周 揚(yáng) 李 華 張秋卓 徐亞同 秦 蓉

華東師范大學(xué)上海市城市化生態(tài)過程與生態(tài)恢復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （上海 200062）

生態(tài)浮床對(duì)富營養(yǎng)化水體修復(fù)作用的研究

周 揚(yáng) 李 華 張秋卓 徐亞同 秦 蓉

華東師范大學(xué)上海市城市化生態(tài)過程與生態(tài)恢復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （上海 200062）

為了驗(yàn)證生態(tài)浮床對(duì)富營養(yǎng)化水體的修復(fù)能力，構(gòu)建了兩個(gè)容積各8.28 m3的模擬水池，其中一池中放入面積為4 m2的浮床，另一池為空白對(duì)照，兩池中同樣放入2.7 m3的富營養(yǎng)化河水。比較兩池在靜態(tài)狀況下和三種不同水力停留時(shí)間下對(duì)CODMn、TN和TP三個(gè)水質(zhì)指標(biāo)的去除效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：浮床對(duì)CODMn、TN和TP均具有明顯的去除效果，在靜態(tài)期浮床池對(duì)CODMn、TN和TP的凈去除率分別達(dá)到了16.9%、50.3%和50%。在動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)中，隨著水力停留時(shí)間的縮短，去除率有所降低，但當(dāng)水力停留時(shí)間為最短的4.5 d時(shí)，浮床對(duì)CODMn、TN、TP的凈去除率仍達(dá)到了9.4%、39.8%和36.6%，達(dá)到了國家規(guī)定的地表水Ⅲ類水質(zhì)要求。由此可知，水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象通過生態(tài)浮床的凈化明顯能夠得到改善。

生態(tài)浮床 富營養(yǎng)化水體 凈去除率

中國分類號(hào) X522

0 前言

近年來，隨著我國人口的增長和經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，排入江河、湖泊的廢水量不斷增加[1]，引起地表水環(huán)境的嚴(yán)重污染，富營養(yǎng)化水域日益增多。水體富營養(yǎng)化不僅使水質(zhì)產(chǎn)生嚴(yán)重惡化，而且影響周邊水環(huán)境和人文景觀，甚至通過給水系統(tǒng)危害到公眾的健康[2-3]。因此，對(duì)富營養(yǎng)化水體的治理是現(xiàn)在人們面臨的一項(xiàng)重大課題。

利用生態(tài)浮床栽培植物對(duì)富營養(yǎng)化水體進(jìn)行生態(tài)修復(fù),具有原位修復(fù)、低成本、維護(hù)簡便、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)[4]，因此正日益受到人們的關(guān)注[5]。本課題通過利用生態(tài)浮床凈化上海市郊重污染小河道水的實(shí)驗(yàn)，研究了生態(tài)浮床對(duì)富營養(yǎng)化水體中N、P元素的去除效能。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)裝置的構(gòu)建

由水泥砌成兩個(gè)同等大小的池子,尺寸為 4.6 m×1.5 m×1.2 m（長×寬×高）。其中一池放置兩個(gè)尺寸為2 m×1 m的浮床，浮床面積4 m2，覆蓋率達(dá)到58%，床框?yàn)镻VC管材，框架內(nèi)由堅(jiān)固耐用的尼龍繩編織成網(wǎng)格狀作為植物的生長載體[6]，另一個(gè)同樣大小的池子作為空白對(duì)照，見圖1。

圖1 生態(tài)浮床池實(shí)景圖

1.2 浮床植物的選擇和原水水質(zhì)

選用存活率高、生物量大而且對(duì)污染物去除效果良好的黃菖蒲作為浮床植物[6-7]。實(shí)驗(yàn)開始時(shí)植物株高為80 cm，種植密度為104株/平方米。

實(shí)驗(yàn)原水取自上海市奉賢區(qū)的一條天然小河道，水質(zhì)狀況見表1：

表1 實(shí)驗(yàn)原水水質(zhì)mg/L

按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002），CODMn為Ⅲ類，但經(jīng)過COD30實(shí)驗(yàn)后CODMn的去除率只達(dá)到39%，證實(shí)其中的殘存有機(jī)物都為難降解的有機(jī)物,這也是造成實(shí)驗(yàn)中CODMn去除率不高的主要原因。TN為劣Ⅴ類,TP為Ⅳ類,表明此處的水質(zhì)很差,屬于富營養(yǎng)化水體。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法及檢測指標(biāo)

植物于2009年5月9日移栽,培養(yǎng)2個(gè)月后于7月6～17日進(jìn)行靜態(tài)實(shí)驗(yàn)，7月18日～9月15日每隔20天改變水力停留時(shí)間進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)，隔天對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)的水質(zhì)進(jìn)行測定,檢測的水質(zhì)指標(biāo)包括CODMn、TN和TP。測定方法均為國家標(biāo)準(zhǔn)方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 植物的生長狀況

試驗(yàn)期間,植物株高的變化如圖2所示：

移栽2個(gè)月后,黃菖蒲的成活率為98.6%。表明這種植物可以很好地適應(yīng)供試水體及漂浮式的培種方式。由于黃菖蒲的最適合生長溫度是15～30℃[8]，其在8月底生長速度達(dá)到最快。在70 d的實(shí)驗(yàn)期間里，黃菖蒲的株高增長了0.86 m，增高了一倍多。

2.2 靜態(tài)期浮床與空白池對(duì)污染物去除效果比較

將河水放入兩個(gè)實(shí)驗(yàn)池中，水量為2.7 m3，水深0.4 m，維持10 d不變，隔天在水池中央水面下0.2 m處取樣進(jìn)行測定，浮床對(duì)河水中污染物去除效果見圖3。到靜態(tài)期實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，浮床對(duì)CODMn的凈去除率達(dá)到16.9%。對(duì)TN和TP的凈去除率分別達(dá)到了50.3%和50%。實(shí)驗(yàn)剛開始時(shí)污染物的去除速率最快。

2.3 不同水力停留時(shí)間下浮床與空白池對(duì)N、P等元素的去除率比較

為了更接近天然河流的狀況，進(jìn)行了動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)，此部分分為A、B、C三個(gè)系列，每個(gè)系列20 d，系列A的水力停留時(shí)間為15 d，系列B的水力停留時(shí)間為9 d，系列C的水力停留時(shí)間為4.5 d。每隔4 d取一次樣，取樣方法同靜態(tài)期。浮床在動(dòng)態(tài)狀況下對(duì)污染物質(zhì)的去除效果見圖4。

由圖4可知,動(dòng)態(tài)期浮床對(duì)污染物的凈去除率都低于靜態(tài)期。在水力停留時(shí)間為15 d時(shí)，浮床對(duì)CODMn、TN、TP的去除率分別達(dá)到了18.6%、45.6%、42.3%。隨著水力停留時(shí)間的縮短，浮床對(duì)污染物的凈化效率都有所降低，在停留時(shí)間為4.5 d時(shí)浮床對(duì)CODMn的凈去除率明顯降低，只有9.4%，而對(duì)TN、TP的凈去除率則分別為36.6%和39.8%，比系列A降低了9%和2.5%。但CODMn與TP仍達(dá)到Ⅱ類水質(zhì)、TN達(dá)到Ⅲ類水質(zhì)。

2.4 浮床去除污染物的機(jī)理

河水在經(jīng)過浮床池后，水質(zhì)得到明顯改善。CODMn提高了一個(gè)等級(jí)，TP提高了兩個(gè)等級(jí)，而TN則由劣Ⅴ類提升到Ⅲ類?？瞻讓?duì)照的去除率可以代表水體的自凈作用，可以看出，水質(zhì)改善主要是由于生態(tài)浮床的凈化作用。浮床凈化水質(zhì)的機(jī)理主要有以下三個(gè)方面：

（1）植物在生長過程中對(duì)水中N、P等營養(yǎng)元素的吸收利用。既能通過本質(zhì)化作用使其成為植物體的組成成分，也可通過揮發(fā)、代謝或礦化作用使其轉(zhuǎn)化成二氧化碳和水，或轉(zhuǎn)化為無毒性的中間產(chǎn)物。

（2）植物根系對(duì)懸浮物的吸附和過濾作用。植物根系能富集水中的營養(yǎng)物質(zhì),對(duì)以顆粒態(tài)存在的P有很好的凈化效果,同時(shí)植物根系釋放出大量能降解有機(jī)物的物質(zhì),可加速對(duì)有機(jī)物的分解。

（3）浮床植物與微生物的協(xié)同效應(yīng)。植物發(fā)達(dá)的根系為硝化菌、反硝化菌等微生物的附著生長提供了巨大的表面,而且水生植物將氧氣輸送至根，使根區(qū)形成了氧化態(tài)的微環(huán)境，這種有氧區(qū)域和缺氧區(qū)域的共同存在為根系的好氧、兼性厭氧和厭氧微生物提供了不同的適宜小生境。有利于各種微生物的大量繁殖、生長,因此可以大大提高對(duì)污染物的降解能力。

空白池對(duì)污染物的去除主要緣于顆粒物的自然沉降以及水體中懸浮微生物的作用。其去除率明顯小于浮床池。

通過收獲植物體的方法可以將污水中的N、P等營養(yǎng)物質(zhì)及吸附積累在植物體內(nèi)和根系表面的污染物搬離水體，使水體水質(zhì)得到改善。而且，收獲的植物體可以用來厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣、制成飼料或是作為綠肥，能夠創(chuàng)造很好的經(jīng)濟(jì)效益[9]。

3 結(jié)論

利用植物浮床凈化富營養(yǎng)化河水取得了很好的效果，CODMn的凈去除率在9.4%～18.6%之間，TN在36.6%～50.3%之間，TP在35.8%～50%之間。使水質(zhì)恢復(fù)到Ⅱ類～Ⅲ類之間。生態(tài)浮床利用植物與微生物的協(xié)同作用很好地達(dá)到了消除富營養(yǎng)化的目的。而且此方法成本低廉，施工與維護(hù)也很簡單，因此，推廣生態(tài)浮床來凈化河水消除富營養(yǎng)化不失為是一種很好的方法。

[1]司友斌,包軍杰,曹德菊,等.香根草對(duì)富營養(yǎng)化水體凈化效果研究 [J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2003,14(2):277-279.

[2]唐靜杰,周青.生態(tài)浮床在富營養(yǎng)化水體修復(fù)中的應(yīng)用[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展,2009(2):24-27.

[3]夏章菊,高殿森,謝有奎.富營養(yǎng)化水體修復(fù)技術(shù)的研究現(xiàn)狀 [J].后勤工程學(xué)院學(xué)報(bào),2006(3):69-72.

[4]張雋.生態(tài)浮床技術(shù)治理污染水體的應(yīng)用 [J].能源與環(huán)境,2008(21):101-103.

[5]Lianpeng Suna,Yang Liu,Hui Jin.Nitrogen Removalfrom Polluted River by Enhanced Floating Bed Grown Canna[J].ECOLOGICAL ENGINEERING,2009(35)135-140.

[6]沈昆根,姚俊杰.新型人工浮床在城市中小河道治理中的應(yīng)用.水資源保護(hù),2008(10):72-73.

[7]艾麗皎,王紅娟.優(yōu)良的宿根地被植物-黃菖蒲[J].南方農(nóng)業(yè)（園林花卉版）,2007(8):28.

[8]朱秀琴,姚永平.美麗的水景植物-黃菖蒲.農(nóng)家致富,2008(16):26.

[9]秦蓉,徐亞同,何淑英,等.富營養(yǎng)化水體的生物修復(fù)與植株殘?bào)w的資源化利用 [J].上?；?2008(9):1-4.

周 揚(yáng) 女 1985年生 碩士研究生在讀 研究方向：河道生態(tài)修復(fù)

2010年6月