CN1218772A - 利用花卉植物净化污水的技术 - Google Patents

Abstract

本发明打破了陆生花卉仅局限于陆上栽培的传统框框,根据生态学原理的物质迁移、转化规律,通过筛选、培育和驯化某些陆生花卉,利用水面漂浮载体移植于水面上栽种,并直接利用污水中的营养盐供给植物生长需要,从而达到净化水质和美化环境的双重效果。

Description

利用花卉植物净化污水的技术

本发明涉及在水面上种植花卉植物的方法及其水面载体，特别是利用城市生活污水排放中的营养成分种植花卉以达到净化水质和美化环境双重效果，属环保生态领域。

城市绿化是城市建设的重要内容，国外许多先进国家对城市绿化与美化都十分重视，但是，无论是在国外还是国内，至今在城市绿化方面仅局限于陆地上的花草、树木建设，而对城市水环境的绿化与美化却很少有人去研究。据检索了解，在水面上仅有种植水生植物(如凤眼莲、水花生等)的报道，国内也有单位在水面上种植水稻和陆生植物的实验，但都是以配制人工营养盐供给植物生长需要。国外有人企图利用生活污水水培经济作物，但未获成功。尚未见有利用陆生花卉植物来净化城市污染水体和美化水面环境的报道。

本发明打破了陆生花卉仅局限于陆上栽培的传统框框，根据生态学原理的物质迁移、转化规律，通过筛选、培育和驯化某些陆生花卉，利用水面漂浮载体移植于水面上栽种，并直接利用污水中的营养盐供给植物生长需要，从而达到净化水质和美化环境的双重效果。

本发明的关键在于利用污水中的营养盐成分种植陆生花卉，其技术内容及步骤是：(1)陆上花卉的筛选及培育驯化；(2)水面漂浮载体的设计制作；(3)将(1)的结果移栽于水面漂浮载体上；(4)水上花卉的养护和病虫害防治。

首先对众多的陆生花卉进行筛选，选出耐水、耐污及半耐水、半耐污的陆生花卉品种，经反复试验，已筛选出的品种是：A、耐水、耐污类

a．美人蕉科，美人蕉属：

美人蕉(Canna indica)；大花美人蕉(C.generalis)，

b．百合科，萱草属

萱草(Hemerocallis fulva)；黄花菜(H.citrina)；大花萱草(H.Fulva var.flore-pleno)；长管萱草(H.fulya yar.disticha)；斑花萱草(H.fulyavar.maculata)，玫瑰红萱草(H.fulva var.rosea)；小黄花菜(H.minor)。

c．鸢尾科，鸢尾属：

鸢尾(Iris tectorum)；蝴蝶花(I,japonica)；香根鸢尾(I,pallida)，

d．鸢尾科，鸢属属：

玉蝉花(Iris kaempferi)；黄花菖蒲(I,pseudacorus)，

e．禾本科：

多花黑麦草(Lolium multiflorum)，高羊茅(Tall fescue cvs)，B、半耐水、半耐污类：

a．菊科，雏菊属：

雏菊(Bellis perennis)，

b．石竹科，石竹属：

石竹花(Dianthus chinensis)；美国石竹(D,barbatus)；锦团石竹(D.chinensis var.heddewgii)，

c．菊科，金盏菊属：

金盏菊(Calendula officinalis)，

d．马齿苋科，马齿苋属：

大花马齿苋(Portulaca grandiflora)，

e．石蒜科，孤挺花属：

珠顶红(Ppeastrum vittatum)，

f．石蒜科，葱兰属：

红花葱兰(Zephyranthes grandiflora)，

g．唇形科，鼠尾草属：

一串红(salvia splendens)，

h．毛莨科，毛莨属：

花毛莨(Ranunculus asiaticus)，

i．苋科，青葙属：

鸡冠花(Celosia cristata)，

j．茄科，辣椒属：

樱桃椒(Capsicum frutesces)，

k．石榴科，石榴属：

石榴花(Punica granatum)，

l．兰科，兰属：

草兰(Cymbidium goeringii)，

m．蔷薇科，蔷薇属：

月季(Rosa chinensis)，香水月季(R.odorata)；丰花月季(R.floribunda)，玫瑰(R.rugosa)，黄刺玫(R.xanthina)，

n．百合科，万年青属：

万年青(Rohdea japonica)，

o．堇菜科，堇菜属：

三色堇(viola tricolor L.yar.hortensis DC.)，

p．酢浆草科，酢浆草属：

酢浆草(Oxalix rubra)，

q．锦葵科，木槿属：

木槿(Hibiscus syriacus.)，

r．冬青科，冬青属：

冬青(Ilex chinensis)，

s．木犀科，女贞属：

女贞(Ligustrum lucidum)，

t．十字花科，甘蓝属：

花菜(Brassica oleracea var.acephalea f.tricolor)，

对于耐水、耐污类的品种，在陆上幼苗长至30-40cm高时，将其挖出(带土)移栽至水深25-30cm的浅水中水培驯化10-15天，待原陆生根系变黑腐烂，在块茎或块茎根部长出新的水生根系后，从浅水培育池中挖出，并清洗根系上的泥土，移栽于水面漂浮载体上，根部没于污水中，

对于半耐水、半耐污类的品种，在陆上幼苗长至15-20cm时，将土壤湿透后从土中控出，移栽于置有沙、泥、珍珠岩和蛭石等为填充物且盆底有洞的花盆中，在阴棚中放置15-20天，并保持盆内60-70％水份，然后将花盆移置于水面漂浮载体上，花盆下部应没入污水中(底部浸没水中深度约为花盆1/3)，此类花卉植物陆生根系和水生根系并存。

移栽于水面漂浮载体上的花卉，日常养护工作包括将枯枝、残花修剪后移出水面集中处理，当花卉叶面出现虫害时的处理方法是将花卉浸没在水中5-10分钟，使害虫漂浮于水面。

耐水、耐污类品种从浅水池中挖出移栽于水面载体的过程应避免高温及阳光暴晒；对半耐水、半耐污类品种将花盆移置于水面载体上的过程应在阴雨天进行。所说污水包括城市生活污水、有机废水及富营养化水体，要求污水的总氮含量应在1-30mg/l，总磷0.1-6mg/l，对耐水、耐污类品种的水培驯化浅水池的总氮含量应在5-10mg/l，总磷1-2mg/l。载体用毛竹制成梯状，竹梯在水面上由桩体固定，耐水、耐污类的品种直接移植于竹梯间隔的泡沫板孔中，并用铁丝牵引固定在竹梯上，花卉水下根部周围设有带网孔的防鱼篓，防鱼篓用铁丝悬吊在竹梯上，半耐水、半耐污的盆栽式花卉，将花盆置于竹梯间隔中设置的泡沫板上，泡沫板大小与竹梯间隔相当，四周与竹梯固定，泡沫板中心开有圆洞，圆洞大小小于花盆中径。

下面通过实施例进一步说明陆生花卉在污水中的生长机理和对污水的净化效果。

经试验，有许多陆生花卉的生长每件是严格的，特别是名贵花卉品种，它们既不耐水，也不耐污，若直接水培于污水中，则很快烂根、死亡。其主要原因是由于污水中缺乏一定量的溶解氧，影响到植物根部的正常呼吸和新陈代谢。另外，污水中的腐败细菌也很多，对于花卉生长很不利。为此，许多花卉教科书上说：在栽培花卉时，“要排水良好，切忌水涝”，并且有的土壤还要经过消毒处理。

那么，怎样才能找到既耐水，又耐污的陆生花卉品种呢？其中最重要的一条，就是要不断地试验和观察花卉植物的结构、性状和能否在水中迅速长出“水生根系”来。从植物的结构来说，一般耐水的植物的茎或根是具有气室，或者是中空的(如莲藕和蕹菜等)，这种结构便于气体在植物中交换。而有的花卉植物虽然没有明显的气室或中空结构，但是在水体中易于长出发达的水生根系来。这说明该种植物的水上茎、叶部分有很强的向根部输送氧气的能力，因此，经过试验发现，有些花卉品种不一定象教课书上所讲的一定要在排水良好的条件下才能生长。试验结果表明，有些陆生花卉在水生条件下，很快能够生长出水生根系来。在适宜条件下，它们比陆上生长得还好，如大花美人焦(Cannageneallis cv.)。

因植物的形态和生物学特性的不同，其花卉在水体中栽培的技术也不同。从植物的形态学来分：有块根(包括块茎)型和须根型，有矮生型和高生型，有单株型和丛生型等；从耐水、耐污性能分：有完全耐水、耐污型；也有半耐水、耐污型等；从开花周期分：有长花期型(花期这几个月)，也有短花期型(花期仅有几天)，从植物对温度的适应性来分：有早春型、夏季型、秋季型以及冬季型等。

本发明主要研究了完全耐水，耐污型和半耐水、耐污型的花卉植物在水体中的栽培方法。完全耐水、耐污型的花卉植物一般采用直接栽培在水体中，而半耐水、耐污型的花卉植物，则采用盆栽式方法栽培于水面上。不过以上花卉均要在陆地上预先育苗，甚至有的花卉需要专门的驯化才能成功。

据试验，不同的花卉对污水有不同的净化能力，而且同一种花卉在不同的生长条件下，其净化能力也是不同的，下面给出不同花卉对污水的净化能力的试验结果。

(1)大花美人蕉

大花美人蕉为多年生宿根性植物，属美人蕉科美人蕉属，是大型的草本观赏花卉。其特点是耐高温，花期长(5月～11月)，是陆地园林中主要花卉之一。但过去未见于栽培水中的，更未见到用它来净化水质。经过我们多次试验证明，大花美人蕉不仅耐水、耐污，而且对水质的净化效果也是很理想的，故可作为净化污水的良好生物材料。

对TN的去除率：

当污水TN起始浓度为37.99mg/L，污水停留时间为120h时，其去除率达85.50％。根据植物对污染物去除负荷公式的计算，则大花美人蕉每天每公斤植物体(鲜重)可以去除污水中TN41.58mg。

对TP的去除率：

当污水TP起始浓度为9.75mg/L，停留时间为120h时，则美人蕉对TP的去除率为86.56％。其对TP的去除负荷为每天每公斤美人蕉可去除13.84mg。

对COD_cr的去除率：

美人蕉对生活污水中的COD也有一定的去除能力。因为美人蕉有很发达的水生根系，对于污水中的有机悬浮物有很强的吸附和凝絮能力，这些被凝絮的悬浮物中的有机物经细菌分解后变成了无机盐而被植物吸收、利用。而“有机悬浮物一吸附、凝絮-细菌分解-无机盐(养分)-植物吸收、利用”这样就构成了很好的良性循环的凝生态系统，一株植物也就相当于一个微型的“污水处理厂”。若污水量与植物量配比恰当，并有科学的管理，则水质很快就澄清了。

据试验，当污水COD_cr浓度为55.78mg/L，经过美人蕉120h净化后，其对COD_cr的去除率达52.67％。

(2)萱草

萱草是属于百合科萱草属多年生宿根性植物。其生物学特性为喜温、喜湿、要求排水良好的砂性土壤。因为它不仅具有观赏价值，而且也有食用价值(其花可以制作食用的金针菜)，故国内外均有栽培。

据试验，萱草的适应性很强，它不仅能够耐干旱，而且能够水生或半水生，故我们可以利用它来美化环境和净化水质。

根据萱草的以上特征，在“水面绿化”的栽培方式上，可以直接水培于污水中，也可以盆栽于泡沫上，两者均有观赏和净化水质的作用。

1)直接水培式萱草：

直接水培的优点是，其根系可以直接吸收污水中的营养盐，对污水的净化效率较高。

直接水培的萱草对污水的净化效果如下：

对TN的去除率：

当污水TN起始浓度为20.48mg/L，污水停留时间为120h时，其对TN的去除率达89.21％。根据对污染物去除负荷公式计算，萱草每天每公斤植物体可以去除污水中TN29.0mg。

对TP的去除率：

当污水TP起始浓度为0.92mg/L，停留时间为120h时，则萱草对TP的去除率为89.13％。每天每公斤萱草可以去除污水中的TPP0.95mg。

对COD_cr的去除率：

当污水COD_cr浓度为40.98mg/L，污水停留时间为24,48,72,96和120h，其去除率分别为34.77％,46.39％,44.09％,60.47％和27.35％。而在停留时间120h时，其去除率有所降低，这与藻类繁殖或取样不匀有关。

2)水面盆栽式萱草：

水面盆栽式栽培是水面绿化的方式之一，它同样对水质有一定的净化作用。在花盆内的填料可以为一般泥土，或者砂子、蛭石和珍珠岩等，其主要作用是起固定作用，还可提供少量的微量元素。这种栽培方法对半耐水性花卉植物更为适宜。因为它可以使植物的根系不完全浸没在污水中，而在花盆的上部还保持着一定的陆生生态。花卉植物仅靠花盆内的填料营养是不够的，而植物必须通过填料，或者花卉植物的部分根系穿过花盆底部的“孔洞”来吸收水分和营养，才能生长良好。花盆式栽培的特点是：它适应较多的花卉植物生长而不用浇水，不用施肥。这与陆上花盆式栽培有所不同，因陆上花盆式栽培，除要施一定量的肥料外，还必须经常浇水，否则就难以成活。

(3)蝴蝶花：

蝴蝶花是属于鸢尾科鸢尾属多年生宿根性花卉植物。据试验，蝴蝶花对生活污水的净化能力是很强的。如当生活污水TN浓度为20.48mg/L,TP0.92mg/L,NH₄ ⁺-N14.87mg/L和COD_cr为40.98mg/L，污水停留时间为120h时，则对TN的去除率为98.49％,TP的去除率为90.22％,NH₄ ⁺-N的去除率99.19％和COD_cr的去除率为34.90％。其对污染物的去除负荷为mg/Kg·d。

(4)黄花鸢尾

黄花鸢属又称黄花菖蒲。原产欧洲，我国各地公园中常有栽培。花黄色，喜水湿，是属于鸢尾科鸢尾属的多年生植物。而至今未见到利用它来净化生活污水的报道。

据试验，黄花鸢尾对生活污水有较强的净化能力。NH₄ ⁺-N14.87mg/L和COD_cr为40.98mg/L，污水停留时间为96h时，其去除率已分别达到83.40％,92.72％,99.33％和59.91％，而当污水停留时间120时，其TN的去除率为88.53％,TP85.87％,NH₄ ⁺-N98.05％和COD_cr48.49％。其去除率略有降低(除TN)。这说明，污水停留时间不是越长越好。因此，为了求得较好的净化效果，还必须正确掌握污水停留时间，而过长或过短都不利。根据污染物去除负荷的公式计算，黄花鸢尾每天每公斤植物体可以去除TN40.54mg,TP1.02mg。

(5)不同花卉植物对污水净化能力的比较；

在同样条件下(污水量为15kg，植物量为1kg和污染物浓度为：TN10.02mg/L,TP1.02mg/L,NH₄ ⁺-N5.91mg/L,COD_cr49.32mg/L)，不同的花卉植物对污水的净化能力有明显不同。其中水培的美人蕉和黄花鸢尾净化能力较强，24h内把P吸光、48h内将N吸光。另外直接水培的效果要比盆栽的好。

图1为一种水面漂浮载体的结构及在河道中放置图。

根据在南京几条污水河道中的试验，设计了一种既能安放直接水培式，又能安放盆栽式的多功能组合载体，图中1为河道，箭头为水流方向。2为竹梯状漂浮栽法，在水中用木桩固定在河道中，以免被水冲走。3为固定桩。4为金属载体与竹梯固定后直接将水培陆生花卉栽培于污水中，花卉在水中部分为避免鱼类侵害，可在水下花的根部周围设置与竹框用铁丝吊住的防鱼篓，篓孔大小可以进水而鱼类不能进入。5为泡沫板，四周与竹梯用铁丝固定于竹梯间隔中。6为泡沫板中间设有的孔洞，其大小使花盆没入水中1/3为宜，以便通过花盆底上的孔吸收污水中的营养成分。

本发明除在南京市珍珠河取得良好的净化水质和美化水面环境效果外，另在南京市“总统府”西花园太平湖上成功地建立了绚丽多彩的“水上花园”。南京太平湖是太平天国时代建造的人工湖，面积2300m²，水深平均1.8-2m，为封闭式公园性质的水体，由于近来年人为及自然因素，太平湖水质已受到了严重污染，并暴发了藻类水华(water bloom)，其中藻类平均生物量高达72.65mg/l，TN高达3.094-5.767mg/l，水质透明度下降至15-20cm。为了改善该湖的水质及美化水面环境，将陆生大花美人蕉，黄花菖薄和日本鸢尾等采用本发明的方法在春季4月中，气温为20-25℃的环境下，将上述品种幼苗从育苗地上挖出放入水深20cm的水沟中水培驯化，待幼苗长到30-40cm高度，并生长出发达的水生根系后，将其从水沟中挖出，小心洗净根系上的泥土，并注意不要损害根系，然后移栽在水面漂浮式毛竹金属载体上，并在水下花根部位套上一只塑料带孔篓框，以防草食性鱼类伤害，并可以在篓框内放养3-4只珍珠蚌，以进一步抑制藻类的恶性繁殖，另外在毛竹框架式栽体的间隔中安置50×50cm²的泡沫板，在板的中心位置打孔，放置石竹花、雏菊等半耐水性花卉的花盆，并使花盆下1/3浸在污水中，以便使花的根系能伸入水中吸收水及营养，通过以上花卉的水上栽培，使污水的TN值降至1.94-2.0mg/l,TP降至0.19mg/l，水质透明度提高到80-100cm以上。以上仅是在“水-花”比例为2300∶60的情况下的结果，如适当增加生物量，其净化效果会更佳。从而达到“水下养鱼养蚌，水上种草种花”等多种措施立体开放利用和净化水质、美化环境的双重目的，取得显著的环境、经济和生态效益。

本发明在净化城市污水，改善城市生态环境的同时，又为城市增添了新的景观，选择适当的花卉品种配置，既能达到净化污水，又能使河道中鲜花常开，是一项利国利民、造福后代的大好事。

Claims (4)

1．一种利用花卉植物净化污水的技术，其特征是利用污水中的营养盐成分种植陆生花卉，其技术内容及步骤如下：

(1)陆上花卉的筛选及培育、驯化

(2)水面漂浮式载体的设计制作

(3)将(1)的结果移栽于水面漂浮载体上

(4)水上花卉的养护和病虫害防治

首先对众多的陆生花卉进行筛选，选出耐水、耐污及半耐水、半耐污的陆生花卉品种，经反复试验，已筛选出的品种是：A、耐水、耐污类

a．美人蕉科，美人蕉属：

美人蕉(Canna indica)；大花美人蕉(C.generalis)，

b．百合科，萱草属

萱草(Hemerocallis fulva)；黄花菜(H.citrina)；大花萱草(H.Fulva var.flore-pleno)；长管萱草(H.fulva var.disticha)；斑花萱草(H.fulva.var.maculata)；玫瑰红萱草(H.fulva var.rosea)；小黄花菜(H.minor)，

c．鸢尾科，鸢尾属：

鸢尾(Iris tectorum)；蝴蝶花(I.japonica)；香根鸢尾(I.pallida)，

d．鸢尾科，鸢属属；

玉蝉花(Iris kaempferi)，黄花菖蒲(I.pseudacorus)，

e．禾本科：

多花黑麦草(Lolium multiflorum)；高羊茅(Tall fescue cvs)，B 、半耐水、半耐污类：

a．菊科，雏菊属：

雏菊(Bellis perennis)

b．石竹科，石竹属：

石竹花(Dianthus chinensis)；美国石竹(D.barbatus)；锦团石竹(D.chinensis var heddewgii)

c．菊科，金盏菊属：

金盏菊(Calendula officinalis)，

d．马齿苋科，马齿苋属：

大花马齿苋(Portulaca grandiflora)，

e．石蒜科，孤挺花属：

珠顶红(Ppeastrum vittatum)

f．石蒜科，葱兰属：

红花葱兰(Zephyranthes grandiflora)，

g．唇形科，鼠尾草属：

一串红(salvia splendens)，

h．毛莨科，毛莨属：

花毛莨(Ranunculus asiaticus)，

i．苋科，青葙属：

鸡冠花(Celosia cristata)，

j．茄科，辣椒属：

樱桃椒(Capsicum frutesces)，

k．石榴科，石榴属：

石榴花(Punica granatum)，

l．兰科，兰属：

草兰(Cymbidium goeringii)，

m．蔷薇科，蔷薇属：

月季(Rosa chinensis)，香水月季(R.odorata)；丰花月季(R.floribunda)，玫瑰(R.rugosa)，黄刺玫(R.xanthina)，

n．百合科，万年青属：

万年青(Rohdea japonica)，

o．堇菜科，堇菜属：

三色堇(viola tricolor L,var.hortensis DC.)，

p．酢浆草科，酢浆草属：

酢浆草(Oxalix rubra)，

q．锦葵科，木槿属：

木槿(Hibiscus syriacus.)，

r．冬青科，冬青属：

冬青(Ilex chinensis)，

s．木犀科，女贞属：

女贞(Ligustrum lucidum)，

t．十字花科，甘蓝属：

花菜(Brassica oleracea var.acephalea f.tricolor)，

对于耐水、耐污类的品种，在陆上幼苗长至30-40cm高时，将其挖出(带土)移栽至水深25-30cm的浅水中水培驯化10-15天，待原陆生根系变黑腐烂，在块茎或块茎根部长出新的水生根系后，从浅水培育池中挖出，并清洗根系上的泥土，移栽于水面漂浮载体上，根部没于污水中，

对于半耐水、半耐污类的品种，在陆上幼苗长至15-20cm时，将土壤湿透后从土中挖出，移栽于置有沙、泥、珍珠岩和蛭石等为填充物且盆底有洞的花盆中，在阴棚中放置15-20天，并保持盆内60-70％水份，然后将花盆移置于水面漂浮载体上，花盆下部应没入污水中，此类花卉植物陆生根系和水生根系并存。

移栽于水面漂浮载体上的花卉，日常养护互作包括将枯枝、残花修剪后移出水面集中处理，当花卉叶面出现虫害时的处理方法是将花卉浸没在水中5-10分钟，使害虫死亡漂浮于水面。

2、根据权利要求1所述的利用花卉植物净化污水的技术，其特征是耐水、耐污类品种从浅水池中挖出移栽于水面载体的过程应避免高温及阳光暴晒；对半耐水、半耐污类品种将花盆移置于水面载体上的过程应在阴雨天进行。

3、根据权利要求1或2所述的利用花卉植物净化污水的技术，其特征是所说污水包括城市生活污水、有机废水及富营养化水体，要求污水的总氮含量应在1-30mg/l，总磷0.1-6mg/l。对耐水、耐污类品种的水培驯化浅水池的总氮含量应在5-10mg/l，总磷1-2mg/l。

4、根据权利要求1所述的利用花卉植物净化污水的技术中的水面漂浮载体，其特征是载体用毛竹制成梯状，竹梯在水面上用桩固定，耐水、耐污类的品种直接移植于竹梯间隔的水中，并用铁丝牵引固定在竹梯上，花卉水下根部周围设有带网孔的防鱼篓，防鱼篓用铁丝悬吊在竹梯上，半耐水、半耐污的盆栽式花卉，将花盆置于竹梯间隔中设置的泡沫板上，泡沫板大小与竹梯间隔相当，四周与竹梯固定，泡沫板中心开有圆洞，圆洞大小小于花盆中径。

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