張 晶

(華北有色工程勘察院有限公司，河北 石家莊 050021)

0 引言

當(dāng)前，城市黑臭水體治理是城市生態(tài)環(huán)境修復(fù)的一項(xiàng)重要工作。河道底泥是黑臭水體重要的污染物來(lái)源，經(jīng)過長(zhǎng)期的沉積與吸附作用，底泥中賦存了大量重金屬污染物、營(yíng)養(yǎng)元素污染、難降解的有機(jī)物等[1]。當(dāng)有機(jī)污染物含量過高時(shí)，好氧微生物活動(dòng)劇烈，大量消耗水體中的氧氣，造成水體缺氧，有機(jī)物在缺氧狀態(tài)下不完全降解而產(chǎn)生氨氮、硫化物、揮發(fā)性有機(jī)酸等致臭物質(zhì)；鐵、錳金屬元素與硫作用產(chǎn)生的化合物被腐殖酸和富里酸吸附絡(luò)合形成致黑化學(xué)物質(zhì)[2,3]。底泥與水體時(shí)刻發(fā)生物質(zhì)交換，源源不斷地向水體釋放污染物質(zhì)，對(duì)水體環(huán)境造成長(zhǎng)期破壞。因此，要從根本上治理黑臭水體，必須開展對(duì)受污染底泥的修復(fù)治理工作。

前人在底泥的修復(fù)治理領(lǐng)域進(jìn)行了有益的探索和實(shí)踐，目前運(yùn)用成熟的修復(fù)技術(shù)有：疏浚技術(shù)、原位覆蓋掩蔽技術(shù)、氧化還原技術(shù)、生物修復(fù)技術(shù)、聯(lián)合修復(fù)技術(shù)等[4]，其中運(yùn)用最廣泛的是疏浚技術(shù)，該技術(shù)具有操作簡(jiǎn)單、治理成效快的優(yōu)點(diǎn)，但由于我國(guó)河道底泥存量巨大、污染物成分復(fù)雜、運(yùn)輸處理成本高等原因，難以推廣使用[5-9]。

將疏浚底泥固化后用作種植綠化植物的培養(yǎng)基質(zhì)，不僅能突破底泥的處置難題，還能挖掘底泥的資源化利用價(jià)值，是一個(gè)前景廣闊的發(fā)展方向[10-12]。本次通過對(duì)固化底泥開展植生性實(shí)驗(yàn)，觀測(cè)植物的生長(zhǎng)狀況和培養(yǎng)基質(zhì)中總氮(TN)、總磷(TP)、鐵元素(Fe)、錳元素(Mn)、硫化物等污染成分的含量變化來(lái)研究植物生長(zhǎng)代謝過程對(duì)污染成分的降解作用。從而對(duì)底泥的資源化開發(fā)利用展開實(shí)驗(yàn)性探索。

1 實(shí)驗(yàn)材料與過程

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

市售優(yōu)質(zhì)綠化植物種子：本次實(shí)驗(yàn)在植物品種的選擇方面，主要遵循經(jīng)濟(jì)實(shí)用原則，選擇市場(chǎng)上常見的易成活、易管理的綠化植物品種，共選取20種植物種子，分別是千屈菜、狐尾藻、苦草、早熟禾、諸葛菜、白車軸草、紅三葉、狗牙根、常青藤、龍須草、高羊茅、紫穗槐、黃花、油松、香根草、金盞花、金雞菊、荷花、再力花、苜蓿。

培養(yǎng)基質(zhì)：采用固化后的河道底泥作為培養(yǎng)基質(zhì)進(jìn)行植生實(shí)驗(yàn)。底泥取自河北省邢臺(tái)市牛尾河后西吳斷面，由于疏浚底泥具有含水率高、塑性差的缺陷，給修復(fù)治理工作和資源化再利用帶來(lái)了極大難題，本次實(shí)驗(yàn)采用無(wú)毒無(wú)害固化劑對(duì)疏浚底泥進(jìn)行固化/穩(wěn)定化處理。取固化后的底泥做成分檢測(cè)分析，檢測(cè)目標(biāo)成分是總氮、總磷、鐵元素、錳元素、硫化物，檢測(cè)結(jié)果見表1。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)樣品中錳元素和硫化物含量較低，考慮實(shí)驗(yàn)方法的適用性，對(duì)其暫不做研究。因此，本次實(shí)驗(yàn)主要研究培養(yǎng)基質(zhì)中總氮、總磷、鐵元素含量的變化情況。

表1 培養(yǎng)基質(zhì)中目標(biāo)成分的檢測(cè)結(jié)果

培養(yǎng)箱：本次實(shí)驗(yàn)所用培養(yǎng)箱采用木質(zhì)復(fù)合板與鐵絲網(wǎng)裝釘而成，共20個(gè)。培養(yǎng)箱規(guī)格：長(zhǎng)100 cm，寬100 cm，高40 cm，由兩塊垂直正交的木板平均分為四個(gè)區(qū)域，裝置底部用鐵絲網(wǎng)封閉，其具有經(jīng)濟(jì)、美觀、運(yùn)輸方便、透水性好、透氣性好的特點(diǎn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)過程

運(yùn)用疏浚技術(shù)從河北省邢臺(tái)市牛尾河后西吳斷面處取適量河道底泥，對(duì)底泥進(jìn)行固化處理。

將固化后的河道底泥鋪放于20個(gè)培養(yǎng)箱內(nèi)，鋪放厚度為30 cm，并對(duì)培養(yǎng)箱逐一編號(hào)。

將選取的20種綠化植物種子分別播種于1號(hào)～20號(hào)培養(yǎng)箱內(nèi)并做好播種記錄。每組培養(yǎng)箱分為四個(gè)獨(dú)立單元格，作為同種植物的4個(gè)重復(fù)對(duì)照樣。

2017年4月14日進(jìn)行播種，至5月初，諸葛菜、油松、荷花三個(gè)實(shí)驗(yàn)組均未見發(fā)芽，對(duì)其進(jìn)行復(fù)播，仍未見發(fā)芽。其他實(shí)驗(yàn)組植物發(fā)芽率極高，均達(dá)到80%以上。

植物的生長(zhǎng)期選取為2017年4月15日～2017年11月15日，共7個(gè)月。期間根據(jù)天氣變化和植物的生長(zhǎng)需求進(jìn)行通風(fēng)和澆水處理，每天上午9點(diǎn)記錄植物的生長(zhǎng)狀態(tài)。

生長(zhǎng)期滿，多數(shù)植物長(zhǎng)勢(shì)良好，僅少數(shù)植物出現(xiàn)稀疏、黃葉、死亡現(xiàn)象。選取植物長(zhǎng)勢(shì)良好的實(shí)驗(yàn)組，對(duì)培養(yǎng)基質(zhì)進(jìn)行取樣檢測(cè)分析。選取的實(shí)驗(yàn)組為：紅三葉、常青藤、紫穗槐、香根草、金盞花、金雞菊、千屈菜、再力花、龍須草、白車軸草，共10組，選取植物在實(shí)驗(yàn)過程中的長(zhǎng)勢(shì)見圖1。按照NY/T 1121.1—2006土壤檢測(cè)第1部分：土壤樣品的采集、處理和貯存的要求進(jìn)行樣品采取，檢測(cè)指標(biāo)為：TN，TP，鐵元素。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

將篩選出來(lái)的10組培養(yǎng)基質(zhì)中污染成分含量的檢測(cè)數(shù)據(jù)與背景值進(jìn)行比較、計(jì)算，見表2。為直觀分析，將植物生長(zhǎng)對(duì)TN、TP和鐵元素的降解率數(shù)據(jù)繪制成柱形圖進(jìn)行對(duì)比，見圖2～圖4。

表2 培養(yǎng)基質(zhì)中目標(biāo)成分含量檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)及與背景值對(duì)照計(jì)算

對(duì)表2中數(shù)據(jù)分析可知，植物生長(zhǎng)代謝可對(duì)培養(yǎng)基質(zhì)中TN，TP和鐵元素三種污染成分進(jìn)行不同程度的吸收降解，且降解效果良好。其中對(duì)TN的降解效果最為顯著，平均削減量為2.80 g/kg，平均降解率達(dá)66.40%；對(duì)TP的平均削減量為1.49 g/kg，平均降解率為56.95%；對(duì)鐵元素的平均削減量為4.43 g/kg，平均降解率為31.88%。

由表2和圖2綜合分析可知，篩選出的10種植物對(duì)培養(yǎng)基質(zhì)中TN的降解效果十分突出，降解率均超過了50%，其中降解效果最好的植物品種是再力花，削減量達(dá)3.24 g/kg，降解率達(dá)76.78%；其余依次是紫穗槐，削減量為3.17 g/kg，降解率為75.12%；紅三葉，削減量為3.02 g/kg，降解率為71.56%；香根草，削減量為2.92 g/kg，降解率達(dá)69.19%；白車軸草，削減量為2.84 g/kg，降解率為67.30%；常青藤，削減量為2.83 g/kg，降解率為67.06%；金盞花，削減量為2.80 g/kg，降解率為66.35%；金雞菊，削減量為2.67 g/kg，降解率為63.27%；千屈菜，削減量為2.33 g/kg，降解率為55.21%；龍須草，削減量為2.20 g/kg，降解率為52.13%。

由表2和圖3綜合分析可知，篩選出的10種植物對(duì)培養(yǎng)基質(zhì)中TP的降解效果較好，其中降解效果最突出的植物品種是再力花，削減量達(dá)1.99 g/kg，降解率達(dá)76.11%；其余依次是龍須草，削減量為1.67 g/kg，降解率為63.78%；紅三葉，削減量為1.65 g/kg，降解率為62.86%；金盞花，削減量為1.52 g/kg，降解率為58.02%；常青藤，削減量為1.51 g/kg，降解率為57.63%；千屈菜，削減量為1.44 g/kg，降解率為54.96%；白車軸草，削減量為1.33 g/kg，降解率為50.76%；紫穗槐、金雞菊，削減量為1.30 g/kg，降解率為49.62%；香根草，削減量為1.21 g/kg，降解率為46.18%。

由表2和圖4綜合分析可知，篩選出的10種植物對(duì)培養(yǎng)基質(zhì)中鐵元素的降解率整體偏低，其中千屈菜、再力花、龍須草的降解效果較好，其余皆低于平均水平。按降解效果依次為：千屈菜，削減量為5.41 g/kg，降解率為38.92%；再力花，削減量為5.36 g/kg，降解率為38.56%；龍須草，削減量為5.20 g/kg，降解率為37.41%；常青藤，削減量為4.55 g/kg，降解率達(dá)32.73%；金盞花，削減量為4.52 g/kg，降解率為32.52%；香根草，削減量為4.27 g/kg，降解率為30.72%；紅三葉，削減量為4.21 g/kg，降解率為30.29%；金雞菊，削減量為3.90 g/kg，降解率為28.06%；紫穗槐，削減量為3.70 g/kg，降解率為26.62%；白車軸草，削減量為3.20g/kg，降解率為23.02%。

3 結(jié)語(yǔ)

本次實(shí)驗(yàn)選用的20種植物中有3種不適宜在受污染的河道底泥中生長(zhǎng)，分別為諸葛菜、油松、荷花；有7種植物雖然成活，但表現(xiàn)為黃葉、稀疏，長(zhǎng)勢(shì)較差，分別為：狐尾藻、苦草、早熟禾、狗牙根、高羊茅、黃花、苜蓿；有10種植物生長(zhǎng)狀態(tài)良好，分別是：紅三葉、常青藤、紫穗槐、香根草、金盞花、金雞菊、千屈菜、再力花、龍須草、白車軸草。

實(shí)驗(yàn)表明，10種長(zhǎng)勢(shì)良好的植物在生長(zhǎng)過程中對(duì)固化底泥中的總磷、總氮、鐵元素三種污染成分均有較好的吸收降解作用，對(duì)TN的降解效果最為顯著，平均降解率達(dá)66.40%，對(duì)TP的平均降解率達(dá)56.95%，對(duì)鐵元素的平均降解率為31.88%。

生物修復(fù)技術(shù)具有綠色環(huán)保、費(fèi)用低廉、修復(fù)效果顯著等優(yōu)勢(shì)，被越來(lái)越廣泛地運(yùn)用。將固化后的底泥用作綠化植物的培養(yǎng)基質(zhì)，既可以解決疏浚底泥的去向難題，又可以開發(fā)疏浚底泥的資源化利用潛力。在當(dāng)今重點(diǎn)推進(jìn)綠色發(fā)展、著力解決環(huán)境問題的形勢(shì)下，該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)成果可為黑臭水體的修復(fù)治理工作提供有力的參考佐證。