一种基于水生植物的富营养化河道修复方法

摘要

本发明公开了一种基于水生植物的富营养化河道修复方法，属于水体富营养化治理技术领域。所述富营养化河道修复方法的步骤包括：将挺水植物种植于河道两侧，沉水植物紧邻挺水植物种植，再将吸附基质埋入挺水植物的种植底泥中，形成富营养化河道修复系统。通过挺水植物、沉水植物以及吸附基质的组合，配合特定的种植方法，有效去除了富营养化河道中N、P污染物。本发明公开的修复方法步骤简单，易于施行，具有较好的推广利用价值。

说明书

技术领域

本发明涉及水体富营养化治理技术领域，特别涉及一种基于水生植物的富营养化河道修复方法。

背景技术

城市河道是城市生态环境的重要组成部分，承担着防洪排涝、调节小气候、维持生态平衡、改善城市景观、提供生产生活用水等多方面的功能。

富营养化引起水生生态系统失衡的机理是：富营养化的水体中氮磷含量较高，高水平的NP因子与光照、水温等环境因素综合作用在一定条件下会引发水华暴发，进而导致水体溶解氧大量消耗，水体透明度下降，有些藻类还会产生影响其它水生生物的生长和繁殖的有毒物质，破坏生境的平衡引起水质恶化。水生环境退化的重要表现就是，其水生植被的退化。

作为富营养化水体修复的一种重要手段，植物修复技术已得到国内外学术界的广泛认同与重视。实践也显示，植物生态修复工程是一种低成本、低能耗、易管理，同时又可美化环境的新技术，有着其他水体富营养化治理技术不可比拟的优点，尤其适用于城市景观水体的净化。

然而，不同的种类水生植物对N、P的去除能力不同，且由于N、P在水体存在多种形态，如N分为有机氮、氨氮、硝态氮等，P则主要分为有机磷和无机磷两类。现有技术难以满足对各种形态污染物的同时去除，因而对水体富营养化治理的效果难以达到预期。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种基于水生植物的富营养化河道修复方法。通过挺水植物、沉水植物以及吸附基质的组合，配合特定的种植方法，有效去除了富营养化河道中N、P污染物。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明技术方案之一：提供一种基于水生植物的富营养化河道修复方法，包括以下步骤：

将挺水植物种植于河道两侧，沉水植物紧邻挺水植物种植，再将吸附基质埋入挺水植物的种植底泥中，形成富营养化河道修复系统。

优选地，所述挺水植物为芦苇或美人蕉，芦苇的种植密度为30～36株/m

优选地，所述沉水植物为黑藻，黑藻的种植密度为25～36丛/m

优选地，所述吸附基质为酸改性粉煤灰基沸石。

更优选地，所述酸改性粉煤灰基沸石的制备步骤包括：将粉煤灰进行研磨，然后与酸溶液进行加热反应，过滤，沉淀继续加入至碱溶液中进行反应，反应完成后固液分离，沉淀水洗至中性，煅烧，煅烧产物再进行酸浸泡，制得酸改性粉煤灰基沸石。

本发明首先将粉煤灰进行研磨，增大了粉煤灰的反应面积，再通过酸溶液对其进行溶蚀，通过溶解粉煤灰中的进行氧化物，扩大了粉煤灰的吸附面积和孔道，进一步的，再利用碱对其进行溶蚀，通过碱溶液与粉煤灰中的二氧化硅进行反应，使得粉煤灰的吸附面积和孔道进一步增大。经过煅烧后，将粉煤灰制成沸石，可以吸附水体中的污染物，对其进行酸改性的目的是增强沸石对水体中P的吸附效果。

本发明对粉煤灰先进行酸处理，再进行碱处理，然后进行煅烧，酸处理过程中，粉煤灰中金属氧化物更多的溶出，其中包含Al

更优选地，粉煤灰与酸溶液反应时，所用酸溶液为质量分数为20～30％盐酸或硝酸水溶液，其中粉煤灰与酸溶液的固液比为1g:(5～10)mL；所述加热反应的温度为80～100℃，时间为1.5～2.5h。

更优选地，所述碱溶液为质量分数为20～30％的氢氧化钠水溶液，其中粉煤灰与碱溶液的固液比为1g:(3～6)mL，与所述酸溶液反应后的沉淀再与碱溶液反应的时间为1.5～2.5h。

更优选地，所述煅烧的温度为800～1000℃，时间为1.5～2h。

更优选地，所述酸浸泡的浸泡液为10～20％盐酸或硝酸水溶液，浸泡时间为1～2h。

本发明技术方案之二：提供一种上述基于水生植物的富营养化河道修复方法在富营养化河道修复中的应用。

本发明的有益技术效果如下：

本发明通过将挺水植物、沉水植物以及吸附基质进行有效组合，利用挺水植物高效去除富营养化水体中的磷，以及氨氮；沉水植物则更多地利用富营养化水体中的有机氮以及硝态氮；将吸附基质埋入挺水植物的种植泥土中，利用其有效吸附富营养化水体中的磷，对富营养化水体中的磷进行富集，再利用挺水植物对其进行去除，提高了磷的去除效率。

不仅如此，本发明还通过对挺水植物和沉水植物的种植位置进行设计，位于河道两侧的挺水植物和吸附基质通过对富营养化水体中N、P的吸附和去除，使得河道两侧与中间形成N、P浓度差，使得河道中间的N、P污染物向两侧扩散，同时，吸附基质解吸出的N、P污染物通过沉水植物的阻拦，降低了N、P污染物的扩散通量。通过这种组合方式，使富营养化水体中的N、P污染物集中于挺水植物和沉水植物附近，提高了水生植物对N、P污染物的去除速率，同时也达到了对富营养化水体中不同形态N、P污染物去除的效果。

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。

另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值，以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

实施例1

酸改性粉煤灰基沸石的制备：

将研磨后过120目筛的粉煤灰与质量分数为20％的硝酸水溶液按固液比为1g:10mL的比例进行混合，加热至100℃，200rpm的搅拌速率下反应2h，反应完成后过滤，滤渣继续加入质量分数为30％的氢氧化钠水溶液(按粉煤灰与氢氧化钠水溶液固液比1g:3mL的量进行添加)，500rpm搅拌2.5h，搅拌完成后，过滤，滤渣水洗至中性，干燥，然后放入马弗炉中1000℃煅烧1.5h，煅烧产物冷却至室温后置于20％的盐酸溶液中浸泡1.5h，过滤，干燥后即得酸改性粉煤灰基沸石。

实施例2

酸改性粉煤灰基沸石的制备：

将研磨后过120目筛的粉煤灰与质量分数为30％的硝酸水溶液按固液比为1g:5mL的比例进行混合，加热至80℃，200rpm的搅拌速率下反应2.5h，反应完成后过滤，滤渣继续加入质量分数为20％的氢氧化钠水溶液(按粉煤灰与氢氧化钠水溶液固液比1g:6mL的量进行添加)，500rpm搅拌2h，搅拌完成后，过滤，滤渣水洗至中性，干燥，然后放入马弗炉中800℃煅烧2h，煅烧产物冷却至室温后置于15％的盐酸溶液中浸泡2h，过滤，干燥后即得酸改性粉煤灰基沸石。

对比例1

粉煤灰基沸石的制备：

与实施例1相比，区别在于省略最后的酸浸泡步骤。

测定实施例1～2及对比例1制备的吸附基质的磷吸附能力：

以100mg/L的KH

表1各组吸附基质对磷的吸附能力

从表1可以看出，对于以粉煤灰为原料制备的沸石材料进行酸改性，能够提升其对P的吸附能力，表明酸改性沸石有提高其P吸附活性位的功能。

利用实施例1～2及对比例1制得的吸附基质及芦苇、黑藻去除富营养化河道中N、P：

测定富营养化河道中的总氮含量(测定结果见表2)和总磷含量(测定结果见表3)，构建4个10m*4m*1.2m的试验池，引入富营养化河道中的河水，水深1m，然后分别建立氮磷去除带，所建立的氮磷去除带为：于试验池两侧种植芦苇，种植密度为36株/m

表2基于水生植物的富营养化河道修复方法对总氮的去除效果

表3基于水生植物的富营养化河道修复方法对总磷的去除效果

从表2和表3中可以看出，本发明提供的基于水生植物的富营养化河道修复方法能够有效去除富营养化水体中的N和P；埋入酸改性的粉煤灰基沸石除磷效果明显优于埋入未改性的粉煤灰基沸石，除氮效果也有增强，二者均优于未埋入吸附机制的对比实验。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。