柳树超深液流净化生活废水方法及应用

摘要

本发明提供一种柳树超深液流净化生活废水的方法，选择极耐淹杞柳通过超深液流法修复富营养化地表水，采取一年生健状柳树枝条，剪成长度为10～15cm插条，酚醛泡沫板为载体，扦插柳穗，预培养，促进生根，再将柳苗移到含有生活废水的水槽，通过杞柳深而发达的根系，结合超深液流方式，扩大根际接触水体面积，通过泵使营养液循环流动，增加根际供氧。杞柳超深流方法有效吸收与净化水体中氮和磷，增加废水处理量，改善了净化效率。不产生二次污染，并且定期收获地上生物量，可供编织用，具有较高的经济效益与景观效应。

说明书

技术领域

本发明属于环境修复领域，涉及一种柳树超深液流(SDFT)净化生活废水方法。 

背景技术

水体富营养化已经逐渐成为当代许多国家最为关注的环境问题，许多湖泊、河流和水库遭到不同程度富营养化。在我国，由于人口增长和工农业迅速发展，大量富含营养物质直接排放到水体中去，造成水体不同程度富营养化。水体富营养化导致水体生态系统结构遭到破坏，使生态功能日益恶化。同时富营养化还会引起水质性缺水，而且富营养化产生的有害物质对人体健康的也会造成危害作用。

现在有许多生态方法修复富营养化水体，如生态浮岛、人工湿地等。但是据目前观察，无论人工湿地，还是生态浮岛，关键是植物材料选择。在我国，无论生态浮岛还是人工湿地，大都是选择草本植物，但草本植物根系浅，大部分一年生草本植物需要年年种值。

目前，速生柳树显示出在环境修复中的极大优势，尤其是灌木柳。柳树具有适合环境修复的一些特征：适应的环境宽（如干旱、营养贫瘠等）；速生（幼年阶段生长极快），蒸腾速率高，蒸腾蒸散作用强；光合作用效率高，生物量大；根系深而发达（固定土壤）；营养元素吸收高（较强氮、磷吸收能力）；极强的耐淹能力，易产生不定根，易长期生长于水分饱和缺氧的环境；极易无性繁殖，硬枝扦插极易成活；极强萌发能力。由于耐淹，柳树易在河滨建立种群，广泛分布于易涝平原。目前认为，柳树对淹适应性是柳属植物组成性特征，因此许多柳树栽培于频繁淹水和长期淹水的地方，所以柳树是构建人工湿地的理想木本植物。

柳树分为灌木、小乔木和乔木。作为世界重要的资源植物，可用作燃料、造纸、纤维原材料、板材、编织和家畜饲料等。柳树为主要能源树种，尤其是灌木柳，具有产生多枝的性状，具有极大的生物量生产潜力。欧美等国利用灌木柳短轮伐期集约化栽培解决能源需求。柳树具有适合短周期栽培特性，使之成为最理想能源树种。利用短周期矮林化栽培，可实现一次栽培多年受益。短轮伐期柳树矮林易于机械化种植与收获，可连续收获20~25年，每年每公顷可产生10~15t干物质，而且短周期柳树矮林。

短轮伐期柳树矮林能够高效利用废水，如城市生活废水、工业废水、垃圾填埋场渗透液等，其中城市废水被认为是柳树能源林理想的营养液。通过废水灌溉柳树人工林，废水得到资源化利用。柳树根系还能交织成根网，根区形成了生物膜，可有效地吸收和去除污水中氮和磷。瑞典和波兰等国应用短轮期柳树矮林系统净化水体污染，大大改善水体质量，同时产出生物能源，具有显著生态和经济效益。

目前，柳树修复富营养化水体主要通过以下几种形式：植物―土壤净化系统、人工构建的植物—特殊基质净化系统、人工湿地及河岸林生态系统等。用柳树土壤-植物净化系统修复欧洲贮木场产生废水，有效降低了总氮、总磷和可溶性酚等含量，柳树修复效果明显优于其他植物。利用柳树—特殊基质(非土壤基质)修复污水，即如柳树—砂石基质系统修复生活废水，BOD降低了90%，N、P、K的净化效率分别为57.7%、90.6%、24.9%，砂石处理系统净化效率高于植物—土壤基质。利用柳树人工湿地方法，波兰利用蒿柳(S. viminalis)等构建人工湿地去除水体中营养盐与重金属，夏季（生长季）高于秋冬季，柳树对硫酸盐、Cl、Fe等表现为高效吸收。柳树河岸缓冲带改善水质，即营建柳树岸边林，改善河道、池塘、溪流等富营养化水体，如银芽柳(S. gracilistyla)净化富营养化水体。

以上所述方法，主要通过大面积营建柳树人工林，然后通过废水灌溉途径实现废水净化。我国土地资紧张，尤其是东部发达地区，这种方法在我国可操作性不强。

我国柳树资源丰富，其中一些种已经人工改良，许多种具有较强的速生、耐淹、氮磷高吸收能力。杞柳(Salixintegra)为我国特有的优良灌木柳，高为1~2m，极耐淹、速生，萌芽更新能力强，3 d就能产生不定根。在我国每年分夏秋收获2次，作为编织材料。

近些年，薄层营养膜（Nutrient Film Technique, NFT）、深液流（Deep Flow Technique, DFT)等无土栽培技术已在环境修复中推广运用。其中DFT（Deep Flow Technique, DFT）即深液流循环栽培技术，是指植株生长在较深并且是流动的营养液中的一种水培技术，使根系置于DFT中，同时采用水泵间歇开启供液使得营养液循环流动，是无土栽培中较为先进方式，这种栽培方式与NFT（营养膜技术）基本相同，所不同是指栽培槽较深，一般为5~15 cm。

在无土栽培中，无论NFT 还是DFT一般为节省营养液用量而设计。所以NFT和DFT在无土栽培同污水处理运用是不相同的，无土栽培中，营养液用量是受到制约的。在污水处理中，我们需要增加污水处理量，NFT和DFT都不能满足要求。即使DFT，营养液深度也只有为10~15cm，但实际上仍受营养液深度所限，此方法处理废水量小，净化效率低，

基于废水处理，选择杞柳作为净化植物，因为杞柳有深而发达的根系。为此，我们提出超深液流(Super Deep Flow Technique, SDFT)概念，突破常规深液流（DFT）对废水处理量限制。本发明，把液流的深度提高到50cm以上，利用极耐淹、速生灌木柳——杞柳根系发达而深，来吸收水中氮和磷。选用酚醛泡沫板（PF）作为载体，PF板具有质轻、韧性强、无毒、不脆化、仿腐、抗老化特性，特别能耐有机溶液、强酸、弱碱腐蚀，为绿色环保材料，较强承载能力，适合灌木柳固定与漂浮，增加灌木柳支撑力度。用潜水泵和定时期来控制水体流动，营养液循环流动，使植物有效吸收氮、磷等营养。利用萌新特性，收获地上生物量，自然更新，不需要每年栽培。地上部能够给根下部供氧，从而提高根际硝化能力。此方法改进普通的DFT处理量低等缺点，柳树超深流法明显提高了废水处理量和净化效率。同时，一年可以收割2次地上生物量，供编织用等，具有显著经济效益，又有明显的景观效应。

在我国，杞柳广泛运用杞柳编织生产与生活用品，具有明显的经济价值。目前，杞柳遗传改良力度极大，生产上应用的商品品种，显示出极易无性繁殖能力，具有生长快、产量高等优点，树叶可以作为牲畜的饲料。在我国，杞柳每年收割2次，分别在夏季与冬季收获，称为夏条与秋条。每次收割后，地上部更新，一次栽培多年收益，具有较大的经济效益。

发明内容

本发明的目的是提供一种柳树超深液流净化生活废水的方法，通过以下步骤实现：

(1) 选择一年生直径为1cm无病虫害的健状的杞柳（Salix integra）枝条作为净化植物，剪成长度为15~20cm插穗，末端为斜切；然后用水浸泡1~2d吸足水分，中间换水3次；

(2) 将酚醛泡沫板(PF板)作为柳树支撑载体，将吸足水分的插穗，按株行距10×15cm，直接扦插入质地柔软而且有韧性厚度为3~5cm 的酚醛泡沫板(PF板)上。

(3) 建水槽：用水泥和砖块砌成深50cm，宽60cm水槽，水槽涂上防水涂料防渗漏；

(4) 把带有插条PF板转移到水槽中；

(5 ) 先向水槽中注入10~20cm高度的自来水，促进生根（约5~7d生根）、萌芽，等到根系发育良好，使柳苗生长适应14d，加入生活污水至40 cm，使含柳苗PF板飘浮起来，水槽水为含有生活废水的富营养化水体，用潜水泵使废水循环流动，促进生活废水流动，净化水体污染；

(6) 收获柳树地上部的生物量（叶与茎），叶与茎积累营养物质，收获地上生物量结合根际作用，达到去除营养目的，杞柳枝条供编织用，一年可以收割2次，一次培养可以多年收益。水质达到净化标准后，可以释放到环境中去。

本发明的另一个目的是提供所述方法在利用灌木柳柳苗栽培净化水质中的应用，灌木柳选用杞柳，主要是选用杞柳柳苗栽培净化水质。

本发明利用杞柳(S. integra)速生、高生产力，氮和磷营养需求量大，有效去除废水中氮和磷，且杞柳极耐淹水，根系具有向水体输送氧气的能力，促进水体中需氧微生物活性进一步提高对氮和磷的清除，从而达到净化水质的效果。

本发明利用极速生、耐淹的灌木柳——杞柳 (S. integra)作为修复植物；选择质地柔软、韧性较高，耐老化的酚醛仿火保温板(PF)板作为柳苗载体来净化水质，而且不产生二次污染。本发明超深液流方法，深度为50~120cm，提供一种治理富营养地表水的方法。本发明选用杞柳超深流方法有效吸收与净化水体中氮和磷，增加废水处理量，改善了净化效率。在不产生二次污染的同时，定期收获地上生物量，可供编织用，具有较高的经济效益与景观效应。

具体实施方式

本发明结合实施例作进一步的说明。

实施例1

应用示例实施于浙江大学实验农场内，生活污水取自浙江大学华家池校区。具体步骤包括如下：

采集无病虫害、生长健状一年生杞柳枝条，粗度为1cm。剪成长为10~20cm插条，插条末端为斜切。为促进生根，减少根部次生物质抑制，将已剪切好的插条放在水中浸泡24h。选择厚度为5cm PF板作为载体，把插条按10×15cm株行距直接扦插到PF板上。

建立水槽，建深为50 cm，宽度为45、长度为500 cm水泥槽，水泥槽墙体厚度为6cm，用防水涂料涂一层以防渗水。

把带有插条PF板移到水泥槽中去，按下列步骤进行操作。

第1阶段，水泥槽注入10 cm深的自来水，使插条生根。根系发育良好，苗高为30 cm，

第2阶段，向水泥槽加入浙江大学华家池校区生活污水。用潜水泵使水体流动。然后每隔7天收集水样，分析常规水质指标。表1为净化结果。

 

表中为超深液流处理21天后中，水质指标的变化，经过柳树超深液流法处显著降低铵态氮、硝态氮、总氮和总磷浓度。

实施例2

实验在浙江大学实验农场温室中进行，在地面上用砖和水泥建水泥槽，长为5 m，宽度为40 水泥槽，深度为50 cm，用防水涂料涂在槽壁上，以防渗水。

采集杞柳1年生枝条，粗度为1 cm，制成10 cm插条，按10×15 cm 株距整齐地插在厚度为3 cm酚醛泡沫板上，（长宽适合水槽的泡沫板上）。

把带有插条PF板移到水泥槽中去，

第1阶段，水泥槽注入10 cm深的自来水，使插条生根。根系发育良好，苗高为30 cm，

然后注入华家池湖水(N浓度为15.28 mg l^-1，P浓度为15 mg l^-1)。用潜水泵使水体流动。然后定期测定水质变化。表2为水质变化。深水液流显著降低湖水中N和P浓度，10 d后，N去除率为70.9%，磷去除率为48.4%。