生態浮床水生植物總磷和氨氮去除效果研究

于鵬飛

(凌源市應急供水建設管理處，遼寧 朝陽 102500)

我國大部分地區水資源短缺問題已成為社會經濟發展的重要因素[1]，隨著全球氣候的變暖以及人類活動的加劇，使得淡水資源遭受到不同程度的污染，雖然我國各級政府對于水環境治理的日益重視和資金投入不斷加大，我國局部地區水污染狀況有所改善。尋求一種快速有效治理水環境的方法已成為近年來水體研究的熱點[2]。劉國強[3]等設計研究了以微生物、水生動植物為主體的生態浮床系統，該系統能夠明顯改善富營養化水源的水質；戴謹微[4]等人分別研究了以塑料球和稻草為基質的濕地槽式生態浮床對富營養化水質的凈化效果，稻草表面的微生物附著情況較為理想；李旭霞[5]等人研究了不同植物對河水水質的改善效果，美人蕉對COD和TP的去除效果最佳。本文基于相關水體凈化理論研究，以遼寧省凌源市大凌河為研究對象，通過對生態浮床的設計與水生植物的選擇，得到了較為合理的基質及水生植物配置，研究發現當600℃改性牡蠣殼∶蛭石∶木粉生物炭=1∶2∶1時，氨氮及總磷的去除效果分別為75.05%和78.68%；當水生植物選取美人蕉與狐尾藻的組合，并與基質B相配置時，對氨氮、總磷的去除率分別為80.06%及79.87%。為今后的水質研究提供數據支持。

1 實驗方法

1.1 生態浮床基質制備

1.2 培養實驗裝置的制備

實驗選取經濟效益好、凈化效果佳的香菇草、美人蕉、狐尾藻及金魚藻等水生植物作為實驗研究對象，分析其在光照實驗及水生植物篩選實驗中對水體總磷、氨氮的去除效果。設計300cm×50cm×60cm的玻璃鋼板箱，并用相同材質的玻璃鋼板隔成5個小的培養箱，每個培養箱上部挖4個直徑為15cm的孔洞，選取的聚乙烯種植盆高15cm，上部直徑20cm，下部直徑13cm。實驗用富營養化水體由自來水加氯化銨和磷酸二氫鉀配置，磷酸鹽濃度為5mg/L，氨氮濃度為30mg/L。

植物在種植前放入去離子水中培養7d，隨后放置到聚乙烯種植盆中進行靜態試驗，間隔一星期取樣，每個小培養箱種植4盆相同植物，盆中種植3株相同高度的植物，并以每個小的培養箱為實驗單元，監測其總磷、氨氮總去除率。

2 生態浮床基質及水生植物篩選

2.1 生態浮床基質對氨氮、總磷去除效果對比

對竹粉活性炭、牡蠣殼及污泥炭等基質原料進行吸附動力學、等溫吸附實驗后發現，600℃時蛭石與木粉生物炭對氨氮的吸附效果最好；牡蠣殼對磷酸鹽的去除效果最佳[9]。選取不同比例的蛭石、木粉生物炭與牡蠣殼，按比例進行配比得到各配方基質配比見表1。

表1 各配方基質配比表 單位：%

由表1中數據可知，將蛭石、600℃牡蠣殼及木粉生物炭按不同比例配制不同基質材料，置于錐形瓶中，分別加入不同濃度的氨氮、總磷混合液，在200r/min轉速下恒溫振蕩1h，采用納式試劑分光光度法和鉬銻抗分光廣度法測定溶液濃度，計算氨氮、總磷的去除率。

圖1 不同基質配比對不同濃度氨氮、總磷吸附效果

不同基質配比對不同濃度氨氮、總磷吸附效果如圖1所示。由圖1可知，當氨氮、總磷混合液濃度為2、10mg/L時，配比1、配比2對總磷的吸附效果較差，分別為30%和40%，但對氨氮的吸附效果較好，分別達到45%和50%；配比3、配比4對總磷的去除效果較好，分別達到60%和70%，但對氨氮的吸附效果較差，只有30%和40%；配比5、配比6、配比7和配比8對氨氮的吸附效果都較總磷要好，去除率都大于40%，而配比8的氨氮、總磷去除效果最佳，都大于70%。當氨氮、總磷混合液濃度為10、50mg/L時，各組處理效果與2、10mg/L相似，除去配比1、配比2、配比3對氨氮、總磷的去除效果各有側重外，其余各組的去除效果都大于20%，其中配比8的總去除率最佳，對氨氮、總磷的去除率分別為75.05%和78.68%。

圖2 不同配比對實際水體中氨氮、總磷去除效果

比較氨氮、總磷的去除效果發現，配比2、配比4、配比7和配比8的吸附效果較優于其他配比，利用該4種配比組合對實際水體進行吸附試驗得到如圖2所示不同配比對實際水體中氨氮、總磷去除效果圖。由圖2可知，配比1對實際水體的總磷去除效果較好，總去除率為55%，而氨氮的去除率僅為25%；配比5對實際水體的氨氮、總磷去除率相當，都接近55%；配比7、8對水體的總磷、氨氮去除率都較高，但配比8的去除效果更好，總磷、氨氮的去除率都大于75%。

2.2 浮床植物對總磷、氨氮去除效果對比

不同水生植物實驗周期內對總磷、氨氮的去除效果如圖3所示。隨著實驗周期的增長，水生植物對水體氨氮、總磷的去除效果呈直線上升趨勢。實驗開始的第一周，美人蕉與狐尾藻的總磷、氨氮去除率要大于其他植物，且隨著時間的增長，2種植物的上升趨勢明顯優于其他植物。

圖3 實驗周期內水生植物總磷、氨氮去除率

3 基質型生態浮床組合實驗

3.1 不同基質相同植物組合氨氮、總磷去除效果研究

為了研究不同基質、不同植物組合對氨氮、總磷去除效果的影響，在實驗周期內，分別選取美人蕉+水芹(組合一)、狐尾藻+水芹(組合二)以及美人蕉+狐尾藻(組合三)3種不同水生植物配置，研究分析在無基質條件、基質A(600℃改性牡蠣殼∶蛭石=1∶1)和基質B(600℃改性牡蠣殼∶蛭石∶木粉生物炭=1∶2∶1)條件下的水體凈化效果。

圖4 組合三在不同基質條件下氨氮、總磷去除效果

分別對3種組合在不同基質條件下的氨氮、總磷去除效果進行對比實驗，發現3種植物組合對水體的凈化效果都較為明顯，很大程度上提升了原有水質的質量。組合三在不同基質條件下氨氮、總磷的去除效果如圖4所示。由圖4可知，隨著實驗時間的增長，3種生態基質的去除率都有很大程度的提升，且基質B的去除效果更好，對總磷、氨氮的去除率都可達到80%左右。無基質條件下氨氮、總磷的去除效果最差，僅為30%，說明組合三在基質B條件下能夠明顯促進氨氮、總磷的吸收，達到水質提升的要求。

3.2 相同基質不同植物組合氨氮、總磷去除效果研究

對不同植物組合在相同基質下水體的凈化效果進行比較，發現組合三在基質B條件下對氨氮、總磷的去除效果要明顯優于其他2種組合，基質B條件下不同植物組合氨氮、總磷去除效果如圖5所示。由圖5可知，沒有水生植物的水體自凈化效果較差，且遠遠低于其他3種植物組合。隨著實驗周期的增長，3種組合的去除效果也隨之增大，其中組合三的去除效果最為明顯，對氨氮、總磷的去除率分別為80.06%及79.87%，說明組合三在基質B條件下的水體凈化效果最好，可以有效解決富營養化水體的總磷、氨氮等元素的超標問題。

4 結語

通過考察植物源(活性炭、竹粉生物炭)、礦物源(蛭石)、動物源(牡蠣殼、改性牡蠣殼)以及污泥炭等基質的水體凈化效果，配制不同的基質組合，結合狐尾藻、美人蕉等水生植物對氨氮、總磷的去除效果，利用實驗的方法完成了對大凌河水體的凈化效果研究，得到以下結論。

(1)選取600℃改性牡蠣殼、木粉生物炭、蛭石作為生態浮床基質，通過不同的處理方式，結合總磷去除效果與氨氮去除效果，得到了最佳的生態浮床基質調配比例，并通過實際污水處理實驗發現，基質A(600℃改性牡蠣殼∶蛭石=1∶1)與基質B(600℃改性牡蠣殼∶蛭石∶木粉生物炭=1∶2∶1)2組混合比例下的生態浮床基質對污水的凈化效果較好，其中組合B的去除效果更好，氨氮及總磷的去除率分別為75.05%和78.68%。

(2)配制了3種水生植物組合，對水體的氨氮、總磷去除效果進行了比較，并結合2種生態浮床基質，研究了不同植物組合與不同基質配比下的氨氮、總磷去除效果，發現水生植物選取美人蕉與狐尾藻的組合(組合三)，并與基質B相配置時，對氨氮、總磷的去除率分別為80.06%、79.87%。