水生植物修復(fù)河道廢水的實(shí)驗(yàn)研究

余三江

（安徽同速科技有限公司，合肥 230000）

隨著城市化和工業(yè)化的加速，大量污廢水排入河流，對自然河道水體產(chǎn)生了嚴(yán)重的污染[1-3]，我國中小城鎮(zhèn)的大部分污水未經(jīng)處理通過河道進(jìn)入湖泊、河流等水體中，污水中的污染物超過了水體的環(huán)境容量引起水環(huán)境日益惡化，產(chǎn)生了嚴(yán)重的水體污染，甚至引起了水生生態(tài)系統(tǒng)功能的喪失。許多學(xué)者正在進(jìn)行水生植物對污水凈化效果的研究，張鳳娥等[4-6]通過對水生植物對受污染水體中總氮（TN）、總磷（TP）去除效果研究，結(jié)果表明水生植物對河道廢水和生活污水均有一定的凈化能力，而且有植物處理的去除效果明顯高于無植物處理對照組，植物本身對氮磷去除貢獻(xiàn)值分別在7%～63%和12%～65%，其中不同植物凈化能力也有所差異。張文明[7]通過室內(nèi)試驗(yàn)的方法，對比考察了太湖水系土著水生物種黃花水龍凈化富營養(yǎng)化水體效果，得出水生植物對水體中TN、TP去除的貢獻(xiàn)率為17.5%和18.2%。童昌華[8]發(fā)現(xiàn)水生植物能有效抑制底泥中氮的釋放。黃亮等[9]通過研究得出受水生植物種類影響，不同水質(zhì)指標(biāo)在各單元的去除效率不同的結(jié)論。吳振斌等[10]通過現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)恢復(fù)以沉水植物為主的水生植物是改善富營養(yǎng)湖泊水質(zhì)和重建生態(tài)系統(tǒng)的有效措施。

本實(shí)驗(yàn)選擇某高校內(nèi)河道流域的下游水域作為研究對象，分別設(shè)置曝氣、水生植物、曝氣加水生植物作為實(shí)驗(yàn)對比條件，通過測定化學(xué)需氧量（COD）、總氮（TN）、總磷（TP）、pH等，討論在不同實(shí)驗(yàn)條件下對河道廢水的處理效果。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 研究區(qū)域

某高校內(nèi)河道東起教育園區(qū)安置區(qū)，流經(jīng)農(nóng)田、周圍居民區(qū)流入校內(nèi)河道。校內(nèi)河道總長約為760 m，河道平均寬度為6.5 m，水域總面積約為4 950 m2，豐水期主要在夏季，枯水期主要在秋冬季，且常年水位偏低，河底含有較多淤泥。由于補(bǔ)水不足，常年水位偏低約為0.5 m，枯水期水位最高不超過0.4 m，河底含有較多淤泥。水體流速緩慢，低壩附著許多落葉。該河道東西貫穿校園學(xué)習(xí)區(qū)，該河道的水最終向西匯入國家4A級風(fēng)景區(qū)平天湖流域。本實(shí)驗(yàn)篩選出具有良好吸附性能的水生植物和解決河道水體污染的最佳實(shí)驗(yàn)條件。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

本次實(shí)驗(yàn)采用的水生植物為金魚藻，是金魚藻科金魚藻屬的植物，為多年生沉水草本；莖長40~150 cm，平滑，具分枝?；ㄖ睆郊s2 mm；雄蕊10~16，微密集；子房卵形，花柱鉆狀。花期6—7月，果期8—10月。

1.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

設(shè)計(jì)3組對照實(shí)驗(yàn)：一組采用曝氣、一組加水生植物、一組加泵和水生植物；連續(xù)檢測5 d的進(jìn)出水質(zhì)（COD、TP、TN、pH），根據(jù)結(jié)果分析曝氣和水生植物等對河道水質(zhì)的影響。

1.4 分析方法

按照《水和廢水監(jiān)測分析方法（第四版）》，TP采用鉬酸銨分光光度法；氨氮采用水楊酸分光光度法；COD采用重鉻酸鉀法；pH的測定采用玻璃電極法；DO的測定使用意大利HANNA公司生產(chǎn)的便攜式DO測定儀。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論

2.1 對河道廢水中pH的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)水樣采用某校內(nèi)河道廢水，初始pH為7.20。實(shí)驗(yàn)考察了單獨(dú)水生植物處理、單獨(dú)曝氣處理、水生植物加曝氣組處理對廢水中pH的變化趨勢影響，結(jié)果如圖1所示。

由圖1可以看出，經(jīng)過水生植物加曝氣的共同作用后廢水的pH有明顯變化，在第1天后，pH從7.20上升到了7.89，第2天上升到8.04，之后穩(wěn)定上升，第4天pH達(dá)到8.24，第5天基本沒有什么變化，pH基本維持在正常范圍內(nèi)。

圖1 3種方法對pH變化趨勢的影響

實(shí)驗(yàn)說明，曝氣和水生植物對河道污水的pH具有一定的影響，pH會(huì)有一定的波動(dòng)，但是對污水治理的影響不太，基本均在正常范圍內(nèi)。

2.2 河道廢水中COD的吸附效果討論

實(shí)驗(yàn)水樣采用某校內(nèi)河道廢水，初始COD質(zhì)量濃度為27.65 mg/L。實(shí)驗(yàn)考察了單獨(dú)水生植物處理、單獨(dú)曝氣處理、水生植物加曝氣組合處理的方式對廢水中COD的吸附效果，結(jié)果如圖2所示。

圖2 3種方法對COD的去除效果

由圖2可知，在第1天的時(shí)候采用水生植物加曝氣組合處理的方式對COD的降解速率是最快的，在第2天階段降解速率開始下降，在第3—4天，COD的質(zhì)量濃度基本不發(fā)生太大變化。可見這3種方法對COD降解速率呈逐漸下降趨勢，并在第3天后吸附速度就基本為0，即3種方法在實(shí)驗(yàn)第1—2天就對廢水中COD達(dá)到吸附飽和。從圖2中單個(gè)方法的降解趨勢線可以看出水生植物加曝氣共同作用對COD降解效果最好，在第1天后，COD從27.65mg/L降到了18.61mg/L，去除率達(dá)到32.69%；第2天后COD降到了14.42 mg/L，去除率為22.51%；第4天COD降到了11.13 mg/L，去除率下降到10.31%；第5天基本沒有什么變化。實(shí)驗(yàn)表明，曝氣和水生植物對河道污水的COD具有顯著的影響能力，可以十分有效地降低河道污水的COD質(zhì)量濃度，效果明顯優(yōu)于曝氣或者水生植物條件下單獨(dú)作用。

2.3 河道廢水中TN的吸附效果討論

實(shí)驗(yàn)水樣采用某校內(nèi)河道廢水，初始TN質(zhì)量濃度為5.33 mg/L。實(shí)驗(yàn)考察了單獨(dú)水生植物處理、單獨(dú)曝氣處理、水生植物加曝氣組合處理的方式對廢水中TN的吸附效果，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，河道廢水在曝氣和水生植物共同作用下TN的去除效果最好，在第2天階段降解速率開始下降，在第3—4天，TN的質(zhì)量濃度基本不發(fā)生太大變化?？梢娺@3種方法對TN降解速率呈逐漸下降趨勢，即3種方法在實(shí)驗(yàn)第1—2天就對廢水中TN達(dá)到吸附飽和。從圖3中單個(gè)方法的降解趨勢線可以看出曝氣加水生植物共同作用對TN降解效果最好，在第1天后，TN從5.33 mg/L降到了3.58 mg/L，去除率達(dá)到32.83%；第2天后，TN從3.58 mg/L降到了1.75 mg/L，去除率達(dá)到51.12%，而單獨(dú)曝氣和水生植物去除效率最高分別為19.51%、20.83%。實(shí)驗(yàn)說明，曝氣和水生植物對河道污水的TN具有顯著的影響能力，可以十分有效地降低河道污水的TN質(zhì)量濃度，效果明顯優(yōu)于曝氣或者水生植物條件下單獨(dú)作用。

圖3 3種方法對TN的去除效果

2.4 河道廢水中TP的吸附效果討論

實(shí)驗(yàn)水樣采用某校內(nèi)河道廢水，初始TP質(zhì)量濃度為0.48 mg/L。實(shí)驗(yàn)考察了單獨(dú)水生植物處理、單獨(dú)曝氣處理、水生植物加曝氣組合處理對廢水中TP的吸附效果，結(jié)果如圖4所示。

圖4 3種方法對TP的去除效果

由圖4可知，河道廢水在曝氣加水生植物共同作用下TP的去除效果最好，在第2天階段降解速率開始下降，在第3—4天，TP的質(zhì)量濃度基本不發(fā)生太大變化?？梢娺@3種方法對TP降解速率呈逐漸下降趨勢，即3種方法在實(shí)驗(yàn)第1—2天就對廢水中TP達(dá)到吸附飽和。從圖中單個(gè)方法的降解趨勢線可以看出曝氣加上水生植物共同作用對TP降解效果最好，在第1天后，TP從0.48 mg/L降到了0.16 mg/L，去除率達(dá)到66.67%；第2天后，TP從0.16 mg/L降到了0.11 mg/L，去除率達(dá)到31.25%，而單獨(dú)曝氣和水生植物去除效率最高分別為62.50%、52.08%。實(shí)驗(yàn)說明，曝氣和水生植物對河道污水的TP具有顯著的影響能力，可以十分有效地降低河道污水的TP質(zhì)量濃度，效果明顯優(yōu)于曝氣或者水生植物條件下單獨(dú)作用。

3 結(jié)論

文章通過選擇某學(xué)院校內(nèi)河道流域的下游水域作為研究對象，通過設(shè)置不同的實(shí)驗(yàn)條件下，測定水中COD、TN、TP及pH 4項(xiàng)指標(biāo)，分析討論在不同的實(shí)驗(yàn)條件下對河道廢水的去除效果，能夠得出以下結(jié)論。

（1）單獨(dú)水生植物處理4 d后，COD從27.65 mg/L降到13.82 mg/L，去除率達(dá)到50.01%；TN從5.33 mg/L降到3.49 mg/L，去除率達(dá)到34.52%；TP從0.48 mg/L降到0.18 mg/L，去除率達(dá)到62.50%；pH從7.20到7.58。

（2）單獨(dú)曝氣處理4 d后，COD從27.65 mg/L降到11.90 mg/L，去除率達(dá)到56.96%；TN從5.33 mg/L降到2.83 mg/L，去除率達(dá)到46.90%；TP從0.48 mg/L降到0.15 mg/L，去除率達(dá)到68.75%；pH從7.20到8.08。

（3）水生植物加曝氣組合處理4 d后，COD從27.65 mg/L降到11.13 mg/L，去除率達(dá)到59.75%；TN從5.33 mg/L降到1.56 mg/L，去除率達(dá)到70.73%；TP從0.48 mg/L降到0.091 mg/L，去除率達(dá)到81.04%；pH從7.20到8.24。

（4）通過實(shí)驗(yàn)可以看出，水生植物及曝氣對河道污水具有明顯的凈化效果，能夠有效地改善河道污水的pH，有效凈化河道污水中的TN、TP及降低COD，曝氣對于河道污水的凈化效果明顯好于水生植物，而水生植物加曝氣組合處理的方式能夠使凈化效果達(dá)到最佳。