以某工程為背景對苦草去除水中污染物能力的研究

葉祥

（中節(jié)能國禎環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，安徽 合肥 230088）

在地表水環(huán)境治理領(lǐng)域中，修復(fù)水生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)成為解決地表水環(huán)境問題的重要手段。通過水生動植物及微生物群落的構(gòu)建，逐漸恢復(fù)水體自凈能力，最終實現(xiàn)地表水環(huán)境的長治久清[1]。沉水植物作為水生態(tài)系統(tǒng)中的重要一環(huán)，不僅可以自主吸收水體中的氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)，同時其根、莖、葉片等部位還可以充當(dāng)微生物的載體，使微生物得以附著聚集，形成局部強化凈水區(qū)[2]?？嗖葑鳛槌了参镏械拇?，廣泛分布于各種類型的水生態(tài)系統(tǒng)中，其根系發(fā)達(dá)，有匍匐莖，光照要求較低，繁殖速度快，抗水流沖擊能力強，凈水效果優(yōu)異，景觀性能好，相比其它假根型沉水植物，具有天然的優(yōu)勢[3]。目前，苦草已被廣泛應(yīng)用于我國地表水環(huán)境治理工程中[4]。本論文以合肥市某地表水環(huán)境治理工程中的沉水植物塘為研究對象，分析塘中苦草對水中污染物質(zhì)的去除能力以及影響該能力的各種因素。研究的主要影響因素包括進(jìn)水氨氮濃度、水溫及水力停留時間等。本研究可為后續(xù)水生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建提供理論數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 工程概況

本工程新建旁路沉水植物塘處理河道水體，塘中選擇沉水植物品種為苦草。河道內(nèi)新建攔水壩攔截來水，于攔水壩上游采用提升泵抽取河道來水進(jìn)入沉水植物塘，水體經(jīng)沉水植物凈化后回排至攔水壩下游。塘中采用圍隔導(dǎo)流措施，共均勻設(shè)置6道圍隔，保證水體沿圍隔方向流動。

沉水植物塘進(jìn)水主要水質(zhì)指標(biāo)范圍為：COD50～80mg/L，氨氮2～8mg/L，水溫0～30℃。處理規(guī)模5000m3/d，占地面積30畝，水深1.5 m，總水力停留時間6d，塘內(nèi)苦草種植密度150株/m2。

1.2 實驗材料

實驗苦草來自江西省宜春市豐城市。

1.3 實驗方法

計算沉水植物塘每股來水流入塘體、流入各道圍隔及流出塘體的時間，每周定期追蹤取該股來水流入塘體、流入各道圍隔及流出塘體時的水樣，連續(xù)取樣一年。測定水質(zhì)指標(biāo)，以COD去除率和氨氮去除率表征苦草去除水中污染物的能力。

1.4 測試指標(biāo)與方法

水溫：水銀溫度計測定。

COD測定：重鉻酸鉀回流法。

氨氮測定：納氏試劑比色法。

2 結(jié)果與分析

2.1 在工程應(yīng)用中苦草去除水中污染物的能力分析

計算沉水植物塘每股來水流入塘體及流出塘體的時間，每周定期追蹤取該股來水流入塘體及流出塘體時的水樣，連續(xù)取樣一年。沉水植物塘對COD和氨氮的去除率如圖1所示。

圖1 沉水植物塘對COD和氨氮的去除率

由圖1可以看出，用苦草構(gòu)建的沉水植物塘對水中COD和氨氮具有良好的去除效果。其中COD去除率可達(dá)20.5%～72.4 %，氨氮去除率可達(dá)39.6 %～97.8 %。6月、7月及8月，COD去除率和氨氮去除率最高，其中COD去除率為64.3 %～72.4 %，氨氮去除率為85.7 %～97.8 ，說明此階段苦草去除水中污染物的能力強。從9月開始，COD去除率和氨氮去除率逐漸降低，至1月和2月，COD去除率和氨氮去除率降至最低，其中，COD去除率為20.5 %～41.5 %，氨氮去除率為39.6 %～60.2 %，說明此階段苦草去除水中污染物的能力弱。原因可能是隨著溫度的變化，苦草自身吸收水中污染物的能力及其根、莖、葉片上附著的微生物膜的活性也隨之變化。此外，進(jìn)水氨氮濃度、水力停留時間等因素，也對苦草去除水中污染物的能力有一定的影響。

2.2 不同水溫對苦草去除水中污染物能力的影響

研究不同水溫對苦草去除水中污染物能力的影響，進(jìn)水COD濃度為50mg/L，氨氮濃度為5mg/L，水力停留時間6d，選擇沉水植物塘水溫梯度為0、2、4、6、8、10、12、14、16、18、20、22、24、26、28、30℃，不同水溫時，沉水植物塘對COD和氨氮的去除率如圖2所示。

由圖2可以看出，用苦草構(gòu)建的沉水植物塘對COD和氨氮的去除能力隨著水溫的升高，先增強后減弱。當(dāng)水溫低于6℃時，COD去除率和氨氮去除率較低，且隨水溫的增加無明顯變化。說明此時苦草的生命活動不旺盛，自主吸收水中污染物的能力較弱；附著微生物處于休眠狀態(tài)，暫時喪失代謝能力。

圖2 不同水溫時沉水植物塘對COD和氨氮的去除率

當(dāng)水溫超過6℃時，COD和氨氮去除率開始迅速增加，且隨著水溫的升高，持續(xù)增長。說明此時苦草的生命活動逐漸旺盛，自主吸收水中污染物的能力逐漸增強；附著微生物也被激活，且隨著水溫的升高，其生命活性逐漸增強，微生物吸收水中營養(yǎng)物質(zhì)，進(jìn)行生化反應(yīng)，削減水中污染物含量。當(dāng)水溫達(dá)到18℃時，COD去除率逐漸趨于平穩(wěn)；當(dāng)水溫達(dá)到22℃時，氨氮去除率逐漸趨于平穩(wěn)。說明苦草自主吸收水中污染物的量與微生物生化反應(yīng)削減污染物的量之和達(dá)到最大。此階段，苦草生命活動旺盛，微生物代謝能力強。當(dāng)水溫超過24℃時，隨著水溫的升高，COD和氨氮去除率開始逐漸降低。說明過高的溫度導(dǎo)致苦草的生命活動開始衰弱，附著微生物的代謝能力也逐漸減弱。因此，當(dāng)水溫為18～24℃時，苦草對水中COD的去除能力最強；當(dāng)水溫為22～24℃時，苦草對水中氨氮的去除能力最強。

2.3 不同濃度氨氮對苦草去除水中污染物能力的影響

研究不同濃度氨氮對苦草去除水中污染物能力的影響，實驗水溫為22～24℃，進(jìn)水COD濃度為50mg/L，水力停留時間6d，選擇沉水植物塘進(jìn)水氨氮濃度梯度分別為2、3、4、5、6、7、8、9、10mg/L，不同濃度氨氮下，沉水植物塘對COD和氨氮去除率如圖3所示。

圖3 不同進(jìn)水氨氮濃度時沉水植物塘對COD和氨氮的去除率

由圖3可知，用苦草構(gòu)建的沉水植物塘對COD和氨氮的去除能力隨進(jìn)水氨氮濃度的升高先平穩(wěn)變化后降低。當(dāng)進(jìn)水氨氮濃度介于2～8mg/L時，隨進(jìn)水氨氮濃度的升高，COD去除率和氨氮去除率無明顯變化，說明苦草可以很好地適應(yīng)氨氮濃度為2～8mg/L的環(huán)境，此階段苦草生命活動旺盛，附著微生物代謝能力強。當(dāng)進(jìn)水氨氮濃度超過8mg/L時，COD去除率和氨氮去除率逐漸降低。說明過高濃度的氨氮抑制了苦草的正常生長，苦草生命活動開始衰弱，自主吸收水中污染物的能力減弱。此時，附著微生物的活性并未受到影響[5]。因此當(dāng)進(jìn)水氨氮濃度小于8mg/L時，苦草對水中污染物的去除能力最強。

2.4 不同水力停留時間對苦草去除水中污染物能力的影響

研究不同水力停留時間對苦草去除水中污染物能力的影響，實驗水溫為22～24℃，進(jìn)水COD濃度為50mg/L，氨氮濃度5mg/L，選擇水力停留時間梯度為1、2、3、4、5、6d，不同水力停留時間下，沉水植物塘對COD和氨氮去除率如圖4所示。

圖4 不同水力停留時間時沉水植物塘對COD和氨氮的去除率

由圖4可知，用苦草構(gòu)建的沉水植物塘對COD和氨氮的去除能力隨水力停留時間的增加先升高后趨于平穩(wěn)。當(dāng)水力停留時間小于3d時，COD去除率和氨氮去除率隨水力停留時間的增長而升高。說明苦草和附著微生物可持續(xù)吸收水中的污染物。當(dāng)水力停留時間超過3d后，COD去除率和氨氮去除率趨于平穩(wěn)。說明苦草和附著微生物難以吸收利用濃度過低的水中污染物，苦草對水中污染物的去除存在濃度下限。

因此，用苦草構(gòu)建的沉水植物塘最適水力停留時間為3d。

3 結(jié)論

3.1 用苦草構(gòu)建的沉水植物塘對水中污染物質(zhì)的去除能力較強，COD去除率可達(dá)20.5 %～72.4 %，氨氮去除率可達(dá)39.6 %～97.8%。6月、7月及8月COD和氨氮去除率最高；1月和2月COD和氨氮去除率最低。

3.2 水溫對苦草去除水中污染物的能力影響較大。當(dāng)水溫為18～24℃時，苦草對水中COD的去除能力最強；當(dāng)水溫為22～24℃時，苦草對水中氨氮的去除能力最強。

3.3 不同氨氮濃度對苦草去除水中污染物的能力有一定影響。當(dāng)進(jìn)水氨氮濃度小于8mg/L時，苦草對水中污染物的去除能力最強。

3.4 水力停留時間對苦草去除水中污染物的能力也有一定影響。用苦草構(gòu)建的沉水植物塘最適水力停留時間為3d。