專利名稱：資源化快速轉移污染物的水凈化方法
技術領域：
本發明屬于水處理領域，涉及一種受污染地表水環境的水質改善的新方法，尤其涉及一種資源化快速轉移污染物的水凈化方法。
背景技術：
我國有2萬多個湖泊總貯水量達7000多億m3，水庫8萬多座總庫容達4000多億m3。城鎮飲用水水源的50％以上來自于湖泊和水庫的水資源，可見湖泊和水庫的水資源是我國國民經濟持續發展和國家穩定的重要保證。
隨著我國工農業的迅速發展和城市化進程的加快，工業廢水、生活污水以及農業面源的排污量日益增加，大量的污染物隨排放水體進入湖泊、城市河流、水庫以及城市景觀水體，使地表水的富營養化問題日趨嚴重，水體總氮和總磷濃度嚴重超標，水體透明度明顯降低，生物多樣性明顯減少，藍藻水華暴發頻繁，水體生態遭受嚴重破壞。富營養化已對我國地表水環境和水資源造成了十分嚴重的危害。主要有一是水質惡化，影響飲用水源供水與工農業用水；二是湖泊等水體景觀受到破壞，妨礙旅游業的發展；三是水產養殖功能下降；四是生態系統功能嚴重失調。
根據有關研究表明，要想使湖泊脫離富營養狀態，就必須將外源磷負荷降低到0.1g/(m2.a)以下。我國治理最早、治理強度最大的城市湖泊杭州西湖現在還有大約0.65g/(m2.a)的外源磷負荷，仍然處于富營養化狀態；近年來投資近40億元進行綜合治理的滇池，嚴重富營養化狀態絲毫沒有改善反而在進一步惡化；面積只有4km2的南京玄武湖自1997-1998年經過了環湖截污、清淤、換水等一系列高強度的治理，至今也仍然處于富營養化狀態。由此可見，要解決湖泊富營養化問題必須謀求新的途徑。
目前，國內治理湖泊富營養化的工作重點，是對進入湖泊等地表水的點污染源通過建立二級處理污水廠進行控制。然而，二級生物處理工藝不能有效控制氮、磷的排放，如出水中磷的含量常常超過0.5～1.0mg/L，這種處理過的水的排放只會加重湖泊等地表水的富營養化程度。可見，對湖泊點污染源進行二級生物處理并不能有效控制湖泊的富營養化。日本自1975年開始治理霞浦湖，歷經近三十年，投入巨資建設了許多二級污水處理廠，最終也沒有解決富營養化問題。
在世界第六屆湖泊會議，有關專家提出在現行的二級生物處理工藝的基礎上，進一步采用深度處理技術，控制排放水中的氮、磷含量，從而達到控制和治理湖泊富營養化的目的。我國的湖泊富營養化問題日益嚴重，作為一個建設資金短缺的發展中國家來說，全部采用常規的深度處理技術除去氮和磷其投資與運行成本都是相當驚人的。況且，近年來，來自農業面源污染的比重越來越突出。因此，開發水域內的低成本、高效率的水質改善凈化新技術具有迫切性和非常重要的現實意義。
我們從東太湖和洱海得到啟示，按照水深和外源磷負荷它們均已進入富營養化，但由于這些湖泊有著比較合理的生態結構和管理方式，大量的水生植物有著高度的生態穩定性和強大的自凈能力，能夠承受比較高的外源磷負荷，使湖泊水體營養水平遠遠低于同等外源磷負荷的其他湖泊。可見，水生植物具有除去水體中氮和磷的能力。利用水生植物的凈化功能，是一種低成本的深度處理技術。
但是，水生植物泛濫會導致水體二次污染，加速湖泊沼澤化。大量水生植物死亡沉落水中腐敗分解，會消耗水中的溶解氧，使溶解氧濃度下降，會造成水生動物因缺氧而大量死亡，還會釋放出大量有毒有害物質，如氨、硫化氫等，使湖水變黑發臭。所以說，治理湖泊富營養化，絕不是栽種水生植被這么簡單。具有強大的自凈能力的湖泊生態結構，在自然狀態下需要幾十年才能完成的水生植被與湖泊環境協同演替過程。這種生態結構一旦受到嚴重破壞，要想恢復原貌是非常困難的，它需要人工措施和工程措施的輔助、引導才能在一定的時期內逐漸恢復。
目前，受污染水體脫氮除磷以及進一步改善水質的凈化技術的研究熱點主要有人工濕地、人工浮島及生物浮床。它們雖然都具有一定的提高水體的自凈能力，但普遍存在著污染物轉移速度慢、凈化效率低、運行成本較高以及資源化程度低且都存在二次污染的可能性等不足，推廣應用受到了限制。
針對以上存在的問題，本發明提供一種適用于受污染湖泊、水庫、城市河流、城市景觀水體等地表水環境的水質改善和水環境修復的新技術方法，用于栽培植物，采收簡便高效，能將水中污染物快速批量轉移，水質改善凈化效率高。經專利文獻檢索和有關專業文獻檢索，沒有關于資源化快速轉移污染物的水凈化方法的文獻發表和記載。
發明內容
和具體實施方案本發明的目的是提供一種資源化快速轉移污染物的水凈化方法。該方法適用于湖泊、水庫、城市河流、城市景觀水體等受污染的地表水環境的生物修復工程，能快速高效清除水體污染物和強化水體自凈能力，是一種不會造成二次污染的低成本的水處理新技術。
本發明巧妙地應用了生態學的基本原理，將受污染的地表水環境的水體作為營養液，采用水培技術栽培經濟植物，結合生物措施和工程措施提高太陽能的利用效率，強化植物對營養液的吸收和轉化，從而提高單位面積的水凈化效率，以低運行成本獲得高效的產出，取得良好的經濟、社會和環境效益。
本發明的技術方案在受污染的地表水環境的水面建立浮式栽培床，將受污染的水作為營養液，采用開放型水培技術，大苗移栽，定期全株采收，通過栽培可資源化的速生高產、生物量大、光能利用率高、耐污且凈化能力強的植物。植物在生長過程中不僅能將水中的營養物轉化為植物體，還會分泌出具有抑制藻類生長的物質。當植物生長速度減慢時進行全株采收，將植物體和吸附在植株根系的污染物轉移出水體外，最后對采收植物進行資源化利用。
以下對本發明進一步說明(1)浮式栽培床既可為網箱式，也可采用浮床式，具有結構簡單、造價低、移動性強、操作簡便、管理容易等優點。
(2)開放型水培，植物根系直接浸在水中，促進植物根系發達。發達的植物根系在水中形成巨大且濃密的網，與水接觸的比表面面積大，可直接吸附水中大量的懸浮物，并逐漸在植物根系表面形成生物膜、根系微生物群落和浮游動物群落，構筑了一個微生態的凈化系統，能有效地消除受污染水環境中的有機型污染組分，強化對水體營養鹽的吸收利用。發達的根系可以吸附藻類，起到攔藻作用，同時也會分泌抑藻物質控制藻類的生長。浮式栽培床還可以通過遮擋陽光阻斷藻類的光合作用，可有效防止藻類水華的發生。
(3)在浮式栽培床上栽培的植物是選用速生高產、生物量大、耐污、耐肥、凈化能力強的食用性、藥用性、飼用性以及可用作綠肥的品種。這類植物不僅具有較強的污水凈化功能，還可通過資源化利用產生可觀的經濟效益。
(4)大苗移植栽培，先在育苗區培育大苗，當其進入快速生長期時，將大苗移植到浮式栽培床上栽培，這時期植物光能利用率高、生物生長量大，能吸收大量的氮、磷等營養鹽類以及凈化改善水體水質。
(5)定期全株采收。當植物的生長速度開始減緩時，將植物的根、莖、葉全株采收，間接將受污染水環境中的污染物快速批量地轉移出水體，同時也將吸附在根系的懸浮顆粒物等直接帶出水體外，更有效地改善水質和凈化水體。
(6)移栽——采收不斷循環，將水體中的污染物批量、快速地轉移出水體，栽培床長期保持一定量以上的生物量，確保其凈化功能高效運轉。還可根據季節氣候的變化改變植物品種，以保證栽培床長期具有旺盛的生產力和凈化能力。
(7)任意組合，美化景觀。浮式栽培床設有護欄和固定裝置，形狀可為各式各樣，其浮于水面上具有很強的、可操作的移動性。既可單獨分散放置，也可多個單元體串聯放置，或可任意組合。可形成藻類水華防護攔截帶，同時具有消浪、促進水中懸浮顆粒物的沉積以及減少水流對底泥的攪動等作用，有利于提高水體透明度。配合水上園林藝術設計，可將浮式栽培床作為水上花園，栽培各種具有觀賞性的經濟植物，通過藝術組合，形成美麗的水上景觀。
本發明的重要意義是“變廢為寶”，把受污染的水環境作為可利用的資源，在開發利用的過程中有效改善水質，實現水環境的生態工程修復保護。本發明利用受污染的地表水環境發展水培業，視水質情況選擇性地大批量生產蔬菜、中草藥、花卉、綠肥、水草等，將水環境中的營養物質資源化利用，實現產業化治理水污染。本發明在發展水面經濟的同時，可實現水質的改善以及環境的美化。
本發明是通過不斷循環的“大苗移栽——全株采收”，將污染物大批量地快速轉移出水體外，單位面積的凈化效率高。如其中篩選的某種水培植物進行的相關試驗研究表明，每年每m2栽培床的生物生長量可達到450kg，可從水體凈化吸收的氮和磷分別為712g、115g，高于以往任何文獻報道的凈化能力水平。本發明適用于我國湖泊、水庫、城市河流、城市景觀水環境的水質改善和水環境治理。
權利要求
1.一種資源化快速轉移污染物的水凈化方法，將受污染的水作為營養液，在水面建立浮式栽培床栽培植物，其特征是采用開放型水培技術，實行大苗移栽和定期全株采收的管理辦法，通過采收將植物和吸附在植株根系的污染物快速轉移出水體外，并對采收物進行資源化利用。
2.根據權利要求1所述的資源化快速轉移污染物的水凈化方法，其特征是開放型水培技術，植物根系直接浸在水中。
3.根據權利要求1所述的資源化快速轉移污染物的水凈化方法，其特征是大苗移栽，先在育苗區育苗，當植苗進入速生高產期時，將大苗移植到浮式栽培床上栽培。
4.根據權利要求1所述的資源化快速轉移污染物的水凈化方法，其特征是定期全株采收，在一定時期內植物的生長速度開始下降時，將植物的根、莖、葉全株采收，同時也將吸附在根系的懸浮顆粒物帶出水體外。
5.根據權利要求1所述的資源化快速轉移污染物的水凈化方法，其特征是移栽——采收不斷循環，栽培床長期保持一定量以上的生物量，還可根據季節氣候的變化更換植物品種。
全文摘要
本發明屬于水處理領域，涉及一種受污染水體水質改善的新方法，尤其涉及一種資源化快速轉移污染物的水凈化方法。該方法是在受污染的地表水環境的水面建立浮式栽培床，采用開放型水培技術，通過實施大苗移栽和定期全株采收的管理辦法，將植物體和吸附在植株根系的污染物全部轉移出受污染的地表水環境之外，并實施對采收植物的資源化利用。本發明能最大限度地利用速生高產的植物快速地吸收、吸附和轉化受污染地表水環境中的氮、磷及其有機污染物，快速清除轉移水體污染物，同時還具有攔藻抑藻作用、削減波浪保護堤岸、美化景觀等作用。本發明適用于我國國情的湖泊、水庫、城市河流、城市景觀水體等受污染的地表水環境的水質改善和水環境生物修復。
文檔編號C02F3/32GK1762854SQ200410083829
公開日2006年4月26日 申請日期2004年10月20日 優先權日2004年10月20日
發明者吳為中, 李旭海 申請人:吳為中, 李旭海