专利名称：缬草在处理畜禽养殖废水中的应用的制作方法
技术领域：
本发明属于畜禽养殖废水的自然生物降解处理技术领域，特别涉及缬草在处理畜禽养殖 废水中的应用。
背景技术：
畜禽养殖废水污染具有长期性和不可逆性，其污染特点是高悬浮物、高有机物和高氨氮 ，可生化性强，臭味大。
畜禽业是我国农业和农村经济的重要组成部分，也是造成我国农村面源污染的主要原因 之一，畜禽养殖业大力发展所带来的环境污染问题日益严重，不仅影响经济发展，而且还危 及生态安全，已成为人们普遍关注的社会问题。畜禽养殖场产生的粪便和污水造成地表水、 地下水、土壤和环境空气的严重污染，直接影响了人们的身体健康和正常生产生活。目前处 理畜禽养殖废水污染的方法主要有自然生物降解技术(如土壤处理、氧化塘处理、人工湿地 处理等)、厌氧处理技术(如厌氧滤池、上流式厌氧污泥床、升流式固体反应器等)、好氧 处理技术(如生物滤池、生物转盘、序批式活性污泥法、A/0工艺及氧化沟等)等。这些方 法都具有一定的特点，并能在一定程度上降低畜禽养殖废水的污染程度。
采用厌氧或好氧的生物处理技术，其出水水质难以达到相应的排放标准，更不要说污水 综合一级排放标准，如果采用强制的物理化学措施强化处理效果，往往成本过高。而自然生 物降解技术、特别是人工湿地处理技术的特点恰好能弥补养殖业经济能力有限、缺乏有一定 操作与管理水平的技术人员的局限，尤其适合地处农村地区的养殖场。采用自然生物降解技 术人工湿地处理技术强化畜禽养殖废水污染处理系统的处理效果，不失为一种适宜的处理技 术。
人工湿地处理技术是利用生态工程的方法，在一定的填料上种植特定的湿地植物，建立 起一个人工湿地生态系统，当废水通过该系统时，废水中的污染物质被系统吸收或分解，使 水质得到净化的技术。20世纪80年代末90年代初，在美国、英国相继召开了人工湿地处理污 水大会，提出了人工湿地的有关净化机理和一些可供参考的设计规范和数据，标志着人工湿 地作为一种独具特色的污水处理系统进入环境科学领域。近年来，人工湿地的工程应用和净 化机理等研究越来越受到人们的重视。人工湿地不仅能有效去除污水中的悬浮物、有机污染 物、氮和磷等，而且能有效去除病原菌、重金属、藻毒素等外源生物活性物质，具有建设成本低，耗能少，运行费用低和效果好且不造成二次污染等多种特性，不仅有较高的氮、磷去 除率，还具有美化环境的功效。随着水污染成为全世界人们所要面临的最严重的环境问题之 一，人工湿地因其独特的优势得到了长远发展，尤其在净化畜禽养殖废水污染中显示了极大 的潜力，成为近年来开始关注的研究热点。
湿地植物是人工湿地的重要组成部分，目前已用于处理畜禽养殖废水污染的植物有风车 草、黄花美人蕉、黄花鸢尾、菖蒲、旱伞草、茭白、芦苇等。但面对目前由于畜禽养殖大力 发展而带来的畜禽养殖废水污染日益严重的问题，上述可用于处理畜禽养殖废水污染的植物 品种资源显得非常有限，难以满足实际需要，仍然有待于进一步合理开发大量可用于处理畜 禽养殖废水污染的植物品种资源，以适应不同地区、不同水质等的废水处理的需要。
缬草(Valeriana offeinalis L.)，别名欧缅草，败酱科缬草属，多年生草本，高100 150厘米。茎直立，有纵条纹，具纺锤状根茎或多数细长须根。基生叶丛出，长卵形，为 单数羽状复叶或不规则深裂，小叶片9 15，顶端裂片较大，全缘或具少数锯齿，叶柄长， 基部呈鞘状；茎生叶对生，无柄抱茎，单数羽状全裂，裂片每边4 10，披针形，全缘或具 不规则粗齿；向上叶渐小。伞房花序顶生，排列整齐；花小，白色或紫红色；小苞片卵状披 针形，具纤毛；花萼退化；花冠管状，长约5毫米，5裂，裂片长圆形；雄蕊3，较花冠管稍 长；子房下位，长圆形。蒴果光滑，具1种子。花期6 7月。果期7 8月。生山坡草地，适 于酸性肥沃土壤。分布陕西、甘肃、青海、新疆、四川、河北、河南、山东、山西、台湾、 湖北等地。目前主要作为药用植物，具有一定的药理作用；缬草对神经系统有镇静作用，能 加强大脑皮层的抑制过程，减低反射兴奋性，解除平滑肌痉挛；缬草中某些成分对动物(犬 、猫、兔、小鼠)有降低血压的作用，此作用与其拟副交感样作用、阻断颈动脉窦反射及抑 制中枢神经系统有关；从缬草中提出的总生物碱有抗菌作用，特别是对革兰氏阳性细菌效力 较好；缬草有抗利尿作用，提取物可抑制离体小肠，大剂量则有兴奋作用。
发明内容
发明人在长期大量的试验研究过程中，发现缬草能有效降低畜禽养殖废水中的氨氮、总 磷、总氮、CODcr等污染物的含量，从而有望用于人工湿地处理技术中净化畜禽养殖废水； 因此，本发明的目的是针对上述现有技术中可用于处理畜禽养殖废水污染的植物资源不足的 问题，提供一种新的可用于处理畜禽养殖废水污染的植物资源；本发明提供的植物资源具有 种植成本低、运行费用低、效果好、可操作性强等特点。
为了实现上述发明目的，本发明采用了以下的技术方案
缬草在处理畜禽养殖废水中的应用，其特征在于在引入畜禽养殖废水的人工湿地填料床上种植缬草，形成人工湿地系统，对畜禽养殖废水进行处理。
利用缬草对畜禽养殖废水中的氨氮、总磷、总氮、CODcr等污染物进行吸附和去除，达
到净化畜禽养殖废水的目的。
所述的缬草在种植时采用直接移栽生长的方法。
所述的缬草在处理畜禽养殖废水的应用，具体步骤如下
(1) 移栽缬草
自然条件下，将采集到的缬草幼苗直接移栽至人工湿地填料床上；
(2) 稳定植株，
自然条件下，用自来水稳定移栽缬草植株15天；
(3) 利用人工湿地处理畜禽养殖废水
待植株稳定后，使畜禽养殖废水流入种植有缬草的人工湿地系统进行处理。
步骤(1)中所述人工湿地填料床包括砾石层、沙层、土壤层，填料床的底部设置有水
管，水管上方铺设有厚度为5cm的砾石层，所述砾石的直径范围为2-5cm ，砾石层上铺设厚 度为10cm的沙层，沙层上铺厚度为10cm的土壤层。
步骤(3)中利用人工湿地处理畜禽养殖废水过程中通过采集水样测定不同进水量、不 同水力停留时间条件下，人工湿地系统对污水中的NH4tN、 C0DCr、 TP、 TN等污染物的去除效 果，以确定浇灌畜禽养殖废水的最佳进水量和最佳水力停留时间。
按实验检测结果，畜禽养殖废水在种植有缬草的人工湿地系统中的最佳水力停留时间为 5天，最佳进水量按以下公式计算
式中Q—设计废水流量，m7d;
F—人工湿地占用的土地面积，hm2; q—水力负荷，m/周，取q为20cm/d; t一运行时间(全年运行周数)，周/a; 0. 03565—换算系数。
缬草主要生山坡草地，适于酸性肥沃土壤，其生命力非常旺盛，易成活，可进行直接移 栽；在自然条件下即可存活，在其整个生长过程中不需要进行特殊管理；可通过定期留茬收 割植物的上部，其根部可继续存活、生长，且自然繁殖生长快速，不需要每年栽种，在操作 上简单易行；同时，缬草具有较高的药用价值，可治心神不宁、胃弱、腰痛等，且还具有镇 静、某些成分对动物有降低血压、其总生物碱有抗菌、抗利尿等多种作用。并通过定期对在种植了缬草的畜禽养殖废水中采集水样以及对其出水水质进行测定，能 有效去除畜禽养殖废水中氨氮、总磷、总氮、CODcr等污染物的含量，从而净化畜禽养殖废水。
本发明用于处理畜禽养殖废水的缬草，为败酱科缬草属多年生草本植物，拉丁名为
(Valeriana offeinalis L.)，主要对畜禽养殖废水中总氮、总磷、氨氮等具有吸附和去除 特性。本发明充分利用了缬草对上述畜禽养殖废水中氨氮、总磷、总氮、CODcr等污染物的 吸附和去除特性，将其移栽至畜禽养殖废水污染环境中，吸收积累畜禽养殖废水中氨氮、总 磷、总氮、CODcr等污染物，从而降低畜禽养殖废水中氨氮、总磷、总氮、CODcr等污染物的 含量，待形成一定生物量时，就可达到减少畜禽养殖废水中氨氮、总磷、总氮、C0Dcr等污 染物的含量的目的，进一步净化畜禽养殖废水。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果发明人通过试验研究发现，败酱科植物缬 草对畜禽养殖废水中氨氮、总磷、总氮、CODcr等污染物具有显著的吸附和去除特性。本发 明正是利用缬草对畜禽养殖废水中氨氮、总磷、总氮、CODcr等污染物的这种吸附和去除特
性，将其移栽至畜禽养殖废水污染环境中，可吸收积累畜禽养殖废水中氨氮、总磷、总氮、
CODcr等污染物，待形成一定生物量时，以达到去除畜禽养殖废水中氨氮、总磷、总氮、 CODcr等污染物的含量的目的，从而净化畜禽养殖废水。由于缬草的生命力非常旺盛，易于
成活，在其整个生长过程中均不需要进行特殊管理，因而成本低、运行费用低、效果好、可
操作性强；同时也为畜禽养殖废水污染的处理开发了新的植物资源品种，为人工湿地植物处 理畜禽养殖废水污染的深入发展带来了新的进步和发展空间。
图1是缬草对废水中NH4tN的处理效果图2是缬草对废水中TP的处理效果图3是缬草对废水中TN的处理效果图4是缬草对废水中C0Dcr的处理效果图5是缬草对废水中浊度的处理效果图。
具体实施例方式
下面结合具体实施方式
对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主 题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。 实施例
本实施例为处理畜禽养殖废水的方法，其具体作法为(1) 直接移栽缬草
自然条件下，将采集到的缬草幼苗直接移栽至24cmX24cmX33cm的橡胶桶中，所述橡胶 桶的底部设布水管，底部放置直径2-5cm左右的砾石，厚度为5cm，其上铺厚度为10cm的沙层 ，最后在沙层上铺厚度为IO cm (约计8kg)的土壤层；
(2) 稳定植株，
自然条件下，用自来水稳定移栽缬草植株15天；
(3) 利用人工湿地处理畜禽养殖废水
待植株稳定后，定期浇灌畜禽养殖废水，使畜禽养殖废水流入种植有缬草的人工湿地系 统进行处理。并采集水样及测定其出水水质(其中最佳水力停留时间为5天)；
通过测定不同进水量、不同水力停留时间、不同植株数目条件下盆栽人工湿地对污水中 的NH4+-N、 C0DCr、 TP、 TN等污染物的处理效果，确定盆栽试验的最佳进水量为l. 6L、最佳水 力停留时间为5天、盆栽人工湿地中缬草植株的数目为6株/桶。
其中盆栽试验进水量根据以下方法测定由Reed所推荐的估算公式得
式中Q—设计废水流量，m3/d;
F—人工湿地占用的土地面积，hm2;
K--系数，6.57X10—3。 经计算，盆栽实验的处理水量为O. 88L。 据
公式得Q为1.6L。
式中Q、 F同前；
q—水力负荷，m/周，取q为20cm/d; t一运行时间(全年运行周数)，周/a; 0. 03565抓换算系数。
参照前两个计算水量，延伸一个水量(2. 5L)。
通过测定污水中的NH4tN、 C0DCr、 TP、 TN等污染物的去除效果，本实施例确定其最佳进 水量为1.6L;最佳水力停留时间为5天(HRT=5d);其种植缬草的量为6株/桶。
湿地系统去除氨氮的机理包括植物和微生物的同化吸收。在人工湿地系统中，植物根系下可在原来的厌氧环境中形成有利于硝化作用的好氧微区，同时远离根系周围的厌氧区富含 可利用的碳源可为反硝化细菌提供营养条件。试验期间，缬草在进水氨氮浓度显著增加的同 时其出水浓度的变化趋势趋于平稳状态，其平均净化效率达到98. 53%，其进水和出水的平均 浓度为136. 83mg . L—工和2. 01 mg . L—、
湿地中磷的存在形式主要有三种，即有机磷化合物、不溶性磷酸盐和可溶性磷酸盐。有 机磷化合物主要存在于微生物和植物体内，不溶性磷酸盐是磷的主要存在形式，可溶性磷酸 盐是唯一能被微生物和植物利用的形式。磷是植物生长的必要元素，缬草对磷的去除效率非 常明显，平均效率达到96. 73%，其进水和出水的平均浓度为26. 65mg . L—^n0. 85mg . L—、缬 草在进水氨氮浓度显著增加的同时其出水浓度的变化趋势趋于平稳状态，随进水浓度的增加 ，植物对磷的去除效率越为明显。
湿地系统去除总氮的机理包括植物吸收同化总氮和根际微生物硝化一反硝化作用。在试 验期间，缬草的去除效率比较明显，平均去除效率达到82.61%，随着进水TN浓度的增大，植 物对TN的去除效率也明显增大，其进水和出水的平均浓度为71. 08mg . L—工和13. 95mg . L—、
植物对有机物的去除主要是植物根系对可溶性有机物的吸附、吸收以及根际周围微生物 的分解等作用实现的。被吸收到植物体内的有机物可被降解为无机化合物。在试验期间，缬 草对畜禽废水中C0Dcr的去除率可达88. 12%。在试验期间，随进水浓度的不断上升，出水浓 度逐渐趋于稳定，其进水和出水的平均浓度为366. 42mg . L—工和41. 78 mg . L—、
浊度是表现水中悬浮物对光线透过时所发生的阻碍程度。在试验期间，缬草对污水中浊 度的去除效果非常明显，平均去除效率可达90.08%，其进水和出水的平均浓度为316.57mg . L—^n30.04 mg.L—、人工湿地系统对浊度的耐冲击负荷能力很强，说明人工湿地系统对浊 度的去除有很大的提升空间。
在整个试验阶段，缬草对畜禽养殖废水中氨氮、总磷、总氮、CODCr、浊度的平均净化 效率分别为98.53%、 96.73%、 82.61%、 88.12%、 90.08%;其氨氮、总磷、总氮、CODCr、 浊度等污染物的进水和出水浓度见附图1-5 。(各污染物的测定和计算均参照国家标准测定 方法)
通过上述实施例子可见，本发明利用在畜禽养殖废水污染环境中种植缬草，对去除畜禽 养殖废水中氨氮、总磷、总氮、CODcr等污染物具有显著的效果，从而达到净化畜禽养殖废 水污染的目的。
权利要求
1.缬草在处理畜禽养殖废水中的应用，其特征在于在引入畜禽养殖废水的人工湿地填料床上种植缬草，形成人工湿地系统，对畜禽养殖废水进行净化处理。
2.根据权利要求l所述的缬草在处理畜禽养殖废水中的应用，其特征 在于所述的缬草在种植时采用直接移栽生长的方法。
3.根据权利要求l所述的缬草在处理畜禽养殖废水中的应用，其特征 在于其具体步骤如下(1) 移栽缬草自然条件下，将采集到的缬草幼苗直接移栽至人工湿地填料床上；(2) 稳定植株，自然条件下，用自来水稳定移栽缬草植株15天；(3) 利用人工湿地处理畜禽养殖废水待植株稳定后，使畜禽养殖废水流入种植有缬草的人工湿地系统进行处理。
4.根据权利要求3所述的所述的缬草在处理畜禽养殖废水中的应用， 其特征在于步骤(1)中所述人工湿地填料床包括砾石层、沙层、土壤层，填料床的底部设置有水管，水管上方铺设有厚度为5cm的砾石层，所述砾石的直径范围为2-5cm ，砾石层上铺设厚 度为10cm的沙层，沙层上铺厚度为IO cm的土壤层。
全文摘要
本发明公开了一种处理畜禽养殖废水的方法，在畜禽养殖废水污染的环境中种植缬草即可。该方法利用缬草对畜禽养殖废水中总氮、总磷、氨氮等污染物的吸附和去除特性，将其种植于畜禽养殖废水污染的环境中，吸附和去除畜禽养殖废水中总氮、总磷、氨氮等污染物，以达到净化畜禽养殖废水的目的；由于缬草生命力旺盛，在其生长过程中不需要进行特殊管理，因而成本低、运行费用低、效果好、可操作性强；同时，缬草具有较高的药用价值，可治心神不宁、胃弱、腰痛等，且还具有镇静、某些成分对动物有降低血压、其总生物碱有抗菌、抗利尿等多种作用。
文档编号C02F3/32GK101618913SQ20091030516
公开日2010年1月6日 申请日期2009年8月4日 优先权日2009年8月4日
发明者吴晓莉, 张小洪, 张延宗, 李远伟, 王应军, 鸿 肖, 邓仕槐, 阳路芳 申请人:四川农业大学