專利名稱：：利用深液流技術(shù)修復(fù)富營(yíng)養(yǎng)化水體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及治理富營(yíng)養(yǎng)化地表水的方法，尤其是利用深液流技術(shù)修復(fù)富營(yíng)養(yǎng)化水體的方法。技術(shù)背景水體富營(yíng)養(yǎng)化己成為世界性的環(huán)境問(wèn)題。據(jù)國(guó)際湖泊環(huán)境委員會(huì)(ILEC)調(diào)査，世界大部分湖泊正遭受著不同程度的水體富營(yíng)養(yǎng)化，亞太地區(qū)54%，歐洲53%，北美28%，南美41%的湖泊發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化。據(jù)中國(guó)水利部2004年調(diào)査顯示對(duì)49個(gè)湖泊的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)，17個(gè)湖泊處于中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，32個(gè)湖泊處于富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)；且在中國(guó)的五大淡水湖中，太湖、洪澤湖、巢湖均已達(dá)富營(yíng)養(yǎng)程度，鄱陽(yáng)湖、洞庭湖目前雖然維持中營(yíng)養(yǎng)水平，但磷、氮含量偏高，正處于向富營(yíng)養(yǎng)過(guò)渡的階段。因此,湖泊、水庫(kù)等地表水系富營(yíng)養(yǎng)化業(yè)已成為我國(guó)的一個(gè)突出的環(huán)境問(wèn)題。水體富營(yíng)養(yǎng)化是指氮、磷等無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物大量進(jìn)入湖泊、海灣等相對(duì)封閉，水流緩慢的水體，從而引起藻類和其它水生植物大量繁殖，水體溶解氧下降，水質(zhì)惡化，其它水生生物大量死亡的現(xiàn)象。其危害主要表現(xiàn)為原有水體生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的破壞；由于水質(zhì)惡化造成的水質(zhì)性缺水及水體中的一些有毒物質(zhì)對(duì)人體健康的危害；水體中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽過(guò)多還對(duì)一些鮭魚(yú)和兩棲動(dòng)物的幼體生長(zhǎng)造成危害等。因此，水體富營(yíng)養(yǎng)化的防止與治理問(wèn)題受到世界各國(guó)的高度重視。目前，國(guó)內(nèi)外防治水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要措施是在控制污染物排放總量的同時(shí)，輔以物理(底泥疏浚、引水沖刷、換水、充氧、機(jī)械撈藻等)、化學(xué)(化學(xué)殺藻等)、生物(微生物、植物等)等方法治理水體污染(特別氮、磷等污染)。一些物理、化學(xué)，微生物等方法不僅效果是短期的，而且耗資較大，還可能給水體造成二次污染。水生植物由于在生長(zhǎng)過(guò)程中，需要吸收大量的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素，并當(dāng)其從水生生態(tài)系統(tǒng)移出時(shí)，被吸收的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)隨之被帶走，從而使水體中的氮磷含量降低，減輕了水體富營(yíng)養(yǎng)化程度。因此，富營(yíng)養(yǎng)化水體的植物生態(tài)修復(fù)在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)引起了學(xué)術(shù)界的高度重視。近年來(lái)，利用薄層營(yíng)養(yǎng)膜(NFT)技術(shù)來(lái)處理污水的研究在國(guó)內(nèi)外已有報(bào)道["5]，但目前有關(guān)深液流(DFT)技術(shù)在污水處理上的應(yīng)用則是一片空白。1.泮進(jìn)明,應(yīng)義斌.營(yíng)養(yǎng)液膜技術(shù)栽培牧草凈化循環(huán)流水水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水的試驗(yàn).水產(chǎn)學(xué)報(bào)，2005,29(5):695-699.2.Vaillant，Nathalie.,Fabien，Monnet.,Huguette，Sallanon.,2003.TreatmentofdomesticwastewaterbyanhydroponicNFTsystem.Chemosphere,50,121-129.3.Vaillant,Nathalie.，F(xiàn)abien，Monnet"Huguette，Sallanon.,2004.UseofCommercialPlantSpeciesinaHydroponicSystemtoTreatDomesticWastewaters.JournalofEnvironmentalquality,33,695-702.4.NathalieVaillant,FabienMonnet,PhilippeVernay,etal.UrbanWastewaterTreatmentbyaNutrientFilmTechniqueSystemwithaValuableCommercialPlantSpecies(CTzr^wawf/zemi/wTrev.)Environ.Sci.Technol.2002，36，2101-2106.5.FabienMonnet,NathalieVaillant,AdnaneHitmi，PhilippeVernay,etal，.Treatmentofdomesticwastewaterusingthenutrientfilmtechnique(NFT)toproducehorticulturalroses.WaterResearch,2002,36:3489-3496.
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種利用深液流技術(shù)修復(fù)富營(yíng)養(yǎng)化水體的方法。利用深液流技術(shù)修復(fù)富營(yíng)養(yǎng)化水體的方法，包括以下步驟1)依次連接種植槽、水閥、水槽、流量計(jì)和水泵構(gòu)成深液流循環(huán)系統(tǒng)；2)將水蕹菜種子或黑麥草種子浸濕，于283(TC溫度下催芽，將發(fā)芽的種子點(diǎn)播到育苗盤上進(jìn)行育苗，當(dāng)苗長(zhǎng)4cm后，把穴盤放到盛水的藍(lán)框里，保持水分培養(yǎng)，苗長(zhǎng)到7cm時(shí)，按每3-4棵苗用海綿圍綁，移栽入預(yù)先打好孔的浮板的孔中，放到盛Hoagland營(yíng)養(yǎng)液的深液流循環(huán)系統(tǒng)預(yù)培養(yǎng)一個(gè)星期；.3)將深液流循環(huán)系統(tǒng)中的Hoagland營(yíng)養(yǎng)液換成需修復(fù)的富營(yíng)養(yǎng)化水，預(yù)培養(yǎng)的水蕹菜苗或黑麥草苗置于種植槽中，通過(guò)水泵控制富營(yíng)養(yǎng)化水體循環(huán)流動(dòng)，流流量計(jì)控制種植槽的水位5-8cm，待水蕹菜生長(zhǎng)到2035cm高度時(shí)開(kāi)始采收，以后每1015天定期采收；黑麥草生長(zhǎng)到80100cm高度時(shí)連續(xù)收割其地上部2-4次；待水體的TN和TP指標(biāo)達(dá)標(biāo)后排放，重新向種植槽注入需修復(fù)的富營(yíng)養(yǎng)化水。水蕹菜(/powoea^w"/ic"Forsk)，空心菜屬蔓生植物，根系分布淺，為須根系，再生能力強(qiáng)。莖蔓生，圓形而中空，柔軟，綠色或淡紫色，莖粗12厘米。莖有節(jié)，每節(jié)除腋芽外，還可長(zhǎng)出不定根。水蕹菜耐熱，需水量大，適應(yīng)性強(qiáng)，產(chǎn)量高，栽培技術(shù)粗放，病害少，生長(zhǎng)期長(zhǎng)，生產(chǎn)成本低，既可利用低洼水田種植，又可利用河、湖、池塘水面浮植，是我國(guó)南方夏秋生產(chǎn)的重要綠葉蔬菜和堵缺補(bǔ)淡蔬菜。此外，水蕹菜在提高水體光能利用，改善養(yǎng)殖水體生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境，擴(kuò)大飼料來(lái)源，綠化水面和消浪護(hù)堤等方面亦有很大的作用。因此，發(fā)展水蕹菜生產(chǎn)將有利于蔬菜、畜禽和漁業(yè)生產(chǎn)，優(yōu)化環(huán)境，提高綜合經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。上述的黑麥草可以是多年生黑麥草和多花(一年生)黑麥草。由于黑麥草的生產(chǎn)潛力很大,對(duì)氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的需求量也很大,而引起富營(yíng)養(yǎng)化的主要因子就是水體里氮磷過(guò)剩,因此水上種植黑麥草可以高效吸收水體里過(guò)剩的氮磷。同時(shí)由于冬季氣溫過(guò)低等不利于植物生長(zhǎng)的因素的存在，導(dǎo)致冬季水體的富營(yíng)養(yǎng)化程度相對(duì)高溫季節(jié)更加嚴(yán)重，而黑麥草的生長(zhǎng)旺季又主要集中在冬春季節(jié)，因此水上種植黑麥草可以有效防治初冬早春富營(yíng)養(yǎng)化的發(fā)生.同時(shí),黑麥草作為一種優(yōu)質(zhì)飼草，具有生長(zhǎng)快、產(chǎn)量高、適應(yīng)性強(qiáng)、適口性好的特點(diǎn)，其體內(nèi)富含蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)、維生素及鐵鋅等微量元素，干草粗蛋白含量可高達(dá)20%以上，是詞養(yǎng)各種家畜和草食性魚(yú)類的優(yōu)良伺草。因此水上種植黑麥草不僅可以防治富營(yíng)養(yǎng)化,還可以有效解決畜禽初冬早春缺乏青飼料的難題，因此這一技術(shù)在富營(yíng)養(yǎng)化地表水的植物修復(fù)中不僅有重要的環(huán)境意義，也有很好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,值得推廣。利用深液流(DFT)技術(shù)種植蔬菜作物-水蕹菜或黑麥草，富營(yíng)養(yǎng)化水入水槽后，用流量計(jì)控制水的流量，由水泵把水槽中的水送到種植槽里，由水閥控制出水流回到水槽中，水槽的水再由水泵輸送到種植槽里，最后種植槽中的水由水閥流回到水槽，這樣水體來(lái)回地不斷循環(huán)；種植槽中的植物根系不斷地吸收富營(yíng)養(yǎng)化水中的氮磷等營(yíng)養(yǎng)鹽，吸附、固定一些有機(jī)物和懸浮物質(zhì)，最終通過(guò)系統(tǒng)的多次循環(huán)和植物的吸收、吸附、固定的作用，實(shí)現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化水體氮磷等營(yíng)養(yǎng)鹽的去除目的。同時(shí)，水體中的氮磷等營(yíng)養(yǎng)鹽被水蕹菜發(fā)達(dá)的根系所吸收，并向上運(yùn)輸?shù)街参锏厣喜?，通過(guò)定期或視水蕹菜或黑麥草的生長(zhǎng)高度進(jìn)行采收，還可生產(chǎn)出大量的水蕹菜，帶來(lái)一定經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)省栽培水蕹菜所需營(yíng)養(yǎng)液成本。本發(fā)明的有益效果在于設(shè)施建造容易、具有投資少,維護(hù)成本低,管理技術(shù)要求不高等優(yōu)點(diǎn)；利用水蕹菜或黑麥草吸收水體中的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽，加之植物和水體中有機(jī)物所分泌抑藻物質(zhì)，抑制藻類繁殖，從而使水質(zhì)得到改善，本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化水體的生物原位修復(fù)，提高水質(zhì)的同時(shí)，修復(fù)治理后的水蕹菜或黑麥草可作綠肥，也可作青飼料，可以帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)效益。而且不產(chǎn)生二次污染，對(duì)凈化水質(zhì)、美化景觀環(huán)境均具有良好效果。圖1是利用深液流技術(shù)修復(fù)富營(yíng)養(yǎng)化水體的示意圖；圖中I表示深液流循環(huán)系統(tǒng)示意圖；II表示種植槽內(nèi)栽培植物的橫向截面圖。圖2是本發(fā)明方法在處理72小時(shí)后，富營(yíng)養(yǎng)化水體中TP、可溶性磷(DP)、COD、BOD、SS和Chla的濃度變化；(參)表示DFT系統(tǒng)中有植物，(〇)表示DFT系統(tǒng)中無(wú)植物；A，B，C,D，E，F(xiàn)分別表示TP，DP、COD、BOD、SS和Chla濃度的變化。圖3是本發(fā)明方法在處理72小時(shí)后，富營(yíng)養(yǎng)化水體中N(V-N、NO—N、順4+^和，的濃度變化；(參)表示DFT系統(tǒng)中有植物，(〇)表示DFT系統(tǒng)中無(wú)植物；A，B，C,D分別表示N(V-N、N(V-N、NH/-N和TN的濃度變化。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。利用深液流技術(shù)修復(fù)富營(yíng)養(yǎng)化水體的方法，包括以下步驟1)構(gòu)建深液流(DFT)循環(huán)系統(tǒng)用PVC管6依次連接種植槽1、水閥2、水槽3、流量計(jì)4和水泵5構(gòu)成深液流循環(huán)系統(tǒng)(見(jiàn)圖1中I);2)水蕹菜或黑麥草預(yù)培養(yǎng)將水蕹菜種子或黑麥草種子浸24小時(shí)，期間換水至少5次。經(jīng)浸種的水蕹菜或黑麥草種子，再置于3(TC培養(yǎng)箱中催芽，當(dāng)種子發(fā)芽率達(dá)到85%以上時(shí)，再把己發(fā)芽的種子點(diǎn)播到育苗盤上進(jìn)行育苗(每穴3-4粒種子)。當(dāng)苗長(zhǎng)4cm后，再把穴盤放到盛水的藍(lán)框里，保持水分進(jìn)行培養(yǎng)，等苗長(zhǎng)到7cm時(shí)，按每3-4棵苗用海綿圍綁，移栽入預(yù)先打好孔的浮板的孔中，放到盛Hoagland營(yíng)養(yǎng)液的循環(huán)液流系統(tǒng)預(yù)培養(yǎng)一個(gè)星期；3)通過(guò)種植水蕹菜或黑麥草，利用深液流技術(shù)治理污水將循環(huán)液流系統(tǒng)中的Hoagland營(yíng)養(yǎng)液換成需修復(fù)的富營(yíng)養(yǎng)化水，預(yù)培養(yǎng)水蕹菜苗或黑麥草苗置于種植槽中(見(jiàn)圖i中n)，通過(guò)水泵控制富營(yíng)養(yǎng)化水體循環(huán)流動(dòng)，流流量計(jì)控制種植槽的水位5-8cm，待水蕹菜生長(zhǎng)到2035cm高度時(shí)開(kāi)始采收，以后每1015天定期采收?；虼邴湶萆L(zhǎng)到80100cm高度時(shí)連續(xù)收割其地上部2-4次；水蕹菜或黑麥草通過(guò)吸收富營(yíng)養(yǎng)化水體中的氮磷等營(yíng)養(yǎng)鹽來(lái)維持自身的生長(zhǎng)與代謝，通過(guò)分泌一些抑藻物質(zhì)來(lái)抑制水體中的藻類生長(zhǎng)，加之水體的不斷循環(huán)使有機(jī)物得以分解和被植物根系所吸附，最終水體中的氮磷等營(yíng)養(yǎng)鹽濃度降低，有機(jī)物和藻類含量減少，水質(zhì)得到改善，待水體的TN和TP等指標(biāo)達(dá)到國(guó)家規(guī)定的標(biāo)淮后排放，重新向種植槽注入需修復(fù)的富營(yíng)養(yǎng)化水。實(shí)施例1:處理污水水質(zhì)初始值參考表1。將經(jīng)預(yù)培養(yǎng)后生長(zhǎng)至12cm的水蕹菜在富營(yíng)養(yǎng)污水中繼續(xù)種植，三次重復(fù)，一個(gè)不設(shè)植物的空白對(duì)照。DFT系統(tǒng)中的富營(yíng)養(yǎng)化水每72小時(shí)換一次，水質(zhì)監(jiān)測(cè)分別在處理0、24、48和72小時(shí)取樣進(jìn)行監(jiān)測(cè)，每個(gè)處理重復(fù)三次。試驗(yàn)還對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體中水蕹菜的品質(zhì)與Hoagland營(yíng)養(yǎng)液中水蕹菜的品質(zhì)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，所得結(jié)果見(jiàn)表2，3。試驗(yàn)進(jìn)行約30天左右，水質(zhì)有明顯改善，在處理48小時(shí)后，進(jìn)水口與出水口的營(yíng)養(yǎng)鹽的去除效果見(jiàn)表4:有植物的DFT系統(tǒng)中出水口的TN去除75.5X，TP去除40.6%。而無(wú)植物的DFT系統(tǒng)中對(duì)TN和TP去除率也分別為32.2X，去除24.7%(見(jiàn)圖2，3)。水蕹菜體內(nèi)的重金屬和有害物質(zhì)的水平也都在可允許食用的范圍之內(nèi)。表l富營(yíng)養(yǎng)化水體和霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液中營(yíng)養(yǎng)鹽的初始值富營(yíng)養(yǎng)化水體*霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液(mg.L")(mg'L")TN,mg'L—i2.70210.15TP，mg.U10.5730.97N03-N,mg'I/10.32196.14N02-N,rng'L-10.024/NH4-N，mg.L-12.1814.01DP,mg'L-10.0830.97BOD，mg.L-129.37/COD,mg'U145.84/SS,mg'L"100.01/Chla,ng.L"49.76/PH8.136.5*表示6次平均值；/表示沒(méi)有監(jiān)測(cè).2DFT系統(tǒng)中用富營(yíng)養(yǎng)化水體和霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)的水蕹菜某些特性的比:特性富營(yíng)養(yǎng)化水Hoagland營(yíng)養(yǎng)液丙二醛含量(umolg—0.38±0.010.27±0.08維生素C含量(mg100g—'FW)26.63±3.1329.50±0.51*總的葉綠素含量(mg-g—1FW)0.77±0.06.卯±0.11**葉綠素a/61.57±0.133.07±0.02**根莖干重比0.97±0.281.52±0.63**生長(zhǎng)速率t4.15土0.38^6.34±1.13**產(chǎn)量(kg.m2)2.037±0.951.97±1.51試驗(yàn)結(jié)束后干重與試開(kāi)始干重的比值；1平均值+標(biāo)準(zhǔn)偏差，n=7.*,**分別表示Po.o5,P0.01水平；表3DFT系統(tǒng)中用富營(yíng)養(yǎng)化水體和霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)的水蕹菜植物體內(nèi)重金屬和有害物質(zhì)的含量<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>t表示營(yíng)養(yǎng)液中的重金屬未被監(jiān)測(cè)出.表4無(wú)水蕹菜和有水蕹菜的DFT系統(tǒng)在48小時(shí)后對(duì)TN、TP、COD、BOD5,SS和葉綠素a的去除率<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>*平均值+標(biāo)準(zhǔn)偏差；"=10.處理污水取自水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)的廢水;在DFT系統(tǒng)培育出的生長(zhǎng)年齡達(dá)40d多年生黑麥草移至四個(gè)DFT處理系統(tǒng)中,每個(gè)處理重復(fù)三次，設(shè)置一個(gè)對(duì)照，每7d取樣一次。試驗(yàn)進(jìn)行40天。7d循環(huán)灌溉處理后,N03—N、TN、TP、COD的去除率分別達(dá)96.1%、86.2%、90.5°/。、88.7%,pH從6.4升高至8.4,而水體積只消耗29.7%。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)收獲鮮草582.9gnf2,烘干后得到干草102.5gm—2，干濕比0.176。8權(quán)利要求1.利用深液流技術(shù)修復(fù)富營(yíng)養(yǎng)化水體的方法，其特征是包括以下步驟1)依次連接種植槽(1)、水閥(2)、水槽(3)、流量計(jì)(4)和水泵(5)構(gòu)成深液流循環(huán)系統(tǒng)；2)將水蕹菜種子或黑麥草種子浸濕，于28～30℃溫度下催芽，將發(fā)芽的種子點(diǎn)播到育苗盤上進(jìn)行育苗，當(dāng)苗長(zhǎng)4cm后，把穴盤放到盛水的藍(lán)框里，保持水分培養(yǎng)，苗長(zhǎng)到7cm時(shí)，按每3-4棵苗用海綿圍綁，移栽入預(yù)先打好孔的浮板的孔中，放到盛Hoagland營(yíng)養(yǎng)液的深液流循環(huán)系統(tǒng)預(yù)培養(yǎng)一個(gè)星期；3)將深液流循環(huán)系統(tǒng)中的Hoagland營(yíng)養(yǎng)液換成需修復(fù)的富營(yíng)養(yǎng)化水，預(yù)培養(yǎng)的水蕹菜苗或黑麥草苗置于種植槽中，通過(guò)水泵控制富營(yíng)養(yǎng)化水體循環(huán)流動(dòng)，流流量計(jì)控制種植槽的水位5-8cm，待水蕹菜生長(zhǎng)到20～35cm高度時(shí)開(kāi)始采收，以后每10～15天定期采收；黑麥草生長(zhǎng)到80～100cm高度時(shí)連續(xù)收割其地上部2-4次；待水體的TN和TP指標(biāo)達(dá)標(biāo)后排放，重新向種植槽注入需修復(fù)的富營(yíng)養(yǎng)化水。全文摘要本發(fā)明涉及利用深液流(DFT)技術(shù)修復(fù)富營(yíng)養(yǎng)化水體的方法。該方法依次包括種植槽、水閥、水槽、流量計(jì)和水泵，它們之間用PVC管連接。在DFT系統(tǒng)的種植槽中種植水蕹菜或黑麥草，用富營(yíng)養(yǎng)化水作為營(yíng)養(yǎng)液，利用DFT系統(tǒng)中水泵使水體的不斷循環(huán)和通過(guò)水蕹菜或黑麥草發(fā)達(dá)的根系來(lái)大量吸收富營(yíng)養(yǎng)化水體中的氮磷等營(yíng)養(yǎng)鹽，并向上運(yùn)輸?shù)街参锏厣喜?，定期采收，將其移走作資源化二次利用；加之植物和水體中有機(jī)物所分泌抑藻物質(zhì)，抑制藻類繁殖，從而使水質(zhì)得到改善，實(shí)現(xiàn)了利用DFT技術(shù)來(lái)修復(fù)富營(yíng)養(yǎng)化地表水的目的。該方法簡(jiǎn)便、投資少，操作和管理方便，且無(wú)二次污染，既有利于富營(yíng)養(yǎng)化水體的資源化利用，還可產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。文檔編號(hào)C02F3/32GK101157503SQ20071007129公開(kāi)日2008年4月9日申請(qǐng)日期2007年9月13日優(yōu)先權(quán)日2007年9月13日發(fā)明者楊肖娥,胡綿好申請(qǐng)人:浙江大學(xué)