物、浮水植物和沉水植物进行挑选，除去变老发黄的部分，进行驯化培养，培养条件为在室温下、自然光照下的自来水中培养，待生长1d后，将其种植在需要净化的污水中。
步骤(2)中的挺水植物为芦苇，挺水植物的种植密度为40g/L。
步骤(2)中的浮水植物为浮莲，浮水植物的种植密度为30g/L。
步骤(2)中的沉水植物为轮藻，沉水植物的种植密度为40g/L。
实施例2一种水生植物组合净化污水的方法
包括以下步骤：
(1)水样的测定：取需净化的污水，测定其总氮的含量为4.512mg/L；
(2)水生植物的选择：根据步骤(1)中测定的总氮的含量，种植挺水植物、浮水植物和沉水植物，确定挺水植物、浮水植物和沉水植物的种类和种植密度；
(3)水生植物的种植：将步骤(2)中的挺水植物、浮水植物和沉水植物进行挑选，除去变老发黄的部分，进行驯化培养，培养条件为在室温下、自然光照下的自来水中培养，待生长2d后，将其种植在需要净化的污水中。
步骤(2)中的挺水植物为美人蕉，挺水植物的种植密度为60g/L。
步骤(2)中的浮水植物为凤尾莲，浮水植物的种植密度为50g/L。
步骤(2)中的沉水植物为金鱼藻，沉水植物的种植密度为60g/L。
实施例3一种水生植物组合净化污水的方法
包括以下步骤：
(1)水样的测定：取需净化的污水，测定其总氮的含量为8.896mg/L；
(2)水生植物的选择：根据步骤(1)中测定的总氮的含量，种植挺水植物、浮水植物和沉水植物，确定挺水植物、浮水植物和沉水植物的种类和种植密度；
(3)水生植物的种植：将步骤(2)中的挺水植物、浮水植物和沉水植物进行挑选，除去变老发黄的部分，进行驯化培养，培养条件为在室温下、自然光照下的自来水中培养，待生长2d后，将其种植在需要净化的污水中。
步骤(2)中的挺水植物为水蓼和芦竹，水蓼和芦竹的质量比为7:1，挺水植物的种植密度为45g/L。
步骤(2)中的浮水植物为槐叶萍和茶菱，槐叶萍和茶菱的质量比为5:1，浮水植物的种植密度为35g/L。
步骤(2)中的沉水植物为黑藻和眼子菜，黑藻和眼子菜的质量比为1:3，沉水植物的种植密度为45g/L。
实施例4一种水生植物组合净化污水的方法
包括以下步骤：
(1)水样的测定：取需净化的污水，测定其总氮的含量为5.125mg/L；
(2)水生植物的选择：根据步骤(1)中测定的总氮的含量，种植挺水植物、浮水植物和沉水植物，确定挺水植物、浮水植物和沉水植物的种类和种植密度；
(3)水生植物的种植：将步骤(2)中的挺水植物、浮水植物和沉水植物进行挑选，除去变老发黄的部分，进行驯化培养，培养条件为在室温下、自然光照下的自来水中培养，待生长2d后，将其种植在需要净化的污水中。
步骤(2)中的挺水植物为水蓼和芦竹，水蓼和芦竹的质量比为3:1，挺水植物的种植密度为55g/L。
步骤(2)中的浮水植物为槐叶萍和茶菱，槐叶萍和茶菱的质量比为1:1，浮水植物的种植密度为45g/L。
步骤(2)中的沉水植物为黑藻和眼子菜，黑藻和眼子菜的质量比为1:7，沉水植物的种植密度为55g/L。
实施例5一种水生植物组合净化污水的方法
包括以下步骤：
(1)水样的测定：取需净化的污水，测定其总氮的含量为0.011mg/L；
(2)水生植物的选择：根据步骤(1)中测定的总氮的含量，种植挺水植物、浮水植物和沉水植物，确定挺水植物、浮水植物和沉水植物的种类和种植密度；
(3)水生植物的种植：将步骤(2)中的挺水植物、浮水植物和沉水植物进行挑选，除去变老发黄的部分，进行驯化培养，培养条件为在室温下、自然光照下的自来水中培养，待生长2d后，将其种植在需要净化的污水中。
步骤(2)中的挺水植物为水蓼和芦竹，水蓼和芦竹的质量比为1:1，挺水植物的种植密度为50g/L。
步骤(2)中的浮水植物为槐叶萍和茶菱，槐叶萍和茶菱的质量比为2:1，浮水植物的种植密度为40g/L。
步骤(2)中的沉水植物为黑藻和眼子菜，黑藻和眼子菜的质量比为1:1,沉水植物的种植密度为50g/L。
实施例6一种水生植物组合净化污水的方法
包括以下步骤：
(1)水样的测定：取需净化的污水，测定其总氮的含量为4.897mg/L；
(2)水生植物的选择：根据步骤(1)中测定的总氮的含量，种植挺水植物、浮水植物和沉水植物，确定挺水植物、浮水植物和沉水植物的种类和种植密度；
(3)水生植物的种植：将步骤(2)中的挺水植物、浮水植物和沉水植物进行挑选，除去变老发黄的部分，进行驯化培养，培养条件为在室温下、自然光照下的自来水中培养，待生长2d后，将其种植在需要净化的污水中。
步骤(2)中的挺水植物为水蓼和芦竹，水蓼和芦竹的质量比为3:1，挺水植物的种植密度为50g/L。
步骤(2)中的浮水植物为槐叶萍和茶菱，槐叶萍和茶菱的质量比为4:1，浮水植物的种植密度为40g/L。
步骤(2)中的沉水植物为黑藻和眼子菜，黑藻和眼子菜的质量比为1:3,沉水植物的种植密度为50g/L。
实施例7一种水生植物组合净化污水的方法
包括以下步骤：
(1)水样的测定：取需净化的污水，测定其总氮的含量为5.312mg/L；
(2)水生植物的选择：根据步骤(1)中测定的总氮的含量，种植挺水植物、浮水植物和沉水植物，确定挺水植物、浮水植物和沉水植物的种类和种植密度；
(3)水生植物的种植：将步骤(2)中的挺水植物、浮水植物和沉水植物进行挑选，除去变老发黄的部分，进行驯化培养，培养条件为在室温下、自然光照下的自来水中培养，待生长2d后，将其种植在需要净化的污水中。
步骤(2)中的挺水植物为水蓼和芦竹，水蓼和芦竹的质量比为4:1，挺水植物的种植密度为50g/L。
步骤(2)中的浮水植物为槐叶萍和茶菱，槐叶萍和茶菱的质量比为2:1，浮水植物的种植密度为40g/L。
步骤(2)中的沉水植物为黑藻和眼子菜，黑藻和眼子菜的质量比为1:4，沉水植物的种植密度为50g/L。
实施例8一种水生植物组合净化污水的方法
包括以下步骤：
(1)水样的测定：取需净化的污水，测定其总氮的含量为9.986mg/L；
(2)水生植物的选择：根据步骤(1)中测定的总氮的含量，种植挺水植物、浮水植物和沉水植物，确定挺水植物、浮水植物和沉水植物的种类和种植密度；
(3)水生植物的种植：将步骤(2)中的挺水植物、浮水植物和沉水植物进行挑选，除去变老发黄的部分，进行驯化培养，培养条件为在室温下、自然光照下的自来水中培养，待生长2d后，将其种植在需要净化的污水中。
步骤(2)中的挺水植物为水蓼和芦竹，水蓼和芦竹的质量比为6:1，挺水植物的种植密度为50g/L。
步骤(2)中的浮水植物为槐叶萍和茶菱，槐叶萍和茶菱的质量比为4:1，浮水植物的种植密度为40g/L。
步骤(2)中的沉水植物为黑藻和眼子菜，黑藻和眼子菜的质量比为1:6，沉水植物的种植密度为50g/L。
实施例9一种水生植物组合净化污水的方法
包括以下步骤：
(1)水样的测定：取需净化的污水，测定其总氮的含量为7.258mg/L；
(2)水生植物的选择：根据步骤(1)中测定的总氮的含量，种植挺水植物、浮水植物和沉水植物，确定挺水植物、浮水植物和沉水植物的种类和种植密度；
(3)水生植物的种植：将步骤(2)中的挺水植物、浮水植物和沉水植物进行挑选，除去变老发黄的部分，进行驯化培养，培养条件为在室温下、自然光照下的自来水中培养，待生长2d后，将其种植在需要净化的污水中。
步骤(2)中的挺水植物为水蓼和芦竹，水蓼和芦竹的质量比为5:1，挺水植物的种植密度为50g/L。
步骤(2)中的浮水植物为槐叶萍和茶菱，槐叶萍和茶菱的质量比为3:1，浮水植物的种植密度为40g/L。
步骤(2)中的沉水植物为黑藻和眼子菜，黑藻和眼子菜的质量比为1:5，沉水植物的种植密度为50g/L。
实施例10一种水生植物组合净化污水的方法
其方法基本同实施例9，与实施例9的差别在于不含水蓼。
实施例11一种水生植物组合净化污水的方法
其方法基本同实施例9，与实施例9的差别在于不含芦竹。
实施例12一种水生植物组合净化污水的方法
其方法基本同实施例9，与实施例9的差别在于不含槐叶萍。
实施例13一种水生植物组合净化污水的方法
其方法基本同实施例9，与实施例9的差别在于不含茶菱。
实施例14一种水生植物组合净化污水的方法
其方法基本同实施例9，与实施例9的差别在于不含黑藻。
实施例15一种水生植物组合净化污水的方法
其方法基本同实施例9，与实施例9的差别在于不含眼子菜。
对比例1
中国专利201210052913.9实施例3提供的通过植物的种植来净化城市中富营养化水的方法
实验例1水样的采集分析
根据实施例1-15和对比例1提供的净化污水的方法，在植物种植前测定污水水样中的总氮、总磷、铜等重金属的含量，植物驯化培养后将其种植于50L水样中，实验在宽敞通风的试验室内进行，采用自然光照，阴雨天用日光灯作辅助光源，温度为25℃，试验过程中，通过添加蒸馏水补充蒸发和采样所耗的水分，保持水样的水位，试验周期为20d，试验结束后取水样，测其总氮、总磷、铜等重金属的含量，计算去除率。
去除率(％)＝(初始水样中污染物质的含量-水样中污染物的最终含量)/初始水样中污染物质的含量)x100％，其试验结果如下表所示：
由表1的试验结果可知，本发明实施例1-15提供的水生植物组合净化污水的方法，可以有效地降低水体中总氮和总磷的含量，防止了水体富营养化的形成，优于对比例1。
表1
由表2的试验结果可知，本发明实施例1-15提供的水生植物组合净化污水的方法，可以有效地降低水体中重金属的含量，对多种重金属都具有良好的去除效果。
表2
惟以上所述者，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施之范围，即大凡依本发明权利要求及发明说明书所记载的内容所作出简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明权利要求所涵盖范围之内。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明之权利范围。

Claims (10)

1.一种水生植物组合净化污水的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)水样的测定：取需净化的污水，测定其总氮的含量；
(2)水生植物的选择：根据步骤(1)中测定的总氮的含量，种植挺水植物、浮水植物和沉水植物，确定挺水植物、浮水植物和沉水植物的种类和种植密度；
(3)水生植物的种植：将步骤(2)中的挺水植物、浮水植物和沉水植物进行挑选，除去变老发黄的部分，进行驯化培养，培养条件为在室温下、自然光照下的自来水中培养，待生长1-2d后，将其种植在需要净化的污水中。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中的挺水植物为水蓼、芦苇、美人蕉、芦竹中的一种或几种；所述挺水植物的种植密度为40-60g/L。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中的浮水植物为槐叶萍、浮莲、茶菱、凤尾莲中的一种或几种；所述浮水植物的种植密度为30-50g/L。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中的沉水植物为轮藻、黑藻、金鱼藻和眼子菜中的一种或几种；所述沉水植物的种植密度为40-60g/L。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)的挺水植物为水蓼和芦竹；所述挺水植物的种植密度为45-55g/L。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中的浮水植物为槐叶萍和茶菱；所述浮水植物的种植密度为35-45g/L。
7.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中的沉水植物为黑藻和眼子菜，所述沉水植物的种植密度为45-55g/L。
8.如权利要求5所述的种植方法，其特征在于：所述步骤(1)的总氮含量为5-10mg/L时，所述水蓼和芦竹的质量比为4-6:1。
9.如权利要求6所述的种植方法，其特征在于：所述步骤(1)的总氮含量为5-10mg/L时，所述槐叶萍和茶菱的质量比为2-4:1。
10.如权利要求7所述的种植方法，其特征在于：所述步骤(1)的总氮含量为5-10mg/L时，所述黑藻和眼子菜的质量比为1:4-6。
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