一种治理城市重度富营养化水体的方法
阅读：854发布：2021-08-13
专利汇可以提供一种治理城市重度富营养化水体的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 属于环境保护技术领域，具体涉及一种城市重度富营养化 水 体 的治理方法。本发明选择佛手蔓绿绒和叶喜林芋作为 水培 植物 ，栽培于重度富营养化水体中，栽培采用水培浮床的方式。本发明方法治理重度富营养化水体效果好，对该水培植物控制容易，不会形成 生物 灾害。而且，还可将水培植物的繁殖分支投放市场：作为家居盆栽或水培植物，或户外景观植物等，以此产生经济效益。，下面是一种治理城市重度富营养化水体的方法专利的具体信息内容。
技术领域
本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种城市重度富营养化水体的治理方法。
背景技术
城市水体的富营养化是困扰世界各国的普遍性环境问题，仅在中国每年造成的经济损 失就数以亿计。如何治理水体的富营养化，是当前环境科学中急需要解决的难题。传统的 富营养化治理手段通常分为两大类，一类是工程技术手段，但是其大多仅适用于点源污水 的末端治理，且成本高、技术难度大、易造成二次污染；另一类是生物技术手段，虽然其 成本较低，但有一个致命的弱点是这些水生植物在吸收利用了水体中的富营养化物质之 后，如果不进行及时转移或利用，营养物质最终又会返回到原来的水体中，不能从根本上 解决水体营养物质过剩的问题。而且值得注意的是，一些耐污能力强的植物，往往也是生 长和繁殖比较快的品种，如果不能得到有效控制，极有可能造成严重的生物入侵，威胁个 别水体甚至整个流域的生态安全，目前我国许多地区泛滥成灾的水葫芦就是一个典型。
应该看到，利用植物来吸收水体营养物质应该是未来发展的重要方向，但问题的关键 是如何解决植物的资源化利用问题。另外，现在大多数城市水体除一定的景观功能外，基 本上没有任何生产功能，这在土地相当紧张的我国，尤其是城市化地区，是资源的巨大浪 费。为此，本发明提出利用城市富营养化水体来培育高附加值的观赏植物，起到既净化水 体，有生产绿化植物的双重效果。
应该看到，利用植物来吸收水体营养物质应该是未来发展的重要方向，但问题的关键 是如何解决植物的资源化利用问题。另外，现在大多数城市水体除一定的景观功能外，基 本上没有任何生产功能，这在土地相当紧张的我国，尤其是城市化地区，是资源的巨大浪 费。为此，本发明提出利用城市富营养化水体来培育高附加值的观赏植物，起到既净化水 体，有生产绿化植物的双重效果。
发明内容
未发明的目的在于提出一种既有好的治理效果，又有高的生态安全的利用水培植物治 理城市重度富营养化水体的方法。
本发明提出的利用水培植物治理城市重度富营养化水体的方法，其关键是选择合适的 水培植物和水培植物的栽培方式。本发明经过大量调研和试验，筛选到两种可以作为治理 城市重度富营养化水体的水培植物，即佛手蔓绿绒(Philodendron selloum俗称小天使) 和叶喜林芋(Philodendron selloum俗称春羽)。栽培采用水培浮床的方式。
本发明的试验过程如下：
通过文献调查和市场调研，初步选择春兰、风信子、仙客来等21种植物作为研究对 象。利用富营养化水对拟定的植物进行栽培，栽培方法是采用传统的泡塑浮床法。定期记 录植物的株高及叶片数，观察植物的存活及生长情况。以此初步筛选出对温度及富营养水 质适应性强的植物12种：风信子、仙客来、葡萄风信子、袖珍椰子、佛手蔓绿绒、黑美 人、马蹄莲、万年青、合果芋、常春藤、叶喜林芋、乳斑椒草
综合考虑耐污能力、生长情况、对高、低温的抗逆性、栽培的难易程度以及市场前景 等因素后，选出黑美人(Aglaonema comutatumcv.‘Sanpema’)、佛手蔓绿绒和叶喜林芋 三种植物作进一步试验。最后选定佛手蔓绿绒和叶喜林芋作为治理用植物。
1.耐污能力研究
模拟室外自然环境条件，配制富营养污水浓度分别为100％、75％、50％、25％和清水五组 浓度梯度。定期换水，保持各组浓度基本不变。每天记录每株植物的生长情况，定期测量 株高，以确定这些植物在不同温度和光照条件下的适宜生长浓度。
实验表明：叶喜林芋在室内环境中的生长情况不理想，100％与75％浓度的缸中各 有一株死亡，另一株也生长不佳。其他三个浓度的缸中虽然没有出现死亡的现象，但生长 状况都不佳。模拟室外环境中的叶喜林芋均生长良好，每个浓度中的植株都长出新叶，没 有表现出不良症状。叶喜林芋在高温多光照的环境中生长更好，且能够适应100％浓度的生 活污水环境。
佛手蔓绿绒在室内环境中有6株死亡，这其中有种植方式不妥的原因。存活下来的植 株中，只有100％浓度的缸中的3株生长最好，其余缸中的植株均生长不佳。模拟室外环 境中的佛手蔓绿绒均生长旺盛，每个缸中的植株都有新叶长出，特别是100％浓度的缸中， 试验结束后植株尤其繁茂，根须发达。佛手蔓绿绒在刚进入到一个富营养水体中，表现出 的不良性状较明显，需要一段时间来适应新的环境，等到适应期过后，佛手蔓绿绒即能良 好地生长。
2.净化能力研究
根据其对光照的要求，每种植物设置5个重复，同时设空白对照组，用于消除污水本 身自净作用对实验的影响。定期测量玻璃缸中总氮、总磷和CODcr浓度，直到该三类污 染物浓度下降到测定限为止。
另外在实验起始和结束时称量植物重量，用来分析植物对营养物质的净吸收量及植物 的增长量。以此筛选出净化和生长效果好的植物。植物的净吸收量由公式： 其中c1、c0分别为吸收达
到平衡时实验组和对照组的总氮、总磷和COD含量，V为供试水体的体积，t为达到吸 收平衡的天数，m0为植物的重量。
结果表明：佛手蔓绿绒、叶喜林芋对水体中氮磷有较好的吸收，其所在水体的COD也 有所下降。
3.新型浮床设计及野外中试
通过研究现有的浮床，分析其不足之处，以此为依据设计新型浮床，其模型由三个部 件组成，外框、横档和卡子。材料是木头或轻质塑料，三者都具有浮力，能保证植物浮在 水面上，详见附图4。
将筛选出的目标植物应用所设计的浮床在吉浦路河进行野外中试，定期观察植物的生 长情况和浮床的使用情况，以此来评定目标植物在城市富营养化水体中推广的可行性及新 型浮床应用的可行性。
结果表明：浮床性能良好，植物没有出现倒伏现象，且生长状况良好且所筛选出的目 标植物在天然环境下能较好地在天然富营养水体中生长，同时也证明了所设计地浮床具有 较好地应用和可推广价值。
由上可见：可用新型浮床将佛手满绿绒及叶喜林芋种植在小区、公园等小型水体中， 一段时间后植物长大，将其收回并分支繁殖，一部分继续种植，另一部分投入市场：可作 为家居盆栽或水培植物，户外景观植物等，以此产生经济效应。
本发明提出的利用水培植物治理城市重度富营养化水体的方法，其关键是选择合适的 水培植物和水培植物的栽培方式。本发明经过大量调研和试验，筛选到两种可以作为治理 城市重度富营养化水体的水培植物，即佛手蔓绿绒(Philodendron selloum俗称小天使) 和叶喜林芋(Philodendron selloum俗称春羽)。栽培采用水培浮床的方式。
本发明的试验过程如下：
通过文献调查和市场调研，初步选择春兰、风信子、仙客来等21种植物作为研究对 象。利用富营养化水对拟定的植物进行栽培，栽培方法是采用传统的泡塑浮床法。定期记 录植物的株高及叶片数，观察植物的存活及生长情况。以此初步筛选出对温度及富营养水 质适应性强的植物12种：风信子、仙客来、葡萄风信子、袖珍椰子、佛手蔓绿绒、黑美 人、马蹄莲、万年青、合果芋、常春藤、叶喜林芋、乳斑椒草
综合考虑耐污能力、生长情况、对高、低温的抗逆性、栽培的难易程度以及市场前景 等因素后，选出黑美人(Aglaonema comutatumcv.‘Sanpema’)、佛手蔓绿绒和叶喜林芋 三种植物作进一步试验。最后选定佛手蔓绿绒和叶喜林芋作为治理用植物。
1.耐污能力研究
模拟室外自然环境条件，配制富营养污水浓度分别为100％、75％、50％、25％和清水五组 浓度梯度。定期换水，保持各组浓度基本不变。每天记录每株植物的生长情况，定期测量 株高，以确定这些植物在不同温度和光照条件下的适宜生长浓度。
实验表明：叶喜林芋在室内环境中的生长情况不理想，100％与75％浓度的缸中各 有一株死亡，另一株也生长不佳。其他三个浓度的缸中虽然没有出现死亡的现象，但生长 状况都不佳。模拟室外环境中的叶喜林芋均生长良好，每个浓度中的植株都长出新叶，没 有表现出不良症状。叶喜林芋在高温多光照的环境中生长更好，且能够适应100％浓度的生 活污水环境。
佛手蔓绿绒在室内环境中有6株死亡，这其中有种植方式不妥的原因。存活下来的植 株中，只有100％浓度的缸中的3株生长最好，其余缸中的植株均生长不佳。模拟室外环 境中的佛手蔓绿绒均生长旺盛，每个缸中的植株都有新叶长出，特别是100％浓度的缸中， 试验结束后植株尤其繁茂，根须发达。佛手蔓绿绒在刚进入到一个富营养水体中，表现出 的不良性状较明显，需要一段时间来适应新的环境，等到适应期过后，佛手蔓绿绒即能良 好地生长。
2.净化能力研究
根据其对光照的要求，每种植物设置5个重复，同时设空白对照组，用于消除污水本 身自净作用对实验的影响。定期测量玻璃缸中总氮、总磷和CODcr浓度，直到该三类污 染物浓度下降到测定限为止。
另外在实验起始和结束时称量植物重量，用来分析植物对营养物质的净吸收量及植物 的增长量。以此筛选出净化和生长效果好的植物。植物的净吸收量由公式： 其中c1、c0分别为吸收达
到平衡时实验组和对照组的总氮、总磷和COD含量，V为供试水体的体积，t为达到吸 收平衡的天数，m0为植物的重量。
结果表明：佛手蔓绿绒、叶喜林芋对水体中氮磷有较好的吸收，其所在水体的COD也 有所下降。
3.新型浮床设计及野外中试
通过研究现有的浮床，分析其不足之处，以此为依据设计新型浮床，其模型由三个部 件组成，外框、横档和卡子。材料是木头或轻质塑料，三者都具有浮力，能保证植物浮在 水面上，详见附图4。
将筛选出的目标植物应用所设计的浮床在吉浦路河进行野外中试，定期观察植物的生 长情况和浮床的使用情况，以此来评定目标植物在城市富营养化水体中推广的可行性及新 型浮床应用的可行性。
结果表明：浮床性能良好，植物没有出现倒伏现象，且生长状况良好且所筛选出的目 标植物在天然环境下能较好地在天然富营养水体中生长，同时也证明了所设计地浮床具有 较好地应用和可推广价值。
由上可见：可用新型浮床将佛手满绿绒及叶喜林芋种植在小区、公园等小型水体中， 一段时间后植物长大，将其收回并分支繁殖，一部分继续种植，另一部分投入市场：可作 为家居盆栽或水培植物，户外景观植物等，以此产生经济效应。
附图说明
图1为室外环境下水体中COD浓度变化图。
图2为室外环境下水体中T-N浓度变化图。
图3为室外环境下水体中T-P浓度变化图。
图4为水培浮床结构分解图。
图5为水培浮床使用状态示意图。
图中标号：1为外框，2为横档，3为卡子、4为固定膜、5为植物。
图2为室外环境下水体中T-N浓度变化图。
图3为室外环境下水体中T-P浓度变化图。
图4为水培浮床结构分解图。
图5为水培浮床使用状态示意图。
图中标号：1为外框，2为横档，3为卡子、4为固定膜、5为植物。
具体实施方式
以水培浮床作为栽体，将以上两种植物种植于城市的富营养水体中。水培浮床由三个 部件组成：外框、横档和卡子，组成框架式，材料是木头或轻质塑料，三者都具有浮力， 能保证植物浮在水面上，详见附图4。横档的两端有开口，主要是为了便于卡在外框上时 具有灵活调节的能力。在一个固定的横框上，可以灵活的调节横档的数量，继而调节植物 的密度。植物由卡子用塑料片固定在横档边上，每一株植物的两边由卡子固定植物。随着 植物长大，可以调节卡子之间的距离。同时，由于卡子的灵活性，也是调节植物密度的方 式之一。模型的示意图见图5。
佛手蔓绿绒既耐高温又耐高污染负荷，生长迅速，根须发达，且是多年生常绿植物， 分枝繁殖，易于大规模的培育。值得注意的是，在栽培时要求其茎部必须完全露出水面， 否则会被浸泡腐烂而死，在水培时必须严格注意这一点。
叶喜林芋具有佛手蔓绿绒同样的优点，且不需要保持茎部完全露出水面，其叶片人， 生长迅速，须状根较发达，可分枝繁殖。因此是一种可供推广使用的很好的耐污、吸污并 具有高附加值的观赏植物。
佛手蔓绿绒、叶喜林芋对COD去除量分别是300.4mg/(d·kg)、243.9mg/(d·kg)。佛 手蔓绿绒根须发达，可为微生物附着生长，降解有机物提供场所，对COD有很好的去除效 果。叶喜林芋根须不如佛手蔓绿绒发达，所以对COD的去除效果比佛手蔓绿绒略差。从每 五天的COD去除量来看：叶喜林芋在试验五天后的去除量即达到最大，佛手蔓绿绒在试验 二十天后的去除量达到最大(见图1)，这是由于水体自净作用导致COD浓度的降低，而使 其去除的绝对量也减少。
佛手蔓绿绒、叶喜林芋对T-N去除量分别是75.5mg/(d·kg)、57.57mg/(d·kg)。从 每五天的T-N去除量来看：佛手蔓绿绒和叶喜林芋在试验前五天对T-N的去除量就达到最 大(见图2)。植物吸收加上水体自净作用，使得水体中的T-N浓度下降很快，从而使植 物的绝对吸收量也减少。
佛手蔓绿绒、叶喜林芋对T-P去除量分别是10.3mg/(d·kg)、10.6mg/(d·kg)。从每 五天的T-P去除量来看：佛手蔓绿绒和叶喜林芋在试验后二十五天内都保持着较高的吸收 量(见图3)，这也和水体对磷的自净能力较差有关。
利用浮床无土种植方法，在富营养化水域表面种植既能产生直接的经济和社会效益、又 具较大的干物质生产潜力(与水生植物中的沉水植物和浮水植物相比)的陆生高等植物，在 收获植物，美化水域景观的同时，通过植物根系的吸收和吸附作用，去除水体中的N、P元 素，以实现变废为宝，化害为利，净化水质，保护水域环境，并能使水体产生良性循环，可持 续发挥水域功能的设想不但可行，且能取得良好的效果，从而为建立利用浮床陆生植物净 化富营养化水域提供了科学依据。
佛手蔓绿绒既耐高温又耐高污染负荷，生长迅速，根须发达，且是多年生常绿植物， 分枝繁殖，易于大规模的培育。值得注意的是，在栽培时要求其茎部必须完全露出水面， 否则会被浸泡腐烂而死，在水培时必须严格注意这一点。
叶喜林芋具有佛手蔓绿绒同样的优点，且不需要保持茎部完全露出水面，其叶片人， 生长迅速，须状根较发达，可分枝繁殖。因此是一种可供推广使用的很好的耐污、吸污并 具有高附加值的观赏植物。
佛手蔓绿绒、叶喜林芋对COD去除量分别是300.4mg/(d·kg)、243.9mg/(d·kg)。佛 手蔓绿绒根须发达，可为微生物附着生长，降解有机物提供场所，对COD有很好的去除效 果。叶喜林芋根须不如佛手蔓绿绒发达，所以对COD的去除效果比佛手蔓绿绒略差。从每 五天的COD去除量来看：叶喜林芋在试验五天后的去除量即达到最大，佛手蔓绿绒在试验 二十天后的去除量达到最大(见图1)，这是由于水体自净作用导致COD浓度的降低，而使 其去除的绝对量也减少。
佛手蔓绿绒、叶喜林芋对T-N去除量分别是75.5mg/(d·kg)、57.57mg/(d·kg)。从 每五天的T-N去除量来看：佛手蔓绿绒和叶喜林芋在试验前五天对T-N的去除量就达到最 大(见图2)。植物吸收加上水体自净作用，使得水体中的T-N浓度下降很快，从而使植 物的绝对吸收量也减少。
佛手蔓绿绒、叶喜林芋对T-P去除量分别是10.3mg/(d·kg)、10.6mg/(d·kg)。从每 五天的T-P去除量来看：佛手蔓绿绒和叶喜林芋在试验后二十五天内都保持着较高的吸收 量(见图3)，这也和水体对磷的自净能力较差有关。
利用浮床无土种植方法，在富营养化水域表面种植既能产生直接的经济和社会效益、又 具较大的干物质生产潜力(与水生植物中的沉水植物和浮水植物相比)的陆生高等植物，在 收获植物，美化水域景观的同时，通过植物根系的吸收和吸附作用，去除水体中的N、P元 素，以实现变废为宝，化害为利，净化水质，保护水域环境，并能使水体产生良性循环，可持 续发挥水域功能的设想不但可行，且能取得良好的效果，从而为建立利用浮床陆生植物净 化富营养化水域提供了科学依据。
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