本发明属于水生态修复植物研究
技术领域：
，具体涉及一种沉水植物净化水质的室内试验工艺。
背景技术：
：目前，在水质净化领域，国内外主要的水体修复技术有三类：①化学方法；②物理方法；③生物-生态方法。相较而言，生物-生态方法具有明显的优势。它是一种低能耗、低投资的水体修复技术，同时它具有环境相容性，无二次污染风险，并具有一定的景观效应。沉水植物修复，作为生物-生态修复中最为广泛应用一种，主要是通过三个方面达到净水效果：1)沉水植物吸收氮、磷等，降低水中污染物；2)沉水植物同藻类竞争营养，并释放化感物质抑制藻类生长；3)沉水植物促进悬浮物絮凝与沉降，抑制底泥再悬浮。目前，越来越多的水生态修复工程选用沉水植物进行水质生态修复，但其设计与施工方案的制定主要依靠行业经验和定性认识做出主观判断，较少通过室内培植试验模拟，获得各种沉水植物的最佳种植密度，从而为水生态修复工程的现场实施提供科学参考。工程实践中，不合理的沉水植物种植密度会导致水生态治理和后期修整养护成本的增加。若沉水植物种植密度不足，则水质净化效果不佳或植物成活率低；若沉水植物种植密度过高，则植物生长恶性竞争，植物发育不良，水体景观效果不佳。因此，通过沉水植物室内培植试验模拟，定量化研究沉水植物水质净化效果、植物生长竞争关系等，对水生态修复工程的设计与施工具有重要意义。技术实现要素：本发明的目的在于，以多种沉水植物的种植密度为控制变量，建立室内培植试验的流程，提高沉水植物水质净化室内试验的科学性和可靠性。同时，根据试验结果定量化评估三种沉水植物的水质净化效果及最佳的种植密度数据。为了实现上述技术效果，本发明通过以下技术手段予以实现。一种沉水植物净化水质的室内试验工艺，包括以下步骤：底泥制备：取待修复水生态环境中的原状土，杀菌处理，得到底泥；试验污水制备：直接采用待修复水生态环境中污水或通过稀释生活污水模拟，得到试验污水；培植箱处理：以塑料箱为培植箱，在培植箱内，打入底泥，倒入试验污水，得到若干的培植箱体；沉水植物种植：单一沉水植物种植按照种植密度设定进行变化，每个箱体内，对应一种种植密度；组合沉水植物种植按照ln(rm)正交试验方法，制定种植方案，每个箱体内，对应一种种植方案；沉水植物养护：通过植物生长灯提供光源，及时修剪废叶，清理藻类与幼螺、虫卵等。水质监测：定期抽取每个培植箱体内水样，进行水质监测。本技术方案中，通过底泥限定、污水限定、培植箱限定等，实现了沉水植物种植的最佳参数，使得整个种植方式和工艺，得以最大优化，探索最佳净水效果与相应种植密度等数据。本技术方案中，以植物生长灯为光源，为室内种植培养提供光照基础，实现了在室内进行研究种植的可能，实现了单因子变量控制种植。作为本发明的进一步改进，所述底泥制备步骤中，所述原状土为壤土，即铲除干燥河床表层淤泥后，取得河床表面20cm以下壤土。本技术方案中，选用壤土而非砂土作底泥固根，主要是由于其含有丰富的营养物质供植物根系吸收。作为本发明的进一步改进，所述底泥制备步骤中，所述杀菌处理为于25℃-35℃自然光照环境中，将待修复水生态环境中的原状土铺开暴晒累计24小时日照时间以实现杀菌。本技术方案中，铺开的厚度不超过5cm，同时在暴晒时不断松土翻土，最终实现了彻底的全面杀菌。作为本发明的进一步改进，所述试验污水制备步骤中，所述稀释生活污水具体为采用生活污水配制得到一级a污水。本技术方案中，采用一级a污水，实现对沉水植物水质净化效果的普适性研究。作为本发明的进一步改进，所述培植箱处理步骤中，所述塑料箱内底泥的厚度为6-10cm。本技术方案中，选取能够满足根系种植稳固的底泥厚度，确保沉水植物更好地培育。作为本发明的进一步改进，所述培植箱处理步骤之后，沉水植物种植前，还包括底泥的静置沉降，所述底泥的静置沉降具体为：将倒入培植箱内的污水均匀搅拌后，静置待污水内悬浮底泥颗粒沉淀。本技术方案中，沉水植物种植前，使大部分底泥颗粒静置沉降，有助于提高水体透明度，同时减少底泥后期沉降在植物叶片表面的可能，利于植物光合作用与水质净化。作为本发明的进一步改进，所述沉水植物种植前，包括植株的处理，所述植株的处理为：挑选植株健康、根系发达、株高适宜的植株，经清洗、晾干、修剪、称重后，准备种植。本技术方案中，通过植株称重的方式对每个培植箱内平均植株重量进行控制，避免出现植株个体大小差异影响变量控制，从而影响水质净化效果。作为本发明的进一步改进，所述沉水植物种植步骤中，所述种植方案包括不同种类植物间的不同种植密度组合。本技术方案中，通过不同植物的不同种植密度组合，实现了沉水植物品种、密度等多方面的探索研究。作为本发明的进一步改进，所述沉水植物的养护步骤中，所述通过植物生长灯提供光源具体为，通过补光灯，模拟太阳光照，控制光照时间为每天6:00-20:00。本技术方案中，控制光照时间为14个小时，以保证植物充足的光合作用与自然作息相协调。另外，选用室内试验并设置固定的光照时间，主要为了避免试验周期较长，出现特殊天气或季节变化影响光照时间，从而影响植物净水效果的可能性。用植物生长灯模拟合适的固定的光照时间，控制变量即可，但不必要模拟光照时间随季节的变化。作为本发明的进一步改进，每个培植箱体内，每个所述植物生长灯的覆盖宽度为18-22cm。本技术方案中，若光照覆盖宽度过宽或过窄都会影响植物的光照接受面或光源强度大小；过宽(覆盖宽度超过22cm)，箱内有部分光照不到；过窄(覆盖宽度小于18cm)，箱内有部分光源过强.作为本发明的进一步改进，所述监测具体为，在沉水植物养护中，每3天进行抽样取水，取水中，于每个培植箱的上、中、下层分别进行抽样取水，并对抽样的水进行水质检测。本技术方案中，于每个培植箱的上、中、下层采样，避免培植箱内水质分层对水样检测的影响，保证抽取水样的代表性。具体实施方式下面结合实施例，对本发明进行详细介绍。(1)前期准备阶段1、本方法采用相应水生态修复工程项目施工现场的原状土，并于阳光下暴晒24个小时备用，以杀灭害虫及细菌并促使土壤中水分挥发。具体地，包括在待修复水生态环境中，进行铲土，用箱体垒土，人工运土，交通运土，松土和原土暴晒等处理方式。本实施例中，铺开原状土，并不断松土翻土进行充分暴晒，有利于原状土内水分的完全蒸发，避免水分影响试验污水配比结果。另外，强紫外线有利于杀灭细菌、虫卵、螺卵等，防止后期大量繁殖影响植物生长。2、试验污水参照《城镇污水处理厂污染物排放标准(gb18918-2002)》一级a标准选取，即污染指标化学需氧量(codcr)为50mg·l-1、氨氮(nh3-n)为5mg·l-1、总磷(tp)为0.5mg·l-1、总氮(tn)为15mg·l-1。如表1所示。表1基本控制项目最高允许排放浓度(日均值)单位mg/l本方法采用稀释生活污水原水的方式，配制一级a标准污水。生活污水原水(三期进水(混合))由江苏昆山污水处理厂提供，具体水质检测指标如表2所示。表2污水处理厂水质检测分析报告根据生活污水原水各项水质检测指标，相应设计污水稀释调配方案。为配制单个试验箱体约122l一级a标准污水，应取约30l原水加入约92l自来水(自来水应于室外暴晒2天除氯气)。配制水的各项水质检测指标如表3所示。表3原水稀释方案总氮指标未劣于一级a标准，但由于考虑到苦草生长的耐受性，不再对指标进行调整。3、采用高压水枪清洗培植试验的箱体(本试验选用68cm×52cm×39cm塑料箱)，并置于试验室内晾干。将底泥置于天平上称量，并均匀铺设于箱底，控制各试验箱体内底泥重量基本一致，本试验各试验箱体采用6-10cm厚的底泥。具体地，包括采用高压水枪清洗塑料箱、刷洗塑料箱、称重、打入底泥、底泥称重、重量记录、倒土以及均匀铺设底泥等步骤。本实施例中，所用箱体为68×52×39cm塑料箱，经过计算23kg的土正好铺满箱底约6-7cm厚(箱底面积68×52)，是适合本箱体的稳定根系的厚度。对于底泥的体积、密度或质量没有特别的规定，主要是考虑容器与底泥间的关联，达到能够满足根系种植稳固的厚度要求。另外，不适合用高含沙量土体作底泥固根，因为它缺少丰富的营养物质供植物根系吸收。本实施例中，打入的底泥为干泥，一方面是为了防止泥土带有水分影响污水配置结果，一方面是在工地现场试验室，泥土湿度不易测量并加以控制。4、量取92l暴晒后自来水于各试验箱体内(5l/次)，并量取30l生活污水原水置于各试验箱体内(5l/次)，以配制相应浓度一级a污水。具体地，采用空量杯称水，空量杯的处理包括去皮、量取5l自来水，倒入自来水，空量杯去皮，量取5l生活污水原水，倒入生活污水原水，以及搅拌均匀污水等步骤。均匀搅拌污水后，静置2-3天使悬浮土颗粒沉淀。待水体透明度相对提升后，开始准备种植植株。本实施例中，污水采用的是配制污水，具体的采用污水配制一级a污水，主要是希望对沉水植物水质净化效果有普适性的研究。若想模拟现场水净化效果，可直接取现场原水进行室内试验。5、设计种植密度并制定种植组合方案。单一沉水植物采用对比试验，拟设定5种不同的种植密度，累计15个试验组和1个对照组，如表4所示；组合沉水植物采用l9(3^4)正交试验，累计9个试验组和1个对照组，如表5所示。表4单一沉水植物对比试验具体方案表5组合沉水植物l9(3^4)正交试验具体方案本实施例中，采用三因素三水平的试验，即三种植物三种密度，按全面试验(对不同因素的所有可能的水平组合做试验)要求，须进行3^3＝27种组合的试验，且尚未考虑每一组合的重复数。若按l9(3^4)正交表安排试验，只需作9次，正交试验法是研究多因素多水平的一种设计方法，它从全面试验中挑选出部分具有代表性的水平组合进行试验，通过挑选部分有代表性的水平组合进行试验并对结果进行分析找出最优的水平组合，这样既能减少试验次数，又能收到较好的效果。“正交试验法”就是研究与处理多因素试验的一种科学有效的方法。6、挑选植株健康、根系发达、株高适宜的沉水植物成熟植株作为试验对象。植株运达试验室后，用自来水轻柔地清洗植株，去除表面藻类孢子及螺类卵壳，并于阴凉处适当晾干。修剪废叶并用钢卷尺测定植物株高，最终称重(控制各试验组初始状态时的平均植物株高与平均植株重量基本一致)。均匀轻柔地种植植株，注意控制力度与深度，避免折断健康植株的根茎。具体包括植株性状比选、清洗植株、修剪废叶、测量株高以及称重、种植植株等。7、安装wifi智能插座与波长400-800nm全光谱植物生长补光灯，模拟太阳光照，并控制光照时长为每天6:00-20:00。由于本植物生长灯的1支灯管覆盖植物面宽度约为20cm，所以针对每2个并排的68cm×52cm×39cm试验箱体，布设3支1.2米24w灯管，以确保植物接受均匀光照，健康生长。8、为每个试验箱体标号，以便于记录箱体对应设计条件(植物种类、种植密度等)与水质采样情况(水质观感、水温等)。9、试验时间定于2020年7月至9月以保证适宜的温度条件。常开空调，并开室内单侧窗,以防止蚊虫于水面产卵并保持室内通风。控制试验室内温度接近恒温23-25℃，并控制试验箱体水温为22-24℃。并定期使用测温测湿仪器和水温计做记录，以防止极端天气或季节变化对试验造成干扰。(2)中期检测阶段1、定时抽取检测1次水样(例如，本试验每3天上午9:00-10:00抽取水样)。从上、中、下层抽取水样，混合均匀并记录取水量。取水量可根据检测单位的要求进行设定，或根据水质检测指标的数量进行调整(例如，本试验共检测4项水质检测指标tn、tp、nh3-n、cod，每箱单次取水400ml用于检测)。2、记录室内温度和湿度，并记录箱体内水温。如表6所示。表6沉水植物种植水质采样记录表编号采样日期采样时间室温/湿度水温取样瓶编号规格取样人12020年7月1日9:3524.8℃/70％22.5℃020107011#箱/400ml林xx22020年7月1日9:4024.8℃/70％22.5℃020207012#箱/400ml林xx32020年7月1日9:4524.8℃/70％22.7℃020307013#箱/400ml林xx42020年7月1日9:5024.8℃/70％22.6℃010307014#箱/400ml林xx52020年7月1日9:5524.8℃/70％22.6℃010207015#箱/400ml林xx62020年7月1日10:0024.8℃/70％22.4℃010107016#箱/400ml林xx72020年7月4日9:1323.8℃/81％23.1℃020107041#箱/400ml林xx82020年7月4日9:1823.8℃/81％23.2℃020207042#箱/400ml林xx92020年7月4日9:2223.8℃/81％23.4℃020307043#箱/400ml林xx102020年7月4日9:2623.8℃/81％23.5℃010307044#箱/400ml林xx112020年7月4日9:3023.8℃/81％23.3℃010207045#箱/400ml林xx122020年7月4日9:3423.8℃/81％23.0℃010107046#箱/400ml林xx3、水样送检并填写回执表。如表7所示。表7水样送检回执表(3)后期整理阶段1、在抽取水样后，采用荧光膜指示标签标注水位，防止水分过度蒸发导致水位变化大，从而影响水质检测指标的数据准确性。若水分过度蒸发，应适当补入蒸馏水。2、在抽取水样后，清理箱体内藻类以及沉水植物的废叶，并适当修剪植株。注意事项：1、若沉水植物有任何特殊培养要求(温度、湿度、水温等)，应在试验过程中对该项要求进行调整控制。2、各沉水植物的最佳种植密度可能存在较大差异，应按沉水植物的自身特性(植株大小、生长能力等)设定合理的试验密度变化区间。3、试验箱体尺寸与数量的选择应结合试验室的房屋承重情况综合考虑。4、试验污水配制方案应根据污水处理厂原水各项水质指标相应调整制定。5、沉水植物在脱水情况下极易萎蔫甚至死亡，因此在运输和试验的过程中应注意保持沉水植物的水环境。6、一般植物每天需要光照12-16小时，所以建议白天开启植物生长灯进行光合作用，晚上进行呼吸作用，符合自然植物生长规律。不宜连续开灯24小时，影响植物自身的生长代谢。本方法使得水生态修复能够以室内培植试验的形式，在工程项目部基础的条件下展开。通过小规模的模拟，定量化评估沉水植物的水质净化效果，确定沉水植物的最佳种植密度或者进行沉水植物种植组合的可行性分析，为水生态修复的现场施工提供科学的参考，从而避免主观臆断造成的水质净化效果不佳或植株生长恶性竞争，减少了不必要的现场施工成本，将为水生态修复工程带来直接的经济效益，并创造间接的环境效益。以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。当前第1页1 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技术特征：
1.一种沉水植物净化水质的室内试验工艺，其特征在于，具体包括以下步骤：
底泥制备：取待修复水生态环境中的原状土，杀菌处理，得到底泥；
试验污水制备：直接采用待修复水生态环境中污水或通过稀释生活污水模拟，得到试验污水；
培植箱处理：以塑料箱为培植箱，在培植箱内，打入底泥，倒入试验污水，得到若干的培植箱体；
沉水植物种植：单一沉水植物种植按照种植密度设定进行变化，每个箱体内，对应一种种植密度；组合沉水植物种植按照ln(rm)正交试验方法，制定种植方案，每个箱体内，对应一种种植方案；
沉水植物养护：通过植物生长灯提供光源，及时修剪废叶，清理藻类与幼螺、虫卵；
水质监测：定期抽取每个培植箱体内水样，进行水质监测。
2.根据权利要求1所述的一种沉水植物净化水质的室内试验工艺，其特征在于，所述底泥制备步骤中，所述杀菌处理为于25℃-35℃自然光照环境中，将待修复水生态环境中的原状土铺开暴晒累计24小时日照时间以实现杀菌。
3.根据权利要求1所述的一种沉水植物净化水质的室内试验工艺，其特征在于，所述试验污水制备步骤中，所述稀释生活污水具体为采用生活污水配制得到一级a污水。
4.根据权利要求1所述的一种沉水植物净化水质的室内试验工艺，其特征在于，所述培植箱处理步骤中，所述塑料箱内底泥的厚度为6-10cm。
5.根据权利要求1所述的一种沉水植物净化水质的室内试验工艺，其特征在于，所述培植箱处理步骤之后，沉水植物种植前，还包括底泥的静置沉降，所述底泥的静置沉降具体为：将倒入培植箱内的污水均匀搅拌后，静置待污水内悬浮底泥颗粒沉淀。
6.根据权利要求1所述的一种沉水植物净化水质的室内试验工艺，其特征在于，所述沉水植物种植前，包括植株的处理，所述植株的处理为：挑选植株健康、根系发达、株高适宜的植株，经清洗、晾干、修剪、称重后，准备种植。
7.根据权利要求1所述的一种沉水植物净化水质的室内试验工艺，其特征在于，所述沉水植物种植步骤中，所述种植方案包括不同种类植物间的不同种植密度组合。
8.根据权利要求1所述的一种沉水植物净化水质的室内试验工艺，其特征在于，所述沉水植物的养护步骤中，所述通过植物生长灯提供光源具体为，通过补光灯，模拟太阳光照，控制光照时间为每天6：00-20：00。
9.根据权利要求8所述的一种沉水植物净化水质的室内试验工艺，其特征在于，每个培植箱体内，每个所述植物生长灯的覆盖宽度为18-22cm。
10.根据权利要求1所述的一种沉水植物净化水质的室内试验工艺，其特征在于，所述水质监测具体为，每3天于每个培植箱的上、中、下层分别进行抽样取水，并对抽样的水进行tn、tp、nh3-n、cod四项指标的水质检测。
技术总结
本发明公开一种沉水植物净化水质的室内试验工艺，其特征在于，具体包括以下步骤：底泥制备：取待修复水生态环境中的原状土，杀菌处理，得到底泥；试验污水制备：直接采用待修复水生态环境中污水或通过稀释生活污水模拟，得到试验污水；培植箱处理：以塑料箱为培植箱，在培植箱内，打入底泥，倒入试验污水，得到若干的培植箱体；沉水植物种植：单一沉水植物种植按照种植密度设定进行变化，每个箱体内，对应一种种植密度；组合沉水植物种植按照正交试验方法，制定种植方案；定期抽取每个培植箱体内水样，进行水质监测。提高沉水植物水质净化室内试验的科学性和可靠性。根据试验结果定量化评估三种沉水植物的水质净化效果及最佳的种植密度数据。
技术开发人、权利持有人：蔡晓男;赵辉;许光亮;杨连佼;林墨翰;莫亚思;郑力彬
