阮居專(zhuān)

[摘 要]于2017年6月1日至7月21日，以鳳眼蓮作為供試材料，進(jìn)行鳳眼蓮凈化農(nóng)村污水的實(shí)驗(yàn)，分析鳳眼蓮對(duì)農(nóng)村污水中營(yíng)養(yǎng)元素的去除效果。利用數(shù)形結(jié)合的方法，對(duì)鳳眼蓮凈化污水的效果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。研究結(jié)果表明，鳳眼蓮對(duì)農(nóng)村污水中各種營(yíng)養(yǎng)元素的去除率因溫度不同有一定差異，在適宜溫度下鳳眼蓮具有較強(qiáng)的凈化污水效果，對(duì)TN、TP、COD和氨氮的平均去除率分別為72.53%、84.55%、64.88%和58.87%。

[關(guān)鍵詞]鳳眼蓮；氮磷；凈化效果；農(nóng)村污水

[中圖分類(lèi)號(hào)]X714 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

現(xiàn)在城鎮(zhèn)污水的處理技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展已經(jīng)相當(dāng)成熟，污水處理大都能滿足相關(guān)的要求，但我國(guó)的整體水環(huán)境狀況仍然在不斷地惡化，究其原因我們不難發(fā)現(xiàn)農(nóng)村的污水處理仍然停留在起步階段，這是導(dǎo)致我國(guó)水環(huán)境變化的主要原因。鳳眼蓮又稱水葫蘆，其對(duì)污水有很強(qiáng)的凈化作用，近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于各類(lèi)水體修復(fù)工程中，查閱大量資料尚未發(fā)現(xiàn)其在農(nóng)村污水處理中的應(yīng)用，因此本研究旨在探索鳳眼蓮對(duì)農(nóng)村生活污水凈化效果。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試的鳳眼蓮采購(gòu)于沭陽(yáng)縣新河鎮(zhèn)顏顏花卉園藝場(chǎng)。于2017年5月26日開(kāi)始，在室外大池清潔水體中培養(yǎng)一周之后，供實(shí)驗(yàn)使用。實(shí)驗(yàn)選取生長(zhǎng)狀況良好，形態(tài)、尺寸基本一致的植株用于實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)前，用蒸餾水清洗植株根系，濾紙吸干水分，稱重之后移入供試污水中。

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置采用亞克力板制成，共分為三層，該裝置由磁力泵供水，水位自動(dòng)檢測(cè)儀控制其啟閉以保持水位穩(wěn)定。磁力泵機(jī)械能由固定于最下層的太陽(yáng)能電池板及小型蓄電池轉(zhuǎn)化而來(lái)。上層和中間層側(cè)面各有一個(gè)橡膠管出口，三層之間以虹吸作用進(jìn)行水利聯(lián)系。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)于2017年6月1日至7月21日，在合肥工業(yè)大學(xué)宣城校區(qū)開(kāi)展。實(shí)驗(yàn)設(shè)三個(gè)實(shí)驗(yàn)組和一個(gè)對(duì)照組。由裝置上層開(kāi)始，依次為第一組、第二組和第三組，實(shí)驗(yàn)裝置放置于鏡亭湖東側(cè)排水口，在實(shí)驗(yàn)裝置的每層合理密植經(jīng)過(guò)前處理的鳳眼蓮。經(jīng)鳳眼蓮處理的三組與不經(jīng)處理的對(duì)照組形成對(duì)照。每隔4天采集一次水樣，測(cè)定TN、TP、COD、氨氮濃度，并計(jì)算各營(yíng)養(yǎng)組分的去除率。通過(guò)處理11次的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，來(lái)對(duì)鳳眼蓮農(nóng)村污水的凈化效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.4 水樣的采集與分析

從2017年6月1日開(kāi)始，每5d取水樣500mL，采得的水樣經(jīng)濾膜過(guò)濾后，裝在聚乙烯塑料瓶中，在4℃下保存，并盡快在校水質(zhì)分析實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行水樣分析，測(cè)定其TN、TP、COD和氨氮含量。采樣時(shí)間都在9：00～10：00之間，避免實(shí)驗(yàn)誤差。

1.5 測(cè)定方法

采集水樣中主要污染物的分析方法：TN——堿性過(guò)硫酸鉀消解，紫外分光光度法；TP——過(guò)硫酸鉀消解，鉬銻抗分光光度法；COD——重鉻酸鉀氧化法；氨氮——絮凝沉淀法預(yù)處理，納氏試劑分光光度法。具體測(cè)定方法及步驟參照《水和廢水檢測(cè)分析方法》。

1.6 數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Excel 2010 軟件，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。

2 結(jié)果與分析

實(shí)驗(yàn)期間供試水體的平均水質(zhì)指標(biāo)及其變化見(jiàn)表1

2.1 鳳眼蓮對(duì)TN去除效果

鳳眼蓮對(duì)TN具有較強(qiáng)的吸收能力，經(jīng)鳳眼蓮處理的污水中的TN含量顯著低于對(duì)照組。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)TN含量均為2.56mg/L，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后對(duì)照組、第一組、第二組和第三組的TN含量分別為1.88mg/L、0.84mg/L、0.68mg/L和0.59mg/L，去除率分別為26.56%、67.19%、73.44%以及76.95%。鳳眼蓮對(duì)水體中總氮的去除率波動(dòng)變化，實(shí)驗(yàn)前15天，經(jīng)植物處理的水中TN含量減少很快，15-30天總氮含量變化平緩，30天后TN含量開(kāi)始平穩(wěn)減少。

2.2 鳳眼蓮對(duì)TP去除效果

種植鳳眼蓮的污水中的TP含量都大幅度減小，并與對(duì)照組有著顯著差異。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)周期中，對(duì)照組與第一組、第二組、第三組的TP含量分別削減了0.02mg/L、0.64mg/L、0.7mg/L和0.74mg/L。實(shí)驗(yàn)的前15天，三個(gè)實(shí)驗(yàn)組TP含量分別削減了0.17mg/L、0.29mg/L和0.31mg/L，對(duì)比三個(gè)實(shí)驗(yàn)組，我們不難發(fā)現(xiàn)第三組污水中TP含量減少最快。在15-30天的時(shí)候，無(wú)論是對(duì)照組還是實(shí)驗(yàn)組，TP含量減少不明顯，總量維持在一個(gè)較高的水平。30天之后，復(fù)合人工浮島下的鳳眼蓮對(duì)TP的去除率又有了較為明顯的提升。

2.3 鳳眼蓮對(duì)COD去除效果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示鳳眼蓮對(duì)COD具有較強(qiáng)的去除效果，經(jīng)鳳眼蓮處理的污水中的COD含量較對(duì)照組有較為明顯的減少。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)COD含量均為7.45mg/L，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后對(duì)照組、第一組、第二組和第三組的COD含量分別為6.8mg/L、2.88mg/L、2.62mg/L和2.35mg/L，去除率分別為8.72%、61.34%、64.83%以及68.46%。鳳眼蓮對(duì)水體中COD的去除率并不穩(wěn)定，具有較大的波動(dòng)性。實(shí)驗(yàn)前15天，經(jīng)植物處理的水中的COD含量減少很快，15天后COD的去除率有小范圍的下降，但整體仍具有較為高效的降解率。

2.4 鳳眼蓮對(duì)氨氮去除效果

鳳眼蓮對(duì)氨氮的去除率與對(duì)照組相比，并沒(méi)有之前三個(gè)指標(biāo)那樣有特別顯著的差異，但整體的氨氮平均去除率也達(dá)到了58.87%，比對(duì)照組非鳳眼蓮凈化下39.61%的去除率高出19.26%。其中第一組、第二組和第三組對(duì)氨氮的去除率分別達(dá)到了46.1%、59.09%和71.43%，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也已達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，表明鳳眼蓮對(duì)氨氮也具有較高效的去除率。

3 討論

研究本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到第20-30天時(shí)，鳳眼蓮對(duì)TN、TP、COD和氨氮的相對(duì)去除率都有明顯的下降，通過(guò)查閱該時(shí)間段內(nèi)宣城的天氣狀況，我們發(fā)現(xiàn)該時(shí)間段內(nèi)天氣處于持續(xù)高溫的狀態(tài)，以至于水溫一直維持在30℃及以上。鳳眼蓮對(duì)污水中主要營(yíng)養(yǎng)元素的去除受溫度影響較大。溫度的作用機(jī)理可能有如下幾個(gè)方面原因：一是在不同溫度下鳳眼蓮生長(zhǎng)速度有所不同，植物吸收是污水中主要營(yíng)養(yǎng)元素去除的主要方式之一，溫度適宜時(shí)植物生長(zhǎng)旺盛，生物量大，對(duì)污水中營(yíng)養(yǎng)元素的吸收也最多；二是在不同溫度下鳳眼蓮根系中附著的微生物活性存在差異，不同硝化細(xì)菌有著不同最適溫度，在這一溫度微生物活性高，生物脫氮效果好；三是鳳眼蓮根系中的硝化細(xì)菌主要依靠根系的泌氧作用進(jìn)行硝化脫氮，距離根系距離的遠(yuǎn)近不同進(jìn)而形成了好氧-缺氧-厭氧的微環(huán)境，當(dāng)裝置系統(tǒng)溫度過(guò)高時(shí)，植物根系泌氧能力下降，根系區(qū)微環(huán)境被破壞，污水中營(yíng)養(yǎng)元素去除率下降。一般情況下，鳳眼蓮生長(zhǎng)隨溫度升高而升高，鳳眼蓮生長(zhǎng)越旺盛，對(duì)氮、磷的累積量越大，進(jìn)而去除的氮、磷量就越大。但是，當(dāng)溫度過(guò)高，鳳眼蓮的生長(zhǎng)受到抑制，其氮磷的積累量反而下降。

本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，用鳳眼蓮處理污水時(shí)，前期TN和TP含量快速減小，這是由于實(shí)驗(yàn)前期環(huán)境溫度適中，水體養(yǎng)分富裕，鳳眼蓮生長(zhǎng)較快，因此該階段對(duì)氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素的吸收較快；隨著污水修復(fù)時(shí)間的延長(zhǎng)，水體養(yǎng)分含量較低，植物生長(zhǎng)受到限制，造成植物對(duì)總氮和總磷含量的去除變緩，但在后期的實(shí)驗(yàn)中也驗(yàn)證了即使在含較低營(yíng)養(yǎng)元素的污水中，鳳眼蓮也具有很好的去除效率。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)與無(wú)鳳眼蓮的對(duì)照組比較，鳳眼蓮對(duì)農(nóng)村污水中的營(yíng)養(yǎng)元素具有很好的凈化效果，對(duì)TN、TP、COD和氨氮的平均去除率分別為72.53%、84.55%、64.88%和58.87%。

治理農(nóng)村污水需要做到“一高三低”，即出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)高；低建設(shè)成本、低運(yùn)行能耗、低管理技術(shù)要求。而本裝置占地面積小，鳳眼蓮對(duì)污水處理效率高，滿足農(nóng)村污水處理相關(guān)設(shè)想與要求，因此具有良好的應(yīng)用前景。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 張景雯，田如男.四種植物對(duì)模擬的城市景觀污水的凈化效果[J].濕地科學(xué)，2018（01）.

[2] 劉鳳梅.溫度對(duì)鳳眼蓮浮島凈化效果影響的研究[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2013（03）.

[3] 王濤，周曉琴，蘇翔等.人工浮島在水體原位修復(fù)中的應(yīng)用[J].重慶工商大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012（06）.

[4] 劉士力，胡廷尖，王雨辰.等.水葫蘆對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體改良效果的試驗(yàn)[J].安徽農(nóng)學(xué)通報(bào)（下半月刊），2010（22）.

[5] 張志勇，鄭建初，劉海琴.等.鳳眼蓮對(duì)不同程度富營(yíng)養(yǎng)化水體氮磷的去除貢獻(xiàn)研究[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2010（01）.

[6] 楊清海，李秀艷，趙丹.等.植物-水生動(dòng)物-填料生態(tài)反應(yīng)器構(gòu)建和作用機(jī)理[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2008（06）.

[7] 袁東海，高士祥，任全進(jìn).等.幾種挺水植物凈化生活污水總氮和總磷效果的研究[J].水土保持學(xué)報(bào)，2004（04）.

[8] 嚴(yán)國(guó)安，任南，李益健.環(huán)境因素對(duì)鳳眼蓮生長(zhǎng)及凈化作用的影響[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，1994（01）.

[9] 中國(guó)國(guó)家環(huán)?？偩炙蛷U水監(jiān)測(cè)分析方法（第4版）[M].北京：環(huán)境科學(xué)出版社，2002.