專利名稱：一種利用水生漂浮植物治理河道污染的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境保護技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及利用養(yǎng)殖水生植物減少河流中有機污染物和營養(yǎng)鹽的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廣泛使用的氮、磷、鉀等化學(xué)肥料，僅30-50％左右被植物吸收，大部分流入江河湖泊等天然水體，使得天然水體富營養(yǎng)化，進而導(dǎo)致藻類大量繁殖，使水體有機物含量迅速增加，污染了人類的生活水源，成為難以處理的問題。
而城市為了處理生活污水，必須耗巨資建設(shè)龐大的管網(wǎng)和大型污水處理廠。
早在上個世紀七十年代，美國NASA宇航局就開展了人工建立水生植物塘或濕地處理污水的方法，目前全世界已有上千個工程采用水生植物塘的方法。采用植物凈化污水，建立水生植物塘，雖然建設(shè)成本和運行成本比采用微生物為主等其他生物方法低得多，但是，由于植物吸收污染物的速度比微生物低得多，通常需要占據(jù)較大的土地面積；且采用工程手段建立水生植物塘，耗資大，難以大規(guī)模應(yīng)用。
中國專利CN1406880A提出了一種直接在污染嚴重的富營養(yǎng)化湖泊中養(yǎng)殖鳳眼蓮(又名水葫蘆，學(xué)名Eichhornia crassipes)，占據(jù)水面30％-70％，以控制藍藻生長的方法；中國專利CN1269332A提出采用生物方法，包括用鳳眼蓮等，治理工廠有機廢水和江河湖泊有機污染的生物處理方法。
美國專利5820759和5811007提出用不漏水的圍攔圍成池塘，綜合養(yǎng)殖魚和水葫蘆等維管束水生植物，提高受污染水體水質(zhì)，也不是直接利用河道等天然水體，不能大規(guī)模應(yīng)用，而且建設(shè)復(fù)雜。
中國專利CN1241538A公開的一種河流溝渠污水生態(tài)強化自凈方法，包括在河堤上建立沉水植物和挺水植物為主的水生植物生態(tài)系統(tǒng)等措施，增加河流的自凈能力；其缺點是沉水植物和挺水植物生長比水生漂浮植物慢，只能利用水淺的河岸，所能利用的水面較??；其生長情況和除污能力受水深的影響較大，除去污染物的能力較低；而且沉水植物和挺水植物不能全部采收，留在河底的植物根部，是一種污染源，不斷沉積的植物根也使河道淤積，影響河流的泄洪航運等功能，方法本身還需要對河堤做大規(guī)模改造，也是其缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種利用水生漂浮植物治理河道污染的系統(tǒng)和方法，可以利用所有河道水面養(yǎng)殖水葫蘆等水生漂浮植物，除去污染河流中有機污染物和營養(yǎng)鹽，解決了利用河道養(yǎng)殖水生漂浮植物治理污染所面臨的問題。
本發(fā)明的技術(shù)方案為一種利用水生漂浮植物治理河道污染的系統(tǒng)，其特征在于包括在需要治理的河道中養(yǎng)殖的水生漂浮植物；采收水生漂浮植物的工具；在需要治理的河道下游建攔河壩或攔河網(wǎng)。
所述攔河壩是裝有泄水閘門的水壩，或可以充放氣的橡膠壩，或其他可以伸縮的水壩。
所述系統(tǒng)，還包括建在溫室里的水生漂浮植物養(yǎng)殖塘。
河道中設(shè)置曝氣系統(tǒng)，所述的曝氣系統(tǒng)可以是浮動式機械曝氣機。
采收水生漂浮植物工具，是指船和安裝在船上的采收機械設(shè)備。
一種利用水生漂浮植物治理河道污染的方法，其特征在于在被污水污染的河道中，養(yǎng)殖水生漂浮植物，在河道養(yǎng)殖水生漂浮植物區(qū)下游建攔河網(wǎng)或攔河壩，防止水生漂浮植物漂移，通過定期或不定期采收水生漂浮植物使不斷生長的水生漂浮植物占據(jù)需要治理的河流水面保持在30％-70％，治理后的水從攔河網(wǎng)或攔河壩離開治理區(qū)域，進入下游水體。
在水流較快的河道段建攔水壩，提高水深，降低水流速度，控制河水流速為0.3米/秒以下使水生植物生長良好。
采用曝氣設(shè)備給河道污染嚴重區(qū)域曝氣。
所述的養(yǎng)殖水生漂浮植物，可以只養(yǎng)殖鳳眼蓮；或以養(yǎng)殖鳳眼蓮為主，同時養(yǎng)殖浮萍，綠萍，紅萍，水花生等其他水生漂浮植物中一種或數(shù)種。
本發(fā)明還利用建在溫室里的水生漂浮植物養(yǎng)殖塘，用于寒冷季節(jié)保種育苗、保存水生漂浮植物。
所述的在河道中采收水生漂浮植物，可以采用船和安裝在船上的采收機械設(shè)備來采收水生漂浮植物。
與現(xiàn)有以沉水植物和挺水植物等為主的生態(tài)污水治理技術(shù)相比，現(xiàn)有技術(shù)不能充分利用河道水面等大部分河流水體水面，本身自凈能力較低，而且需要較大規(guī)模的工程來修整河道。采用本發(fā)明，在河道建立水生漂浮植物為主的生態(tài)系統(tǒng)，將能應(yīng)用到大部分河道的水面，比現(xiàn)有系統(tǒng)應(yīng)用范圍更廣；植物的采收更徹底，凈化能力更大；建設(shè)費用更小。與現(xiàn)有利用水葫蘆凈化污水技術(shù)相比，本發(fā)明采取在受污染的河道中養(yǎng)殖水葫蘆等水生漂浮植物，克服了現(xiàn)有技術(shù)不能利用河道減少河道水體的營養(yǎng)鹽和有機污染物的缺點。由于在流域內(nèi)引起湖泊富營養(yǎng)化的營養(yǎng)鹽大部分來自農(nóng)業(yè)面源污染，大部分農(nóng)業(yè)面源污染是通過河流進入流域內(nèi)水體的，國內(nèi)大部分河流受農(nóng)業(yè)污染嚴重。在流域各種河流和支流上應(yīng)用本發(fā)明，能夠提高流域內(nèi)各種河流及其支流的自凈能力，減少流域水體內(nèi)各種來源包括農(nóng)村面源污染和城市污水等排入的有機污染物和營養(yǎng)鹽，修復(fù)和保護流域主要水體水質(zhì)。目前國內(nèi)還沒有經(jīng)濟上能夠承受的方法，能夠大規(guī)模應(yīng)用，解決國內(nèi)廣泛存在的水體污染，本發(fā)明建設(shè)和運行費用低，建設(shè)速度快，能夠大規(guī)模應(yīng)用，是解決國內(nèi)水體污染的良好方法。
通常湖泊和河流下游水體的大部分有機污染物和營養(yǎng)鹽來源于與其相連的支流和上游水體，如大江大河的支流，流入湖泊的河流等。在江河的支流和湖泊的入湖河流上建立以鳳眼蓮為主的漂浮水生植物生態(tài)系統(tǒng)后，由于鳳眼蓮等漂浮水生植物在溫暖季節(jié)能夠快速生長，在生長過程中，吸收了大量營養(yǎng)鹽和有機污染物，通過收割鳳眼蓮等漂浮植物，使營養(yǎng)鹽離開了河流水體，從而減少了排入需要治理的目標水體如湖泊等的營養(yǎng)鹽和有機污染物，減輕和控制了目標水體的富營養(yǎng)化程度。但由于鳳眼蓮等水生漂浮植物覆蓋水面，也減少了水體自然充氧的能力。天然水體的溶解氧是保持水體生態(tài)的必要條件。預(yù)留水面，使河流水體能自然充氧，對保持水體生態(tài)環(huán)境是非常必要的。因此，為了保證生態(tài)系統(tǒng)處理效果，減少鳳眼蓮等漂浮植物對支流水體的生態(tài)系統(tǒng)的危害，需要每天打撈在水體中不斷生長和增殖產(chǎn)生的大量水生漂浮植物和所有死亡植物，保持水生漂浮植物在水面的覆蓋度在30-70％之間，從而保證水體充氧量，又使生態(tài)系統(tǒng)有較好的減少有機污染物和營養(yǎng)鹽的能力。在通航河道，通過管理水生漂浮植物，使河道保持不被水生漂浮植物占據(jù)的水面存在一個通道，從而對航道航運的影響不大，同時，也給采收水生漂浮植物預(yù)留航道。水生漂浮植物對河道覆蓋率還受很多因素影響。由于生態(tài)系統(tǒng)生物量決定了生態(tài)系統(tǒng)凈化能力，因此，在一定范圍內(nèi)適當提高覆蓋率對凈化效果有利?？紤]到采收的水生漂浮植物需要處理利用，處理利用系統(tǒng)能力的大小，對覆蓋率也有影響，在夏季，水生漂浮植物生長快，需要減少覆蓋率，降低水生植物量，使需要采收的水生植物能夠及時處理；在春秋季節(jié)，氣溫較低時，需要適當提高覆蓋率，對保持系統(tǒng)凈化能力，充分利用水生漂浮植物處理利用系統(tǒng)的處理能力。流速較大的河流，充氧能力強，預(yù)留水面可以較少；流速較緩的河流，充氧能力弱，預(yù)留水面較大。通過曝氣設(shè)備曝氣，也能增加水體溶解氧，從而可以提高水面覆蓋率。由于水葫蘆等水生漂浮植物根部生長大量的好氧微生物，充足的氧氣能夠增強水生漂浮植物生態(tài)系統(tǒng)中微生物的凈化能力，因此充足的氧氣使系統(tǒng)凈化能力更好。在河道中設(shè)置曝氣系統(tǒng)，為河道充氧曝氣，也能夠進一步提高系統(tǒng)的凈化能力；同時，在河道充氧曝氣，能夠減少污染嚴重水域散發(fā)處理的臭氣；突發(fā)的排污事件能在短期內(nèi)使水域污染物濃度大幅度提高，從而威脅水生漂浮植物生長，曝氣能夠更快的降低污染物濃度，有助于水生漂浮植物的生長，保證生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此根據(jù)河流受污染的情況進行設(shè)計和設(shè)置曝氣系統(tǒng)有時是必要的。浮動式機械充氧設(shè)備，移動方便，可以根據(jù)需要調(diào)整充氧位置，這對提高對突發(fā)的排污事件引起的河流水體污染的凈化能力和維護水生漂浮植物生態(tài)系統(tǒng)具有較大的幫助。在河流水面上設(shè)置攔截網(wǎng)，是為了防止水生漂浮植物在水流的帶動下，流出設(shè)置的特定河道。在地勢平緩的河流，考慮到水流方向的變動，在上游也可設(shè)置攔截網(wǎng)。由于水生漂浮植物在水流速度較大時，生長緩慢甚至停滯，因此在常年流速較快的河道養(yǎng)殖水生漂浮植物，需要建水壩，提高河道水位，降低河水流速，控制其對水生植物生長的影響?？紤]到水壩對河流泄洪能力影響大，在可能的情況下，應(yīng)建橡膠壩和其他類似可以伸縮的水壩，在洪水到來的時候，能夠?qū)⑺畨畏畔拢岳樗ㄟ^，這時，在靠近水壩的上游水面需建攔截網(wǎng)，防止水生漂浮植物流出生態(tài)系統(tǒng)。水生漂浮植物漂浮在水面，通常對河流泄洪能力的影響較小。洪水季節(jié)，還可以在洪水通過能力較低的河段上游設(shè)置攔截網(wǎng)，減少和控制此段河道水面水生漂浮植物生長量，降低水生漂浮植物對河道泄洪能力影響。由于水生漂浮植物的生長有季節(jié)性，而且其主要繁殖方式是無性繁殖，在溫帶地區(qū)，冬季氣溫較低，水生漂浮植物在水中會腐爛，必須將它們?nèi)繐破?，以放腐爛污染河水。在溫室內(nèi)建水生植物塘，可以保存水生漂浮植物，以利來年作為無性繁殖的植株，保持水生漂浮植物生態(tài)系統(tǒng)，在冬季到來之前，當氣溫降低到10℃左右，水葫蘆等水生漂浮植物停止生長，開始腐爛之前，需要挑選壯苗到溫室保存，在第二年氣溫回升之前，溫室將預(yù)先準備足夠的水生漂浮植物，在氣溫回升以后，放養(yǎng)到河中，建立新的水生漂浮植物生態(tài)系統(tǒng)。為了克服冬季水生漂浮植物不能削減污染的缺點，建攔河水壩，還可以儲存冬季排放到河流的污水，在我國的溫帶和寒帶地區(qū)，冬季雨水少，攔河壩能增大河流儲水能力，能夠儲存大部分廢水，防止污水擴散到更廣的水域。冬季污水比較穩(wěn)定，對環(huán)境影響較小。由于河流雖經(jīng)控制，水流速度仍然較大，在河流水體中養(yǎng)殖水生漂浮植物，主要以水葫蘆為主，一方面其他水生漂浮植物難以單獨良好生長；另一方面，雖然水葫蘆生長快，對污染物的凈化速度高。單獨養(yǎng)殖水葫蘆，但其對水體中的部分污染物的凈化效果較差，因此，需要養(yǎng)殖多種水生漂浮植物。打撈獲得的大量鳳眼蓮等水生植物，可以用作動物飼料，或用于做肥料。
本發(fā)明解決了以下技術(shù)難點1、實現(xiàn)了在流動的河道中養(yǎng)殖水生漂浮植物，以清除污染；2、在水流急的河段建水壩，在污染嚴重地河段設(shè)置曝氣裝置，為水生漂浮植物提供了良好的生長環(huán)境；3、在冬天利用溫室保種育苗，解決了水生漂浮植物過冬問題。
具體實施例方式實施例本實施例選擇在南淝河的一條支流河溝實施本發(fā)明。流經(jīng)合肥市區(qū)的南淝河接納了大部分未經(jīng)處理的合肥市污水和流域內(nèi)農(nóng)田流失的營養(yǎng)鹽，是排入巢湖的有機污染物和營養(yǎng)鹽的主要入湖河道之一，每年通過南淝河排入巢湖的總磷約為四百多噸，已經(jīng)超過了巢湖的自凈能力。實施本發(fā)明的支流長180米，寬14米，深3.2m，每天排入生活污水600噸。通過在河中設(shè)置攔河網(wǎng)(也可建攔河壩)，控制河水流速為0.3米/秒以下，養(yǎng)殖鳳眼蓮和浮萍等水生漂浮植物，采用曝氣機給河道曝氣，并每天和隔幾天打撈一次水葫蘆和浮萍等漂浮植物以控制水生漂浮植物占據(jù)水面在30-70％之間。
冬天，利用建在溫室里的水生漂浮植物養(yǎng)殖塘，用于保種育苗、保存水生漂浮植物。
實驗結(jié)果表明該生態(tài)系統(tǒng)全年對污染物除去率分別為BOD80-95％，NH3-N80-90％，TP60-96％，使排入南淝河的污染物減少。
如果在南淝河及其支流中下游養(yǎng)殖鳳眼蓮，將使南淝河排入巢湖的污染物減少70-90％以上，大大減輕巢湖的受污染程度。同樣，如果在巢湖所有入湖河道中養(yǎng)殖鳳眼蓮，將減少進入巢湖的污染物總量，可使巢湖的水體富營養(yǎng)化程度大大降低。
權(quán)利要求
1.一種利用水生漂浮植物治理河道污染的系統(tǒng)，其特征在于包括在需要治理的河道中養(yǎng)殖的水生漂浮植物；采收水生漂浮植物的工具；在需要治理的河道下游建攔河壩或攔河網(wǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用水生漂浮植物治理河道污染的系統(tǒng)，其特征在于所述攔河壩是裝有泄水閘門的水壩，或可以充放氣的橡膠壩，或其他可以伸縮的水壩。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用水生漂浮植物治理河道污染的系統(tǒng)，其特征在于還包括建在溫室里的水生漂浮植物養(yǎng)殖塘。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用水生漂浮植物治理河道污染的系統(tǒng)，其特征在于河道中設(shè)置曝氣系統(tǒng)，所述的曝氣系統(tǒng)可以是浮動式機械曝氣機。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用水生漂浮植物治理河道污染的系統(tǒng)，其特征在于采收水生漂浮植物工具，是指船和安裝在船上的采收機械設(shè)備。
6.一種利用水生漂浮植物治理河道污染的方法，其特征在于在被污水污染的河道中，養(yǎng)殖水生漂浮植物，在河道養(yǎng)殖水生漂浮植物區(qū)下游建攔河網(wǎng)或攔河壩，防止水生漂浮植物漂移，通過定期或不定期采收水生漂浮植物使不斷生長的水生漂浮植物占據(jù)需要治理的河流水面保持在30％-70％，治理后的水從攔河網(wǎng)或攔河壩離開治理區(qū)域，進入下游水體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用水生漂浮植物治理河道污染的方法，其特征在于在水流較快的河道段建攔水壩，提高水深，控制河水流速為0.3米/秒以下，使水生植物生長良好。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用水生漂浮植物治理河道污染的方法，其特征在于采用曝氣設(shè)備給河道污染嚴重區(qū)域曝氣。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用水生漂浮植物治理河道污染的方法，其特征在于所述的養(yǎng)殖水生漂浮植物，可以只養(yǎng)殖鳳眼蓮；或以養(yǎng)殖鳳眼蓮為主，同時養(yǎng)殖浮萍，綠萍，紅萍，水花生等其他水生漂浮植物中一種或數(shù)種。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用水生漂浮植物治理河道污染的方法，其特征在于利用建在溫室里的水生漂浮植物養(yǎng)殖塘，用于寒冷季節(jié)保種育苗、保存水生漂浮植物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用養(yǎng)殖水生植物減少河流中有機污染物和營養(yǎng)鹽的系統(tǒng)和方法，在被污水污染的河道中，養(yǎng)殖水生漂浮植物，在河道養(yǎng)殖水生漂浮植物區(qū)下游建攔河網(wǎng)或攔河壩，防止水生漂浮植物漂移，通過定期或不定期采收水生漂浮植物使不斷生長的水生漂浮植物占據(jù)需要治理的河流水面保持在30％－70％，治理后的水從攔河網(wǎng)或攔河壩離開治理區(qū)域，進入下游水體。本發(fā)明建設(shè)和運行費用低，建設(shè)速度快，能夠大規(guī)模應(yīng)用，是解決國內(nèi)江河湖泊等天然水體污染的良好方法。
文檔編號C02F3/32GK1552641SQ0313169
公開日2004年12月8日 申請日期2003年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月6日
發(fā)明者黃衛(wèi)東 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)