富营养化水体中氮、磷的生物去除方法

摘要

本发明的富营养化水体中氮、磷的生物去除方法，是构建一个水处理沟渠，将三种浮萍即青萍、少根紫萍和多根浮萍按配比种植在水处理沟渠内，通过浮萍的生长去除富营养化水体中氮、磷；所述青萍、少根紫萍和多根浮萍的配比是：青萍∶少根紫萍∶多根紫萍的鲜重比为1～9∶1～3∶1～3。本发明利用利用不同浮萍品种对氮、磷的吸收特征的不同，将多个浮萍品种进行配比投放，可以达到很好的富营养化水体氮、磷的去除效果；通过排水口的浮萍拦截和水体过滤一体装置，在对水体进一步过滤的同时，达到对浮萍的利用的可控性，防止二次污染：并在浮萍吸收废水中的氮、磷后，将其资源化利用，达到变废为宝的资源循环利用的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及环境治理，特别涉及一种富营养化水体中氮、磷的生物去除方法。

技术背景

富营养化现象的发生及地下水和饮用水的污染与日常生产生活中氮、磷营养元 素的流失有着密切的关系。为了降低氮、磷污染对水体富营养化及地下水污染的贡 献，国内外在控制营养物质的来源上投入了大量的人财物力，但因水体富营养污染 范围广、污染过程复杂等原因，目前对水体富营养污染的治理还没有理想的技术方 法。

浮萍是记载在《中国植物志》中的一类小型的漂浮型水生被子植物，浮萍虽然 小而简单，但是其作用巨大，多年来不仅被广泛应用于植物生理学、遗传学、生态 学和环境检测等方面，而且被广泛应用于水体污染的治理。更有报道显示浮萍还能 有效降解废水中有毒有害物质，净化废水。

虽然浮萍对氮、磷营养物质有很好吸收富集作用，但是在实践应用过程中还有 很多缺陷。由于浮萍是漂浮类植物，因此对较深的水体中氮、磷的去除效率并不理 想；浮萍适合生长在水流平缓的静水体中，对落差大的水体的应用也效果不佳；另 浮萍的生命力极强，因此它还可杀死同一水域内的其它生物，如果利用不当对渔业 和水生植物产业有很大的危害，并会对水体产生二次污染。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献CN103979686A公开了一种生态 农业净化富营养水的方法，构建富营养水和阳光--水生植物---水生动物---人的食物 这样一个生态平衡的系统，不让某一、二种水生植物或水生动物疯长，同时富营养 水得以净化。但该系统中营养物质的代谢是相对平衡的，对氮、磷去除作用比较有 限。

中国专利文献CN104045160A公开了一种生物合理化处理猪场废水的方法， 将污水处理与牧草、浮萍种植结合，污水经发酵、过滤后其高氮、磷物质大部分被 牧草吸收，达到了良好处理效果。但该方法只适用于污染源集中的污水，且费时费 力。

发明内容

本发明的目的，就是为了降低生物转化过程中的中间产物被消耗的水平，提高 发酵液中葡萄糖的累积浓度，提供一富营养化水体中氮、磷的生物去除方法及其构 建方法和应用。

为了实现本发明的目的，本发明采用了以下技术方案：一种富营养化水体中氮、 磷的生物去除方法是，构建一个水处理沟渠，将三种浮萍即青萍(LemnaminorL.)、少 根紫萍(Spirodelaoligorrhiza(Kurz)Hegelm.)和多根浮萍(Spirodelapolyrhiza(Linn.)Schleid.)按 配比种植在水处理沟渠内，通过浮萍的生长去除富营养化水体中氮、磷；所述青萍、 少根紫萍和多根浮萍的配比是：青萍∶少根紫萍∶多根紫萍的鲜重比为1～9∶1～3∶1～3。

所述水处理沟渠按水流方向顺序设置为入水区、水流缓冲区、浮萍生长区和排 水区，在排水区设有浮萍拦截和水体过滤一体装置，所述浮萍种植在浮萍生长区。

所述水流缓冲区的宽度和深度大于入水区、浮萍生长区和排水区，以减缓水流、 沉淀沙石。

所述的浮萍生长区的水深为10～100cm。

所述浮萍拦截和水体过滤一体装置包括挡板、滤网和无织造布，两块挡板将滤 网和无织造布夹在中间，滤网的孔径为1.5-2.5mm，在出水区两侧设有固定槽，浮 萍拦截和水体过滤一体装置插装在该固定槽内并可根据水位上下调节。

本发明的优点在于：利用不同浮萍品种对氮、磷的吸收特征的不同，将多个浮 萍品种进行配比投放；通过构建沟渠水流缓冲区以提供适宜浮萍生长的环境；根据 浮萍作为漂浮植物的特点，在投放浮萍的区域，加宽浮萍生长的面积，降低水体的 深度；因此，可以达到很好的富营养化水体氮、磷的去除效果。并通过排水区的浮 萍拦截和水体过滤一体装置，在对水体进一步过滤的同时，达到对浮萍的利用的可 控性，防止二次污染；并在浮萍吸收废水中的氮、磷后，将其资源化利用，达到变 废为宝的资源循环利用的目的。所以本发明具有极大的理论和应用价值。

附图说明

图1为水处理沟渠的平面布置示意图；

图2为三个浮萍品种不同配比处理对NH⁴⁺的吸收特征，图中A、B、C、D依 次为青萍∶少根紫萍∶多根紫萍的鲜重分别为9∶1∶1、1∶3∶1、1∶1∶3、1∶1∶1时的吸收特 征；

图3为三个浮萍品种不同配比处理对NO^3-的吸收特征，图中A、B、C、D依 次为青萍∶少根紫萍∶多根紫萍的鲜重分别为9∶1∶1、1∶3∶1、1∶1∶3、1∶1∶1时的吸收特 征；

图4为三个浮萍品种不同配比处理对H₂PO^4-的吸收特征，图中A、B、C、D 依次为青萍∶少根紫萍∶多根紫萍的鲜重分别为9∶1∶1、1∶3∶1、1∶1∶3、1∶1∶1时的吸收 特征。

具体实施方法

本发明富营养化水体中氮、磷的生物去除方法是，构建一个水处理沟渠，将三 种浮萍即青萍、少根紫萍和多根浮萍按鲜重比为1～9∶1～3∶1～3种植在水处理沟渠内， 通过浮萍的生长去除富营养化水体中氮、磷。

参见图1，本发明中的水处理沟渠按水流方向顺序设置为入水区1、水流缓冲 区2、浮萍生长区3和排水区4，在排水区设有浮萍拦截和水体过滤一体装置5， 浮萍种植在浮萍生长区。其中，水流缓冲区的宽度和深度大于入水区、浮萍生长区 和排水区，以减缓水流、沉淀沙石。浮萍生长区的水深为10～100cm。浮萍拦截和 水体过滤一体装置包括挡板、滤网和无织造布，两块挡板将滤网和无织造布夹在中 间，滤网的孔径为1.5-2.5mm，在出水区两侧设有固定槽，浮萍拦截和水体过滤一 体装置插装在该固定槽内并可根据水位上下调节。挡板上设有多个通孔。

下面通过实施例对本发明作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下 进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于 下述的实施例。

实施例1

本实施例的主要材料：NH₄Cl、1/10Hogland营养液(pH5.5)、青萍、少根紫 萍、多根紫萍。

以一般富营养化水体中铵态氮浓度为依据，在1/10Hogland营养液的基础上， 将其中氮素营养调为含NH⁴⁺的浓度为0.75mmol/L。取350ml一次性透明塑料杯， 分别倒入200ml上述培养液；挑选长势良好的各浮萍品种，设置四个浮萍投放处 理：青萍∶少根紫萍∶多根紫萍的鲜重比分别为9∶1∶1、1∶3∶1、1∶1∶3、1∶1∶1的混合种 处理(依次分别编号为A、B、C、D处理)，各处理浮萍的投放量约为0.1g鲜重， 每个处理设15个重复，并做不投放浮萍的空白对照。每天以去离子水补充损失的 水分，每3天随机取三个重复，采用靛酚蓝比色法测定培养液中NH4+的含量。

如图2所示，在投放初期，B处理对NH⁴⁺的吸收速率最快，21天后除了A处 理对NH⁴⁺的去除率较低，为56.4％，B、C、D处理对NH⁴⁺均有高的去除率，分别 为97.8％、96.1％、96.8％；说明以少根紫萍为优势种的B处理对NH⁴⁺的吸收能力 最强。总的来说，以不同浮萍品种为优势种时对不同浓度的NH⁴⁺的吸收能力不同， 因此，可根据富营养化水体的具体情况将不同浮萍品种进行合理配比，以加强其对 富营养化水体中的NH⁴⁺去除。

实施例2

本实施例的主要材料：KNO₃、1/10Hogland营养液(pH5.5)、青萍、少根紫 萍、多根紫萍。

以一般富营养化水体中硝态浓度为依据，在1/10Hogland营养液的基础上， 将其中氮素营养调为含NO^3-的浓度为0.75mmol/L的培养液。取350ml一次性透明 塑料杯，分别倒入200ml上述培养液；挑选长势良好的各浮萍品种，设置四个浮 萍投放处理：青萍∶少根紫萍∶多根紫萍的鲜重比分别为9∶1∶1、1∶3∶1、1∶1∶3、1∶1∶1 (依次分别编号为A、B、C、D)，各处理浮萍的投放量约为0.1g鲜重，每个处理 设15个重复，并做不投放浮萍的空白对照。每天以去离子水补充损失的水分，每 3天随机取三个重复，采用双波长法测定培养液中硝态氮的浓度。

如图3所示，四个处理对NO^3-均有高的去除率，18天后，A处理对NO^3-的去 除率最高达95.5％，说明以青萍为优势种时对NO^3-有更好的去除效果。

实施例3

本实施例的主要材料：KH₂PO₄、1/10Hogland营养液(pH5.5)、青萍、少根 紫萍、多根紫萍。

以富营养化水体中磷浓度为依据，在1/10Hogland营养液的基础上，将磷素 营养调为含H₂PO₄^-的浓度为0.2mmol/L的培养液。取350ml一次性透明塑料杯， 分别倒入200ml上述培养液；挑选长势良好的各浮萍品种，设置四个浮萍投放处 理：青萍、少根紫萍、多根紫萍的单种处理和青萍∶少根紫萍∶多根紫萍的鲜重为1∶1∶1 的混合种处理，各处理浮萍的投放量约为0.1g鲜重，每个处理设15个重复，并做 不投放浮萍的空白对照。每天以去离子水补充损失的水分，每3天随机取三个重复， 采用钼酸盐分光光度法测定培养液中H₂PO₄^-的含量。

如图4所示，在投放初期，A和D的处理对H₂PO₄^-的吸收速率更快，但在12 天后，B和C处理对H₂PO₄^-的吸收速率更快；说明A和D的处理对高浓度的H₂PO₄^-的有更高的吸收能力，B和C处理对低浓度H₂PO₄^-有更高的亲和力。总体来看， 以不同浮萍品种为优势种时对不同浓度的H₂PO₄^-的吸收能力不同，因此，可根据 具体情况将不同浮萍品种进行合理配比，以加强其对富营养化水体中的磷素的去 除。

本发明的工作原理是，将富营养化水体引入水处理沟渠中，投入多品种配比的 浮萍，然后通过浮萍拦截和水体过滤一体装置，对水体进一步净化的同时，控制浮 萍泛滥，防止二次污染，达到提高水体氮、磷去除效率的目的，同时达到对浮萍的 利用的可控性，防止二次污染；并在浮萍吸收废水中的氮、磷后，将其资源化利用， 达到资源重复利用的目的。