練江流域污染水體的浮萍修復(fù)技術(shù)研究*

曾金櫻，邱星群，張楨鈺，邱嘉成

(1 汕頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 汕頭 515041；2 廣東省粵東技師學(xué)院，廣東 汕頭 515041)

自2018年6月中央第五環(huán)保督查組進(jìn)駐廣東以來，汕頭市政府高度重視練江水污染治理，多措并舉、持續(xù)發(fā)力推進(jìn)練江流域綜合整治，使練江原先嚴(yán)重的水質(zhì)污染問題出現(xiàn)持續(xù)好轉(zhuǎn)[1]。但是由于練江水質(zhì)的污染源主要是生活廢水、畜禽養(yǎng)殖業(yè)廢水，水體富營養(yǎng)化問題還是很突出，特別是氨氮濃度嚴(yán)重超標(biāo)[2]。浮萍在我國廣泛分布于南北各省，增殖方式為無性繁殖，生長速度快，易收獲，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性較好。本研究采用浮萍對(duì)練江流域污染水體進(jìn)行植物修復(fù)，就是利用了浮萍能夠吸收氮磷、繁殖快的特點(diǎn)[3-5]。加上汕頭地區(qū)全年氣溫偏高，冬季異常暖，夏季高溫強(qiáng)，非常有利于浮萍的生長繁殖，因此探討浮萍對(duì)練江污染水體的植物修復(fù)技術(shù)對(duì)治理練江流域污染水體有一定的參考價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

在汕頭市郊采集當(dāng)?shù)爻Ｒ姷那嗥?，用自來水沖洗污垢和雜質(zhì)后，挑選完好的青萍先用自來水進(jìn)行馴化，選取其中生長狀況良好的青萍用營養(yǎng)液擴(kuò)大培養(yǎng)。再從已放大培養(yǎng)的青萍中挑選生長狀況良好、大小相似的葉狀體各50株(鮮重平均為0.08 g)分別放入按練江流域污染水樣原水、2/3原水、1/3原水的稀釋比例的大燒杯中，放入模擬自然條件下即平均溫度設(shè)為25 ℃、光照強(qiáng)度為2790 lx，光暗比16 h:8 h的生化培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)，每天觀察和記錄浮萍的生長狀況，每隔3 d測(cè)燒杯中水樣的氨氮、總氮、總磷的凈化效果，每組設(shè)置3個(gè)平行，取其平均值作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)期間，每天對(duì)燒杯中蒸發(fā)掉的水分用蒸餾水補(bǔ)充。

1.2 試驗(yàn)用水

水樣取自練江流域潮陽區(qū)和平大橋底下，水質(zhì)分析結(jié)果如表1所示。

表1 練江流域潮陽區(qū)和平大橋段水樣水質(zhì)Table 1 Water quality of hepingdaqiao section in Chaoyang District of Lianjiang River Basin

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 浮萍生長狀況的測(cè)定

生物量的測(cè)定：生物量采用鮮重、個(gè)數(shù)及葉綠素含量3個(gè)指標(biāo)表示，個(gè)數(shù)每3天測(cè)一次，鮮重和葉綠素含量在試驗(yàn)開始和結(jié)束時(shí)各測(cè)一次。個(gè)數(shù)通過直接計(jì)數(shù)獲得；葉片數(shù)以有新的葉狀體伸出母體邊緣即計(jì)算在內(nèi)，對(duì)于老化死亡以及失綠個(gè)體均不計(jì)算在內(nèi)；鮮重為撈出后用濾紙吸干葉片表面水珠，晾5 min后在天平上稱量。生物量增加以相對(duì)生長率(Relative growth rate,RGR)來表示。

RGR=(lnNt-lnNo)/t

式中：N0為試驗(yàn)開始時(shí)的個(gè)數(shù)；Nt為觀測(cè)期結(jié)束時(shí)的個(gè)數(shù)；t為試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)間(d)[6]。

1.3.2 其他指標(biāo)的測(cè)定方法

COD的測(cè)定：重鉻酸鉀消解法；氨氮的測(cè)定：納氏試劑分光光度法(HJ535-2009)；TN的測(cè)定：堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法(HJ636-2012)；TP的測(cè)定：鉬銻分光光度法；溶解氧的測(cè)定：電化學(xué)探頭法(HJ506-2009)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel分析和整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 青萍對(duì)污水中氨氮、TN的去除效果

青萍對(duì)污水中氨氮、TN的去除效果分別見圖1、圖2。

圖1 污水中氨氮濃度隨時(shí)間的變化Fig.1 Variation of ammonia nitrogen Concentration with time in sewage

圖2 污水中總氮濃度隨時(shí)間的變化Fig.2 Variation of total nitrogen concentration with time in sewage

從圖中1 和圖2可以看出，無論是原水、2/3原水還是1/3原水，青萍對(duì)污水中氨氮和TN到達(dá)第6天都得到大幅度的去除，其中原水的去除率最大，到達(dá)第6天原水的氨氮濃度下降到0.491 mg/L，氨氮去除率達(dá)到了84.5%，TN濃度降為1.327 mg/L，TN去除率達(dá)到了73.0%，氨氮和總氮分別達(dá)到了《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)Ⅱ類和Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。在第6～12天，原水、2/3原水和1/3原水氨氮濃度都變化不大，但是到第9天TN濃度突然上升，這應(yīng)該是與第7天開始燒杯底部出現(xiàn)殘根和種子有關(guān)，殘根殘葉腐爛也會(huì)釋放N，到達(dá)第12天，TN濃度又開始下降，這可能是因?yàn)榉N子開始長出新的浮萍消耗了N，到第15天以后1/3原水、2/3原水氨氮濃度均在0.5 mg/L以下，到第21天原水的氨氮濃度有所上升達(dá)到0.908 mg/L，TN濃度均再次下降，降到1.0 mg/L，還是基本達(dá)到了Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 青萍對(duì)污水中TP的去除效果

青萍對(duì)污水中TP的去除效果如圖3所示。練江流域原水的TP濃度相對(duì)較低，所取水樣TP濃度為0.24 mg/L，從圖3可以看出，到第3天，原水和2/3原水TP濃度變化得比較大，1/3原水TP濃度幾乎沒有什么變化，第6天到第12天，TP濃度均在緩慢下降，到第15天TP濃度均降到了0.02 mg/L以下，達(dá)到了《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)。原水TP的去除率最大，達(dá)到了92%，到第21天，三組水樣均監(jiān)測(cè)不到TP濃度。由此可見青萍對(duì)污水TP的凈化效果與污水濃度有關(guān)系，即在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，污水TP濃度越大、植物的生物量越高對(duì)污水的凈化效果越好。

圖3 總磷濃度隨時(shí)間的變化Fig.3 Variation of total phosphorus concentration with time in sewage

2.3 青萍在不同濃度污水中的生長狀況及對(duì)水體溶解氧的影響

青萍在不同濃度污水中的生長狀況見圖4～圖6。從試驗(yàn)開始到第3天，1/3原水的浮萍生長迅速，總個(gè)數(shù)達(dá)到了109個(gè)，浮萍總個(gè)數(shù)相對(duì)增長率達(dá)到峰值0.26，隨后增長率可能受到TP的限制開始下降，從開始到第15天浮萍總個(gè)數(shù)、增長率都比2/3原水和原水要高，到達(dá)第15天后，增長率趨于平穩(wěn)。而原水的浮萍總個(gè)數(shù)和相對(duì)增長率在試驗(yàn)開始到第6天比2/3原水的高，大概到第7天一直到第18天，浮萍總個(gè)數(shù)和相對(duì)增長率又比2/3原水的低，但是兩者相差不大，這與氨氮的變化趨勢(shì)一致。從圖6可以看出，原水培養(yǎng)的浮萍葉綠素總濃度最高達(dá)到39.761 mg/g。另外，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)原水培養(yǎng)的浮萍根系最長，平均達(dá)到1.6厘米，是1/3原水的2倍，而2/3原水培養(yǎng)的浮萍根系平均為1.0 cm。這說明原水中的浮萍生長狀況最好。

圖4 浮萍總個(gè)數(shù)隨時(shí)間的變化Fig.4 Variation of total number of duckweed with time

圖5 浮萍總個(gè)數(shù)相對(duì)增長率隨時(shí)間的變化Fig.5 Variation of relative growth rate of total number of duckweed with time

圖6 試驗(yàn)結(jié)束時(shí)浮萍的生長狀況Fig.6 Growth of duckweed at the end of experiment

從圖7可以看出，無論是1/3原水、2/3原水還是原水平均溶解氧含量均在5 mg/L以上，達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，這說明用浮萍進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，改善了原水水質(zhì)溶解氧偏低的狀況。

圖7 水樣中溶解氧隨時(shí)間的變化Fig.7 Variation of dissolved oxygen with time the in water sample

3 結(jié) 論

(1)練江流域污染水體氨氮含量高，TP含量低，COD含量也低，經(jīng)過浮萍21天的生態(tài)修復(fù)，氨氮、TN、TP濃度都能達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)以上，說明用浮萍進(jìn)行練江流域污染水體的生態(tài)修復(fù)是可行的。

(2)用浮萍進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，改善了練江流域污染水體的水環(huán)境，溶解氧含量得到升高，有利于流域的水體自凈。

(3)用浮萍進(jìn)行練江流域的生態(tài)修復(fù)，達(dá)到6天后就可以采收，后續(xù)由于總磷濃度過低，反而成了浮萍生長的限制因子。如果還需進(jìn)一步降低TN可以進(jìn)行第二批的浮萍修復(fù)。