生態(tài)塘水生植物對受污染河水中氮磷的凈化效果研究

(1.廣東石油化工學(xué)院后勤服務(wù)與管理處，廣東 茂名 525000；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系，廣東 廣州 510642)

水生植物是水生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，對水生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量傳遞起到重要作用。水生植物可以通過自身的吸收、吸附和與微生物的協(xié)同作用,有效降低水體中氮、磷含量[1-4]和有機污染物水平[5],凈化水質(zhì)。采用水生植物凈化污水，具有處理效果好、投資少、管理成本低、景觀美化等功能[6-7]。本試驗挑選狐尾藻、水白菜兩種水生植物，應(yīng)用到生態(tài)塘1—水平潛流人工濕地—生態(tài)塘2復(fù)合系統(tǒng)中的生態(tài)塘中，研究水生植物對受污染河水中氮磷的凈化效果。

1 材料與方法

1.1 試驗裝置

該復(fù)合系統(tǒng)由生態(tài)塘1、水平潛流人工濕地、生態(tài)塘2三個獨立的系統(tǒng)串聯(lián)而成，各級系統(tǒng)形成一定的高度差，用于保持系統(tǒng)處理的進出水在重力作用下順暢流動，形成一個無能耗污水處理系統(tǒng)。該復(fù)合系統(tǒng)的基質(zhì)填料為碎石和沙子，其中生態(tài)塘1和生態(tài)塘2從底部往上分別鋪設(shè)5cm的大碎石(Φ=2～4cm)和沙子，水平潛流人工濕地從底部往上分別鋪設(shè)大碎石20cm,小碎石(Φ=1～2cm)50cm，沙子10cm。各級系統(tǒng)分別種上植物(如圖1、表1)。

1.2 生態(tài)塘植物

狐尾藻(MyriopHyllumverticillatum)：被子植物門、雙子葉植物綱、小二仙草科中的狐尾藻屬，水生草本，均為沉水植物。中國狐尾藻屬植物常見有4～5種，如小狐尾藻、穗花狐尾藻、輪葉狐尾藻、三裂葉狐尾藻等。狐尾藻可作水生態(tài)修復(fù)植物、觀賞植物，全草為草魚和豬的飼料。

水白菜：學(xué)名大薸(Pistiastratiotes)，天南星科大薸屬，多年生浮水生植物本。水白菜雌雄同株，繁殖迅速，原產(chǎn)巴西，20世紀50年代被作為豬飼料在我國推廣栽培。水白菜有發(fā)達的根系，可直接從污水中吸收有害物質(zhì)和過剩營養(yǎng)物質(zhì)，凈化水體。

1.3 運行方案

河水→ 高位水箱 → 生態(tài)塘1 → 水平潛流人工濕地 → 生態(tài)塘2 → 出水。

系統(tǒng)24h連續(xù)進水，按HRT=3d、2d、1d的順序交替運行，每個HRT條件下復(fù)合系統(tǒng)運行5～7d，3個HRT時間連續(xù)運行一次為一個周期。每運行一個周期后，系統(tǒng)停止運行5d，用于系統(tǒng)的恢復(fù)，系統(tǒng)停止運行期間，把人工濕地里的水排干，生態(tài)塘在下一運行周期進水前分別把上一周期的水排干。系統(tǒng)運行時段為8—12月份。

表1 各級系統(tǒng)的規(guī)格、基質(zhì)和植物

系統(tǒng)規(guī)格基質(zhì)植物生態(tài)塘12m×1m×1m大碎石,沙子狐尾藻、水白菜潛流人工濕地2m×1m×0.8m大、小碎石,沙子黃花美人蕉生態(tài)塘22m×1m×1m大碎石,沙子狐尾藻、水白菜

1.4 進水水質(zhì)

表2 供試污水水質(zhì)狀況 (mg/L)

注：括號內(nèi)數(shù)值為標準誤差。

1.5 分析與計算方法

1.5.1 水質(zhì)分析方法

TP：過硫酸鉀氧化—鉬藍比色法(國家環(huán)境保護局編，2002)；

TN：過硫酸鉀消解—紫外分光光度法(國家環(huán)境保護局編，2002)。

1.5.2 植物樣品分析方法

根據(jù)植物的生長情況定期移除，對植物的全氮和全磷進行測定。

全氮：H2SO4-H2O2消煮法；

全磷：釩鉬黃吸光光度法。

2 結(jié)果與分析

通過選取生態(tài)塘1和生態(tài)塘2系統(tǒng)5個運行周期收割的水生植物，分別統(tǒng)計出各個生態(tài)塘各種水生植物的干重，測定不同水生植物的TN、TP的質(zhì)量分數(shù)以及不同HRT條件下生態(tài)塘對處理進水中的TN、TP的總?cè)コ?，可以知道收割的生態(tài)塘水生植物量對TN、TP的去除量與生態(tài)塘系統(tǒng)對TN、TP總?cè)コ康年P(guān)系。

2.1 水生植物P、N的質(zhì)量分數(shù)

由表3可知，兩生態(tài)塘中狐尾藻和水白菜的總收割干重差別不大，分別為751.41g和678.98g。生態(tài)塘1中的狐尾藻生長態(tài)勢要好于生態(tài)塘2，生態(tài)塘1中狐尾藻的收割干重為404.40g，遠遠大于生態(tài)塘2的220.94g；而生態(tài)塘2中水白菜生長態(tài)勢則要好于生態(tài)塘1，水白菜的收割干重分別為458.04g和347.01g。

除生態(tài)塘1中狐尾藻的TN的質(zhì)量分數(shù)比生態(tài)塘2的略低外，生態(tài)塘1中水白菜的TP、TN質(zhì)量分數(shù)和生態(tài)塘1中狐尾藻的TP質(zhì)量分數(shù)均要比生態(tài)塘2的高。原因是生態(tài)塘1的處理進水為原水，N、P等污染物濃度比生態(tài)塘2的要高出許多，水生植物在高富營養(yǎng)化的環(huán)境中吸收的N、P也相應(yīng)增多。

表3 生態(tài)塘水生植物的收割干重和P、N的質(zhì)量分數(shù)

2.2 水生植物對污水中TN、TP的凈化效果

由表4可知，生態(tài)塘1和生態(tài)塘2中水生植物對TN的去除量分別為30.80g和26.99g，對TP的去除量分別為2.06g和1.78g。不同生態(tài)塘水生植物對TN、TP的去除量均較為接近，去除效果穩(wěn)定。

表4 水生植物對污水中TN的去除效果

不同生態(tài)塘水生植物對TN、TP的去除量占相應(yīng)系統(tǒng)總?cè)コ康谋壤町愝^大，其中生態(tài)塘1和生態(tài)塘2水生植物對TN的去除量分別占系統(tǒng)總?cè)コ康?.98%和8.88%，生態(tài)塘1和生態(tài)塘2水生植物對TP的去除量分別占系統(tǒng)總?cè)コ康?.70%和7.40%，主要是因為生態(tài)塘1進水的TN、TP濃度大大高于生態(tài)塘2，其相應(yīng)的TN、TP系統(tǒng)去除總量也遠遠大于生態(tài)塘2。

表5 水生植物對污水中TP的去除效果

3 結(jié)論

狐尾藻在高濃度污水中的生長量要遠遠高于低濃度污水，水白菜在高濃度污水中的生長量則要低于低濃度污水。生態(tài)塘中狐尾藻與水白菜樣本中N、P的質(zhì)量分數(shù)總體上隨著污水濃度的降低而降低。

生態(tài)塘水生植物對受污染河水中TN、TP的去除效果穩(wěn)定，受污水濃度及負荷變化的影響小。水生植物在污水濃度較低的污水末端處理環(huán)節(jié)中，發(fā)揮的作用尤為明顯。因此，針對低濃度污水的處理，可通過選種水生植物的方式，不但可進一步強化污水中TN、TP的凈化效果，還可創(chuàng)造良好的景觀生態(tài)功能。