水葫蘆在不同溫度條件下的污水凈化效果

李曉婷等

摘要：研究不同溫度條件下水葫蘆對污水中的總氮、總磷、化學(xué)需氧量（COD）的去除效果，結(jié)果表明，培養(yǎng)初期，水葫蘆對污水的凈化能力強(qiáng)，后期較弱；低溫下水葫蘆對污水沒有凈化作用；24 ℃左右常溫下，水葫蘆的污水凈化能力最強(qiáng)，其他溫度條件下其凈化能力稍弱，不同溫度條件下水葫蘆凈化能力差異顯著；水葫蘆對污水的凈化能力強(qiáng)，正常溫度條件下培養(yǎng)4周后，污染物質(zhì)去除率能達(dá)到70%以上。

關(guān)鍵詞：水葫蘆；污水凈化；溫度

中圖分類號： X703文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2015）09-0410-02

水葫蘆（Eichhornia crassipes），別稱鳳眼蓮，是一種在南方常見的水生維管束植物。水葫蘆原產(chǎn)于南美，1901年作為花卉引入中國[1-2]。水葫蘆的無性、有性繁殖能力很強(qiáng)，經(jīng)常形成水域面積單一優(yōu)勢植物，容易造成水體缺氧，河道阻塞，對水生動植物的養(yǎng)殖和水道航運(yùn)造成嚴(yán)重的影響，被稱為十大害草之一[3]。但水葫蘆具有很大的經(jīng)濟(jì)價值，水葫蘆的干粉可以用作豬禽的飲料[4]，水葫蘆中含大量有機(jī)物，可用于制作沼氣或有機(jī)肥料等[5]，特別是水葫蘆在凈化污水的超強(qiáng)能力，使我們對水葫蘆也另眼相待了。水葫蘆有發(fā)達(dá)的根系，在生長繁殖過程中大量吸收水中的養(yǎng)分作為其生長所需的物質(zhì)，同時還吸收水中的其他有機(jī)物和重金屬等污染物，從而引起凈化水體水質(zhì)的作用，因此被廣泛應(yīng)用于水域凈化和各種污水如生活污水、工業(yè)污水和混合污水等的凈化處理[6-7]。但是水葫蘆是一種多年生植物，大多數(shù)研究者對水葫蘆的污水凈化能力只考慮了水葫蘆生命力旺盛的那段時期，當(dāng)氣溫較低時，水葫蘆的生長受到影響，甚至停止生長，其污水凈化能力肯定受到影響。本試驗研究不同溫度條件下水葫蘆對污水的凈化效果，以期在凈化污水時合理配置不同季節(jié)的污水凈化的強(qiáng)勢植物，使全年水質(zhì)達(dá)標(biāo)。

1材料與方法

1.1材料

試驗植物水葫蘆取自江西省宜春市袁州區(qū)學(xué)府路段袁河，去除其腐根、老根，以及植株的黃葉，選取大小和質(zhì)量相等的植株若干株。試驗用水取自某學(xué)校北門后面的一條受到人為污染的水渠，其污染水源主要來自城市生活的污水，污水中氮、磷和其他有機(jī)物含量過高，其中總磷含量為1.27 mg/L，總氮含量為5.69 mg/L，總COD含量為176 mg/L，水質(zhì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了國家地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)5類的限值。

1.2方法

把水葫蘆放入直徑20 cm，高30 cm的塑料桶中養(yǎng)殖，水深保持25 cm。養(yǎng)殖用水采用取來的試驗污水，置于4個不同溫度設(shè)置條件下的人工氣候箱中養(yǎng)殖，每處理重復(fù)3次，對照在20 ℃左右的露天存放[8-9]。測定水樣和對照中的總磷、總氮、COD 3項指標(biāo)。水樣中總磷的檢測按照《中華人民共和國城鎮(zhèn)建設(shè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)城市污水——總磷的測定》（CJ/T 78—1999）；總氮的測定采用《中華人民共和國城鎮(zhèn)建設(shè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)城市污水——總氮的測定》（CJ/T 77—1999）中的過硫酸鉀氧化紫外分光光度法；水質(zhì)COD的測定采用快速消解分光光度法 （HJ/T 399—2007）。根據(jù)水樣中3項指標(biāo)的實測值計算相應(yīng)的去除率。

1.3數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)運(yùn)用SPSS 18.0軟件進(jìn)行分析，對不同溫度條件下水葫蘆污水凈化能力進(jìn)行單因素方差分析。

2結(jié)果與分析

2.1水葫蘆對污染物質(zhì)的吸收速率與時間的關(guān)系

水葫蘆對水樣中污染物質(zhì)的吸收，有一個時間積累過程，通過在20 ℃常溫下考查水葫蘆對總氮的影響與時間的關(guān)系，確定水葫蘆對水樣污染物質(zhì)吸收的時間規(guī)律，最終確定水葫蘆放置的水樣培養(yǎng)多長時間后對水樣測定的效果好。水葫蘆對水樣的總氮影響在前期最大，其中前5周的去除率分別達(dá)到44.8%、17.8%、12.5%、6.0%、2.1%。到第4周后，水葫蘆對水樣總氮的吸收處于一個趨穩(wěn)的過程，前4周水葫蘆對總氮量的吸收明顯，累積去除率達(dá)到了81.1%（圖1）。因此，在水樣測定時間上，選擇在水葫蘆培養(yǎng)4周后進(jìn)行。

2.2不同溫度處理下水葫蘆對水樣總磷的吸收

水體中磷的含量是水體富營養(yǎng)化的一個重要指標(biāo)，水葫蘆根系生長能力強(qiáng)，對磷的吸收能力強(qiáng)，但是不同的溫度條件下，水葫蘆對水中磷的吸收能力存在差異。在溫度8 ℃條件下，水葫蘆對總磷的影響與對照組基本沒有什么差別，通過方差分析，兩處理間差異不顯著。32 ℃條件下，水葫蘆對總磷的去除率只有19.2%，水樣中總磷的含量為0.94 mg/L，但與對照組有顯著性差異。16 ℃條件下，水葫蘆對總磷的去除率達(dá)到68.1%，水樣的總磷含量為0.29 mg/L，對總磷含量去除

率最高是在24 ℃條件下培養(yǎng)的水樣，總磷去除率達(dá)到852%，總磷含量達(dá)到了地表水的3級水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（圖2）。

2.3不同溫度處理條件下水葫蘆對總氮的吸收

水體的總氮含量是水體質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的重要指標(biāo)，近年由于生活污水的產(chǎn)生量逐年增加，生活污水的總氮含量較高，導(dǎo)致水體的富營養(yǎng)化加劇。在不同溫度處理條件下，其水樣中總氮含量的大小順序是：對照、8、32、16、24 ℃。其中8 ℃條件下的總氮含量與對照之間沒有顯著性差異，其他條件下相互間有顯著差異。在24 ℃培養(yǎng)條件下的水葫蘆，對水樣總氮吸收最大，對水樣中總氮的去除率也最高，達(dá)83.3%（圖3）。在這種溫度條件下水葫蘆吸收的水樣，其總氮量的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)同樣達(dá)到3級標(biāo)準(zhǔn)。其他溫度條件下培養(yǎng)的水葫蘆，其水樣的總氮含量沒有達(dá)到國家3級標(biāo)準(zhǔn)。

2.4不同溫度處理條件下水葫蘆對COD的影響

從圖4可以看出，溫度在8 ℃條件下COD的含量反而高于對照，達(dá)186 mg/L，由于在此種溫度條件下，植物生長受到影響，水葫蘆有些生物構(gòu)件脫落于水體中，導(dǎo)致水體的COD含量增加，但與對照沒有顯著性差異。COD去除效果最明顯的是溫度在24 ℃條件下的水樣，其次為16 ℃條件下的水樣，再次為32 ℃條件下的水樣。24 ℃條件下的水樣COD值由對照的176 mg/L降低至58 mg/L，去除率達(dá)到69.7%；16 ℃ 條件下的水樣COD去除率為62.5%；32 ℃條件下的水樣COD去除率為31.2%；這3種溫度條件下的水樣與對照差異顯著，表明去除效果明顯。endprint

3結(jié)論與討論

3.1水葫蘆對污水凈化效果在時間上存在不均衡性

水葫蘆培養(yǎng)初期對污水的凈化效果明顯，其去除率很高，經(jīng)過近4周培養(yǎng)后，去除速率明顯減小。這其中有兩方面的原因：（1）成熟后的水葫蘆個體生殖能力減弱，生物量增加不多，因此對污水的凈化能力減弱；（2）高濃度污水由于營養(yǎng)物質(zhì)豐富，水葫蘆獲得充足的營養(yǎng)，所以生殖擴(kuò)散能力強(qiáng)。隨著污染物質(zhì)被吸收，水樣污染物質(zhì)的濃度降低后，供水葫蘆所需的營養(yǎng)物質(zhì)減少，限制了水葫蘆的生長，導(dǎo)致水葫蘆對污水的凈化能力降低。3.2低溫下培養(yǎng)的水葫蘆對污水沒有凈化作用

8 ℃條件下的總磷含量比對照低，總氮含量也比對照低，COD含量比對照高，但與對照差異不顯著。因此在低溫條件下生長的水葫蘆對污水沒有凈化作用。在江南大部分地區(qū)，有些人工湖泊富營養(yǎng)化的問題用養(yǎng)殖水葫蘆方法來解決，在常溫下能夠解決，但是，冬季溫度過低，水中富營養(yǎng)化問題就解決不了。應(yīng)當(dāng)配置一些在冬春季溫度季節(jié)對污水凈化比較好的水生植物，促進(jìn)湖泊中氮、磷、COD等污染物質(zhì)全年都處于達(dá)標(biāo)的狀態(tài)。

3.3不同溫度條件下水葫蘆對污水的凈化效果

效果最好的是24 ℃培養(yǎng)的水樣，其次是16 ℃條件下培養(yǎng)的水樣，再次是32 ℃條件下培養(yǎng)的水樣。24 ℃條件下培養(yǎng)的水樣，通過總磷、總氮的去除作用，凈化后的水質(zhì)達(dá)到地表水環(huán)境質(zhì)量的3級標(biāo)準(zhǔn)。但是COD凈化后的水質(zhì)卻仍然達(dá)不到地表水的5類標(biāo)準(zhǔn)，仍然屬于污水級別。16 ℃條件下培養(yǎng)的水樣，經(jīng)過水葫蘆的去除作用，總磷標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到了地表水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的4類，總氮達(dá)到了地表水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的5類。32 ℃ 條件下培養(yǎng)的水樣，3項指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)均沒達(dá)到地表水質(zhì)量的最低標(biāo)準(zhǔn)，凈化后的水樣仍然處于污水的狀態(tài)。3種處理條件下，不同溫度條件下污水凈化的效果差異顯著，過高過低溫度條件下都影響水葫蘆對污水的凈化效果。

在常溫條件下，水葫蘆對污水有明顯的凈化作用，特別在24 ℃條件下生長的水葫蘆， 對污水的凈化能力比較強(qiáng)， 但是低溫條件下，水葫蘆的凈化效果差，甚至沒有凈化效果， 因此

利用水葫蘆對污水凈化時，要考慮水葫蘆凈化能力的季節(jié)差異，合理安排污水凈化的方案。同時水葫蘆凈化污水一般只能達(dá)到地表3類水質(zhì)的要求，如果要求污水凈化后水質(zhì)更高，應(yīng)當(dāng)與物理凈化、化學(xué)凈化相結(jié)合，這樣效果更好。

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