專利名稱：纈草在處理畜禽養(yǎng)殖廢水中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于畜禽養(yǎng)殖廢水的自然生物降解處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及纈草在處理畜禽養(yǎng)殖 廢水中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
畜禽養(yǎng)殖廢水污染具有長期性和不可逆性，其污染特點(diǎn)是高懸浮物、高有機(jī)物和高氨氮 ，可生化性強(qiáng)，臭味大。
畜禽業(yè)是我國農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，也是造成我國農(nóng)村面源污染的主要原因 之一，畜禽養(yǎng)殖業(yè)大力發(fā)展所帶來的環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，不僅影響經(jīng)濟(jì)發(fā)展，而且還危 及生態(tài)安全，已成為人們普遍關(guān)注的社會問題。畜禽養(yǎng)殖場產(chǎn)生的糞便和污水造成地表水、 地下水、土壤和環(huán)境空氣的嚴(yán)重污染，直接影響了人們的身體健康和正常生產(chǎn)生活。目前處 理畜禽養(yǎng)殖廢水污染的方法主要有自然生物降解技術(shù)(如土壤處理、氧化塘處理、人工濕地 處理等)、厭氧處理技術(shù)(如厭氧濾池、上流式厭氧污泥床、升流式固體反應(yīng)器等)、好氧 處理技術(shù)(如生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、序批式活性污泥法、A/0工藝及氧化溝等)等。這些方 法都具有一定的特點(diǎn)，并能在一定程度上降低畜禽養(yǎng)殖廢水的污染程度。
采用厭氧或好氧的生物處理技術(shù)，其出水水質(zhì)難以達(dá)到相應(yīng)的排放標(biāo)準(zhǔn)，更不要說污水 綜合一級排放標(biāo)準(zhǔn)，如果采用強(qiáng)制的物理化學(xué)措施強(qiáng)化處理效果，往往成本過高。而自然生 物降解技術(shù)、特別是人工濕地處理技術(shù)的特點(diǎn)恰好能彌補(bǔ)養(yǎng)殖業(yè)經(jīng)濟(jì)能力有限、缺乏有一定 操作與管理水平的技術(shù)人員的局限，尤其適合地處農(nóng)村地區(qū)的養(yǎng)殖場。采用自然生物降解技 術(shù)人工濕地處理技術(shù)強(qiáng)化畜禽養(yǎng)殖廢水污染處理系統(tǒng)的處理效果，不失為一種適宜的處理技 術(shù)。
人工濕地處理技術(shù)是利用生態(tài)工程的方法，在一定的填料上種植特定的濕地植物，建立 起一個(gè)人工濕地生態(tài)系統(tǒng)，當(dāng)廢水通過該系統(tǒng)時(shí)，廢水中的污染物質(zhì)被系統(tǒng)吸收或分解，使 水質(zhì)得到凈化的技術(shù)。20世紀(jì)80年代末90年代初，在美國、英國相繼召開了人工濕地處理污 水大會，提出了人工濕地的有關(guān)凈化機(jī)理和一些可供參考的設(shè)計(jì)規(guī)范和數(shù)據(jù)，標(biāo)志著人工濕 地作為一種獨(dú)具特色的污水處理系統(tǒng)進(jìn)入環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域。近年來，人工濕地的工程應(yīng)用和凈 化機(jī)理等研究越來越受到人們的重視。人工濕地不僅能有效去除污水中的懸浮物、有機(jī)污染 物、氮和磷等，而且能有效去除病原菌、重金屬、藻毒素等外源生物活性物質(zhì)，具有建設(shè)成本低，耗能少，運(yùn)行費(fèi)用低和效果好且不造成二次污染等多種特性，不僅有較高的氮、磷去 除率，還具有美化環(huán)境的功效。隨著水污染成為全世界人們所要面臨的最嚴(yán)重的環(huán)境問題之 一，人工濕地因其獨(dú)特的優(yōu)勢得到了長遠(yuǎn)發(fā)展，尤其在凈化畜禽養(yǎng)殖廢水污染中顯示了極大 的潛力，成為近年來開始關(guān)注的研究熱點(diǎn)。
濕地植物是人工濕地的重要組成部分，目前已用于處理畜禽養(yǎng)殖廢水污染的植物有風(fēng)車 草、黃花美人蕉、黃花鳶尾、菖蒲、旱傘草、茭白、蘆葦?shù)?。但面對目前由于畜禽養(yǎng)殖大力 發(fā)展而帶來的畜禽養(yǎng)殖廢水污染日益嚴(yán)重的問題，上述可用于處理畜禽養(yǎng)殖廢水污染的植物 品種資源顯得非常有限，難以滿足實(shí)際需要，仍然有待于進(jìn)一步合理開發(fā)大量可用于處理畜 禽養(yǎng)殖廢水污染的植物品種資源，以適應(yīng)不同地區(qū)、不同水質(zhì)等的廢水處理的需要。
纈草(Valeriana offeinalis L.)，別名歐緬草，敗醬科纈草屬，多年生草本，高100 150厘米。莖直立，有縱條紋，具紡錘狀根莖或多數(shù)細(xì)長須根?；~叢出，長卵形，為 單數(shù)羽狀復(fù)葉或不規(guī)則深裂，小葉片9 15，頂端裂片較大，全緣或具少數(shù)鋸齒，葉柄長， 基部呈鞘狀；莖生葉對生，無柄抱莖，單數(shù)羽狀全裂，裂片每邊4 10，披針形，全緣或具 不規(guī)則粗齒；向上葉漸小。傘房花序頂生，排列整齊；花小，白色或紫紅色；小苞片卵狀披 針形，具纖毛；花萼退化；花冠管狀，長約5毫米，5裂，裂片長圓形；雄蕊3，較花冠管稍 長；子房下位，長圓形。蒴果光滑，具1種子?；ㄆ? 7月。果期7 8月。生山坡草地，適 于酸性肥沃土壤。分布陜西、甘肅、青海、新疆、四川、河北、河南、山東、山西、臺灣、 湖北等地。目前主要作為藥用植物，具有一定的藥理作用；纈草對神經(jīng)系統(tǒng)有鎮(zhèn)靜作用，能 加強(qiáng)大腦皮層的抑制過程，減低反射興奮性，解除平滑肌痙攣；纈草中某些成分對動物(犬 、貓、兔、小鼠)有降低血壓的作用，此作用與其擬副交感樣作用、阻斷頸動脈竇反射及抑 制中樞神經(jīng)系統(tǒng)有關(guān)；從纈草中提出的總生物堿有抗菌作用，特別是對革蘭氏陽性細(xì)菌效力 較好；纈草有抗利尿作用，提取物可抑制離體小腸，大劑量則有興奮作用。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明人在長期大量的試驗(yàn)研究過程中，發(fā)現(xiàn)纈草能有效降低畜禽養(yǎng)殖廢水中的氨氮、總 磷、總氮、CODcr等污染物的含量，從而有望用于人工濕地處理技術(shù)中凈化畜禽養(yǎng)殖廢水； 因此，本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)中可用于處理畜禽養(yǎng)殖廢水污染的植物資源不足的 問題，提供一種新的可用于處理畜禽養(yǎng)殖廢水污染的植物資源；本發(fā)明提供的植物資源具有 種植成本低、運(yùn)行費(fèi)用低、效果好、可操作性強(qiáng)等特點(diǎn)。
為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了以下的技術(shù)方案
纈草在處理畜禽養(yǎng)殖廢水中的應(yīng)用，其特征在于在引入畜禽養(yǎng)殖廢水的人工濕地填料床上種植纈草，形成人工濕地系統(tǒng)，對畜禽養(yǎng)殖廢水進(jìn)行處理。
利用纈草對畜禽養(yǎng)殖廢水中的氨氮、總磷、總氮、CODcr等污染物進(jìn)行吸附和去除，達(dá)
到凈化畜禽養(yǎng)殖廢水的目的。
所述的纈草在種植時(shí)采用直接移栽生長的方法。
所述的纈草在處理畜禽養(yǎng)殖廢水的應(yīng)用，具體步驟如下
(1) 移栽纈草
自然條件下，將采集到的纈草幼苗直接移栽至人工濕地填料床上；
(2) 穩(wěn)定植株，
自然條件下，用自來水穩(wěn)定移栽纈草植株15天；
(3) 利用人工濕地處理畜禽養(yǎng)殖廢水
待植株穩(wěn)定后，使畜禽養(yǎng)殖廢水流入種植有纈草的人工濕地系統(tǒng)進(jìn)行處理。
步驟(1)中所述人工濕地填料床包括礫石層、沙層、土壤層，填料床的底部設(shè)置有水
管，水管上方鋪設(shè)有厚度為5cm的礫石層，所述礫石的直徑范圍為2-5cm ，礫石層上鋪設(shè)厚 度為10cm的沙層，沙層上鋪厚度為10cm的土壤層。
步驟(3)中利用人工濕地處理畜禽養(yǎng)殖廢水過程中通過采集水樣測定不同進(jìn)水量、不 同水力停留時(shí)間條件下，人工濕地系統(tǒng)對污水中的NH4tN、 C0DCr、 TP、 TN等污染物的去除效 果，以確定澆灌畜禽養(yǎng)殖廢水的最佳進(jìn)水量和最佳水力停留時(shí)間。
按實(shí)驗(yàn)檢測結(jié)果，畜禽養(yǎng)殖廢水在種植有纈草的人工濕地系統(tǒng)中的最佳水力停留時(shí)間為 5天，最佳進(jìn)水量按以下公式計(jì)算
式中Q—設(shè)計(jì)廢水流量，m7d;
F—人工濕地占用的土地面積，hm2; q—水力負(fù)荷，m/周，取q為20cm/d; t一運(yùn)行時(shí)間(全年運(yùn)行周數(shù))，周/a; 0. 03565—換算系數(shù)。
纈草主要生山坡草地，適于酸性肥沃土壤，其生命力非常旺盛，易成活，可進(jìn)行直接移 栽；在自然條件下即可存活，在其整個(gè)生長過程中不需要進(jìn)行特殊管理；可通過定期留茬收 割植物的上部，其根部可繼續(xù)存活、生長，且自然繁殖生長快速，不需要每年栽種，在操作 上簡單易行；同時(shí)，纈草具有較高的藥用價(jià)值，可治心神不寧、胃弱、腰痛等，且還具有鎮(zhèn) 靜、某些成分對動物有降低血壓、其總生物堿有抗菌、抗利尿等多種作用。并通過定期對在種植了纈草的畜禽養(yǎng)殖廢水中采集水樣以及對其出水水質(zhì)進(jìn)行測定，能 有效去除畜禽養(yǎng)殖廢水中氨氮、總磷、總氮、CODcr等污染物的含量，從而凈化畜禽養(yǎng)殖廢水。
本發(fā)明用于處理畜禽養(yǎng)殖廢水的纈草，為敗醬科纈草屬多年生草本植物，拉丁名為
(Valeriana offeinalis L.)，主要對畜禽養(yǎng)殖廢水中總氮、總磷、氨氮等具有吸附和去除 特性。本發(fā)明充分利用了纈草對上述畜禽養(yǎng)殖廢水中氨氮、總磷、總氮、CODcr等污染物的 吸附和去除特性，將其移栽至畜禽養(yǎng)殖廢水污染環(huán)境中，吸收積累畜禽養(yǎng)殖廢水中氨氮、總 磷、總氮、CODcr等污染物，從而降低畜禽養(yǎng)殖廢水中氨氮、總磷、總氮、CODcr等污染物的 含量，待形成一定生物量時(shí)，就可達(dá)到減少畜禽養(yǎng)殖廢水中氨氮、總磷、總氮、C0Dcr等污 染物的含量的目的，進(jìn)一步凈化畜禽養(yǎng)殖廢水。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果發(fā)明人通過試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，敗醬科植物纈 草對畜禽養(yǎng)殖廢水中氨氮、總磷、總氮、CODcr等污染物具有顯著的吸附和去除特性。本發(fā) 明正是利用纈草對畜禽養(yǎng)殖廢水中氨氮、總磷、總氮、CODcr等污染物的這種吸附和去除特
性，將其移栽至畜禽養(yǎng)殖廢水污染環(huán)境中，可吸收積累畜禽養(yǎng)殖廢水中氨氮、總磷、總氮、
CODcr等污染物，待形成一定生物量時(shí)，以達(dá)到去除畜禽養(yǎng)殖廢水中氨氮、總磷、總氮、 CODcr等污染物的含量的目的，從而凈化畜禽養(yǎng)殖廢水。由于纈草的生命力非常旺盛，易于
成活，在其整個(gè)生長過程中均不需要進(jìn)行特殊管理，因而成本低、運(yùn)行費(fèi)用低、效果好、可
操作性強(qiáng)；同時(shí)也為畜禽養(yǎng)殖廢水污染的處理開發(fā)了新的植物資源品種，為人工濕地植物處 理畜禽養(yǎng)殖廢水污染的深入發(fā)展帶來了新的進(jìn)步和發(fā)展空間。


圖1是纈草對廢水中NH4tN的處理效果圖2是纈草對廢水中TP的處理效果圖3是纈草對廢水中TN的處理效果圖4是纈草對廢水中C0Dcr的處理效果圖5是纈草對廢水中濁度的處理效果圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主 題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本發(fā)明內(nèi)容所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。 實(shí)施例
本實(shí)施例為處理畜禽養(yǎng)殖廢水的方法，其具體作法為(1) 直接移栽纈草
自然條件下，將采集到的纈草幼苗直接移栽至24cmX24cmX33cm的橡膠桶中，所述橡膠 桶的底部設(shè)布水管，底部放置直徑2-5cm左右的礫石，厚度為5cm，其上鋪厚度為10cm的沙層 ，最后在沙層上鋪厚度為IO cm (約計(jì)8kg)的土壤層；
(2) 穩(wěn)定植株，
自然條件下，用自來水穩(wěn)定移栽纈草植株15天；
(3) 利用人工濕地處理畜禽養(yǎng)殖廢水
待植株穩(wěn)定后，定期澆灌畜禽養(yǎng)殖廢水，使畜禽養(yǎng)殖廢水流入種植有纈草的人工濕地系 統(tǒng)進(jìn)行處理。并采集水樣及測定其出水水質(zhì)(其中最佳水力停留時(shí)間為5天)；
通過測定不同進(jìn)水量、不同水力停留時(shí)間、不同植株數(shù)目條件下盆栽人工濕地對污水中 的NH4+-N、 C0DCr、 TP、 TN等污染物的處理效果，確定盆栽試驗(yàn)的最佳進(jìn)水量為l. 6L、最佳水 力停留時(shí)間為5天、盆栽人工濕地中纈草植株的數(shù)目為6株/桶。
其中盆栽試驗(yàn)進(jìn)水量根據(jù)以下方法測定由Reed所推薦的估算公式得
式中Q—設(shè)計(jì)廢水流量，m3/d;
F—人工濕地占用的土地面積，hm2;
K--系數(shù)，6.57X10—3。 經(jīng)計(jì)算，盆栽實(shí)驗(yàn)的處理水量為O. 88L。 據(jù)
公式得Q為1.6L。
式中Q、 F同前；
q—水力負(fù)荷，m/周，取q為20cm/d; t一運(yùn)行時(shí)間(全年運(yùn)行周數(shù))，周/a; 0. 03565抓換算系數(shù)。
參照前兩個(gè)計(jì)算水量，延伸一個(gè)水量(2. 5L)。
通過測定污水中的NH4tN、 C0DCr、 TP、 TN等污染物的去除效果，本實(shí)施例確定其最佳進(jìn) 水量為1.6L;最佳水力停留時(shí)間為5天(HRT=5d);其種植纈草的量為6株/桶。
濕地系統(tǒng)去除氨氮的機(jī)理包括植物和微生物的同化吸收。在人工濕地系統(tǒng)中，植物根系下可在原來的厭氧環(huán)境中形成有利于硝化作用的好氧微區(qū)，同時(shí)遠(yuǎn)離根系周圍的厭氧區(qū)富含 可利用的碳源可為反硝化細(xì)菌提供營養(yǎng)條件。試驗(yàn)期間，纈草在進(jìn)水氨氮濃度顯著增加的同 時(shí)其出水濃度的變化趨勢趨于平穩(wěn)狀態(tài)，其平均凈化效率達(dá)到98. 53%，其進(jìn)水和出水的平均 濃度為136. 83mg . L—工和2. 01 mg . L—、
濕地中磷的存在形式主要有三種，即有機(jī)磷化合物、不溶性磷酸鹽和可溶性磷酸鹽。有 機(jī)磷化合物主要存在于微生物和植物體內(nèi)，不溶性磷酸鹽是磷的主要存在形式，可溶性磷酸 鹽是唯一能被微生物和植物利用的形式。磷是植物生長的必要元素，纈草對磷的去除效率非 常明顯，平均效率達(dá)到96. 73%，其進(jìn)水和出水的平均濃度為26. 65mg . L—^n0. 85mg . L—、纈 草在進(jìn)水氨氮濃度顯著增加的同時(shí)其出水濃度的變化趨勢趨于平穩(wěn)狀態(tài)，隨進(jìn)水濃度的增加 ，植物對磷的去除效率越為明顯。
濕地系統(tǒng)去除總氮的機(jī)理包括植物吸收同化總氮和根際微生物硝化一反硝化作用。在試 驗(yàn)期間，纈草的去除效率比較明顯，平均去除效率達(dá)到82.61%，隨著進(jìn)水TN濃度的增大，植 物對TN的去除效率也明顯增大，其進(jìn)水和出水的平均濃度為71. 08mg . L—工和13. 95mg . L—、
植物對有機(jī)物的去除主要是植物根系對可溶性有機(jī)物的吸附、吸收以及根際周圍微生物 的分解等作用實(shí)現(xiàn)的。被吸收到植物體內(nèi)的有機(jī)物可被降解為無機(jī)化合物。在試驗(yàn)期間，纈 草對畜禽廢水中C0Dcr的去除率可達(dá)88. 12%。在試驗(yàn)期間，隨進(jìn)水濃度的不斷上升，出水濃 度逐漸趨于穩(wěn)定，其進(jìn)水和出水的平均濃度為366. 42mg . L—工和41. 78 mg . L—、
濁度是表現(xiàn)水中懸浮物對光線透過時(shí)所發(fā)生的阻礙程度。在試驗(yàn)期間，纈草對污水中濁 度的去除效果非常明顯，平均去除效率可達(dá)90.08%，其進(jìn)水和出水的平均濃度為316.57mg . L—^n30.04 mg.L—、人工濕地系統(tǒng)對濁度的耐沖擊負(fù)荷能力很強(qiáng)，說明人工濕地系統(tǒng)對濁 度的去除有很大的提升空間。
在整個(gè)試驗(yàn)階段，纈草對畜禽養(yǎng)殖廢水中氨氮、總磷、總氮、CODCr、濁度的平均凈化 效率分別為98.53%、 96.73%、 82.61%、 88.12%、 90.08%;其氨氮、總磷、總氮、CODCr、 濁度等污染物的進(jìn)水和出水濃度見附圖1-5 。(各污染物的測定和計(jì)算均參照國家標(biāo)準(zhǔn)測定 方法)
通過上述實(shí)施例子可見，本發(fā)明利用在畜禽養(yǎng)殖廢水污染環(huán)境中種植纈草，對去除畜禽 養(yǎng)殖廢水中氨氮、總磷、總氮、CODcr等污染物具有顯著的效果，從而達(dá)到凈化畜禽養(yǎng)殖廢 水污染的目的。
權(quán)利要求
1.纈草在處理畜禽養(yǎng)殖廢水中的應(yīng)用，其特征在于在引入畜禽養(yǎng)殖廢水的人工濕地填料床上種植纈草，形成人工濕地系統(tǒng)，對畜禽養(yǎng)殖廢水進(jìn)行凈化處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的纈草在處理畜禽養(yǎng)殖廢水中的應(yīng)用，其特征 在于所述的纈草在種植時(shí)采用直接移栽生長的方法。
3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的纈草在處理畜禽養(yǎng)殖廢水中的應(yīng)用，其特征 在于其具體步驟如下(1) 移栽纈草自然條件下，將采集到的纈草幼苗直接移栽至人工濕地填料床上；(2) 穩(wěn)定植株，自然條件下，用自來水穩(wěn)定移栽纈草植株15天；(3) 利用人工濕地處理畜禽養(yǎng)殖廢水待植株穩(wěn)定后，使畜禽養(yǎng)殖廢水流入種植有纈草的人工濕地系統(tǒng)進(jìn)行處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的所述的纈草在處理畜禽養(yǎng)殖廢水中的應(yīng)用， 其特征在于步驟(1)中所述人工濕地填料床包括礫石層、沙層、土壤層，填料床的底部設(shè)置有水管，水管上方鋪設(shè)有厚度為5cm的礫石層，所述礫石的直徑范圍為2-5cm ，礫石層上鋪設(shè)厚 度為10cm的沙層，沙層上鋪厚度為IO cm的土壤層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種處理畜禽養(yǎng)殖廢水的方法，在畜禽養(yǎng)殖廢水污染的環(huán)境中種植纈草即可。該方法利用纈草對畜禽養(yǎng)殖廢水中總氮、總磷、氨氮等污染物的吸附和去除特性，將其種植于畜禽養(yǎng)殖廢水污染的環(huán)境中，吸附和去除畜禽養(yǎng)殖廢水中總氮、總磷、氨氮等污染物，以達(dá)到凈化畜禽養(yǎng)殖廢水的目的；由于纈草生命力旺盛，在其生長過程中不需要進(jìn)行特殊管理，因而成本低、運(yùn)行費(fèi)用低、效果好、可操作性強(qiáng)；同時(shí)，纈草具有較高的藥用價(jià)值，可治心神不寧、胃弱、腰痛等，且還具有鎮(zhèn)靜、某些成分對動物有降低血壓、其總生物堿有抗菌、抗利尿等多種作用。
文檔編號C02F3/32GK101618913SQ20091030516
公開日2010年1月6日 申請日期2009年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月4日
發(fā)明者吳曉莉, 張小洪, 張延宗, 李遠(yuǎn)偉, 王應(yīng)軍, 鴻 肖, 鄧仕槐, 陽路芳 申請人:四川農(nóng)業(yè)大學(xué)