在懸浮濾料載體上種植凈水植物的試驗(yàn)

袁亞偉，劉雪梅，王炎，王芳

（淮陰工學(xué)院化學(xué)工程學(xué)院，江蘇淮安223003）

在懸浮濾料載體上種植凈水植物的試驗(yàn)

袁亞偉，劉雪梅，王炎，王芳

（淮陰工學(xué)院化學(xué)工程學(xué)院，江蘇淮安223003）

構(gòu)建了以懸浮生物濾料為植物生長(zhǎng)基質(zhì)的新型人工浮島，進(jìn)行了凈水植物的試種試驗(yàn)及水體修復(fù)試驗(yàn)。結(jié)果表明，空心菜、黑麥草、油麥菜、青菜、蘿卜、四季青草6種凈水植物均可在濾料基質(zhì)表面進(jìn)行播種種植，且生長(zhǎng)速率顯著高于土壤對(duì)照組，空心菜、油麥菜和黑麥草15 d株高分別達(dá)到20，22，15 cm；空心菜、油麥菜和黑麥草均具有顯著的凈水效果，其中，空心菜效果最好，TN，TP和CODMn的去除率分別達(dá)到63.3%，62.5%和70.8%。

懸浮濾料；凈水植物；富營(yíng)養(yǎng)化；原位修復(fù)

人工浮島是利用水生植物及微生物凈化水體的一種無(wú)污染、投資少、見效快的水體原位生態(tài)修復(fù)技術(shù)[1-11]。傳統(tǒng)生態(tài)浮床的凈水植物多采用孔洞式移栽的種植方式，管理維護(hù)及植物移除的工作量較大，處置不當(dāng)極易導(dǎo)致二次污染；移植作物發(fā)揮凈水作用之前需要較長(zhǎng)的馴化培養(yǎng)期；可選的凈水植物多為水生觀賞性植物，難以實(shí)現(xiàn)較高的經(jīng)濟(jì)附加值[12-19]。

針對(duì)目前生態(tài)浮床技術(shù)的不足，構(gòu)建了一種以懸浮濾料為植物生長(zhǎng)基質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)凈水植物種植的新型浮床，該裝置可以克服浮床植物移栽方式的不足，并且通過(guò)濾料表面生物掛膜強(qiáng)化凈水作用，進(jìn)一步提高修復(fù)效果。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 懸浮基質(zhì)浮床的構(gòu)建將長(zhǎng)方形PVC卷板卷成圓柱形，接口處用卡扣固定，放入水面圈隔出獨(dú)立水面，PVC板外壁處安裝穩(wěn)定浮子，定位隔板在水中的深度。將輕質(zhì)生物陶粒濾料投放到獨(dú)立水面中，生物陶粒依靠浮力作用形成厚度均勻的懸浮層。

1.1.2 載體材料懸浮濾料載體采用粉煤灰輕質(zhì)陶粒。粉煤灰陶粒是以活化后粉煤灰為原料，通過(guò)造粒、煅燒工藝制備出的一種輕質(zhì)多孔球形生物濾料，具有較豐富的比表面積和良好的生物掛膜性能，其主要理化性質(zhì)列于表1。

表1 懸浮濾料主要理化性質(zhì)

1.1.3 水樣試驗(yàn)用水取自校園內(nèi)一段封閉富營(yíng)養(yǎng)化景觀河道，取樣時(shí)間（2016年7月8日）距離上一次引水15 d，且期間未有降雨，水質(zhì)較穩(wěn)定。水質(zhì)指標(biāo)列于表2。

表2 試驗(yàn)用水水質(zhì)指標(biāo)mg/L

1.1.4 供試植物選取空心菜、多花黑麥草、油麥菜、青菜、蘿卜和四季青草共6個(gè)品種作為試種植物。其中，空心菜、多花黑麥草和油麥菜屬于喜水品種，青菜、蘿卜、四季青草為常規(guī)陸生植物。試種植物種子均購(gòu)于北京金色農(nóng)華種業(yè)科技有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 植物試種試驗(yàn)試驗(yàn)于2015年6月20日至7月20日進(jìn)行。取4個(gè)試驗(yàn)桶（上部直徑60 cm，底部直徑50 cm，高65 cm）清洗晾干、編號(hào)；向所有試驗(yàn)桶分別加入100 L水模擬試驗(yàn)，然后放置懸浮基質(zhì)浮床（直徑30 cm，高度25 cm，其中，水上高度為4 cm）。種子在清水中浸種24 h，然后分區(qū)播撒在濾料表面，觀察植物出苗率以及株高。同步進(jìn)行土壤種植試驗(yàn)作為對(duì)照。所有試驗(yàn)桶均放在室外有自然光照的地方，注意避免雨淋。

1.2.2 凈水試驗(yàn)根據(jù)植物試種試驗(yàn)結(jié)果，優(yōu)選3種出苗率高、生長(zhǎng)速率快的品種進(jìn)行凈水試驗(yàn)。設(shè)置一個(gè)同樣大小的空桶僅裝試驗(yàn)用水，作為空白對(duì)照。根據(jù)出苗周期的不同重新調(diào)整種植時(shí)間，并在出苗后調(diào)整種植密度。當(dāng)平均株高達(dá)到10 cm時(shí)，更換試驗(yàn)用水，并進(jìn)行水質(zhì)跟蹤監(jiān)測(cè)。每天在水箱的表層、中層、底層取樣，測(cè)定混合樣的TN，TP和CODMn，連續(xù)測(cè)定30 d。試驗(yàn)期間水溫在25℃以上。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

測(cè)定方法均采用國(guó)家推薦的標(biāo)準(zhǔn)方法，TN測(cè)定采用堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法；NH3-N測(cè)定采用納氏比色法；TP測(cè)定采用鉬酸銨分光光度法；CODMn測(cè)定采用高錳酸鉀氧化法。

2 結(jié)果與分析

2.1 植物生長(zhǎng)概況

種子播撒的第3～5天，青菜、蘿卜、四季青草、多花黑麥草、油麥菜和空心菜先后發(fā)芽出苗；與土壤對(duì)照組相比，水培植物具有更高的出苗率和生長(zhǎng)速率。原因可能在于水中的氮磷等營(yíng)養(yǎng)元素更易于吸收，并且水分充足。從單株形態(tài)來(lái)看，水培組植物更加細(xì)高，且縱向根系發(fā)達(dá)，布滿濾料層之間。

播種后15 d分別測(cè)定水培組和土壤組的植株平均高度，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖1所示。

從圖1可以看出，水培組植物均顯著高于土壤組，其中，差異最為顯著的是空心菜；油麥菜、空心菜和多花黑麥草具有相對(duì)較高的生長(zhǎng)速率，說(shuō)明其對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素具有更高的利用效率。

植物根系對(duì)污染物的吸收以及吸附作用是植物凈化污染水體的重要因素，龐大的植物根系可為微生物提供良好的棲息環(huán)境，植物根系增加了，微生物種類和數(shù)量也會(huì)不同程度地增加，因此，可以提高污水的凈化效率。水培植物根系長(zhǎng)度均大于植株高度。其中，空心菜的根徑長(zhǎng)度比最大，約1.8∶1；多花黑麥草次之，根徑比達(dá)到1.5∶1。從試驗(yàn)中觀察得知，空心菜根系上的根毛豐富，而青菜和蘿卜根系表面根毛則較少。

2.2 水質(zhì)凈化效果

2.2.1 對(duì)TN的凈化效果不同組中TN的質(zhì)量濃度變化如圖2所示。

從圖2可以看出，3種不同陸生植物對(duì)TN都有一定的去除效果，綜合來(lái)看，以空心菜的效果最好，多花黑麥草和油麥菜稍差；從時(shí)間上看，3 d時(shí)各種植物的差異并不明顯，5 d后由于植物根系發(fā)育深入到水體中，開始吸收水體中營(yíng)養(yǎng)元素，對(duì)TN的去除效果與對(duì)照樣有明顯差異；到試驗(yàn)結(jié)束時(shí)油麥菜、多花黑麥草和空心菜水樣中的TN質(zhì)量濃度分別下降到1.31，1.02，0.38 mg/L，對(duì)照樣則僅降低到2.85 mg/L，3種植物對(duì)供試水樣TN的凈去除率為39.5%，46.9%，63.3%。

2.2.2 對(duì)TP的去除效果不同組中TP的質(zhì)量濃度變化如圖3所示。

磷的去除一方面是以磷酸鹽沉降并固結(jié)在載體或者試驗(yàn)桶壁上，另一方面是植物對(duì)可溶性磷的吸收。由圖3可知，對(duì)照水樣對(duì)TP有小部分的去除效果，這可能是由試驗(yàn)初期一些磷酸鹽沉降所引起的，在試驗(yàn)后期有小幅度波動(dòng)，可能是由于環(huán)境溫度等條件的改變導(dǎo)致磷酸鹽溶解度增加，至試驗(yàn)結(jié)束時(shí)其含量為0.346 mg/L。而3種植物對(duì)供試水樣的TP去除在試驗(yàn)期內(nèi)都保持很好的效果，30 d時(shí)空心菜、多花黑麥草、油麥菜的水樣中TP分別為0.015，0.120，0.163 mg/L。

2.2.3 對(duì)有機(jī)物的去除效果不同組供試水體中CODMn的去除效果如圖4所示。

從圖4可以看出，空心菜、多花黑麥草、油麥菜使供試水體的CODMn含量從19.50 mg/L分別降到0.60，2.81，4.52mg/L，對(duì)照樣則僅降低到12.51mg/L，說(shuō)明3種植物對(duì)有機(jī)物的去除有一定效果但差別不大。供試水體經(jīng)過(guò)植物凈化后，水體變清，懸浮物大量減少，透明度增加，溶解氧升高，CODMn減少。對(duì)照在試驗(yàn)初始階段呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)是由于水中的藻類繁殖而造成水體中有機(jī)物濃度上升。

3 結(jié)論

懸浮濾料基質(zhì)可以實(shí)現(xiàn)陸生植物在水體表面的種植，尤其適用于陸生喜水植物的種植，具有生長(zhǎng)速度快、根系伸展范圍大的特點(diǎn)。

優(yōu)選出空心菜、油麥菜和多花黑麥草3種凈水植物，其凈水試驗(yàn)結(jié)果表明，3種凈水植物在懸浮濾料表面生長(zhǎng)過(guò)程中，均可顯著降低水體中TN，TP和CODMn的濃度，以空心菜最優(yōu)，其次依次為多花黑麥草和油麥菜，其中，空心菜在為期30 d的凈水周期內(nèi)，TN，TP和CODMn的去除率分別達(dá)到92.3%，96.9%和96.9%。

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Experiment on the Cultivation of Water Purification Plant on the Suspended Filter Media

YUANYawei，LIUXuemei，WANGYan，WANGFang
（FacultyofChemical Engineering，Huaiyin Institute ofTechnology，Huai'an 223003，China）

A newtype of artificial floating island was constructed with suspended biological filter materials,and water purification plants were planted on which for water remediation.The results showed that water convolvulus,ryegrass,leaf lettuce,green vegetables, turnip,four-season-grass could growon the island surface through seeding,and their growth rates were significantly higher than control group.Plant height of water convolvulus,leaf lettuce and perennial ryegrass were up to 20,22,15 cm,respectively,when the experiment lasted to 15 days.Compared with other plants,water convolvulus was most effective for water purification，its removal rate of TN,TP and CODMnreached 63.3%,62.5%and 70.8%,respectively.

suspended filter material;water purification plant;eutrophication;in-situ remediation

X173

A

：1002-2481（2017）02-0227-04

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.02.21

2016-09-12

江蘇省大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（201511049061X）

袁亞偉（1995-），男，江蘇吳江人，在讀本科，研究方向：水環(huán)境生態(tài)修復(fù)技術(shù)。劉雪梅為通信作者。