不同類型生態(tài)浮床對水質的凈化效果

周文宗 吳華莉 涂尾龍

摘要：為探究不同類型生態(tài)浮床對污染水體的凈化效果，以動植物、浮毯、填料、單一漂浮植物（中華天胡荽）、美人蕉等5種生態(tài)浮床為試驗組，通過檢測水質凈化的重要指標，確定不同類型生態(tài)浮床對水質凈化指標的優(yōu)勢組合。結果表明，浮毯組和美人蕉組對總氮（TN）去除效果較好;美人蕉組、填料組和浮毯組對總磷（TP）去除效果較好。氨氮對TN降解貢獻不大;硝氨對TN降解貢獻較大。試驗結果表明，5種生態(tài)浮床在凈化水質方面效果各有優(yōu)勢。

關鍵詞：生態(tài)浮床;水質凈化;總氮含量;總磷含量;化學耗氧量;溶解氧含量

中圖分類號： X52 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2020）03-0262-04

自生態(tài)浮床技術[1]發(fā)明以來，國內外關于生態(tài)浮床方面的研究日益增多，生態(tài)浮床技術取得了長足的發(fā)展，從2000年開始，生態(tài)浮床技術在我國杭州、北京、上海、南京、無錫、寧波、溫州、福州、廣州、昆明等地都有了一定規(guī)模的應用。但是，傳統(tǒng)的生態(tài)浮床技術過分依賴于單一的植物凈化能力，存在處理能力有限、受季節(jié)影響大和收獲產品不易處理等弊端[2]。本試驗在傳統(tǒng)浮床技術的基礎上，嘗試加入不同的填料，補充水生動物，構建人工食物鏈，研究不同類型的生物組合浮床對水質的凈化效果，旨在為水體污染負荷削減提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗在上海市農業(yè)科學院莊行試驗站溫室內的人工模擬池（水泥池）中進行。模擬池規(guī)格為 150 cm×120 cm×100 cm，總容積為1.8 m3，試驗用水體積為1.44 m3。

1.2 試驗用水

試驗用水取自上海市農業(yè)科學院莊行試驗站溫室外面池塘，根據(jù)一般水體污染的情況，在蓄水池內加入一定量的尿素和磷酸二氫鉀（化學純）配制人工污水，然后將人工污水抽到人工模擬池開始正式試驗。人工污水主要水質指標見表1。

1.3 試驗方法

試驗根據(jù)生態(tài)浮床的類型設置為6個組別，即動植物組合組、浮毯式浮床組、填料組合組、單一漂浮植物（中華天胡荽）組、美人蕉組（傳統(tǒng)浮床）和空白對照，每個組別3個平行，共18個處理單元。每個處理單元水深80 cm，除空白對照外，水面植物覆蓋率為30%，美人蕉組用90 cm×60 cm×5 cm泡沫板控制植物水面覆蓋率，每塊泡沫板上等距離栽種美人蕉4株，每株生物量0.80 kg（鮮質量）;其余各組用聚氯乙烯（PVC）管做成規(guī)格為90 cm×60 cm×50 cm的框架控制植物水面覆蓋率，PVC管上沿打洞灌水使框架漂浮于水面，其表層管高出水面5 cm，每個處理單元表面放中華天胡荽2 kg，含水量為91.37%。另外，動植物組合組每個處理單元投放黃鱔5尾（總計120 g），泥鰍5尾（總計90 g），中華圓田螺25個（總計50 g）;浮毯式浮床組每個處理單元框架內置椰絲7 kg（將椰絲用水沖洗干凈并且放在清水中浸泡15 d后備用），并用大孔網(wǎng)袋將椰絲包捆，形成90 cm×60 cm×30 cm大小的方塊;填料組合組每個處理單元內置塑料空心球6 kg，空心球規(guī)格為520個/500 g，并用大孔網(wǎng)袋將空心球包捆，形成 90 cm×60 cm×30 cm大小的方塊;單一漂浮植物組每個處理單元框架內僅放中華天胡荽;空白對照組僅有人工污水。試驗時間為42 d，試驗期間水溫為23～32 ℃。

1.4 取樣和測定方法

每7 d從每個模擬池固定位置采1次水樣，采樣時間為13：00—16：00。水溫、pH值、溶解氧（DO）含量、電導率（EC）等采用意大利HANNA水質分析儀現(xiàn)場測定，其他水質指標將水樣送回實驗室后進行測定?？偟═N）含量采用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法（A）測定，總磷（TP）含量采用鉬銻抗比色法測定，氨氮（NH3-N）含量采用納氏比色法測定，硝氮（NO3-N）含量采用流動分析儀（AA3）測定，化學耗氧量（COD）采用高錳酸鉀酸化法測定。

1.5 數(shù)據(jù)處理

水體污染物的去除率=（T1-T2）/T1×100%，其中，T1為初始水體某污染物的總量，T2為末期水體某污染物的總量。

所得數(shù)據(jù)在Excel和SPSS 19.0軟件上進行統(tǒng)計分析，百分數(shù)數(shù)據(jù)用反正弦轉換后進行方差分析，用Duncans新復極差法對不同處理的平均數(shù)進行多重比較。數(shù)據(jù)寫成平均值±標準差的形式。

2 結果與分析

2.1 總氮的變化情況

各組水體總氮的變化情況見表2。試驗結束后，總氮降解的效果表現(xiàn)為浮毯式浮床組>美人蕉組>動植物組合組>填料組合組>單一漂浮植物組>空白對照，其去除率依次為（93.00±0.91）%、（68.22±1.08）%、（50.80±3.89）%、（50.70±8.20）%、（42.90±8.23）%、（30.10±5.42）%。

2.2 總磷的變化情況

如表3所示，試驗結束后，總磷降解的效果表現(xiàn)為美人蕉組>填料組合組>浮毯式浮床組>動植物組合組>單一漂浮植物組>空白對照，其去除率依次為（88.39±2.60）%、（86.10±1.71）%、（84.60±3.05）%、（79.50±4.17）%、（76.10±6.47）%、（47.20±2.43）%。浮毯式浮床組總磷出現(xiàn)先升后降的現(xiàn)象，可能與椰絲初期淋溶物較多有關系。

2.3 氨氮的變化情況

如表4可知，各處理組氨氮含量都是7 d后達到峰值，然后急劇下降，到21 d后趨于相對穩(wěn)定的狀態(tài)，而對照組氨氮則是14 d后達到峰值再急劇下降。美人蕉組的氨氮含量從7～35 d一直下降，42 d略微上升，動植物組合組、浮毯式浮床組和填料組合組的氨氮含量表現(xiàn)為7～28 d一直降低，35～42 d 略微升高的趨勢，單一漂浮植物組的氨氮含量表現(xiàn)為7～21 d一直降低，35～42 d略微升高的趨勢，這可能與后期枝角類增多有關系。試驗結束后，僅美人蕉組明顯好于空白對照，其他各組氨氮降解的效果差異不明顯，說明氨氮降解作用對于總氮降解的貢獻不大。

2.4 硝氮的變化情況

各組水體硝氮的變化情況見表5。各組硝氮含量都表現(xiàn)出先升后降的趨勢，試驗結束后，其降解的效果表現(xiàn)為浮毯式浮床組>美人蕉組>填料組合組>單一漂浮植物組>動植物組合組>空白對照，結合表2可以看出，硝氮降解作用對于總氮降解的貢獻較大。

2.5 COD的變化情況

由表6可知，各組COD都表現(xiàn)出先升后降的趨勢，原因有待研究。試驗結束后，各組COD降解的效果表現(xiàn)為動植物組合組>填料組合組>單一漂浮植物組>美人蕉組>浮毯式浮床組>空白對照。

2.6 pH值的變化情況

如表7所示，各處理組pH值都表現(xiàn)出先降然后略微上升的趨勢，并且小于對照組，這與對照組浮游植物較多，溶解氧較高有關系。

2.7 溶解氧的變化情況

如表8所示，各處理組溶解氧含量都是先急劇下降，于7 d后達到谷底，然后逐步上升。但是，對照組溶解氧含量比處理組高，其變化沒有明顯的規(guī)律。

2.8 電導率的變化情況

如表9所示，各組電導率都表現(xiàn)出逐漸略微上升的趨勢。試驗結束后，各組電導率表現(xiàn)為動植物組合組=填料組合組>浮毯式浮床組>單一漂浮植物組、美人蕉組>空白對照。

3 討論

生態(tài)浮床技術對污染水體凈化起到重要作用[3-4]。單一植物的凈化能力有限。組合式生態(tài)浮床對氮磷、藻類的毒素有著較高的去除率，對污水凈化有較好的處理效果。組合式生態(tài)浮床將人工填料和水生動物引入到傳統(tǒng)浮床，植物可以通過吸收、吸附作用凈化水質，水生動物可以利用植物無法處理的較大有機物顆粒[5-6]。

目前在生態(tài)浮床填料方面，從傳統(tǒng)填料向新型懸浮生物載體轉變，出現(xiàn)了竹子、稻草和陶粒等[7-8]。椰絲中纖維素含量達46.2%[9]。椰絲作為植物纖維毯在改良土壤，減少水土流失等方面發(fā)揮著重要作用[10]。有研究表明，我國水體污染是因為氮、磷含量過高而引起的富營養(yǎng)化造成的，所以氮、磷的去除對水體凈化起到關鍵作用。農業(yè)面源污染影響我國水生生態(tài)環(huán)境安全，尤其養(yǎng)殖業(yè)污水是高度富營養(yǎng)化的污水，有的植物在凈化水體中不能存活，從而影響凈化效果[11]。本試驗采用椰絲為填料去除TN和TP效果較好，這一結果可為畜牧業(yè)污水處理提供多種可行的凈化方案。

動植物組合浮床中水生動物污染物去除途徑主要是黃鱔、泥鰍和中華圓田螺對顆粒性有機物的濾食。動植物組合浮床在水質凈化中未表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢，TN和TP去除率分別為50.80%、79.50%。由于泥鰍有忍耐低溶氧，攝取水底腐植質或泥渣等生活特性，可將其作為河流或底泥污染程度的敏感指示動物，通過分析泥鰍體內的重金屬濃度，監(jiān)測污染程度[12]。中華圓田螺對于干燥及寒冷有較大的抗御力。因此，作為水質凈化的這2種水生動物仍有開發(fā)潛力，進一步研究可在投放數(shù)量和組合方面加以改進。傳統(tǒng)美人蕉試驗組TN和TP去除率分別為68.22%、88.39%，對污水凈化效果較好;這與范子紅等研究表明美人蕉浮床適用于處理氮污染較嚴重的畜禽廢水和養(yǎng)殖廢水的結果[13]一致。

不同類型組合生態(tài)浮床研究目的在于如何優(yōu)化植物組合、動植物組合以及浮床載體等，發(fā)揮各自生態(tài)功能優(yōu)勢，進一步提高水質凈化效能。

4 結論

本試驗研究不同類型生態(tài)浮床組合對水質的凈化效果，結果顯示，浮毯組和美人蕉對TN去除效果較好;美人蕉、填料和浮毯組對TP去除效果較好。浮毯組采用椰絲為填料凈化水質效果較好。

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