譚洪濤， 朱 琳， 張馨文， 王 彬

(1.西南科技大學(xué)固體廢物處理與資源化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川綿陽 621010；2.四川省綿陽市環(huán)境監(jiān)測中心站，四川綿陽 621000)

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浮萍和金魚藻對生活污水的凈化效果

譚洪濤1， 朱 琳2， 張馨文2， 王 彬1

(1.西南科技大學(xué)固體廢物處理與資源化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川綿陽 621010；2.四川省綿陽市環(huán)境監(jiān)測中心站，四川綿陽 621000)

摘要[目的]研究浮萍和金魚藻對生活污水的凈化效果。[方法]構(gòu)建小型水培污水凈化系統(tǒng)，以浮萍和金魚藻2種水生植物為研究對象，研究其在不同水培時間下對生活污水的凈化效果，并設(shè)置空白對照組進(jìn)行比較分析。[結(jié)果]經(jīng)過28 d的試驗(yàn)研究，結(jié)果表明：浮萍系統(tǒng)對生活污水COD、NH3-N、TN、TP的最終去除率分別為80.8%、92.4%、89.7%、85.3%，金魚藻系統(tǒng)對生活污水COD、NH3-N、TN、TP的最終去除率分別為79.5%、92.1%、88.6%、86.9%，對照組中COD、NH3-N、TN、TP的最終去除率分別為71.8%、76.5%、75.4%、59.8%。[結(jié)論]浮萍和金魚藻對生活污水凈化效果良好，在水培污水凈化系統(tǒng)中具有重要作用。

關(guān)鍵詞浮萍；金魚藻；生活污水；凈化效果

浮萍Lemnaminor又名青萍、田萍，浮萍科植物，是我國常見的水面浮生植物，易成活，生長繁殖快[1-3]。金魚藻CeratophyllumdemersumL.為懸浮于水中的多年沉水草本植物，群生于淡水池塘、水溝、穩(wěn)水小型河流及水庫中，在我國分布廣泛，適應(yīng)能力強(qiáng)。金魚藻是喜氮植物，水中無機(jī)氮含量較高時長勢較好[4-5]。人工濕地技術(shù)是20世紀(jì)七八十年代發(fā)展起來的一種污水生態(tài)處理技術(shù)，主要由基質(zhì)和水生植物組成[6-8]。目前國內(nèi)外對人工濕地的處理機(jī)理已經(jīng)取得了一致認(rèn)識，各國進(jìn)行了各種嘗試與研究以改良人工濕地技術(shù)，設(shè)法將一些新的技術(shù)和材料引入人工濕地污水處理系統(tǒng)[9-12]，很多學(xué)者對一些花卉植物(如吊蘭、美人蕉等)進(jìn)行了大量研究，形成了較為完善的研究成果和體系[13-16]，但是對于水生野生植物的研究較少。鑒于此，筆者在對傳統(tǒng)人工濕地運(yùn)行機(jī)理進(jìn)行研究分析的基礎(chǔ)上，通過構(gòu)建水培污水凈化系統(tǒng)，研究浮萍和金魚藻2種水生植物在不同水培時間下對城鎮(zhèn)生活污水中COD、NH3-N、TN、TP的凈化效果，旨在為更好地實(shí)現(xiàn)簡便、廉價、可行性高的生態(tài)污水處理技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料試驗(yàn)所用浮萍和金魚藻取自四川省綿陽市青義鎮(zhèn)任家溝一池塘處(104°40′3.57″ E，31°34′14.16″ N)。

1.2試驗(yàn)設(shè)計試驗(yàn)裝置于2015年8月建成，地點(diǎn)位于某大學(xué)污水處理廠西側(cè)一大棚內(nèi)。試驗(yàn)期間氣溫為21～35 ℃，濕度為55%～85%。根據(jù)平行對照原則，共設(shè)計2組平行試驗(yàn)，每組包含3個水培凈化裝置，分別為浮萍水培凈化裝置(FA、FB)，金魚藻水培凈化裝置(JA、JB)和空白對照組裝置(KA、KB)。裝置采用塑料無土栽培箱制成，每個栽培箱規(guī)格為45 cm×30 cm×25 cm，水容量約為30 L。試驗(yàn)裝置如圖1所示。

1.3試驗(yàn)方法植物馴化：由于2種植物原有生長環(huán)境為池塘開放水域，凈化試驗(yàn)前進(jìn)行污水適應(yīng)性馴化，以避免因改變水生環(huán)境植株死亡。將采集的2種植物用清水沖洗干凈，首先在低濃度污水(稀釋濃度為實(shí)驗(yàn)污水的1/3)中培養(yǎng)馴化2 d，然后在中濃度污水(稀釋濃度為試驗(yàn)污水的2/3)中培養(yǎng)馴化2 d，最后在試驗(yàn)污水中培養(yǎng)馴化2 d，共馴化6 d。馴化結(jié)束后，選取生長狀況良好、生物量相近的植株作為試驗(yàn)材料。

方法：選取馴化好的浮萍和金魚藻，分別移栽至FA、FB和JA、JB中，每個試驗(yàn)組凈化裝置種植密度適中，對照組KA、KB不栽種植物，然后將6個凈化裝置移至塑料大棚內(nèi)，連續(xù)運(yùn)行監(jiān)測28 d，期間每間隔2 d采樣1次，分析各組裝置污水中COD、NH3-N、TN 和TP 的去除效果。試驗(yàn)過程中蒸發(fā)的水量通過補(bǔ)充蒸餾水以保持體積不變，將大棚兩側(cè)塑料膜卷起，以保證光照充足、空氣流通。

圖1　水培污水凈化裝置示意Fig.1　The sketch map of the hydroponic sewage purification device

1.4水質(zhì)分析試驗(yàn)所用原水為該污水處理廠細(xì)格柵出水，pH為6~8,COD含量為120.0~220.0 mg/L,NH3-N為20.0~30.0 mg/L,TN為25.0~40.0 mg/L,TP為1.5~4.0 mg/L。污水中各指標(biāo)的分析方法為：pH采用便攜式pH計法(GB 6920-86)，COD采用快速密封催化消解法(HZ-HJ-SZ-0108)，NH3-N采用納氏比色法(GB7479-87)，TN采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法(GB11894-1989)，TP采用鉬酸銨分光光度法(GB11893-89)[17]。

2結(jié)果與分析

2.1水質(zhì)表觀變化由表1可知，試驗(yàn)?zāi)┢诟∑冀M和金魚藻組水體水質(zhì)較試驗(yàn)初期原水水質(zhì)均有了明顯改善，水質(zhì)清澈透明，無臭味，無綠色絲狀藻類生長，底部有少量沉積物。對照組水體較試驗(yàn)初期原水水質(zhì)渾濁程度也有所下降，但是由于沒有植物的生長和凈化作用，水體環(huán)境最終整體出現(xiàn)惡化情況，生長了大量的綠色絲狀藻類，且多數(shù)聚集在底部，部分以懸浮狀態(tài)存在于水體中，使得水體水質(zhì)無明顯改善。

表1試驗(yàn)?zāi)┢诟鹘M系統(tǒng)水質(zhì)情況

Table 1The description of water quality of each system in the later stage

組別Groups透明度Transparency臭味Stink綠色絲狀藻類Greenfilamentousalgae沉積物Sediment原水Originalwater渾濁中度--對照組Controlgroup較渾濁微弱多多金魚藻組Hornwort清澈透明--少浮萍組水質(zhì)Duckweed清澈透明--少

2.2對COD的凈化效果從圖2、3可以看出，在為期28 d的靜態(tài)水培凈化試驗(yàn)過程中，浮萍和金魚藻2組植物凈化系統(tǒng)對污水中的COD均表現(xiàn)出了較好的去除效果。2組水體中COD濃度由195.6 mg/L分別下降至37.6和40.1 mg/L，與對照組差異顯著(P<0.05)，凈化能力由大到小為浮萍組、金魚藻組、對照組。整個試驗(yàn)期內(nèi)，試驗(yàn)組COD去除率達(dá)到75.0%以上。但值得注意的是，水培試驗(yàn)前1～6 d，各試驗(yàn)組水體中COD濃度下降速率較快，去除率也上升較快，達(dá)60.0%～65.0%，這可能主要依靠于污水中有機(jī)物的先期沉降作用。隨著水培時間的延長，COD去除速率減緩，并逐漸趨于穩(wěn)定，且試驗(yàn)組去除率優(yōu)于對照組。

圖2　各組水培系統(tǒng)COD含量變化Fig.2　Changes of COD content in each hydroponic system

圖3　各組水培系統(tǒng)COD去除率比較Fig.3　Comparison of COD removal rate in each hydroponic system

2.3對NH3-N的凈化效果從圖4、5可以看出，浮萍和金魚藻2組植物系統(tǒng)均能夠有效去除水體中的NH3-N，且凈化能力相當(dāng)，去除率分別達(dá)到92.4%和92.2%。在9～12 d時，2組植物系統(tǒng)對NH3-N的去除率已達(dá)到60.0%～65.0%，而對照組則低于50.0%；當(dāng)水培時間繼續(xù)延長時，各試驗(yàn)組對NH3-N的去除率仍不斷提高，但去除速率明顯降低；18～22 d時，NH3-N的去除率達(dá)到峰值，在85.0%以上，且后期NH3-N的去除率不再繼續(xù)升高。污水中NH3-N的去除除了通過植物生長和微生物的代謝作用吸收外，還可以直接揮發(fā)，由于水培靜態(tài)試驗(yàn)在夏末秋初進(jìn)行，試驗(yàn)溫度較高，有利于NH3-N的直接揮發(fā)，因此，對照組和試驗(yàn)組對NH3-N的去除率均較高。

圖4　各組水培系統(tǒng)NH3-N含量變化Fig.4　Changes of NH3-N content in each hydroponic system

圖5　各組水培系統(tǒng)NH3-N去除率比較Fig.5　Comparison of NH3-N removal rate in each hydroponic system

2.4對TN的凈化效果從圖 6、7可以看出，各組水體中TN含量呈現(xiàn)緩慢下降趨勢，金魚藻和浮萍組的TN濃度由37.9 mg/L分別降至4.3和3.9 mg/L，18～20 d時，2組植物系統(tǒng)對水體中TN的去除率達(dá)到峰值(分別為88.5%和92.4%)，之后逐步趨于穩(wěn)定，且去除能力為金魚藻組>浮萍組>對照組。隨著水培時間的延長，各組水體中TN濃度均出現(xiàn)了不同程度的升高。這可能由于后期水體中厭氧區(qū)域不斷擴(kuò)大，植物根系出現(xiàn)腐敗，也從另一方面說明了水力停留時間過長，會對水體中污染物質(zhì)的去除產(chǎn)生不利影響。

圖6　各組水培系統(tǒng)TN含量變化Fig.6　Changes of TN content in each hydroponic system

圖7　各組水培系統(tǒng)TN去除率比較Fig.7　Comparison of TN removal rate in each hydroponic system

2.5對TP的凈化效果從圖8、9可以看出，各組水體中TP的去除變化與TN相近，呈現(xiàn)逐步下降趨勢。水培結(jié)束后，浮萍組和金魚藻組水體中TP的含量由3.20 mg/L分別降至0.34和0.36 mg/L，與對照組水體中TP最終含量(1.29 mg/L)差異顯著(P<0.05)。試驗(yàn)組對TP的去除率均達(dá)到80.0%以上，且去除能力為浮萍組>金魚藻組>對照組。與TN的去除變化規(guī)律相似，浮萍和金魚藻對TP的去除率在水培時間18～20 d后也逐步趨于穩(wěn)定，最高去除率分別達(dá)到84.0%和77.1%，浮萍對污水中TP的去除能力和去除速率均優(yōu)于金魚藻，這可能與2組凈化系統(tǒng)中植物和微生物對生活污水中TP的吸收特點(diǎn)不同有關(guān)。

圖8　各組水培系統(tǒng)TP含量變化Fig.8　Changes of TP content in each hydroponic system

圖9　各組水培系統(tǒng)TP去除率比較Fig.9　Comparison of TP removal rate in each hydroponic system

3結(jié)論與討論

該研究通過建立小型污水凈化裝置，以浮萍和金魚藻為試驗(yàn)對象，研究其對生活污水的凈化效果，結(jié)果表明，浮萍和金魚藻2組植物系統(tǒng)在水培時間為28 d的情況下，對生活污水中COD、NH3-N、TN、TP的平均去除率基本達(dá)到80.0%以上，表現(xiàn)出較好的去除效果，且總體上浮萍優(yōu)于金魚藻，而對照組系統(tǒng)對污水中各項污染指標(biāo)的平均去除率明顯低于試驗(yàn)組。

對照組與試驗(yàn)組的區(qū)別在于是否栽種了植物，其他各項設(shè)置及試驗(yàn)條件均相同，由此可以初步推定在水培凈化試驗(yàn)中，植物對水體的凈化有著重要作用。一方面，植物在生長過程中吸收了水體中的營養(yǎng)物質(zhì)，改善了水質(zhì)；另一方面，植物根系為微生物的生存提供了載體，有利于微生物的生長和繁殖，而微生物在水培凈化污水中有著重要作用。該試驗(yàn)在開展過程中，由于時間和試驗(yàn)條件有限，在很多方面仍有待進(jìn)一步的分析和探討， 如試驗(yàn)時間。因此，在今后的研究工作中應(yīng)重點(diǎn)對水培系統(tǒng)的運(yùn)行效果做不同季度的試驗(yàn)監(jiān)測分析，從而為浮萍和金魚藻在人工濕地污水處理中更好的應(yīng)用與推廣提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

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Purification Effect of Duckweed and Hornwort on Domestic Sewage

TAN Hong-tao1, ZHU Lin2, ZHANG Xin-wen2et al (1.Key Laboratory of Solid Waste Treatment and Resource Recycle of Ministry of Education, Southwest University of Science and Technology, Mianyang, Sichuan 621010; 2.Mianyang Environmental Monitoring Center Station, Mianyang, Sichuan 621000)

Abstract[Objective] To study purification effect of duckweed and hornwort on domestic sewage.[Method] A small hydroponic sewage purification system was constructed.With duckweed and hornwort as research object, the purification effects on domestic sewage in different time were tested, and blank control group was set up for comparative analysis.[Result] After 28d, the experimental study showed that: the final removal rates of duckweed system on COD, NH3-N, TN, TP were 80.8%, 92.4%, 89.7% and 85.3% respectively, that of hornwort system on COD, NH3-N, TN and TP were 79.5%, 92.1%, 88.6% and 86.9% respectively, and in the control group, the final removal efficiency on COD, NH3-N, TN and TP were 71.8%, 76.5%, 75.4% and 59.8% respectively.[Conclusion] Duckweed and hornwort has good purification effect on domestic sewage, plants play an important role in hydroponic sewage purification system.

Key wordsDuckweed; Hornwort; Domestic sewage; Purification effect

收稿日期2015-12-21

作者簡介譚洪濤(1988- )，男，河北三河人，助教，碩士，從事廢水處理理論與工程技術(shù)研究。

基金項目西南科技大學(xué)創(chuàng)新基金資助項目(13ycjj29)。

中圖分類號S 181.3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號0517-6611(2016)02-146-04