人工浮島技術(shù)凈化廢水研究與實踐

許健+姜登嶺+王忠振+高雪+楊楓楠+王森

摘 要 本實驗以唐山市南湖生態(tài)水為主要研究對象進行各指標的測定，唐山市南湖生態(tài)水匯集了生活污水、雨水還有工業(yè)廢水，水的凈化過程中，水的凈化過程中還含有一定的污染物，包括易導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化的氮、磷等無機和有機養(yǎng)分，由于實驗室條件的限制。擬采用模擬人工浮島的方法利用水生植物對廢水的處理作用來研究水生植物對南湖生態(tài)水凈化處理效果。主要研究用分光光度計檢測檢測不同光線波長下的分光光度值，計算樣品的吸光值，從而間接測出水中N、P濃度。水生植物自身吸取一部分營養(yǎng)物質(zhì)同時為水生微生物的生存、降解和營養(yǎng)物提供了必要的物質(zhì)和好氧條件。因此水生植物可以降低水中N、P的濃度，從而達到廢水部分指標處理的效果。

關(guān)鍵詞 南湖生態(tài)水；富營養(yǎng)化；人工浮島；分光光度計

中圖分類號 X7 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）160-0126-03

隨著工業(yè)的發(fā)展以及人們生活廢水的排放，自然水體的富營養(yǎng)化及污染問題愈來愈嚴重，天然水體的污染不僅影響了人們的正常生活而且對城市的形象同樣造成嚴重的損害，所以天然水體的有效治理迫在眉睫，在唐山南湖生態(tài)公園改造是開灤煤礦塌陷區(qū)形成后開始的并使其成為更完善的生態(tài)園的建設(shè)與發(fā)展。特別是將要迎接2016園博會的舉行，所以本實驗采用南湖實地取水的方法，以南湖水作為已受富營養(yǎng)化影響的受污染水的研究對象。人工浮島[1]技術(shù)已在世界范圍內(nèi)進行了廣泛的研究，它的凈水原理是利用植物因自身生長需求對含N、P等元素進的營養(yǎng)物質(zhì)行吸收[2]以及根部微生物對污染物質(zhì)的降解從而達到凈水的作用，該技術(shù)在凈化水質(zhì)同時又能美化生態(tài)環(huán)境[3]，這為該技術(shù)的實際運行奠定了可行的基礎(chǔ)，因為不同水生植物對環(huán)境的適應(yīng)能力及對污染物的吸收能力的不同，所以選擇能更好適應(yīng)本地環(huán)境且有較好凈水作用的植物至關(guān)重要。本實驗經(jīng)過反復(fù)試驗研究最終選定水葫蘆、水芙蓉和千屈菜3種植物進行不同組合研究浮島對氮磷元素的去除能力以探索最好的最高效的浮島構(gòu)建植物。

1 材料和方法

1.1 植物

本實驗采用水葫蘆、水芙蓉和千屈菜3種植物作為實驗植株，所用植物均來自土培苗且再經(jīng)過3周水培保證各植株發(fā)育完善且根系發(fā)達后再用于實驗。

1.2 儀器與材料

16L方桶8個；浮島基質(zhì)由聚苯乙烯發(fā)泡沫板制成[4]，每個板上打孔4～6個；細鐵絲20m，剪刀，油性筆；紫外分光光度計；高溫消解鍋。

1.3 水樣

取自小南湖生態(tài)區(qū)，然后再配置并加入藥品四水硝酸鈣、硝酸鉀、硝酸銨，磷酸二氫鉀以達到水體富營養(yǎng)化的研究需求，配置完畢后水樣的N、P含量如表1。

1.4 試驗方法

首先構(gòu)建人工浮島，分別在16L水桶中注入2/3水，在事先打好孔的泡沫板上安置好各自植物確保每個浮島有6個植株以控制變量，然后把構(gòu)建好的浮島在學(xué)校花房保護起來免除外界的干擾，為保證實驗數(shù)據(jù)有更好的參照性設(shè)置空白水樣和無植物組作為對照浮島具體構(gòu)建情況如下表2，構(gòu)建浮島實景如圖1。定時采集水樣并對采取指標進行測量并分析得出結(jié)論。

水質(zhì)檢測方法：測總氮（TN）：堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法[5]；

測總磷（TP）：鉬酸銨分光光度法。

2 實驗結(jié)果與分析

2.1 TN的去除效果

測量并記錄初始TN的含量，今后每隔5天測試各浮島中水質(zhì)的TN濃度，繪制圖表并計算最后各個浮島的對TN的去除率，各浮島中TN含量隨測量時間的變化如圖2所示。

由圖2可知所有浮島中TN的含量均呈現(xiàn)由多變少的趨勢，在實驗開始前15天TN的變化率相對快一些，第10天以后TN的變化趨勢相對減緩，最后基本達到平衡，在無水植物的浮島中TN含量也呈下降的趨勢，這是由于水體中微生物的降解作用，但有植物的其他浮島與其相比最終TN含量能降至更低。另一方面從圖中可以看出第4組及由3種植物組成的浮島對TN的凈化能力更好，其他由2種植物組成的浮島對TN的消除能力基本相似。

計算各個浮島最終對TN的去除率并繪制圖3。

由圖3可知就去除率而言有浮島植物相比于無浮島植物的去除率有顯著提高，由水葫蘆，千屈菜，水芙蓉3種植物組成的人工浮島去除率最高，大概為85%，其他3組有兩種植物組合的浮島去除率相近大概在78%～80%，其中水葫蘆+千屈菜>水葫蘆+水芙蓉>水芙蓉+千屈菜。

2.2 TP的去除效果

測量并記錄初始TP的含量，今后每隔5天測試各浮島中水質(zhì)的TP濃度，繪制圖表并計算最后各個浮島的對TP的去除率，各浮島中TN含量隨測量時間的變化如圖4所示。

由圖4可知類似于圖2的結(jié)論所有浮島TP的含量均呈現(xiàn)由多變少的趨勢，在實驗開始前15天TP的變化率相對快一些，第10天以后TP的變化趨勢相對減緩，最后基本達到平衡，在無水植物的浮島中TP含量也呈下降的趨勢，這是由于水體中微生物的降解作用，但有植物的其他浮島與其相比最終TP含量能降至更低且最終TP的含量非常低大概為0.01～0.03。另一方面從圖中可以看出第4組也就是有三種植物組成的浮島對TP的凈化能力更好最終TP的含量大概為0.015，其他有兩種植物組成的浮島對TP的含量稍微高一些大概范圍為0.023～0.031.。

計算個各浮島最終對TP的去除率并繪制圖5。

由圖5可知就去除率而言有浮島植物相比于無浮島植物的去除率有顯著提高，由水葫蘆，千屈菜，水芙蓉3種植物組成的人工浮島去除率最高，大概為97%其他三組有兩種植物組合的浮島去除率相近大概在93%～95%，接近100%說明這4種浮島組合能夠?qū)P有較強的去除作用。其中水芙蓉+千屈菜>水葫蘆+水芙蓉>水葫蘆+千屈菜。此外常常稱磷為富營養(yǎng)化的限制因子[6]，所以該組合非常有效。

3 結(jié)論

1）人工浮島技術(shù)在前10天對自然水體中TN、TP的去除效果非常明顯且效率高，之后25天左右去除效果緩慢最終達到平衡。

2）3種植物組合形成的浮島對無論TN還是TP的去除能力最高，說明此3種植物組合構(gòu)成的浮島對南湖本地生態(tài)水有很好的去除效果，該研究結(jié)果在經(jīng)過一些研究后很有可能運用于實踐。

3）人工島對TP的去除效果更極顯著，當然對TN的去除能力也非常高。

參考文獻

[1]IPCC，氣候變化2007：綜合報告[R].2008：104.

[2]由文輝，劉淑緩.利用人工基質(zhì)無土栽培經(jīng)濟植物凈化富營養(yǎng)化水體的研究[J].北京大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，1999，35（4）：518-522.

[3]徐新華，王昕，姜虹，等.江浙滬地區(qū)廢物溫室氣體排放及減排措施[J].污染防治技術(shù)， 1996，9（3）：154-158.

[4]趙祥華，田軍.人工浮島技術(shù)在云南湖泊治理中的意義及技術(shù)研究[J].云南環(huán)境科學(xué)，2005，24（S1）：130-132.

[5]Cacoo G， Ferrari G， Saccomani M. Pattern of sulfate uptake furing elongation in maize： its correlation with productivity[J].Physiol. Plant.1980，48（3）：375-378.

[6]David L C. The role of phosphorus in the eutrophication of receiving water； a review[J]. J.Enviorn.Qual.，1998，27：261-266.