专利名称：资源化快速转移污染物的水净化方法
技术领域：
本发明属于水处理领域，涉及一种受污染地表水环境的水质改善的新方法，尤其涉及一种资源化快速转移污染物的水净化方法。
背景技术：
我国有2万多个湖泊总贮水量达7000多亿m3，水库8万多座总库容达4000多亿m3。城镇饮用水水源的50％以上来自于湖泊和水库的水资源，可见湖泊和水库的水资源是我国国民经济持续发展和国家稳定的重要保证。
随着我国工农业的迅速发展和城市化进程的加快，工业废水、生活污水以及农业面源的排污量日益增加，大量的污染物随排放水体进入湖泊、城市河流、水库以及城市景观水体，使地表水的富营养化问题日趋严重，水体总氮和总磷浓度严重超标，水体透明度明显降低，生物多样性明显减少，蓝藻水华暴发频繁，水体生态遭受严重破坏。富营养化已对我国地表水环境和水资源造成了十分严重的危害。主要有一是水质恶化，影响饮用水源供水与工农业用水；二是湖泊等水体景观受到破坏，妨碍旅游业的发展；三是水产养殖功能下降；四是生态系统功能严重失调。
根据有关研究表明，要想使湖泊脱离富营养状态，就必须将外源磷负荷降低到0.1g/(m2.a)以下。我国治理最早、治理强度最大的城市湖泊杭州西湖现在还有大约0.65g/(m2.a)的外源磷负荷，仍然处于富营养化状态；近年来投资近40亿元进行综合治理的滇池，严重富营养化状态丝毫没有改善反而在进一步恶化；面积只有4km2的南京玄武湖自1997-1998年经过了环湖截污、清淤、换水等一系列高强度的治理，至今也仍然处于富营养化状态。由此可见，要解决湖泊富营养化问题必须谋求新的途径。
目前，国内治理湖泊富营养化的工作重点，是对进入湖泊等地表水的点污染源通过建立二级处理污水厂进行控制。然而，二级生物处理工艺不能有效控制氮、磷的排放，如出水中磷的含量常常超过0.5～1.0mg/L，这种处理过的水的排放只会加重湖泊等地表水的富营养化程度。可见，对湖泊点污染源进行二级生物处理并不能有效控制湖泊的富营养化。日本自1975年开始治理霞浦湖，历经近三十年，投入巨资建设了许多二级污水处理厂，最终也没有解决富营养化问题。
在世界第六届湖泊会议，有关专家提出在现行的二级生物处理工艺的基础上，进一步采用深度处理技术，控制排放水中的氮、磷含量，从而达到控制和治理湖泊富营养化的目的。我国的湖泊富营养化问题日益严重，作为一个建设资金短缺的发展中国家来说，全部采用常规的深度处理技术除去氮和磷其投资与运行成本都是相当惊人的。况且，近年来，来自农业面源污染的比重越来越突出。因此，开发水域内的低成本、高效率的水质改善净化新技术具有迫切性和非常重要的现实意义。
我们从东太湖和洱海得到启示，按照水深和外源磷负荷它们均已进入富营养化，但由于这些湖泊有着比较合理的生态结构和管理方式，大量的水生植物有着高度的生态稳定性和强大的自净能力，能够承受比较高的外源磷负荷，使湖泊水体营养水平远远低于同等外源磷负荷的其他湖泊。可见，水生植物具有除去水体中氮和磷的能力。利用水生植物的净化功能，是一种低成本的深度处理技术。
但是，水生植物泛滥会导致水体二次污染，加速湖泊沼泽化。大量水生植物死亡沉落水中腐败分解，会消耗水中的溶解氧，使溶解氧浓度下降，会造成水生动物因缺氧而大量死亡，还会释放出大量有毒有害物质，如氨、硫化氢等，使湖水变黑发臭。所以说，治理湖泊富营养化，绝不是栽种水生植被这么简单。具有强大的自净能力的湖泊生态结构，在自然状态下需要几十年才能完成的水生植被与湖泊环境协同演替过程。这种生态结构一旦受到严重破坏，要想恢复原貌是非常困难的，它需要人工措施和工程措施的辅助、引导才能在一定的时期内逐渐恢复。
目前，受污染水体脱氮除磷以及进一步改善水质的净化技术的研究热点主要有人工湿地、人工浮岛及生物浮床。它们虽然都具有一定的提高水体的自净能力，但普遍存在着污染物转移速度慢、净化效率低、运行成本较高以及资源化程度低且都存在二次污染的可能性等不足，推广应用受到了限制。
针对以上存在的问题，本发明提供一种适用于受污染湖泊、水库、城市河流、城市景观水体等地表水环境的水质改善和水环境修复的新技术方法，用于栽培植物，采收简便高效，能将水中污染物快速批量转移，水质改善净化效率高。经专利文献检索和有关专业文献检索，没有关于资源化快速转移污染物的水净化方法的文献发表和记载。
发明内容
和具体实施方案本发明的目的是提供一种资源化快速转移污染物的水净化方法。该方法适用于湖泊、水库、城市河流、城市景观水体等受污染的地表水环境的生物修复工程，能快速高效清除水体污染物和强化水体自净能力，是一种不会造成二次污染的低成本的水处理新技术。
本发明巧妙地应用了生态学的基本原理，将受污染的地表水环境的水体作为营养液，采用水培技术栽培经济植物，结合生物措施和工程措施提高太阳能的利用效率，强化植物对营养液的吸收和转化，从而提高单位面积的水净化效率，以低运行成本获得高效的产出，取得良好的经济、社会和环境效益。
本发明的技术方案在受污染的地表水环境的水面建立浮式栽培床，将受污染的水作为营养液，采用开放型水培技术，大苗移栽，定期全株采收，通过栽培可资源化的速生高产、生物量大、光能利用率高、耐污且净化能力强的植物。植物在生长过程中不仅能将水中的营养物转化为植物体，还会分泌出具有抑制藻类生长的物质。当植物生长速度减慢时进行全株采收，将植物体和吸附在植株根系的污染物转移出水体外，最后对采收植物进行资源化利用。
以下对本发明进一步说明(1)浮式栽培床既可为网箱式，也可采用浮床式，具有结构简单、造价低、移动性强、操作简便、管理容易等优点。
(2)开放型水培，植物根系直接浸在水中，促进植物根系发达。发达的植物根系在水中形成巨大且浓密的网，与水接触的比表面面积大，可直接吸附水中大量的悬浮物，并逐渐在植物根系表面形成生物膜、根系微生物群落和浮游动物群落，构筑了一个微生态的净化系统，能有效地消除受污染水环境中的有机型污染组分，强化对水体营养盐的吸收利用。发达的根系可以吸附藻类，起到拦藻作用，同时也会分泌抑藻物质控制藻类的生长。浮式栽培床还可以通过遮挡阳光阻断藻类的光合作用，可有效防止藻类水华的发生。
(3)在浮式栽培床上栽培的植物是选用速生高产、生物量大、耐污、耐肥、净化能力强的食用性、药用性、饲用性以及可用作绿肥的品种。这类植物不仅具有较强的污水净化功能，还可通过资源化利用产生可观的经济效益。
(4)大苗移植栽培，先在育苗区培育大苗，当其进入快速生长期时，将大苗移植到浮式栽培床上栽培，这时期植物光能利用率高、生物生长量大，能吸收大量的氮、磷等营养盐类以及净化改善水体水质。
(5)定期全株采收。当植物的生长速度开始减缓时，将植物的根、茎、叶全株采收，间接将受污染水环境中的污染物快速批量地转移出水体，同时也将吸附在根系的悬浮颗粒物等直接带出水体外，更有效地改善水质和净化水体。
(6)移栽——采收不断循环，将水体中的污染物批量、快速地转移出水体，栽培床长期保持一定量以上的生物量，确保其净化功能高效运转。还可根据季节气候的变化改变植物品种，以保证栽培床长期具有旺盛的生产力和净化能力。
(7)任意组合，美化景观。浮式栽培床设有护栏和固定装置，形状可为各式各样，其浮于水面上具有很强的、可操作的移动性。既可单独分散放置，也可多个单元体串联放置，或可任意组合。可形成藻类水华防护拦截带，同时具有消浪、促进水中悬浮颗粒物的沉积以及减少水流对底泥的搅动等作用，有利于提高水体透明度。配合水上园林艺术设计，可将浮式栽培床作为水上花园，栽培各种具有观赏性的经济植物，通过艺术组合，形成美丽的水上景观。
本发明的重要意义是“变废为宝”，把受污染的水环境作为可利用的资源，在开发利用的过程中有效改善水质，实现水环境的生态工程修复保护。本发明利用受污染的地表水环境发展水培业，视水质情况选择性地大批量生产蔬菜、中草药、花卉、绿肥、水草等，将水环境中的营养物质资源化利用，实现产业化治理水污染。本发明在发展水面经济的同时，可实现水质的改善以及环境的美化。
本发明是通过不断循环的“大苗移栽——全株采收”，将污染物大批量地快速转移出水体外，单位面积的净化效率高。如其中筛选的某种水培植物进行的相关试验研究表明，每年每m2栽培床的生物生长量可达到450kg，可从水体净化吸收的氮和磷分别为712g、115g，高于以往任何文献报道的净化能力水平。本发明适用于我国湖泊、水库、城市河流、城市景观水环境的水质改善和水环境治理。
权利要求
1.一种资源化快速转移污染物的水净化方法，将受污染的水作为营养液，在水面建立浮式栽培床栽培植物，其特征是采用开放型水培技术，实行大苗移栽和定期全株采收的管理办法，通过采收将植物和吸附在植株根系的污染物快速转移出水体外，并对采收物进行资源化利用。
2.根据权利要求1所述的资源化快速转移污染物的水净化方法，其特征是开放型水培技术，植物根系直接浸在水中。
3.根据权利要求1所述的资源化快速转移污染物的水净化方法，其特征是大苗移栽，先在育苗区育苗，当植苗进入速生高产期时，将大苗移植到浮式栽培床上栽培。
4.根据权利要求1所述的资源化快速转移污染物的水净化方法，其特征是定期全株采收，在一定时期内植物的生长速度开始下降时，将植物的根、茎、叶全株采收，同时也将吸附在根系的悬浮颗粒物带出水体外。
5.根据权利要求1所述的资源化快速转移污染物的水净化方法，其特征是移栽——采收不断循环，栽培床长期保持一定量以上的生物量，还可根据季节气候的变化更换植物品种。
全文摘要
本发明属于水处理领域，涉及一种受污染水体水质改善的新方法，尤其涉及一种资源化快速转移污染物的水净化方法。该方法是在受污染的地表水环境的水面建立浮式栽培床，采用开放型水培技术，通过实施大苗移栽和定期全株采收的管理办法，将植物体和吸附在植株根系的污染物全部转移出受污染的地表水环境之外，并实施对采收植物的资源化利用。本发明能最大限度地利用速生高产的植物快速地吸收、吸附和转化受污染地表水环境中的氮、磷及其有机污染物，快速清除转移水体污染物，同时还具有拦藻抑藻作用、削减波浪保护堤岸、美化景观等作用。本发明适用于我国国情的湖泊、水库、城市河流、城市景观水体等受污染的地表水环境的水质改善和水环境生物修复。
文档编号C02F3/32GK1762854SQ200410083829
公开日2006年4月26日 申请日期2004年10月20日 优先权日2004年10月20日
发明者吴为中, 李旭海 申请人:吴为中, 李旭海