邱園園，張志勇，張晉華，張迎穎,聞學(xué)政，宋 偉，王 巖，劉海琴

(1.南京理工大學(xué)環(huán)境與生物工程學(xué)院，江蘇 南京 210094；2.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，江蘇 南京 210014)

鳳眼蓮深度凈化污水廠尾水生態(tài)工程中溫室氣體的排放特征

邱園園1,2，張志勇2①，張晉華1②，張迎穎2,聞學(xué)政2，宋 偉2，王 巖2，劉海琴2

(1.南京理工大學(xué)環(huán)境與生物工程學(xué)院，江蘇 南京 210094；2.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，江蘇 南京 210014)

構(gòu)建鳳眼蓮(Eichhorniacrassipes)三級串聯(lián)凈化塘生態(tài)工程，對村鎮(zhèn)污水處理廠尾水進行深度處理，采用自主研發(fā)的原位收集氣體裝置聯(lián)合氣相色譜法，于2015年8—11月采集并監(jiān)測生態(tài)工程中排放的溫室氣體(CO2、CH4和N2O)，分析其排放特征,并探討主要水體環(huán)境因子與氣體釋放之間的相關(guān)性。結(jié)果顯示，生態(tài)工程對尾水TN和TP具有良好的凈化效果，去除率分別達68.07%和64.21%；出水TN和TP濃度接近GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》的Ⅴ類標準。運行期間，生態(tài)工程中CO2、CH4和N2O平均排放通量分別為0.058、0.076 和1.539 mg·m-2·h-1，實驗期內(nèi)CO2、CH4和N2O累積釋放總量分別為1.273、1.685和33.59 kg。CO2和CH4排放通量呈現(xiàn)明顯的季節(jié)變化特征，夏季釋放通量遠高于秋季，N2O排放通量未表現(xiàn)明顯季節(jié)變化特征；沿生態(tài)工程水流方向上，CO2、CH4和N2O排放通量均呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢。相關(guān)性分析結(jié)果表明，CO2和CH4排放通量與水溫呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，CO2排放通量分別與pH值和DO呈顯著負相關(guān)(P<0.05)，CH4排放通量分別與pH值和DO呈負相關(guān)(P>0.05)；N2O排放通量分別與TN和NO3--N濃度呈正相關(guān)(P>0.05)。

鳳眼蓮；生活污水；深度凈化；溫室氣體；排放通量

我國村鎮(zhèn)生活污水處理率較低,處理設(shè)施比較落后,污水廠尾水氮磷等污染物濃度較高[1]。目前，城鎮(zhèn)污水廠執(zhí)行GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級A標準,其ρ(TN)(15.0 mg·L-1)和ρ(TP)(1.0 mg·L-1)比GB 3838—2002 《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》Ⅴ類水標準分別高6.5倍和4倍,污水處理廠尾水已經(jīng)成為水體富營養(yǎng)化的重要污染源。對污水處理廠尾水進行深度凈化,源頭削減N和P含量,對湖泊或入湖河道水質(zhì)改善具有重要意義。目前，傳統(tǒng)尾水深度處理技術(shù)包括混凝-沉淀-過濾、膜過濾、曝氣生物濾池和高級氧化等[2]。但傳統(tǒng)處理技術(shù)具有費用高、容易造成二次污染等缺點。水生植物修復(fù)技術(shù)具有效果好、投資少、運行成本低、易管理和景觀效果好等優(yōu)點[3]。目前，水生植物修復(fù)技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于湖泊、生活污水尾水等污染水體的生態(tài)處理中[4-8]。

水生植物修復(fù)污染水體過程中,因有機物的降解及氮磷的去除,釋放溫室氣體,對環(huán)境造成二次污染。溫室效應(yīng)造成的氣候變化引起了人們的廣泛關(guān)注,溫室氣體濃度的增加是引起溫室效應(yīng)的主要原因,因此溫室氣體的“源-匯”受到了廣泛的關(guān)注。大氣中CO2、CH4和N2O的濃度增加對溫室效應(yīng)增強的總貢獻率占了將近80%,是溫室效應(yīng)的主要貢獻者,且其大氣濃度仍分別以年均0.5%、0.8%和0.3%的速率在增長[9]。目前,對于溫室氣體排放的研究多集中于農(nóng)田[10-12]、水庫[13-16]、湖泊[17-18]及天然濕地[19-20]等方面,對于污水處理過程中溫室氣體(CO2、CH4和N2O)排放研究很少,而水生植物修復(fù)污染水體過程中溫室氣體排放的研究鮮見。

依托生態(tài)治理工程,采用江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院自主研發(fā)的原位收集和釋放氣體裝置,監(jiān)測鳳眼蓮(Eichhorniacrassipes)深度凈化污水廠尾水過程中溫室氣體(CO2、CH4和N2O)排放通量的季節(jié)變化特征和沿程變化特征,并探討溫室氣體排放通量的相關(guān)環(huán)境因素,為鳳眼蓮深度凈化污水廠尾水生態(tài)工程提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 污水處理廠與深度凈化塘概況

南京市高淳區(qū)東壩污水處理廠(31°17′28.0″ N，119°02′29.3″ E),主要污水來源于東壩鎮(zhèn)及附近的生活污水,采用A2O工藝處理污水,日接納污水能力為2 000 t,實驗期間日均處理生活污水1 024 t。未構(gòu)建尾水深度凈化生態(tài)工程前,生活污水經(jīng)污水廠處理后直接排入連通太湖的胥河。

如圖1所示,深度凈化塘采用三級串聯(lián)方式組成。深度凈化塘各級長度均為105 m，深1.2 m,其中第一級深度凈化塘寬為25 m,第二、三級深度凈化塘為27.5 m,總有效容積為7 500 m3,之間采用土夯方式隔開,深度凈化塘底部和岸堤均鋪設(shè)防水布防止底部滲漏至地下水。進水口和出水口均設(shè)置流量計監(jiān)測污水凈化量。出水口設(shè)置溢流堰保持深度凈化塘水深為1 m。污水廠尾水全部進入深度凈化塘,其水力負荷為(0.13±0.03) m3·m-2·d-1,TN負荷為(1.21±0.10) g·m-2·d-1,CODMn負荷為(0.57±0.02) g·m-2·d-1,TP負荷為(0.05±0.00) mg·m-2·d-1。2015年5月底鳳眼蓮種苗投放完畢,種苗投放量為0.6 kg·m-2。在進水口、一級、二級及三級凈化塘出水口沿程設(shè)置4個監(jiān)測點(圖1),將采氣裝置放置在監(jiān)測點連續(xù)采氣,并在附近設(shè)置水質(zhì)監(jiān)測點采集水樣。

圖1 深度凈化塘結(jié)構(gòu)示意Fig.1 Sketch of the in-depth purification pond

1.2 進水情況

該尾水深度凈化生態(tài)工程進水為高淳縣東壩污水處理廠尾水,尾水水質(zhì)執(zhí)行GB 18918—2002一級A標準,水質(zhì)因季節(jié)和時節(jié)不同有所差別。工程運行期間,污水處理廠尾水ρ(TN)為(9.27±3.31) mg·L-1,ρ(TP)為(0.39±0.05) mg·L-1,ρ(NH4+-N)為(0.49±0.07) mg·L-1,CODMn為(4.38±0.65) mg·L-1,水體ρ(DO)為(5.40±2.21) mg·L-1,pH值為7.36±0.28。

1.3 采樣及分析方法

采用江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院自主研發(fā)的氣體收集裝置(圖2)采集氣體,綜合考慮鳳眼蓮的生長特征、溫度和產(chǎn)氣量變化等因素,在8—9月,一次采氣過程持續(xù)7 d,連續(xù)采氣,采集3次;10—11月,一次采氣過程約持續(xù)15 d,連續(xù)采氣,采集2次。為減少誤差,統(tǒng)一在上午8:00—11:00采集氣體,氣體的采集和測定方法參考文獻[21]。每個采樣點設(shè)置3套采氣裝置。當集氣罩內(nèi)氣體積聚形成氣泡時,根據(jù)排水集氣法原理自動將氣體吸入集氣瓶,通過集氣瓶的質(zhì)量變化來計算產(chǎn)氣量。采用氣相色譜儀測定各氣體組分濃度,采用峰面積外標法定量各氣體濃度,各組分氣體釋放通量的計算方法為

Egas=Cgas×ρgas×Ei，

(1)

Ei=(V/S/T)×273.15/(273.15+ti),

(2)

V=(W1-W2)/D。

(3)

式(1)～(3)中,Egas為氣體釋放通量,即單位面積水體單位時間釋放氣體的量,g·m-2·h-1;Cgas為氣體組分濃度,%;ρgas為標準狀態(tài)下被測氣體密度,g·L-1;Ei為標準溫度標準壓力下水體釋放氣體的速率,mL·m-2·h-1;V為收集的氣體體積,L;S為集氣罩覆蓋水體的面積,m2;T為收集氣體所用時間,h;ti為收集氣體過程中的平均溫度,℃;W1為試驗開始前裝滿水的集氣瓶質(zhì)量,g;W2為收集氣體結(jié)束后集氣瓶質(zhì)量,g;D為室溫(0≤t≤50 ℃)下水的密度,g·mL-1。

采用德國SEAL AA3連續(xù)流動分析儀測定進水及各級出水總氮(TN)、銨態(tài)氮 (NH4+-N)、硝態(tài)氮 (NO3--N)和總磷(TP)濃度,采用酸性高錳酸鹽滴定法測定高錳酸鹽指數(shù)(CODMn),采用多功能水質(zhì)測定儀(YSI Pro Plus,USA)現(xiàn)場測定水溫(t)、DO濃度和pH值。每隔15 d采集鳳眼蓮植株,采用重量法現(xiàn)場測定生物量。

1—浮球支架; 2—集氣瓶; 3—進氣管; 4—排水管; 5—集氣罩; 6—閥門。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2007和Sigmaplot 12.5軟件進行數(shù)據(jù)整理和相關(guān)性分析,用Origin 8.5軟件作圖。統(tǒng)計檢驗顯著性水平為α=0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗期間水體主要理化指標變化

2015年6—11月,深度凈化塘鳳眼蓮單位面積生物量和總生物量分別由(0.60±0.09) kg·m-2和(4.50±0.64) t增至(22.73±2.82) kg·m-2和(170.50±21.17) t。由表1可知,水體溫度變化范圍為13～27 ℃,8月水溫最高。DO濃度變化維持在3.0～7.0 mg·L-1之間,屬好氧狀態(tài),10—11月進水DO濃度大幅增高,各級出水DO濃度也呈遞增趨勢。水體pH值基本維持在7.0～7.6左右,屬于微生物硝化反硝化的最佳pH值范圍,隨月份推移變化的幅度高于沿水流方向上的變化幅度。由上述結(jié)果可知,鳳眼蓮三級凈化生態(tài)工程水體主要理化指標季節(jié)變化較明顯,沿程變化較小,基本維持在一個較穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)中。

表1 鳳眼蓮深度凈化塘水體的主要理化指標

Table 1 Main physicochemical indexes of the water in the in-depth purification ponds grown withEichhorniacrassipes

采樣點月份水溫/℃ρ(DO)/(mg·L-1)pH值進水口 826.27±0.143.40±0.007.02±0.00922.43±0.003.64±0.147.18±0.041020.15±0.075.79±1.737.50±0.141114.33±0.046.95±0.707.61±0.10一級凈化826.32±0.383.45±0.157.15±0.05出水口922.33±0.083.30±0.087.18±0.051019.31±0.373.85±0.117.36±0.021114.28±0.395.05±0.017.41±0.02二級凈化826.92±0.003.67±0.017.25±0.01出水口922.33±0.094.40±0.017.32±0.041019.21±0.025.04±0.067.53±0.011113.85±0.076.05±0.707.46±0.10三級凈化827.32±0.194.08±0.147.31±0.02出水口922.28±0.055.09±0.237.29±0.001019.33±0.185.00±0.237.58±0.011113.73±0.046.43±0.617.55±0.04

數(shù)據(jù)均為平均值±標準差。

水體氮磷污染物指標如圖3所示,水體主要污染物TN、NH4+-N、NO3--N及TP都得到有效降解。監(jiān)測周期內(nèi),進水ρ(TN)、ρ(NH4+-N)、ρ(NO3--N)及ρ(TP)平均值為9.27、0.49、7.63和0.39 mg·L-1,三級凈化出水平均值為2.96、0.21、2.20和0.14 mg·L-1,其中TN濃度接近地表Ⅴ類水標準,TP濃度優(yōu)于地表Ⅴ類水標準,三級凈化去除率達68.07%、71.14%、57.28%和64.21%,鳳眼蓮深度凈化生態(tài)工程對污水廠尾水具有明顯的氮磷去除及水質(zhì)改善效果。監(jiān)測周期內(nèi),進水CODMn均值為4.38 mg·L-1,三級凈化出水均值為4.75 mg·L-1,略高于進水,原因可能是污水廠尾水CODMn處于較低水平,深度凈化塘對尾水有機物的進一步去除效率不高,且水生植物根系的分泌物會在一定程度上增加CODMn。三級凈化出水CODMn低于Ⅲ類水標準。

圖3 水體主要污染物濃度變化Fig.3 Variations of the the main pollutants in concentration in the water

2.2溫室氣體排放特征

2.2.1 排放通量

2015年8—11月,對鳳眼蓮深度凈化生態(tài)工程中溫室氣體(CO2、CH4和N2O)排放進行監(jiān)測,根據(jù)每月實際采樣分析結(jié)果,計算鳳眼蓮深度凈化尾水系統(tǒng)中CO2、CH4和N2O的月平均排放通量(表2)。

表2 溫室氣體釋放通量及總量

Table 2 Fluxes and totals of the greenhouse gases emitted

月份排放通量/(mg·m-2·h-1)累積排放總量/kgCO2CH4N2OCO2CH4N2O80.1360.2630.6080.7601.4653.39390.0940.0412.5610.5080.22013.831100.00101.3040.00507.27511001.6830.00009.091

表2顯示，鳳眼蓮深度凈化塘CO2、CH4和N2O排放通量范圍分別為0～0.136、0～0.263和0.608～2.561 mg·m-2·h-1,平均排放通量為0.058、0.076和1.539 mg·m-2·h-1。在整個試驗周期內(nèi),鳳眼蓮深度凈化塘累積排放1.273 kg CO2、1.685 kg CH4及33.590 kg N2O。

2.2.2 月份變化特征

如表2所示,隨著月份變化,CO2、CH4排放通量呈現(xiàn)明顯降低趨勢,8月排放通量達最大值,排放通量分別為0.136和0.608 mg·m-2·h-1,10月和11月排放通量接近零,這可能與冬天水溫降低及DO濃度、pH值升高有關(guān)。由表3可知,CO2和CH4排放通量與水溫的相關(guān)系數(shù)分別為0.567(P<0.05)和0.524(P<0.05),呈顯著正相關(guān)關(guān)系;CO2排放通量與DO濃度、pH值的相關(guān)系數(shù)分別為-0.555(P<0.05)、-0.606(P<0.05),呈顯著負相關(guān)關(guān)系;CH4排放通量與DO濃度、pH值的相關(guān)系數(shù)分別為-0.354 和-0.471,呈負相關(guān)關(guān)系,但相關(guān)性不顯著。

N2O排放通量沒有明顯的季節(jié)變化趨勢,排放通量從大到小依次為9、11、10和8月。9月排放通量達最大值,為2.561 mg·m-2·h-1。N2O是硝化過程中的副產(chǎn)物,反硝化過程的中間產(chǎn)物,是不完全硝化或不完全反硝化的產(chǎn)物[22]。研究表明,N2O的生成及排放與水溫、DO濃度、pH值、底物濃度及植物覆蓋度等因素密切相關(guān)。該研究中N2O排放

通量與水溫、DO濃度及pH值相關(guān)系數(shù)分別為-0.130、-0.217和-0.178,均未表現(xiàn)出相關(guān)性。

2.2.3 沿程變化特征

三級凈化生態(tài)工程溫室氣體排放通量沿程變化特征如圖4所示。在沿程方向上,溫室氣體排放通量呈現(xiàn)出先升高后降低趨勢,呈現(xiàn)明顯的沿程變化特征,總體上進水端高于出水端。CO2排放通量在二級凈化塘出水口達到最大值,排放通量為0.092 mg·m-2·h-1,CH4和N2O在一級凈化塘出水口達到最大值,排放通量分別為0.178和3.657 mg·m-2·h-1。由表1可知,沿程方向上水溫沒有明顯變化,DO濃度維持在好氧狀態(tài),且pH值維持在在最佳范圍,N2O產(chǎn)生量與碳氮濃度密切相關(guān),排放量與水生植物覆蓋度有關(guān),TN和NO3--N呈遞減趨勢。相關(guān)性分析結(jié)果(表3)表明,N2O排放通量與TN和NO3--N相關(guān)系數(shù)分別為0.477和0.428,呈正相關(guān)關(guān)系。

圖4 溫室氣體釋放通量沿程變化特征Fig.4 Variation of greenhouse gas emission fluxes along the direction against the water flow in the in-depth purification pond

表3 CO2、CH4和N2O釋放通量與影響因素的相關(guān)系數(shù)

Table 3 Correlation coefficient of the fluxes of CO2, CH4and N2O with affecting environmental factors

釋放通量水溫ρ(DO)pH值ρ(TN) ρ(NO3--N) CODMnCO20.771*-0.650*-0.684*-0.283-0.454-0.234CH40.524*-0.470-0.474-0.191-0.3320.330N2O-0.130-0.217-0.1780.4770.4280.131

*在α=0.05上顯著相關(guān)。

3 討論

3.1 鳳眼蓮三級凈化生態(tài)工程溫室氣體排放通量

與相關(guān)研究相比,該研究中CO2和CH4排放通量較小,N2O排放通量較大。沙晨燕等[23]運用靜態(tài)箱-氣相色譜法對Olentangy河濕地4種不同類型河濱濕地的CH4和CO2排放通量進行研究,發(fā)現(xiàn)不同類型河濱濕地CH4和CO2排放通量從大到小依次為自然濕地(0.33～85.7 mg·m-2·h-1)、人工濕地(0.02～20.5 mg·m-2·h-1)和半人工濕地(-0.04～0.09 mg·m-2·h-1)，CO2排放通量由大到小依次為自然濕地(13.1～53.5 mg·m-2·h-1)、半人工濕地(-0.7～132.9 mg·m-2·h-1)和人工濕地(-13.3～51.6 mg·m-2·h-1)。黃國宏等[24]應(yīng)用封閉箱法對遼河三角洲蘆葦濕地CH4釋放通量的研究結(jié)果表明,在5—11月,其釋放通量為-968～2 734 μg·m-2·h-1。WU等[25]利用人工濕地系統(tǒng)處理污水的研究表明,潛流和表面流人工濕地系統(tǒng)N2O平均通量為296.5和28.2 μg·m-2·h-1,遠低于筆者研究結(jié)果。根據(jù)KHALIL等[26]對全球N2O產(chǎn)生源的估計,污水處理過程N2O年釋放量為0.3×1012～3.0×1012kg,占全球N2O總釋放量的2.5%～25%。KAMPSCHREUR等[27]綜合分析相關(guān)文獻得到:在實驗室規(guī)模的生物脫氮過程中可能有0～90%的氮會轉(zhuǎn)化為N2O;在大規(guī)模城鎮(zhèn)污水廠的污水生物脫氮過程中可能有0～14.6%的氮轉(zhuǎn)化為N2O。

3.2 CO2和CH4排放通量影響因素

尾水深度凈化生態(tài)工程系統(tǒng)內(nèi),CO2和CH4主要通過植物傳輸由水體進入大氣,植物傳輸受水生植物種類、覆蓋度及植物傳輸機制的影響。水溫不僅可以通過影響氣體分子的擴散速度及其在水體中的溶解度來直接影響氣體交換通量,還可以通過影響微生物活性間接影響溫室氣體產(chǎn)生的地球化學(xué)過程[28]。監(jiān)測周期內(nèi),CO2和CH4釋放通量與水溫呈顯著正相關(guān)關(guān)系,這與以往的研究結(jié)果[29-32]相一致。pH值直接影響水體碳酸鹽體系(CO2、CO32-和HCO3-)的動態(tài)平衡及分布,控制水體CO2濃度[33],水-氣界面CO2交換通量與pH值通常表現(xiàn)為負相關(guān)關(guān)系[32]。筆者研究結(jié)果表明:CO2釋放通量與pH值呈顯著負相關(guān)關(guān)系,CH4釋放通量與pH值呈負相關(guān)關(guān)系,與以往研究結(jié)果相同。但CO2和CH4排放通量與鳳眼蓮生物量呈顯著負相關(guān)關(guān)系,與以往研究結(jié)果[34]不一致。這可能是因為水溫是控制CO2和CH4排放的關(guān)鍵因素,11月鳳眼蓮生物量增加,但生長緩慢,水溫下降幅度很大。

TREMBLAY等[35]的研究顯示:DO濃度與水庫中CO2、CH4釋放通量呈顯著負相關(guān)關(guān)系。沉積物中產(chǎn)生的甲烷不完全進入氣泡中,一部分通過擴散上升到水面。上升過程中,由于DO濃度逐漸升高,產(chǎn)生的大部分甲烷被有氧-缺氧臨界面的甲烷氧化菌消耗[36]。筆者研究發(fā)現(xiàn),CO2釋放通量與DO濃度呈顯著負相關(guān)關(guān)系,CH4釋放通量與DO濃度呈負相關(guān)關(guān)系。對碳循環(huán)而言,有機物在有氧狀態(tài)下產(chǎn)生CO2和CH4,在缺氧狀態(tài)下主要產(chǎn)生CH4,因此,CO2和CH4排放通量與水體有機物濃度有關(guān)。筆者研究中CO2、CH4與CODMn無相關(guān)性,可能是因為進水有機物濃度過低,基本不降解,因此由有機物降解產(chǎn)生的CO2和CH4量很少。

3.3 N2O排放通量影響因素

水溫直接影響微生物活性及酶活性,筆者研究結(jié)果表明,N2O釋放通量與水溫沒有相關(guān)性,這與以往研究結(jié)果不符,但目前對于水生植物修復(fù)技術(shù)及人工濕地處理系統(tǒng)中水溫與N2O釋放的相關(guān)關(guān)系沒有明確結(jié)論?？赡苁怯捎谒参锏拇嬖谠斐闪藦?fù)雜的硝化-反硝化微生物環(huán)境,不是簡單的水溫影響微生物活性進而影響N2O產(chǎn)生的過程。有研究表明在植物生長季,由于植物組織向根系傳輸了更多氧氣,改變了根際溶氧微環(huán)境,從而促進人工濕地系統(tǒng)釋放出較多N2O[37-38]。但也有研究表明人工濕地系統(tǒng)的最高釋放量發(fā)生在植物枯萎衰敗的秋季[39-40]。筆者研究結(jié)果顯示:11月,鳳眼蓮開始腐敗脫落,N2O釋放通量開始增加,此與上述研究結(jié)果相符。植物可通過吸收作用除氮,植物生物量越多,吸收的氮也越多,N2O的排放就越少[34]。該研究結(jié)果顯示N2O排放通量與鳳眼蓮生物量呈正相關(guān)(P>0.05),與其他文獻結(jié)果不一致。

pH值通過影響微生物的活性間接影響N2O釋放通量,微生物活性一般在中性或弱堿性環(huán)境下最高,pH值越低,N2O釋放通量越大,兩者之間呈負相關(guān)關(guān)系[41]。筆者研究中,N2O釋放通量與pH值沒有相關(guān)關(guān)系,可能是pH值變化范圍較小,基本維持在最佳的反應(yīng)條件,pH值不是控制CH4和N2O產(chǎn)生的關(guān)鍵因素,而是其他因素造成N2O釋放通量的變化。N2O是硝化過程中的副產(chǎn)物,反硝化過程的中間產(chǎn)物[22],硝化過程中DO濃度過低是造成N2O 產(chǎn)生的最主要原因;反硝化過程中DO濃度過高可導(dǎo)致N2O還原酶活性降低或失活進而造成N2O積累[42-43]。

4 結(jié)論

(1)通過鳳眼蓮生態(tài)工程深度凈化污水廠尾水,出水水質(zhì)得到較大改善。出水ρ(TN)和ρ(TP)分別為(2.96±1.77)和(0.14±0.08) mg·L-1,遠低于GB 3838—2002一級A標準。

(2)工程運行期間,鳳眼蓮三級凈化污水廠尾水生態(tài)工程CO2、CH4和N2O平均排放通量分別為0.058、0.076和1.539 mg·m-2·h-1,CO2和CH4排放具有明顯的月份和沿程變化特征,N2O排放具有明顯的沿程變化特征,但沒有明顯的月份變化特征。

(3)通過對監(jiān)測結(jié)果的相關(guān)性分析可知,CO2和CH4排放通量與水溫具有顯著正相關(guān)關(guān)系;CO2排放通量與pH值和DO具有顯著負相關(guān)關(guān)系；CH4排放通量與pH值和DO呈現(xiàn)負相關(guān)關(guān)系,但相關(guān)性不顯著;N2O排放通量與水體TN和NO3--N濃度呈正相關(guān)關(guān)系。

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(責(zé)任編輯： 陳 昕)

Greenhouse Gases Emission in Operation of ConstructedEichhorniacrassipesEcological Ponds In-Depth Purifying Tail Water From Sewage Treatment Plants.

QIUYuan-yuan1,2,ZHANGZhi-yong2,ZHANGJin-hua1,ZHANGYing-ying2,WENXue-zheng2,SONGWei2,WANGYan2,LIUHai-qin2

(1.School of Environmental and Biological Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China;2.Institute of Agricultural Resource and Environmental Sciences, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences, Nanjing 210014, China)

An ecological wastewater purifying project consisting of three ponds withEichhorniacrassipesgrowing therein connected in tandem was constructed for in-depth purifying tail water from a town-run sewage treatment plant. Greenhouse gases (CO2, CH4and N2O) emitted in the operation of the project were collected and analyzed with a home-developedin-sitububble trapping device coupled with gas chromatography during the period of August-November, 2015 to explore characteristics of the emission and relationship of the emission with the main environmental factors of the waterbody. Results show that the ecological project performed quite well in removing TN and TP with a rate up to 68.07% and 64.21%, respectively. The concentration of TN in the effluent of the project approached to the criteria of Grade V of the “Standard for Environmental Quality of Surface Water (GB 3838—2002)” and the concentration of TP was lower than the criteria. During the study period from August to November in 2015， the average flux of CO2, CH4and N2O emitted from the project was 0.058, 0.076 and 1.539 mg·m-2·h-1, respectively, and the cumulative emission of CO2, CH4and N2O reached 1.273, 1.685 and 33.59 kg, respectively. The fluxes of CO2and CH4varied significantly with the season, being much higher in summer than in autumn, whereas the flux of N2O did not. Along the direction against the water flow in the ecological project, the fluxes of CO2, CH4and N2O increased first and then declined. Correlation analysis shows that the fluxes of CO2and CH4were closely and positively related (P<0.05) to the temperature of water in the ponds; the flux of CO2was significantly and negatively related (P<0.05) to pH and DO; the flux of CH4was negatively related (P>0.05) to pH and DO; and the flux of N2O was positively related (P>0.05) to TN and NO3--N concentrations in the water. All the findings in this study may serve as a useful reference for evaluation of greenhouse gases emission from ecological wastewater treatment projects of ponds grown withEichhorniacrassipes.

Eichhorniacrassipes; domestic sewage; in-depth treatment; greenhouse gas; emission flux

2016-06-27

江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新基金〔CX(15)1004-06〕

X52

A

1673-4831(2017)04-0364-08

10.11934/j.issn.1673-4831.2017.04.010

邱園園(1990—),女,河南濮陽人,碩士,主要從事水處理和生態(tài)修復(fù)方面的研究。E-mail:1252735038@qq.com

① 通信作者E-mail: jaaszyzhang@126.com

② 共同通信作者E-mail: jinhuazhang@njust.edu.cn