CN108217694A - 一种太阳能输送带式自动晒盐装置及盐碱地洗盐废水的生态循环利用方法 - Google Patents

一种太阳能输送带式自动晒盐装置及盐碱地洗盐废水的生态循环利用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种太阳能输送带式自动晒盐装置及盐碱地洗盐废水的生态循环利用方法。本发明***主要包括蓄水箱、负压通风***、晒盐池和集盐箱。本发明方法步骤如下：确定生态工程***的位置，并在半干旱地区盐碱地建设排水沟渠；生态工程***包括缓冲蓄水箱、生态鱼塘和太阳能输送带式自动晒盐***；收集洗盐废水排入缓冲蓄水箱；洗盐废水调节矿化度后注入生态鱼塘养殖水产，收获后的洗盐废水蒸发浓缩泵入太阳能输送带式自动晒盐***进行晒盐，收集得到的粗盐。本发明提高晒盐效率，进而减少晒盐单元面积，提高土地利用率；以较低成本实现灌溉洗盐废水中盐分离子的收集利用，解决盐碱地治理中盐分归趋问题。

Description

一种太阳能输送带式自动晒盐装置及盐碱地洗盐废水的生态 循环利用方法
技术领域
本发明属太阳能利用以及农业灌溉与农田废水资源化利用技术领域，涉及一种太阳能输送带式自动晒盐装置及盐碱地洗盐废水的生态循环利用方法。
背景技术
灌溉洗盐排水中因盐离子浓度大、硬度高、pH高等因素难以循环利用，乱排乱放易造成二次污染。当前农田含盐废水脱盐淡化处理方面研究较少，物理法主要参考海水淡化相关技术，主要包括蒸馏法、冷冻法、膜法、结晶法、离子交换法等。上述技术手段缺点为处理成本较高，在农业领域适用范围较窄。四川师范大学赵仕林课题以粘土矿物制备阴阳离子型吸附材料，通过对盐分离子的选择性吸附来抑制水盐运动，降低反盐速度。生态工程法主要有鱼塘-台田生态工程，运用于黄淮海平原低洼地治理和开发，先挖鱼塘，用塘田筑起台田，鱼塘养鱼，鸭，水生经济作物，台田种果、粮、棉及饲料，形成“上粮下鱼”、“水陆复合”的生态***。上世纪八十年代在三江平原形成稻-苇-鱼的水体复合模式，也得到一定的应用推广。中国科学院长春地理研究所孙广友等申请中国发明专利(CN97115793.6)，公布了一种盐碱湿地水旱复合种植技术，根据地下水位状态划分水田和旱田，进行多层立体种植来解决盐碱排水问题。
当前改良方法中，灌溉洗盐废水最终大多随排水渠引入当地水利***，最终汇入附近主要河流。大规模的盐碱地治理会产生大量的灌溉洗盐废水，全部排入河流可能对河流生态环境和下游流域土壤带来危害。鱼塘-台田模式以水产养殖为主，整体工程量大，成本高，难以大规模推广。直接建设晒盐场存在卤水盐分浓度不够，费工费时，占地面积太大。鱼池养殖水晒盐存在有机物含量高，盐分含量低，晒盐效率低，晒盐时间长等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种太阳能输送带式自动晒盐装置及盐碱地洗盐废水的生态循环利用方法，本发明提高晒盐效率，进而减少晒盐单元面积，提高土地利用率；以较低成本实现灌溉洗盐废水中盐分离子的收集利用，解决盐碱地治理中盐分归趋问题。
本发明提供了一种太阳能输送带式自动晒盐***，它包括蓄水箱、负压通风***、晒盐池和集盐箱；
所述蓄水箱上部设有进水口和出水口，所述蓄水箱上设置液位开关；
所述负压通风***包括集热器进气口、负压风机和热交换冷凝管；
所述晒盐池包括四面墙体、玻璃盖板、薄层持水晒盐输送带、齿形带轮、集热器进气口、负压风机和热交换冷凝管；其中两面相对的所述墙体不等高，且于相对高的一面所述墙体的底部设置入水口；所述玻璃盖板密封于所述墙体的顶端；所述集热器进气口和所述负压风机分别置于所述玻璃盖板两端，且于两面相对的不等高的所述墙体的矮的一面和高的一面上；与水平面呈一夹角的所述薄层持水晒盐输送带由所述齿形带轮传送，且由防水变速电机驱动；所述负压风机与所述热交换冷凝管相连接；
所述晒盐池的所述入水口与所述蓄水箱的所述出水口相连通；
所述集盐箱设置于所述薄层持水晒盐输送带顶部的正下方，所述薄层持水晒盐输送带上于所述集盐箱上方设置一软毛刷。
上述的***中，所述薄层持水晒盐输送带采用高导热碳纤维布作为基层，表面采用涂层改性；
所述涂层的溶液包括如下质量百分含量的组分制成：2～20％多巴胺，5～10％水性聚氨酯涂料，10～20％水性聚丙烯酸酯涂料，1～5％纳米石墨烯，1～5％纳米二氧化钛，5～10％铬黑，1～10％表面活性剂OP-10，余量为水。
本发明中，所述涂层的溶液具体包括如下质量份的组分制成：8份多巴胺，8份水性聚氨酯涂料，15份水性聚丙烯酸酯涂料，1份纳米石墨烯，1份纳米二氧化钛，5份铬黑，5份表面活性剂OP-10，57份水。
上述的***中，所述齿形带轮的直径为所述薄层持水晒盐输送带周长长度的1％～3％，具体可为2％；
所述玻璃盖板的材质为钢化真空玻璃，与地面呈5～45°，具体可为20°。
本发明所述太阳能输送带式自动晒盐***的使用方法的具体步骤如下：
由所述蓄水箱连接生态鱼池，通过所述液位开关控制溢水阀进而控制所述蓄水箱水位，所述薄层持水晒盐输送带与地面保持合适角度，下端浸入盐水液面下，所述薄层持水晒盐输送带吸水持水后由所述防水变速电机动缓慢运动，吸持的薄层水层随所述薄层持水晒盐输送带运动过程中在光照和所述负压风机产生的空气流动作用下迅速蒸发，剩余粗盐和固态污染物通过所述软毛刷清扫后落入所述集盐箱统一收集处理，蒸发的水汽由所述负压风机收集后在所述热交换冷凝管处进行热交换后冷凝成净水，收集回用。
本发明所述太阳能输送带式自动晒盐***使用时，所述防水变速电机带动所述齿形带轮以1～30rpm速度运行。
本发明还提供了一种盐碱地洗盐废水的生态循环利用方法，包括如下步骤：
1)按照半干旱地区盐碱地的地形地势确定生态工程***的位置，并在半干旱地区盐碱地建设排水沟渠；
所述生态工程***包括缓冲蓄水箱、生态鱼塘和所述太阳能输送带式自动晒盐***；
2)对所述半干旱地区盐碱地进行灌溉洗盐得到洗盐废水；通过所述排水沟渠收集所述洗盐废水与地下水和/或附近地表径流排入所述缓冲蓄水箱；所述洗盐废水与地下水和/或附近地表径流在所述缓冲蓄水箱中调节矿化度后注入所述生态鱼塘；在所述生态鱼塘中，采用调节矿化度后的所述洗盐废水养殖水产；然后收获养殖水产后的洗盐废水在所述生态鱼塘中蒸发浓缩泵入所述太阳能输送带式自动晒盐***进行晒盐，收集得到的粗盐。
本发明中，对所述半干旱地区盐碱地进行灌溉洗盐的方法采用本领域中公知的方法进行。
本发明中，所述半干旱地区盐碱地为年平均蒸发量≥1000mm，降水量≤500mm，且有充足灌溉淡水地区。
我国的所述半干旱地区盐碱地，是指我国的华北、东北和西北的半干旱地区。
上述的方法中，所述生态工程***建设在所述半干旱地区盐碱地的地势最低洼处。
上述的方法中，所述排水沟渠设在在所述半干旱地区盐碱地的两侧；
当Hk≤1.5m时，H＝Hk+0.2～Hk+0.5m；
Hk＞1.5m时，H＝0.4～0.7m；
上式中，Hk表示所述半干旱地区盐碱地的地下水临界水位，H为所述排水沟渠的深度；
所述排水沟渠的间距为100～500m；
所述排水沟渠的排水流量为1～20L/s，具体可为8L/s；
所述排水沟渠的排水模数为0.02～0.20m3/s/km2。
本发明中，所述排水沟渠的深度具体可为：当Hk≤1.5m时，H＝Hk+0.3m；Hk＞1.5m时，H＝0.5m；
所述排水沟渠的建设参数参照《土地开发整理项目规划设计规范》TD-T1012-2000并且结合田间实践经验通过科学计算来确定。
上述的方法中，所述生态鱼塘的深度为2m～3m，具体可为2m；
所述生态鱼塘的面积为所述半干旱地区盐碱地中种植田地面积的5％～15％，具体可为6.67％；
所述生态鱼塘的池底和池壁硬化，地势低洼端设有溢水口并安装闸门，且所述溢水口与所述太阳能输送带式自动晒盐***中所述蓄水箱的进水口相连通。
本发明中，所述生态鱼塘的主体具体可为长方体型，所述生态鱼塘中每1～3亩范围内安装30kw叶轮式增氧机一台，当所述生态鱼塘面积≤1亩，安装小功率增氧机和/或可安装增氧泵。
上述的方法中，所述缓冲蓄水箱深度可为0.1～0.6m，具体可为0.3m，面积为所述生态鱼塘的0.3～0.6倍；
所述太阳能输送带式自动晒盐***面积为所述生态鱼塘面积的0.2～0.5倍，所述薄层持水晒盐输送带有效太阳能照射面积为所述生态鱼塘面积的0.1～0.3倍。
本发明中，所述缓冲蓄水箱深度与所述生态鱼塘保持一致。
上述的方法中，调节矿化度后的所述洗盐废水的矿化度为0.1～20.0g/L，pH值为7.5～9.5
所述地下水的矿化度为0.1～3.0g/L，pH值为7.5～9.5；
所述地表径流的矿化度为0.1～3.0g/L，pH值为7.5～9.5。
上述的方法中，所述养殖水产包括鲤鱼、鲫鱼、草鱼、鲢鱼、鳙鱼、南美白对虾、斑节对虾、罗非鱼、梭鱼、鲈鱼、美国红鱼、卡拉白鱼、西伯利亚鲟、杂交鲟、锯缘青蟹、梭子蟹和青蛤中至少一种；
所述养殖水产的放养密度可为500～2000尾/亩，具体可为600～1000尾/亩；
所述生态鱼塘中还投放水生植物；所述水生植物为芦苇、香蒲、荆三棱、茭草、莲和水葱中的至少一种。
本发明具有以下优点：
1)太阳能输送带式自动晒盐装置高效省工，能量利用率高。
2)农田废水生态利用模式，属于循环农业设计，节约资源，环境友好。
3)根据施工当地环境条件因地制宜，根据现场地势，地下水临界水位等条件决定施工条件，有效降低工程成本。
4)长期运行能有效降低改良地地下水水位，降低耕作土壤中盐分，逐渐降低当地土壤盐碱程度，实现盐碱荒地的多重资源化利用。
5)太阳能输送带式自动晒盐***涂覆新型涂料，太阳能利用率高，并能有效解决鱼池水中有机污染物的影响，提高晒盐效率。
附图说明
图1为本发明太阳能输送带式自动晒盐***示意图。
图1中各个标记如下：
1薄层持水晒盐输送带；2玻璃盖板；3软毛刷；4齿形带轮；5负压风机；6集热器进气口；7热交换冷凝管；8蓄水箱；9液位开关；10保温墙体；11集盐箱；12防水变速电机。
图2为本发明洗盐废水处理生态工程***流程图。
图3为水盐平衡模型示意图，图3中R—降水含盐量；I—灌溉含盐量；O—地表排水含盐量；F—肥料、改良剂等投入盐量；B—作物携出盐量；△Md—向下层土壤和地下水输出盐量；Ms—土壤盐分储量。。
图4为通榆试验田土壤盐分含量变化图，其中图4A为对照，图4B为灌溉处理。
图5为通榆试验田水盐平衡变化图。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1、太阳能输送带式自动晒盐***
本发明太阳能输送带式自动晒盐***，它包括蓄水箱8、负压通风***、晒盐池和集盐箱11；
蓄水箱8的上部设有进水口和下部设有出水口，蓄水箱8上设置液位开关9；
负压通风***包括集热器进气口6、负压风机5和热交换冷凝管7；
晒盐池包括四面保温墙体10、玻璃盖板2、薄层持水晒盐输送带1、齿形带轮4；其中两面相对的墙体10不等高，且于相对高的一面墙体10的底部设置入水口；玻璃盖板2密封于墙体的顶端；集热器进气口6和负压风机5分别置于玻璃盖板2两端，且于两面相对的不等高的墙体10的矮的一面和高的一面上；与水平面呈一夹角的薄层持水晒盐输送带1由齿形带轮4传送，且由防水变速电机12驱动；负压风机5与热交换冷凝管7相连接；
晒盐池的入水口与蓄水箱8的出水口相连通；
集盐箱11设置于薄层持水晒盐输送带1顶部的正下方，薄层持水晒盐输送带1上于集盐箱11上方设置一软毛刷3。
进一步地，薄层持水晒盐输送带1采用高导热碳纤维布作为基层，表面采用涂层改性；
涂层的溶液包括如下质量百分含量的组分制成：2～20％多巴胺，5～10％水性聚氨酯涂料，10～20％水性聚丙烯酸酯涂料，1～5％纳米石墨烯，1～5％纳米二氧化钛，5～10％铬黑，1～10％表面活性剂OP-10，余量为水。
进一步地，齿形带轮4的直径为薄层持水晒盐输送带1周长长度的1％～3％；
玻璃盖板2的材质为钢化真空玻璃，与地面呈5～45°。
实施例2、吉林省白城市通榆县一亩水稻田排水养鱼-排盐生态工程试验
通榆县位于吉林省西部，西邻科尔沁草原，北部与黑龙江省接壤，盐碱土壤类型是典型的重度苏打碱土，年均降水量为400～500mm，集中在夏季，年蒸发量为1100～1300mm。该地河水矿化度一般在0.15～0.25g/L，盐分组成以HCO3—Na+型为主；湖泊泡沼由于强烈蒸发浓缩，矿化度一般在1.0g/L以上；地下水位埋深约为1～3m，大多属于弱矿化类型，矿化度在0.5～3.0g/L以内。
试验地块四周东、西、南、高，北部低，土壤表土(0～20cm)pH＝10.03，含盐量达0.71％，碱化度达42.57％，主要离子含量如表1所示；地下水临界深度>2.0m，灌溉用水为地下水(井深120m)，水质pH＝8.2～8.4，矿化度为0.8～1.0g/L。试验地一年灌溉脱盐率使用水盐平衡模型(如图3所示)进行计算，具体土壤盐分变化如图4所示，水盐平衡变化情况如图5所示。
按照如图2所示的本发明洗盐废水处理生态工程***流程图，在生态脱盐工程沿试验地块北面建设，首先建设排水沟，沟深0.5m，设计流量为8L/s；洗盐废水顺地势流入排水沟，2016年5月5日进行首次泡田洗盐，一年中洗盐废水水质pH为7.9～8.8，矿化度为5.2～8.2g/L，该洗盐废水收集排入缓冲蓄水箱，缓冲蓄水箱为长方体型，池面积为5×5m2，深度为2m，起蓄水调节水质功能，洗盐废水在此经与地下水混合后，调整矿化度到达2～4g/L后注入生态鱼塘，生态鱼塘池深为2m，面积为5×10m2。池底部铺设沙土，5月10日投放鲫鱼苗80尾，鲤鱼苗20尾，按科学养鱼管理安装3kw叶轮式增氧机一台，养殖晴天时开放增氧，保证鱼池中溶解氧保持5mg/L以上。池边种植芦苇。
太阳能输送带式自动晒盐***占地面积为3×6m2。持水晒盐输送带有效面积为2×5m2，涂层液组成为10份多巴胺，10份水性聚氨酯涂料，10份水性聚丙烯酸酯涂料，1份纳米石墨烯，1份纳米二氧化钛，5份铬黑，5份表面活性剂OP-10，58份水；持水厚度约为5mm；齿形带轮直径10cm，转速20rpm，每日理论最大处理水量为29.8t，最大废盐及固废收集量大约60kg。5～10月丰水期时，打开溢水闸，放水进入太阳能输送带式自动晒盐***，10月中旬至次年四月，将在鱼池中蒸发浓缩过废水逐渐泵入太阳能输送带式自动晒盐***进行晒盐，一年将鱼池排干一次，得到粗盐后收集进行后续处理。2016年全年排水135.3m3，折合203mm，当年降雨量为523mm，共收集粗盐104.1kg，11月初收获商品规格(鲫鱼大于等于250g，鲤鱼大于500g)鱼21kg。
表1改良地表土主要离子含量(cmol/kg)
实施例2、吉林市松原市前郭尔罗斯蒙古族自治县水稻种植排水养鱼-排盐生态工程试验
吉林市松原市前郭县年均降水量为降水量400-500mm，年蒸发量为1200mm。主要径流为嫩江嫩江，矿化度为0.1～0.2g/L，碳酸氢根含量最高；地下水浅部为淡水，平均埋深1.6～2.2m，11月份最浅在0.5～1米。
试验地块北部最低，土壤表土(0～20cm)pH＝9.31含盐量达0.82％，碱化度达37.46％；地下水临界深度最浅为1.1m，灌溉用水为地下水和嫩江水嫩江，地下水水质pH＝8.4，矿化度为0.5g/L。嫩江水pH在8左右，矿化度为0.21g/L。
试验地块面积为2亩，生态脱盐工程沿试验地块北面建设，首先建设排水沟，沟深1.5m，设计流量为8L/s；洗盐废水顺地势流入排水沟，2017年5月1日进行首次泡田洗盐，一年中洗盐废水水质pH为7.4～8.5，矿化度为5.1～9.4g/L，该洗盐废水收集排入缓冲蓄水箱，缓冲蓄水箱为长方体型，池面积为5×10m2，深度为2m，起蓄水调节水质功能，洗盐废水在此经与地下水混合后，调整矿化度到达2～4g/L后注入生态鱼塘，生态鱼塘池深为2m，面积为10×10m2。池底部铺设沙土，5月10日投放鲤鱼苗150尾，鲫鱼苗20尾，鲢鱼20尾，鳙鱼10尾，按科学养鱼管理安装3kw叶轮式增氧机一台，养殖晴天时开放增氧，使鱼池中溶解氧保持5mg/L以上。池边种植芦苇。太阳能输送带式自动晒盐***面积为3×10m2，持水晒盐输送带有效面积为2×8m2，涂层液组成为8份多巴胺，8份水性聚氨酯涂料，15份水性聚丙烯酸酯涂料，1份纳米石墨烯，1份纳米二氧化钛，5份铬黑，5份表面活性剂OP-10，57份水；持水厚度约为7mm；齿形带轮直径10cm，转速25rpm，每日理论最大处理水量为33.6t，最大废盐及固废收集量大约67.2kg。5～11月丰水期时，打开溢水闸，放水进入太阳能输送带式自动晒盐***，11月中旬～次年四月，将在鱼池中蒸发浓缩过废水逐渐泵入太阳能输送带式自动晒盐***进行晒盐，一年将鱼池排干一次，得到粗盐后收集进行后续处理。2017年5月至8月排水143m3，折合107mm，共收集粗盐32.5kg。

Claims (10)

1.一种太阳能输送带式自动晒盐***，其特征在于：它包括蓄水箱、负压通风***、晒盐池和集盐箱；
所述蓄水箱上部设有进水口和出水口，所述蓄水箱上设置液位开关；
所述负压通风***包括集热器进气口、负压风机和热交换冷凝管；
所述晒盐池包括四面墙体、玻璃盖板、薄层持水晒盐输送带、齿形带轮；其中两面相对的所述墙体不等高，且于相对高的一面所述墙体的底部设置入水口；所述玻璃盖板密封于所述墙体的顶端；所述集热器进气口和所述负压风机分别置于所述玻璃盖板两端，且于两面相对的不等高的所述墙体的矮的一面和高的一面上；与水平面呈一夹角的所述薄层持水晒盐输送带由所述齿形带轮传送，且由防水变速电机驱动；所述负压风机与所述热交换冷凝管相连接；
所述晒盐池的所述入水口与所述蓄水箱的所述出水口相连通；
所述集盐箱设置于所述薄层持水晒盐输送带顶部的正下方，所述薄层持水晒盐输送带上于所述集盐箱上方设置一软毛刷。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于：所述薄层持水晒盐输送带采用高导热碳纤维布作为基层，表面采用涂层改性；
所述涂层的溶液包括如下质量百分含量的组分制成：2～20％多巴胺，5～10％水性聚氨酯涂料，10～20％水性聚丙烯酸酯涂料，1～5％纳米石墨烯，1～5％纳米二氧化钛，5～10％铬黑，1～10％表面活性剂OP-10，余量为水。
3.根据权利要求1或2所述的***，其特征在于：所述齿形带轮的直径为所述薄层持水晒盐输送带周长长度的1％～3％；
所述玻璃盖板的材质为钢化真空玻璃，与地面呈5～45°。
4.一种盐碱地洗盐废水的生态循环利用方法，包括如下步骤：1)按照半干旱地区盐碱地的地形地势确定生态工程***的位置，并在半干旱地区盐碱地建设排水沟渠；
所述生态工程***包括缓冲蓄水箱、生态鱼塘和权利要求1-3中任一项所述太阳能输送带式自动晒盐***；
2)对所述半干旱地区盐碱地进行灌溉洗盐得到洗盐废水；通过所述排水沟渠收集所述洗盐废水排入所述缓冲蓄水箱；所述洗盐废水与地下水和/或附近地表径流在所述缓冲蓄水箱中调节矿化度后注入所述生态鱼塘；在所述生态鱼塘中，采用调节矿化度后的所述洗盐废水养殖水产；然后收获养殖水产后的洗盐废水在所述生态鱼塘中蒸发浓缩泵入所述太阳能输送带式自动晒盐***进行晒盐，收集得到的粗盐。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述生态工程***建设在所述半干旱地区盐碱地的地势最低洼处。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于：所述排水沟渠设在在所述半干旱地区盐碱地的两侧；
当Hk≤1.5m时，H＝Hk+0.2～Hk+0.5m；
Hk＞1.5m时，H＝0.4～0.7m；
上式中，Hk表示所述半干旱地区盐碱地的地下水临界水位，H为所述排水沟渠的深度；
所述排水沟渠的间距为100～500m；
所述排水沟渠的排水流量为1～20L/s；
所述排水沟渠的排水模数为0.02～0.20m3/s/km2。
7.根据权利要求4-6中任一项所述的方法，其特征在于：所述生态鱼塘的深度为2m～3m；
所述生态鱼塘的面积为所述半干旱地区盐碱地中种植田地面积的5％～15％；
所述生态鱼塘的池底和池壁硬化，地势低洼端设有溢水口并安装闸门，且所述溢水口与所述太阳能输送带式自动晒盐***中所述蓄水箱的进水口相连通。
8.根据权利要求4-7中任一项所述的方法，其特征在于：所述缓冲蓄水箱深度为0.1～0.6m，面积为所述生态鱼塘的0.3～0.6倍；
所述太阳能输送带式自动晒盐***面积为所述生态鱼塘面积的0.2～0.5倍，所述薄层持水晒盐输送带有效太阳能照射面积为所述生态鱼塘面积的0.1～0.3倍。
9.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于：调节矿化度后的所述洗盐废水的矿化度为0.1～20.0g/L，pH值为7.5～9.5
所述地下水的矿化度为0.1～3.0g/L，pH值为7.5～9.5；
所述地表径流的矿化度为0.1～3.0g/L，pH值为7.5～9.5。
10.根据权利要求4-9中任一项所述的方法，其特征在于：所述养殖水产包括鲤鱼、鲫鱼、草鱼、鲢鱼、鳙鱼、南美白对虾、斑节对虾、罗非鱼、梭鱼、鲈鱼、美国红鱼、卡拉白鱼、西伯利亚鲟、杂交鲟、锯缘青蟹、梭子蟹和青蛤中至少一种；
所述养殖水产的放养密度为500～2000尾/亩；
所述生态鱼塘中还投放水生植物；所述水生植物为芦苇、香蒲、荆三棱、茭草、莲和水葱中的至少一种。
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