專利名稱：高濃度氨廢水水培陸生草類植物凈化方法及凈化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及廢水或污水的處理方法，尤其是涉及一種高濃度氨廢水水培陸生草類植物凈化方法及凈化系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
氨是許多廢水或污水的主要污染物之一，如生活污水的總氨氮含量一般在10～50mg·L-1，干旱或半干旱國家的生活污水以及一些工業(yè)廢水超過200mg·L-1。在養(yǎng)殖業(yè)中，甲魚等高密度養(yǎng)殖廢水總氨氮也在30～70mg·L-1，而畜禽養(yǎng)殖場的污水總氨氮高達(dá)2200mg·L-1。廢水中氨存在電離平衡，以離子氨NH4+和非離子氨NH3兩種形式存在。NH3具有很強的毒性，它不帶電荷，脂溶性高，極易穿透生物的細(xì)胞膜而產(chǎn)生強烈的危害。生物過濾即細(xì)菌的硝化作用可以將氨十分高效地轉(zhuǎn)化為無毒性的硝酸鹽，但是硝化作用需要大量的氧氣，根據(jù)反應(yīng)方程計算()，1克氨氮(NH4+-N)的轉(zhuǎn)化需要3.43克氧氣，費用很高。在另一方面，氨又是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中植物生長不可或缺的肥料之一，利用植物的生長來吸收廢水中的氨等物質(zhì)不僅可以節(jié)約生物過濾時補充氧氣的費用，而且能夠產(chǎn)生經(jīng)濟效益，是一種低成本的生態(tài)水處理技術(shù)。
在這種技術(shù)的植物種類選擇中，水生植物受到最早關(guān)注，大量研究已表明水生植物對廢水中氨的處理能力，但其應(yīng)用受到NH3毒性的限制。NH3不僅對生長在水體里的水生動物有很強的毒害作用，如我國水產(chǎn)養(yǎng)殖標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定NH3的上限為0.02mg·L-1，而且對水生植物也有很強的毒性，如紫背浮萍(Spriodelapolyrrhiza)和小浮萍(Lemna minor)在2mg·L-1NH3下就不能生存。因此，利用水生植物凈化氨廢水時，只能用于凈化低濃度的氨廢水，凈化效率低。其它研究表明，濃度相當(dāng)高的NH4+基本上也無毒害作用，堿性廢水中氫氧根離子OH-也只是使氨的解離增加而提高NH3的濃度，其本身也無毒害作用，因此應(yīng)該以NH3的濃度為限值確定高濃度氨廢水的毒性。
與水生植物相比，一些優(yōu)秀的陸生草類植物如多花黑麥草、多年生黑麥草、高羊茅等由于物種的優(yōu)勢，對NH3的抵抗力具有優(yōu)勢。它們對氣候的適應(yīng)性廣，耐旱，耐澇，生命力旺盛，需肥量大，根莖(葉)比大，生長迅速；而且含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，為大多草食性畜、禽以及魚類所喜歡，具有很高的經(jīng)濟價值。但這些陸生草類植物不適宜長期生長在水環(huán)境中，尤其也需要避免廢水中NH3等對其長期持續(xù)的毒害。合適的水培方法如以間歇灌溉為特征的NFT培(nutrientfilm technology，營養(yǎng)液膜技術(shù))不僅能夠保證根系得到充足的氧氣供給，而且能夠使草類植物的根系有控制地接觸或脫離廢水，更利于抵抗NH3等的毒害作用，可以獲得合適的生長環(huán)境以保證草良好生長。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決利用植物處理高濃度氨廢水時為避免氨廢水的毒害而將氨廢水濃度保持在很低水平，從而導(dǎo)致凈化效率低下等技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種高濃度氨廢水水培陸生草類植物凈化方法及凈化系統(tǒng)，利用對氨廢水中NH3毒害作用抵抗能力較強的陸生草類植物吸收氨，氨廢水在凈化系統(tǒng)中間歇循環(huán)灌溉水培草類植物，經(jīng)特定時間達(dá)到凈化目的。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一、本發(fā)明的凈化方法利用水培陸生草類植物凈化高濃度氨廢水，將原水池中待處理的高濃度氨廢水輸入廢水池，以毒性很強的NH3的濃度40.1mg·L-1為限值，濃度過高時抽取清水池的清水加以稀釋以控制濃度及毒性，利用水泵以一定的周期抽取廢水池的廢水間隔循環(huán)灌溉水培陸生草類植物，每次灌溉后廢水回流至廢水池中，在灌溉過程中，草的根系吸收離子氨NH4+，并通過離子交換向廢水釋放氫離子H+，中和廢水中的氫氧根離子OH-，廢水的pH得以降低，流回廢水池降低池中廢水的pH并促使氨電離為NH4+，從而降低NH3的濃度及毒性，灌溉停歇期間，草根部逐漸變干進(jìn)入曝氣狀態(tài)以利于根部吸收氧氣及脫離廢水的毒害，如此循環(huán)，達(dá)到凈化目標(biāo)后輸送至清水池。
二、本發(fā)明的凈化系統(tǒng)包括N個并列的以一定坡度傾斜的栽培槽，每個栽培槽內(nèi)放置底面開有小方孔、內(nèi)種植草的M個育苗盤，由繼電器控制的水泵的一端經(jīng)給水管路與廢水池連接，水泵的另一端經(jīng)給水管路與各個栽培槽高端連接，每個栽培槽低端經(jīng)排水管路與廢水池連接，廢水池通過原水輸送泵及管路與原水池單向聯(lián)接，通過清水輸出泵及管路和清水輸入泵及管路與清水池雙向聯(lián)接。
所說的栽培槽的一定坡度傾斜為1％～5％，其寬度在設(shè)計時根據(jù)擬采用的育苗盤的尺寸確定，為500～700mm，長度根據(jù)建設(shè)場地的尺寸確定。
所說的N為凈化系統(tǒng)栽培槽的總數(shù)，M為每個栽培槽內(nèi)育苗盤的總數(shù)。
本發(fā)明具有的有益的效果是
1.水培陸生草類植物對氨廢水中NH3的毒害的抵抗力很強，能承受濃度很高的NH3，只要不超過一定濃度限值，能夠在高濃度氨廢水灌溉下正常生長，從而保持很高的凈化效率；2.以高濃度氨廢水中毒性很強的NH3的濃度為限值，濃度過高時從清水池中獲得清水加以稀釋，控制NH3濃度及毒性，避免凈化系統(tǒng)中水培陸生草類植物受到毒害而無法正常生長；3.利用水泵以一定的周期抽取廢水池廢水間隔循環(huán)灌溉水培陸生草類植物，在灌溉過程中，草的根系吸收離子氨NH4+，并通過離子交換向廢水釋放氫離子H+，中和廢水中的氫氧根離子OH-，廢水的pH得以降低，流回廢水池降低池中廢水的pH并促使氨電離為NH4+，從而降低NH3的濃度及毒性；4.設(shè)置合理的灌溉停歇時間，停歇期間，草根部逐漸變干進(jìn)入曝氣狀態(tài)，根部吸收生長所需的氧氣，同時也脫離廢水的毒害。
本發(fā)明主要用于處理含有毒性很強的NH3的高濃度氨廢水。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
附圖是本發(fā)明的凈化系統(tǒng)平面圖。
附圖中1.栽培槽，2.種植有草的育苗盤，3.廢水池，4.水泵，5.繼電器，6.給水管路，7.排水管路，8.清水池，9.原水池，10.原水輸送泵及管路，11.清水輸出泵及管路，12.清水輸入泵及管路。
具體實施例方式
如附圖所示，本發(fā)明包括N個并列的以一定坡度傾斜的栽培槽1，每個栽培槽1內(nèi)放置底面開有小方孔、內(nèi)種植草的M個育苗盤2，由繼電器5控制的水泵4的一端經(jīng)給水管路6與廢水池3連接，水泵4的另一端經(jīng)給水管路6與各個栽培槽1高端連接，每個栽培槽1低端經(jīng)排水管路7與廢水池3連接，廢水池3通過原水輸送泵及管路10與原水池9單向聯(lián)接，通過清水輸出泵及管路11和清水輸入泵及管路12與清水池8雙向聯(lián)接。
所說的栽培槽的一定坡度傾斜為1％～5％，其寬度在設(shè)計時根據(jù)擬采用的育苗盤的尺寸確定，以500～700mm為宜，長度根據(jù)建設(shè)場地的尺寸確定。
所說的N為凈化系統(tǒng)栽培槽的總數(shù)，M為每個栽培槽內(nèi)育苗盤的總數(shù)，N和M決定凈化系統(tǒng)內(nèi)草的面積即決定凈化系統(tǒng)的處理能力，根據(jù)待處理的廢水輸入量和處理時間確定。
水培草類作物的育苗在相同構(gòu)造的凈化系統(tǒng)中利用配方營養(yǎng)液進(jìn)行，草籽播量一般為25-40g·m-2。
實施方式一如附圖1所示，栽培槽1寬0.50m、長4m、槽面坡度3％，共4槽并列；每槽共8盤水培多花黑麥草或多年生黑麥草或高羊茅，草面積1.28m2；育苗盤2規(guī)格為高60mm，上口450×450mm，底面400×400mm，厚0.7mm，含576個6×6mm小方孔，孔面積為總面積的13.0％；育苗盤2內(nèi)鋪3層無紡布(規(guī)格為20g)；廢水池3尺寸為1.0×1.0×1.5m(長×寬×深)，廢水池上口比栽培槽低端低0.2m；水泵4為750W、80L/min，繼電器5為DH48S-S型時間繼電器，水泵在繼電器的控制下以停止30min、開啟1min的周期循環(huán)工作；給水管路6采用Φ32PVC管，排水管路7采用Φ50PVC管；清水池8尺寸為1.0×1.0×1.5m(長×寬×深)，上口與廢水池平；原水池9尺寸為2.2×1.0×1.5m(長×寬×深)，上口與廢水池平；原水輸送泵及管路10、清水輸出泵及管路11和清水輸入泵及管路12的水泵同水泵4，管路同給水管路6。
實施方式二為確定高濃度氨廢水中NH3的濃度限值，以及提供凈化系統(tǒng)量化的凈化能力，建立12套小型凈化系統(tǒng)進(jìn)行試驗研究。
每套小型凈化系統(tǒng)包括栽培槽1寬0.50m、長3m、槽面坡度3％，共1槽；栽培槽1內(nèi)放置5盤水培多年生黑麥草，草面積0.8m2，生長年齡40d，試驗前1d留茬60mm刈割；草的播種及育苗盤2規(guī)格同實施方式1；廢水池容量為30L；水泵4為370W、40L/min，繼電器5為DH48S-S型時間繼電器，水泵在繼電器的控制下以停止30min、開啟10s的周期循環(huán)工作；給水管路6采用Φ32PVC管，排水管路7采用Φ50PVC管。
試驗設(shè)G1、G2、G3和G4四個試驗組，三重復(fù)，廢水池含26.8L等量自來水，分別用移液管精確添加3、7、14和20mL25％液氨。原廢水每天更換，配制時間為每天上午8:30-9:30。各組原廢水的配制成分和水質(zhì)指標(biāo)見表1。
表1 各試驗組原廢水配制情況及水質(zhì)指標(biāo)

系統(tǒng)運行20d后，檢測經(jīng)過約1d的凈化后廢水的水質(zhì)指標(biāo)(結(jié)果見表2)，與原廢水比較并計算系統(tǒng)的凈化能力(結(jié)果見表3)。結(jié)果表明在試驗配制的濃度范圍內(nèi)，凈化系統(tǒng)的凈化量與氨濃度正相關(guān)，系統(tǒng)內(nèi)種植的0.8m2水培多年生黑麥草能幾乎完全凈化(凈化率達(dá)97.2％)總氨氮的最大濃度約為48.7mg·L-1(26.8L)。
表2 各試驗組凈化1d后廢水水質(zhì)指標(biāo)

表3 凈化系統(tǒng)(種植0.8m2水培多年生黑麥草)對氨廢水的凈化能力

同時，留茬60mm刈割草，取刈割部分測量鮮草產(chǎn)量，按常規(guī)方法烘干測量干草產(chǎn)量，得到各組草的生長情況(結(jié)果見表4)。結(jié)果表明NH3濃度(以氮計)不超過40.1mg·L-1時不會對草產(chǎn)生明顯的毒害，影響草的正常生長，40.1mg·L-1的NH3濃度(以氮計)可以作為本發(fā)明的凈化方法適用的濃度限值。125.2mg·L-1的NH3濃度(以氮計)對草有嚴(yán)重的毒害作用并使草逐漸死亡，但這個濃度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于水生植物能承受的NH3濃度(如紫背浮萍和小浮萍在2mg·L-1就不能生存)。
表4 凈化系統(tǒng)運行20d后草的生長情況

權(quán)利要求
1.一種高濃度氨廢水水培陸生草類植物凈化方法，其特征在于利用水培陸生草類植物凈化高濃度氨廢水，將原水池中待處理的高濃度氨廢水輸入廢水池，以毒性很強的NH3的濃度40.1mg·L-1為限值，濃度過高時抽取清水池的清水加以稀釋以控制濃度及毒性，利用水泵以一定的周期抽取廢水池的廢水間隔循環(huán)灌溉水培陸生草類植物，每次灌溉后廢水回流至廢水池中，在灌溉過程中，草的根系吸收離子氨NH4+，并通過離子交換向廢水釋放氫離子H+，中和廢水中的氫氧根離子OH-，廢水的pH得以降低，流回廢水池降低池中廢水的pH并促使氨電離為NH4+，從而降低NH3的濃度及毒性，灌溉停歇期間，草根部逐漸變干進(jìn)入曝氣狀態(tài)以利于根部吸收氧氣及脫離廢水的毒害，如此循環(huán)，達(dá)到凈化目標(biāo)后輸送至清水池。
2.用于權(quán)利要求1所述的一種高濃度氨廢水水培陸生草類植物凈化方法的凈化系統(tǒng)，其特征在于包括N個并列的以一定坡度傾斜的栽培槽(1)，每個栽培槽(1)內(nèi)放置底面開有小方孔、內(nèi)種植草的M個育苗盤(2)，由繼電器(5)控制的水泵(4)的一端經(jīng)給水管路(6)與廢水池(3)連接，水泵(4)的另一端經(jīng)給水管路(6)與各個栽培槽(1)高端連接，每個栽培槽(1)低端經(jīng)排水管路(7)與廢水池(3)連接，廢水池(3)通過原水輸送泵及管路(10)與原水池(9)單向聯(lián)接，通過清水輸出泵及管路(11)和清水輸入泵及管路(12)與清水池(8)雙向聯(lián)接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高濃度氨廢水水培陸生草類植物凈化方法的凈化系統(tǒng)，其特征在于所說的栽培槽的一定坡度傾斜為1％～5％，其寬度在設(shè)計時根據(jù)擬采用的育苗盤的尺寸確定，為500～700mm，長度根據(jù)建設(shè)場地的尺寸確定。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高濃度氨廢水水培陸生草類植物凈化方法及凈化系統(tǒng)。將高濃度氨廢水輸入廢水池，以毒性很強的NH
文檔編號C02F1/58GK1587113SQ20041005350
公開日2005年3月2日 申請日期2004年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月3日
發(fā)明者泮進(jìn)明 申請人:浙江大學(xué)