低溫下水芹對生活污水中氨氮、正磷酸鹽的去除效果

摘要：通過設(shè)置3組不同濃度（100%、75%、50%）的生活污水，考察水芹（Oenanthe javanica）對污水中氨氮與正磷酸鹽的去除效果。結(jié)果表明，在9～12 ℃的低溫下，培養(yǎng)6 d時水芹對3種不同濃度污水中的氨氮和正磷酸鹽的去除率分別為47.86%、59.34%、55.56%和44.42%、41.74%、32.95%。表明低溫下水芹對生活污水中氨氮和正磷酸鹽均有較好的去除效果。

關(guān)鍵詞：水芹（Oenanthe javanica）；生活污水；低溫；氨氮；正磷酸鹽；去除效果

中圖分類號：X799.1；S912 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）01-0043-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.01.013

近年來，隨著中國經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，水體富營養(yǎng)化危害日益嚴(yán)重。通常采用物理法、化學(xué)法和生物調(diào)控法進(jìn)行富營養(yǎng)水體的治理。由于化學(xué)和物理調(diào)控方法成本較高，效用時間短，對生態(tài)環(huán)境本身具有潛在的威脅[1]，生物調(diào)控方法受到越來越多的關(guān)注和重視。水生高等植物可有效去除污染水體中的氮、磷等營養(yǎng)元素，從而達(dá)到凈化水體的目的[2]。近年來，一些科研工作者在利用水培植物的吸收作用來凈化污水等研究方面取得了諸多成果，證明水生植物在最終修復(fù)水生生態(tài)系統(tǒng)方面具有很高的實踐意義[3]。

水芹（Oenanthe javanica）為傘形花科水生植物，別名楚葵、藥芹菜、蜀芹、紫堇，是中國傳統(tǒng)水生蔬菜中的重要種類[4]。水芹性喜涼爽，忌炎熱干旱，25 ℃以下母莖開始萌芽生長，15～20 ℃生長最快，5 ℃以下停止生長，能耐-10 ℃低溫。水芹為《本草綱目》收錄品種，并作為貴州苗族、仡佬族的藥用材料，具有清熱解毒和利水的功能，常用于治療水腫、黃疸等疾病[5]。研究表明，水芹不僅具有降血壓、降血糖和抗糖尿病、抗肝炎的藥用效果，還具有明顯的減肥功能和防腸癌、防肺癌、防便秘等功能[6]。水芹的傳統(tǒng)消費主要以嫩莖和葉柄為食用器官[7]。水芹葉片具有較高的營養(yǎng)保健價值，可在日常飲食消費中推廣食用[8]。近年來國內(nèi)市場水芹消費量呈逐年上升的趨勢，北方城市也開始大量消費[9]，具有較為廣闊的發(fā)展前景。

目前，對水芹凈化作用的研究較多。周元清等[10]研究表明，在污水氮素去除中，水芹吸收的貢獻(xiàn)率最高為76.7%，是去除污水氮素的重要途徑；徐曉鋒等[11]研究表明，水芹對污水中總磷的去除率高達(dá)95.7%，其吸收作用是主要的去磷機(jī)制；另外，有研究[12]表明，不同留茬高度、不同栽種面積的水芹對氮、磷的去除效果不同。由于水芹具有相對較好的低溫耐受力，因此其作為水生蔬菜或者水體凈化植物都有較好的經(jīng)濟(jì)價值和生態(tài)價值。對于低溫環(huán)境下水芹對氨氮、正磷酸鹽等營養(yǎng)鹽的利用研究還未見報告，因此本試驗通過在冬季低溫下定量測定污水中氨氮和正磷酸鹽的含量，探討水芹對生活污水中氮、磷的吸收去除效果，旨在為冬季富營養(yǎng)化水體處理、水生生態(tài)修復(fù)和水生植物栽培提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗用水：供試水體采自貴州省銅仁市民族風(fēng)情園內(nèi)東面水溝（27°45′20″N，109°12′03″E），主要為酒店及家庭生活污水。

試驗水芹選擇：水芹采自銅仁市民族風(fēng)情園水溝內(nèi)，用清水洗凈后在自然曝氣自來水中進(jìn)行適應(yīng)性培養(yǎng)，培養(yǎng)時間為6 d，除去黃葉和腐根，選取株高9～12 cm、質(zhì)量（2.0±0.5） g、發(fā)育健壯的植株作為試驗材料。

1.2 方法

1.2.1 試驗裝置 試驗采用人工模擬的室內(nèi)試驗，在銅仁學(xué)院生化系人體解剖實驗室內(nèi)進(jìn)行。試驗共設(shè)置總?cè)莘e為7 L的塑料培養(yǎng)箱12個，其長、寬、高分別為34.0、24.5、18.5 cm，所有試驗裝置置于室內(nèi)，光照采用實驗室窗戶射入的自然光，選用塑料泡沫作為定植板，均勻打孔待用。

1.2.2 試驗方法 試驗設(shè)置3種不同濃度污水，分別為A、B、C 3組，其濃度配比見表1。每組均設(shè)置4個重復(fù)，其中無水芹對照培養(yǎng)箱1個，有水芹平行試驗培養(yǎng)箱3個。向所有試驗裝置中加入5 L各濃度試驗污水，并用記號筆做上標(biāo)記，先將試驗水體靜置1 d使試驗系統(tǒng)初始狀態(tài)基本一致，用去離子水補(bǔ)充蒸發(fā)的水量后測定各試驗裝置內(nèi)水體的初始水質(zhì)指標(biāo)濃度。選取經(jīng)適應(yīng)性培養(yǎng)后的水芹植株并進(jìn)行清洗和消毒，用吸水紙吸去根部水分之后進(jìn)行初始鮮重測量，以每箱（26±1）g的水芹定植于塑料泡沫板上，水芹根部沒入污水中。試驗時間為2013年12月31至2014年1月6日，試驗期間采用自然光照，無調(diào)溫裝置，用去離子水補(bǔ)充蒸發(fā)的水量，水溫在9～13 ℃，氣溫在9～16 ℃。試驗開始后每天早上9：00對試驗水體進(jìn)行一次采樣，測定其水質(zhì)。

2 結(jié)果與分析

2.1 水芹在3組污水中的生長情況

將正常生長、健壯均勻的水芹植株在3組污水中進(jìn)行培養(yǎng)，試驗結(jié)束后水芹植株全部存活且均能正常生長，在培養(yǎng)0 d和6 d時測量各組水芹鮮重，結(jié)果見表2。由表2可知， B組水芹生長速率最快，培養(yǎng)6 d時鮮重為33.97 g，比初始鮮重增重7.93 g，增長率為30.45%。

2.2 水芹對3組污水中氨氮的去除效果

由圖1可知，水芹對各處理組的氨氮吸附效果明顯，隨著時間的推移各處理組與其對照相比均呈現(xiàn)明顯下降的趨勢。

3組水體中氨氮去除率見表3，其中水芹對B組水體中氨氮的去除率最高，為59.34%。

2.3 水芹對3組污水中正磷酸鹽的去除效果

由圖2可知，水芹對各處理組的正磷酸鹽吸附效果與氨氮趨勢一致，吸附效果明顯，隨著時間的延長各處理組與其對照相比均呈現(xiàn)明顯下降的趨勢。

水芹對3組污水水體中正磷酸鹽的去除率見表4。由表4可知，水芹對A組水體中正磷酸鹽的去除率最高，達(dá)44.42%。

3 討論

在9～12 ℃冬季低溫下，水芹在生活污水中均能存活并正常生長，水芹在不同濃度污水中對氨氮和正磷酸鹽的最高去除率分別達(dá)到59.34%和44.42%，能有效去除污水中氨氮和正磷酸鹽的含量，表現(xiàn)出很好的耐污性，對生活污水有一定的凈化能力。

3.1 水芹對氨氮的去除效果

氨氮是以游離氨態(tài)氮或銨鹽態(tài)氮形式廣泛存在于地下水和地表水中，水體中氨氮的含量是評判水體污染程度的重要監(jiān)測指標(biāo)，其來源主要是生活污水中含氮的有機(jī)物受微生物的分解作用而生成。水體中氨氮去除的主要途徑為植物的吸收和微生物的脫氮作用[15]。本試驗中3組濃度污水中對照組氨氮含量趨于不變，說明對照組生活污水中微生物對氨氮的作用效果不明顯，與曾愛平等[16]試驗時空白組氨氮含量在前期時變化不大的試驗結(jié)果相一致。試驗組氨氮含量與對照相比明顯下降，這是由于水芹植株生長時對營養(yǎng)的大量需求，導(dǎo)致氨氮被快速吸收利用。試驗中水芹對B組污水的氨氮去除率最高，而余世金等[17]試驗時則表現(xiàn)出試驗組氨氮去除率隨污水濃度增加而增大，形成這種差異的原因可能是除了有水芹的吸收作用外，還有一部分微生物參與到氮素循環(huán)之中。水芹改變了水體環(huán)境如溫度、溶氧量、pH等，同時改變了微生物的生長狀態(tài)。水芹根部為微生物提供附著場所，水芹根系分布密度、多少影響了水體中微生物的生長繁殖及活性。

3.2 水芹對正磷酸鹽的去除效果

廢水中的磷包括有機(jī)磷和無機(jī)磷，無機(jī)磷可分為正磷酸鹽和縮合磷酸鹽兩大類，其中正磷酸鹽也稱活性磷酸鹽，通常磷呈正磷酸鹽的形式被植物吸收[18]，植物根系吸收正磷酸鹽來進(jìn)行自身組織合成和生長。在本次試驗中，對照組正磷酸鹽的含量趨于不變，而試驗組的含量均有明顯下降，且濃度越高去除率越高，與黃田等[19]的試驗結(jié)果相一致。水芹根部呼吸作用需要大量的磷，水芹通過根系不斷吸收正磷酸鹽，水體濃度越高，其去除率越高，綜合推斷水體中正磷酸鹽含量下降的主要原因是水芹的吸收作用。

此次試驗中，水體中微生物的數(shù)量、活性未能被有效地測定，水芹吸收和微生物作用對去除氮、磷的貢獻(xiàn)率，水芹的生長發(fā)育、生理指標(biāo)、具體吸收作用機(jī)理和過程以及微生物的作用還有待進(jìn)一步試驗研究。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王曉菲.水生動植物對富營養(yǎng)化水體的聯(lián)合修復(fù)研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2012.

[2] 譚洪新，劉艷紅，朱學(xué)寶，等.閉合循環(huán)水產(chǎn)養(yǎng)殖-植物水栽培綜合生產(chǎn)系統(tǒng)的工藝設(shè)計及運行效果[J].水產(chǎn)學(xué)報，2004，28（6）：689-694.

[3] 邴旭文，陳家長.浮床無土栽培植物控制池塘富營養(yǎng)化水質(zhì)[J].湛江海洋大學(xué)學(xué)報，2001，21（3）：29-33.

[4] 趙有為.中國水生蔬菜[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1999.

[5] 何順志，徐文芬.貴州中草藥資源研究[M].貴陽：貴州科學(xué)技術(shù)出版社，2007.

[6] 黃正明.有關(guān)中草藥水芹現(xiàn)代研究的若干探討[J].世界華人消化雜志，2001，9（1）：1-5.

[7] 王 雁，江解增，劉 浩，等.濕栽水芹小葉和葉柄營養(yǎng)成分分析[J].中國蔬菜，2007（11）：13-15.

[8] 黃凱豐，時 政，歐 騰，等.水芹的營養(yǎng)保健成分分析[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（5）：434-435.

[9] 秦玉蓮，江解增，薛新華，等.GA3處理后不同時間采收對水芹產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J].長江蔬菜（學(xué)術(shù)版），2009（16）：40-42.

[10] 周元清，李秀珍，唐瑩瑩，等.不同處理水芹浮床對城市河道黑臭污水的脫氮效果及其機(jī)理研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2011， 31（10）：2192-2198.

[11] 徐曉鋒，史龍新，許 海，等.水培經(jīng)濟(jì)植物對污水中磷的吸收利用及去除效果[J].生態(tài)學(xué)雜志，2006，25（4）：383-388.

[12] 王旭明，匡 晶.水芹菜對污水凈化的研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)，1999，18（1）：34-35.

[13] 陳佳容.水化學(xué)實驗指導(dǎo)書[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1996.136-139.

[14] 林建國，陳 波.以去離子水代替無氨水用于廢水中氨氮的測定[J].理化檢驗（化學(xué)分冊），2010（10）：1218-1219.

[15] 潘瑞熾.植物生理學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2008.30.

[16] 曾愛平，劉洪見，徐曉薇，等.2種挺水植物治理生活污水的研究[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009（4）：806-808.

[17] 余世金，徐晶晶.水芹對生活污水的凈化效應(yīng)研究[J].安慶師范學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2011，17（4）：78-81.

[18] 蒙 飛，袁秀順.天然水中磷的狀態(tài)分析[J].環(huán)境化學(xué)，1987（3）：8-21.

[19] 黃 田，周振興，張 勁，等.富營養(yǎng)化水體的水芹菜浮床栽培試驗[J].污染防治技術(shù)，2007，20（3）：17-19.