浮床植物系統對富營養化水體的凈化效果

周真明,陳燦瑜,葉青,趙志領

(華僑大學土木工程學院,福建泉州362021)

浮床植物系統對富營養化水體的凈化效果

周真明,陳燦瑜,葉青,趙志領

(華僑大學土木工程學院,福建泉州362021)

通過靜態試驗,研究空心菜、美人蕉、吊蘭3種浮床植物系統對富營養化水體凈化效果.結果表明,在水溫為27～32℃,生長21 d條件下,空心菜和美人蕉生長良好,生物量大,而吊蘭生長較差,生物量增加少.空心菜、美人蕉和吊蘭對化學耗氧量(CODMn)的平均去除率分別為13.2%,11.7%和6.9%;對總磷的平均去除率分別為57.7%,66.4%和30.6%;對PO3-4-P的平均去除率分別為69.1%,82.0%和42.1%;對NH+4-N的平均去除率分別為50.0%,42.8%和21.9%;對藻類的平均抑制率分別為55.1%,42.5%和13.6%.

富營養化;浮床植物系統;凈化效果;靜態試驗

水體富營養化是指在人類活動的影響下,生物所需的氮、磷等營養物質大量進入湖泊、河口、海灣等緩流水體,引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖,水體溶解氧量下降,水質惡化,魚類及其他生物大量死亡的現象.利用浮床植物系統修復富營養化水體方面的工作已開展很多年,也取得了一定的效果[1-5].浮床植物系統修復富營養化的水域,具有投資少、風險小、不產生再次污染等優點,從而受到了人們的青睞.化感作用和化感物質的發現,為實現藻類的安全控制提供了一種新思路.水生植物產生的化感物質,可以抑制水體中有害藻類的生長[2,6-10].本文通過靜態試驗,從有機物、氮磷、藻類等3個方面,綜合考察3種(空心菜、美人蕉和吊蘭)浮床植物系統對富營養化水體的凈化效果.

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選用空心菜、美人蕉和吊蘭3種浮床植物,所有的植物來自土培苗,經除土洗凈后移植到試驗水體中.試驗水箱材料為塑料,使用前用原水浸泡數天.

原水水質的溫度為30℃,p H值為7.9,高錳酸鹽指數為12.86 mg·L-1,總磷(TP)為0.70 mg· L-1,PO3-4-P為0.12 mg·L-1,NH+4-N為1.20 mg·L-1,藻類密度為18.19×108個·L-1,葉綠素a為108.9μg·L-1.從這些水質指標來判斷,試驗原水屬于富營養化水體.

1.2 試驗設計

試驗裝置放置在四周無遮擋且帶有玻璃棚頂的棚屋內.試驗水箱采用65 L白色半透明塑料水桶,桶的直徑為43 cm,高度為50 cm.水箱中盛放試驗原水,水深40 cm,水樣體積約為60 L,每個水箱水面上放置一塊30 cm×30 cm,厚度為3 cm的可降解聚苯乙烯塑料泡沫板作為浮床.在浮床上以7.5 cm× 7.5 cm的間距開9個直徑為4 cm的定植孔,每個定植孔定植1～2棵植物,并用海綿輔助固定.

1.3 試驗方法

試驗于2008年6～7月間進行,試驗時間為21 d,試驗期間水溫為27～32℃,平均水溫為30℃,水溫適合植物和藻類生長,試驗原水為福建華僑大學廈門校區的人工河水.試驗共設4組水箱,第1組為空白對照組,只有浮床而無植物的水箱,第2～4組浮床上分別定植空心菜、美人蕉和吊蘭.

試驗期間每隔7 d取樣一次,測定水樣中的化學耗氧量(CODMn),總磷(TP),PO3-4-P和NH+4-N;每隔10 d取一次樣,測定水樣中藻類密度和葉綠素a,記錄植物各個時間段的生物量,并定期補充自來水以消除水分蒸發損失對試驗效果的影響.

1.4 測定方法

用酸性法[11]測定高錳酸鹽指數,即化學耗氧量(CODMn);用鉬銻抗分光光度法[11],測定TP和PO3-4-P質量濃度;采用納氏試劑光度法[11],測定NH+4-N質量濃度;采用魯哥氏液固定,目鏡視野法[12],測定藻類密度;以0.45μm醋酸纖維膜過濾,采用乙醇萃取光度法[12-13],測定葉綠素a質量濃度.

2 結果與分析

2.1 各單元系統的生物量變化

3種植物的生物量增長情況,如表1所示.表1中:Hav為平均株高,Lm為最長根長,Lav為平均葉片數,m為質量.由表1可知,在試驗前后,空心菜、美人蕉、吊蘭平均株高的相對增長率分別為90%, 100%,50%,而其最長根長的相對增長率分別為107%,67%,33%.其次,空心菜、美人蕉的長勢良好,生長速度快,生物量變化比較大;而吊蘭生長速度較慢,生物量變化較小.此外,空心菜根系最發達,美人蕉次之,吊蘭最差.

表1 各單元的植物試驗前后生物量的變化Tab.1 Changes of p lants in every unit befo re and after tested

2.2 各單元系統對有機物去除效果

3種浮床植物系統對CODMn去除效果,如表2所示.表2中:η1為對CODMn的去除率.由表2可以發現,3種浮床植物系統對CODMn平均去除率均值,大小依次為空心菜(13.2%),美人蕉(11.7%),吊蘭(6.9%).說明,空心菜、美人蕉浮床系統對有機物有一定的去除效果.其次,結合表1可知,隨著植物根系生物量的增加,浮床植物系統對有機物去除率逐漸提高.這是因為浮床植物系統對CODMn的去除,主要依靠植物的根系吸附及根系附著微生物降解作用[14].

表2 3種浮床植物系統對CODMn的去除效果Tab.2 Removal effects of CODMnunder three p lanted floats system

2.3 各單元系統對N和P的去除效果

3種浮床植物系統對NH+4-N去除效果,如表3所示.表3中:η2為NH+4-N的去除率.由表3可見,3種浮床植物系統對NH+4-N的平均去除率均值,大小依次為空心菜(50%),美人蕉(42.8%),吊蘭(21.9%).說明,空心菜、美人蕉浮床系統對NH+4-N有良好的去除效果.

3種浮床植物系統對總磷(TP)和PO3-4-P去除效果,如表4,5所示.表4,5中:η3,η4分別為TP和PO3-4-P的去除率.由表4,5可以發現,3種浮床植物系統對TP的平均去除率均值,大小依次為美人蕉(66.4%),空心菜(57.7%),吊蘭(30.6%);而它們對PO3-4-P的平均去除率均值,大小依次為美人蕉(82.0%),空心菜(69.1%),吊蘭(42.1%).其次,美人蕉浮床系統對磷的去除效果大于空心菜,美人蕉、空心菜浮床系統對TP平均去除率都在50%以上,對PO3-4-的平均去除率都在60%以上.

由表3～5還可見,空心菜浮床系統對N的去除效果大于美人蕉浮床系統,而美人蕉浮床系統對P的去除效果大于空心菜浮床系統.

表3 3種浮床植物系統對NH+4-N的去除效果Tab.3 Removal effects of NH+4-N under three p lanted floats system

表4 3種浮床植物系統對TP的去除效果Tab.4 Removal effects of TP under three planted floats system

表5 3種浮床植物系統對PO3-4-P的去除效果Tab.5 RemovaleffectsofPO3-4-Punderthreeplantedfloatssystem

2.4 各單元系統對藻類抑制效果

分別采用葉綠素a和藻類密度表征富營養化水體中藻類的質量濃度.3種浮床系統對藻類的抑制效果,如表6,7所示.表6,7中:η5,η6分別為對葉綠素a的抑制率和對藻類密度的抑制率.

表6 3種浮床植物系統對葉綠素a抑制效果Tab.6 Inhibitory effects of chlorophyll-a under three p lanted floats system

表7 3種植物系統對藻類密度抑制效果Tab.7 Inhibitory effects of algae density under three p lanted floats system

由表6,7可見,空心菜、美人蕉和吊蘭對葉綠素a的平均抑制率分別為60.1%,48.1%和13.8%;空心菜、美人蕉和吊蘭對藻類密度的平均抑制率分別為50.0%,36.8%和13.3%;空心菜、美人蕉和吊蘭對藻類的平均抑制率分別為55.1%,12.5%和13.6%.其次,空心菜浮床系統抑制藻類生長效果最好,美人蕉次之,吊蘭最差.不同浮床植物具有不同抑制藻類生長效果,主要是由于不同植物與藻類間化感作用的生物活性物質不同[15].

3 結束語

通過靜態試驗,從有機物、氮磷、藻類等3個方面,綜合考察空心菜、美人蕉和吊蘭3種浮床植物系統對富營養化水體的凈化效果.總的來說,空心菜、美人蕉浮床系統對富營養化水體有良好的凈化效果.研究結果不僅為后續的動態試驗研究遴選植物和提供去除污染物的途徑,也為浮床植物系統修復技術凈化富營養化水體實際應用提供理論依據.

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Study on the Purification Effects of Eutrophic Water
Body in Floating-Bed Plan t Systems

ZHOU Zhen-ming,CHEN Can-yu, YE Qing,ZHAO Zhi-ling
(College of Civil Engineering,Huaqiao University,Quanzhou 362021,China)

The purification effectof eutriohic water body in floating-bed system w ith Ipom oea aquatica,Canna generalis and Spider p lant were studied through static tests.Results show that Ipomoea aquatica and Canna generalis could grow well in the floating-bed p lant system under the conditions of water temperature 27～32℃and grow th 21 d,but Spider p lant could not grow well.The the average removal rate of CODMnby these three p lantswere 13.2%,11.7%and 6.9%, and that of TP,PO3-4-P,NH+4-N and algae were 57.7%,66.4%and 30.6%,69.1%,82.0%and 42.1%,50.0%, 42.8%and 21.9%,55.1%,42.5%and 13.6%respectively.Ipomoea aquatica and Canna generalis had good purification effectsof eutrophic water body in the floating-bed system.

eutrophication;floating-bed p lant system;purification effects;static test

X 171.4;Q 949.99

A

(責任編輯:錢筠 英文審校:方德平)

1000-5013(2010)05-0576-04

2009-02-12

周真明(1981-),男,講師,主要從事微污染水資源水質及富營養化水體控制技術的研究.E-mail:zhenming @hqu.edu.cn.

福建省自然科學基金資助項目(2008J0196);福建省青年人才科研基金資助項目(2007F301040091);華僑大學科研基金資助項目(07HZR05)