专利名称：一种利用水生漂浮植物治理河道污染的系统和方法
技术领域：
本发明属于环境保护技术领域，具体涉及利用养殖水生植物减少河流中有机污染物和营养盐的系统和方法。
背景技术：
随着现代科技的发展，农业生产广泛使用的氮、磷、钾等化学肥料，仅30-50％左右被植物吸收，大部分流入江河湖泊等天然水体，使得天然水体富营养化，进而导致藻类大量繁殖，使水体有机物含量迅速增加，污染了人类的生活水源，成为难以处理的问题。
而城市为了处理生活污水，必须耗巨资建设庞大的管网和大型污水处理厂。
早在上个世纪七十年代，美国NASA宇航局就开展了人工建立水生植物塘或湿地处理污水的方法，目前全世界已有上千个工程采用水生植物塘的方法。采用植物净化污水，建立水生植物塘，虽然建设成本和运行成本比采用微生物为主等其他生物方法低得多，但是，由于植物吸收污染物的速度比微生物低得多，通常需要占据较大的土地面积；且采用工程手段建立水生植物塘，耗资大，难以大规模应用。
中国专利CN1406880A提出了一种直接在污染严重的富营养化湖泊中养殖凤眼莲(又名水葫芦，学名Eichhornia crassipes)，占据水面30％-70％，以控制蓝藻生长的方法；中国专利CN1269332A提出采用生物方法，包括用凤眼莲等，治理工厂有机废水和江河湖泊有机污染的生物处理方法。
美国专利5820759和5811007提出用不漏水的围拦围成池塘，综合养殖鱼和水葫芦等维管束水生植物，提高受污染水体水质，也不是直接利用河道等天然水体，不能大规模应用，而且建设复杂。
中国专利CN1241538A公开的一种河流沟渠污水生态强化自净方法，包括在河堤上建立沉水植物和挺水植物为主的水生植物生态系统等措施，增加河流的自净能力；其缺点是沉水植物和挺水植物生长比水生漂浮植物慢，只能利用水浅的河岸，所能利用的水面较小；其生长情况和除污能力受水深的影响较大，除去污染物的能力较低；而且沉水植物和挺水植物不能全部采收，留在河底的植物根部，是一种污染源，不断沉积的植物根也使河道淤积，影响河流的泄洪航运等功能，方法本身还需要对河堤做大规模改造，也是其缺点。
发明内容
本发明提出一种利用水生漂浮植物治理河道污染的系统和方法，可以利用所有河道水面养殖水葫芦等水生漂浮植物，除去污染河流中有机污染物和营养盐，解决了利用河道养殖水生漂浮植物治理污染所面临的问题。
本发明的技术方案为一种利用水生漂浮植物治理河道污染的系统，其特征在于包括在需要治理的河道中养殖的水生漂浮植物；采收水生漂浮植物的工具；在需要治理的河道下游建拦河坝或拦河网。
所述拦河坝是装有泄水闸门的水坝，或可以充放气的橡胶坝，或其他可以伸缩的水坝。
所述系统，还包括建在温室里的水生漂浮植物养殖塘。
河道中设置曝气系统，所述的曝气系统可以是浮动式机械曝气机。
采收水生漂浮植物工具，是指船和安装在船上的采收机械设备。
一种利用水生漂浮植物治理河道污染的方法，其特征在于在被污水污染的河道中，养殖水生漂浮植物，在河道养殖水生漂浮植物区下游建拦河网或拦河坝，防止水生漂浮植物漂移，通过定期或不定期采收水生漂浮植物使不断生长的水生漂浮植物占据需要治理的河流水面保持在30％-70％，治理后的水从拦河网或拦河坝离开治理区域，进入下游水体。
在水流较快的河道段建拦水坝，提高水深，降低水流速度，控制河水流速为0.3米/秒以下使水生植物生长良好。
采用曝气设备给河道污染严重区域曝气。
所述的养殖水生漂浮植物，可以只养殖凤眼莲；或以养殖凤眼莲为主，同时养殖浮萍，绿萍，红萍，水花生等其他水生漂浮植物中一种或数种。
本发明还利用建在温室里的水生漂浮植物养殖塘，用于寒冷季节保种育苗、保存水生漂浮植物。
所述的在河道中采收水生漂浮植物，可以采用船和安装在船上的采收机械设备来采收水生漂浮植物。
与现有以沉水植物和挺水植物等为主的生态污水治理技术相比，现有技术不能充分利用河道水面等大部分河流水体水面，本身自净能力较低，而且需要较大规模的工程来修整河道。采用本发明，在河道建立水生漂浮植物为主的生态系统，将能应用到大部分河道的水面，比现有系统应用范围更广；植物的采收更彻底，净化能力更大；建设费用更小。与现有利用水葫芦净化污水技术相比，本发明采取在受污染的河道中养殖水葫芦等水生漂浮植物，克服了现有技术不能利用河道减少河道水体的营养盐和有机污染物的缺点。由于在流域内引起湖泊富营养化的营养盐大部分来自农业面源污染，大部分农业面源污染是通过河流进入流域内水体的，国内大部分河流受农业污染严重。在流域各种河流和支流上应用本发明，能够提高流域内各种河流及其支流的自净能力，减少流域水体内各种来源包括农村面源污染和城市污水等排入的有机污染物和营养盐，修复和保护流域主要水体水质。目前国内还没有经济上能够承受的方法，能够大规模应用，解决国内广泛存在的水体污染，本发明建设和运行费用低，建设速度快，能够大规模应用，是解决国内水体污染的良好方法。
通常湖泊和河流下游水体的大部分有机污染物和营养盐来源于与其相连的支流和上游水体，如大江大河的支流，流入湖泊的河流等。在江河的支流和湖泊的入湖河流上建立以凤眼莲为主的漂浮水生植物生态系统后，由于凤眼莲等漂浮水生植物在温暖季节能够快速生长，在生长过程中，吸收了大量营养盐和有机污染物，通过收割凤眼莲等漂浮植物，使营养盐离开了河流水体，从而减少了排入需要治理的目标水体如湖泊等的营养盐和有机污染物，减轻和控制了目标水体的富营养化程度。但由于凤眼莲等水生漂浮植物覆盖水面，也减少了水体自然充氧的能力。天然水体的溶解氧是保持水体生态的必要条件。预留水面，使河流水体能自然充氧，对保持水体生态环境是非常必要的。因此，为了保证生态系统处理效果，减少凤眼莲等漂浮植物对支流水体的生态系统的危害，需要每天打捞在水体中不断生长和增殖产生的大量水生漂浮植物和所有死亡植物，保持水生漂浮植物在水面的覆盖度在30-70％之间，从而保证水体充氧量，又使生态系统有较好的减少有机污染物和营养盐的能力。在通航河道，通过管理水生漂浮植物，使河道保持不被水生漂浮植物占据的水面存在一个通道，从而对航道航运的影响不大，同时，也给采收水生漂浮植物预留航道。水生漂浮植物对河道覆盖率还受很多因素影响。由于生态系统生物量决定了生态系统净化能力，因此，在一定范围内适当提高覆盖率对净化效果有利。考虑到采收的水生漂浮植物需要处理利用，处理利用系统能力的大小，对覆盖率也有影响，在夏季，水生漂浮植物生长快，需要减少覆盖率，降低水生植物量，使需要采收的水生植物能够及时处理；在春秋季节，气温较低时，需要适当提高覆盖率，对保持系统净化能力，充分利用水生漂浮植物处理利用系统的处理能力。流速较大的河流，充氧能力强，预留水面可以较少；流速较缓的河流，充氧能力弱，预留水面较大。通过曝气设备曝气，也能增加水体溶解氧，从而可以提高水面覆盖率。由于水葫芦等水生漂浮植物根部生长大量的好氧微生物，充足的氧气能够增强水生漂浮植物生态系统中微生物的净化能力，因此充足的氧气使系统净化能力更好。在河道中设置曝气系统，为河道充氧曝气，也能够进一步提高系统的净化能力；同时，在河道充氧曝气，能够减少污染严重水域散发处理的臭气；突发的排污事件能在短期内使水域污染物浓度大幅度提高，从而威胁水生漂浮植物生长，曝气能够更快的降低污染物浓度，有助于水生漂浮植物的生长，保证生态系统的稳定性。因此根据河流受污染的情况进行设计和设置曝气系统有时是必要的。浮动式机械充氧设备，移动方便，可以根据需要调整充氧位置，这对提高对突发的排污事件引起的河流水体污染的净化能力和维护水生漂浮植物生态系统具有较大的帮助。在河流水面上设置拦截网，是为了防止水生漂浮植物在水流的带动下，流出设置的特定河道。在地势平缓的河流，考虑到水流方向的变动，在上游也可设置拦截网。由于水生漂浮植物在水流速度较大时，生长缓慢甚至停滞，因此在常年流速较快的河道养殖水生漂浮植物，需要建水坝，提高河道水位，降低河水流速，控制其对水生植物生长的影响。考虑到水坝对河流泄洪能力影响大，在可能的情况下，应建橡胶坝和其他类似可以伸缩的水坝，在洪水到来的时候，能够将水坝放下，以利洪水通过，这时，在靠近水坝的上游水面需建拦截网，防止水生漂浮植物流出生态系统。水生漂浮植物漂浮在水面，通常对河流泄洪能力的影响较小。洪水季节，还可以在洪水通过能力较低的河段上游设置拦截网，减少和控制此段河道水面水生漂浮植物生长量，降低水生漂浮植物对河道泄洪能力影响。由于水生漂浮植物的生长有季节性，而且其主要繁殖方式是无性繁殖，在温带地区，冬季气温较低，水生漂浮植物在水中会腐烂，必须将它们全部捞起，以放腐烂污染河水。在温室内建水生植物塘，可以保存水生漂浮植物，以利来年作为无性繁殖的植株，保持水生漂浮植物生态系统，在冬季到来之前，当气温降低到10℃左右，水葫芦等水生漂浮植物停止生长，开始腐烂之前，需要挑选壮苗到温室保存，在第二年气温回升之前，温室将预先准备足够的水生漂浮植物，在气温回升以后，放养到河中，建立新的水生漂浮植物生态系统。为了克服冬季水生漂浮植物不能削减污染的缺点，建拦河水坝，还可以储存冬季排放到河流的污水，在我国的温带和寒带地区，冬季雨水少，拦河坝能增大河流储水能力，能够储存大部分废水，防止污水扩散到更广的水域。冬季污水比较稳定，对环境影响较小。由于河流虽经控制，水流速度仍然较大，在河流水体中养殖水生漂浮植物，主要以水葫芦为主，一方面其他水生漂浮植物难以单独良好生长；另一方面，虽然水葫芦生长快，对污染物的净化速度高。单独养殖水葫芦，但其对水体中的部分污染物的净化效果较差，因此，需要养殖多种水生漂浮植物。打捞获得的大量凤眼莲等水生植物，可以用作动物饲料，或用于做肥料。
本发明解决了以下技术难点1、实现了在流动的河道中养殖水生漂浮植物，以清除污染；2、在水流急的河段建水坝，在污染严重地河段设置曝气装置，为水生漂浮植物提供了良好的生长环境；3、在冬天利用温室保种育苗，解决了水生漂浮植物过冬问题。
具体实施例方式实施例本实施例选择在南淝河的一条支流河沟实施本发明。流经合肥市区的南淝河接纳了大部分未经处理的合肥市污水和流域内农田流失的营养盐，是排入巢湖的有机污染物和营养盐的主要入湖河道之一，每年通过南淝河排入巢湖的总磷约为四百多吨，已经超过了巢湖的自净能力。实施本发明的支流长180米，宽14米，深3.2m，每天排入生活污水600吨。通过在河中设置拦河网(也可建拦河坝)，控制河水流速为0.3米/秒以下，养殖凤眼莲和浮萍等水生漂浮植物，采用曝气机给河道曝气，并每天和隔几天打捞一次水葫芦和浮萍等漂浮植物以控制水生漂浮植物占据水面在30-70％之间。
冬天，利用建在温室里的水生漂浮植物养殖塘，用于保种育苗、保存水生漂浮植物。
实验结果表明该生态系统全年对污染物除去率分别为BOD80-95％，NH3-N80-90％，TP60-96％，使排入南淝河的污染物减少。
如果在南淝河及其支流中下游养殖凤眼莲，将使南淝河排入巢湖的污染物减少70-90％以上，大大减轻巢湖的受污染程度。同样，如果在巢湖所有入湖河道中养殖凤眼莲，将减少进入巢湖的污染物总量，可使巢湖的水体富营养化程度大大降低。
权利要求
1.一种利用水生漂浮植物治理河道污染的系统，其特征在于包括在需要治理的河道中养殖的水生漂浮植物；采收水生漂浮植物的工具；在需要治理的河道下游建拦河坝或拦河网。
2.根据权利要求1所述的利用水生漂浮植物治理河道污染的系统，其特征在于所述拦河坝是装有泄水闸门的水坝，或可以充放气的橡胶坝，或其他可以伸缩的水坝。
3.根据权利要求1所述的利用水生漂浮植物治理河道污染的系统，其特征在于还包括建在温室里的水生漂浮植物养殖塘。
4.根据权利要求1所述的利用水生漂浮植物治理河道污染的系统，其特征在于河道中设置曝气系统，所述的曝气系统可以是浮动式机械曝气机。
5.根据权利要求1所述的利用水生漂浮植物治理河道污染的系统，其特征在于采收水生漂浮植物工具，是指船和安装在船上的采收机械设备。
6.一种利用水生漂浮植物治理河道污染的方法，其特征在于在被污水污染的河道中，养殖水生漂浮植物，在河道养殖水生漂浮植物区下游建拦河网或拦河坝，防止水生漂浮植物漂移，通过定期或不定期采收水生漂浮植物使不断生长的水生漂浮植物占据需要治理的河流水面保持在30％-70％，治理后的水从拦河网或拦河坝离开治理区域，进入下游水体。
7.根据权利要求6所述的利用水生漂浮植物治理河道污染的方法，其特征在于在水流较快的河道段建拦水坝，提高水深，控制河水流速为0.3米/秒以下，使水生植物生长良好。
8.根据权利要求6所述的利用水生漂浮植物治理河道污染的方法，其特征在于采用曝气设备给河道污染严重区域曝气。
9.根据权利要求6所述的利用水生漂浮植物治理河道污染的方法，其特征在于所述的养殖水生漂浮植物，可以只养殖凤眼莲；或以养殖凤眼莲为主，同时养殖浮萍，绿萍，红萍，水花生等其他水生漂浮植物中一种或数种。
10.根据权利要求6所述的利用水生漂浮植物治理河道污染的方法，其特征在于利用建在温室里的水生漂浮植物养殖塘，用于寒冷季节保种育苗、保存水生漂浮植物。
全文摘要
本发明公开了一种利用养殖水生植物减少河流中有机污染物和营养盐的系统和方法，在被污水污染的河道中，养殖水生漂浮植物，在河道养殖水生漂浮植物区下游建拦河网或拦河坝，防止水生漂浮植物漂移，通过定期或不定期采收水生漂浮植物使不断生长的水生漂浮植物占据需要治理的河流水面保持在30％－70％，治理后的水从拦河网或拦河坝离开治理区域，进入下游水体。本发明建设和运行费用低，建设速度快，能够大规模应用，是解决国内江河湖泊等天然水体污染的良好方法。
文档编号C02F3/32GK1552641SQ0313169
公开日2004年12月8日 申请日期2003年6月6日 优先权日2003年6月6日
发明者黄卫东 申请人:中国科学技术大学