經濟植物浮床系統對富營養化水體凈化效果研究

楊大魁

(凌源市水務局，遼寧 朝陽 122500)

隨著我國現代化建設的逐步完善，城市河道承受著越來越大的壓力，可持續利用水資源已經成為我國面臨的最急需解決的問題[1]。植物浮床技術利用植物吸收污水中的營養元素、吸附懸浮顆粒，營造微生物分解的適應環境，降低了污水中的氮、磷、有機物等污染物的含量，從而起到了凈化水體的作用。本文選取5種經濟植物進行浮床試驗，研究不同植物對污水的凈化效果。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選取紫背天葵、生菜、茼蒿、水芹、紅甜菜等5種經濟植物作為試驗材料，所有植物采用室外育苗，當植株高為0～15cm時，選取根、莖、葉、芽完整的植株幼苗，洗凈后移植到室內進行水培。選取凌源、喀左、朝陽3個河段不同污染等級的水樣作為試驗水體。經過試驗得知，經濟植物對凌源河段的水質凈化效果最好。西臺子漫水橋水質為V類，具體水質指標見表1。

表1 凌源河段水質原始指標

1.2 試驗裝置

試驗裝置如圖1。浮床放置在長55cm、寬40cm、高30cm的塑料水箱上面，水箱中盛放河水，水樣體積為50L。浮床共有16個直徑為3cm的定植孔，每個定植孔種植一棵植物。

圖1 植物浮床裝置示意圖

1.3 試驗方法

1.4 測定公式

去除率=[(C0-Ci)/C0]×100%

(1)

式中，C0—初始濃度；Ci—第i天水體污染物濃度。

表2 經濟植物在污染水體中生長情況

凈化能力指標P=[(C0V0-CiVi)-(C0V0-CciVci)]/m0t=(CciVci-CiVi)/m0t

(2)

式中，C0—初始濃度；V0—初始體積；Ci—第i天水體污染物濃度；Vi—第i天水體體積；Cci—空白對照第i天濃度；Vci—空白對照第i天水體積；m0—植株初始鮮重；t—試驗時間。

鮮重相對增長率=[(W1-W0)/W0]×100%

(3)

式中，W0—初始鮮重；W1—試驗結束時鮮重。

株高相對增長率=[(W3-W2)/W2]×100%

(4)

式中，W2—初始株高；W3—試驗結束時株高。

根長相對增長率=[(W5-W4)/W4]×100%

(5)

式中，W4—初始根長；W5—試驗結束時根長。

2 植物浮床對富營養化水體的凈化效果

2.1 經濟植物在污染水體中生長情況分析

在試驗過程中可以發現，紫背天葵、生菜、茼蒿、水芹和紅甜菜這5種植物的長勢均很旺盛，葉片明顯增多，根系生長旺盛。其中，水芹根系數量和體積均最大，其次為生菜，其他三種植物根系較前兩者少。從表2可以看出，5種經濟植物在污染水體中各指標均有顯著增長且長勢良好，未出現植株死亡現象。植株鮮重方面，茼蒿鮮重增加最大(約為5.14g)，比初始重量增加3.6倍，其次為生菜、水芹；株高方面，增高幅度大小順序為茼蒿>生菜>紫背天葵>紅甜菜>水芹；根長方面，各植株間也存在顯著差異，水芹相對增長率最高，為274.73%，其次為生菜、茼蒿。綜合來看，變化最快的植株為茼蒿，其次為生菜、水芹，最慢的是紅甜菜、紫背天葵。以上說明，這5中經濟作物均能夠適應在污染水體中生長，具備了凈化污水的客觀條件。

2.2 經濟植物浮床對pH、DO、TN的影響

表3給出了經濟植物浮床系統對pH、DO的影響。從表3中可以看出，隨時間增加，5種經濟植物對pH、DO均有不同程度的影響。其中，5種經濟植物在浮床系統種植過程中，pH變化無規律且數據差異不明顯，基本在6.70～8.60之間浮動，這是由于植物生長過程中根系會釋放出H+、CO2以及有機酸，能夠抑制pH的升高[2- 3]。而空白對照在經過一周后pH升高至10.44，此結果與Kymbadde研究一致[4]。隨著時間增長，DO值呈現先升高后降低再上升的趨勢。從表3中可知，DO值從第7d至第28d會呈現極速上升趨勢，至第35d達到最大值，然后會迅速降低，至第49d會略有回升。DO變化的原因可能是植物需要一段時間適應在水環境生長，適應后地上部分光合作用產生的氧氣大量的運送至根部，使DO濃度變大。圖2給出了不同處理對污水中TN濃度的影響。圖3給出了不同處理對污水中TP濃度的影響。圖4給出了不同處理對污水中CODCr濃度的影響。

表3 經濟植物浮床系統對pH、DO的影響

圖2 不同處理對污水中TN濃度的影響

從圖2中可以看出，6個處理隨時間增長，TN變化趨勢基本相同，均呈現緩慢下降(0～7d)-迅速下降(7～28d)-平緩下降(28～42d)-平穩(42～49d)的趨勢。TN值呈現這種趨勢的原因主要是前期污水中有機顆粒產生沉降作用，當植株適應污水進入快速生長階段，植株根系周圍會形成好氧環境，促進微生物的硝化作用，使污水中TN濃度迅速下降。當植株進入緩慢生長階段，植株根系發生老化，吸氮能力下降，TN濃度下降緩慢。

圖3 不同處理對污水中TP濃度的影響

從圖3中可以看出，不同處理的TP濃度變化均隨時間不斷下降，前期下降迅速，后期下降緩慢，這與閻飛用銅錢草去除污水中TP效果一致[5]。至第49d時，紫背天葵、生菜、茼蒿、水芹、紅甜菜處理中TP含量均為最低值，分別為0.207mg/L、0.048mg/L、0.105mg/L、0.059mg/L、0.108mg/L。

圖4 不同處理對污水中CODCr濃度的影響

從圖4中可以看出，植物浮床系統能夠明顯降低污水中CODCr的濃度，且5種經濟植物對污水中CODCr的作用趨勢基本一致。0～14d污水中CODCr的濃度下降明顯，其中生菜、茼蒿、水芹、紅甜菜在0～7d下降迅速，而紫背天葵在7～14d下降迅速。49d后，對照組、紫背天葵、生菜、茼蒿、水芹、紅甜菜處理中CODCr含量均為最低值，分別為34.56mg/L、30.13mg/L、13.55mg/L、15.07mg/L、19.59mg/L。

2.3 經濟植物浮床系統對水中銨態氮的影響

圖5 不同植物對污水中的影響

3 結論