水生植物修復河道廢水的實驗研究

余三江

（安徽同速科技有限公司，合肥 230000）

隨著城市化和工業(yè)化的加速，大量污廢水排入河流，對自然河道水體產(chǎn)生了嚴重的污染[1-3]，我國中小城鎮(zhèn)的大部分污水未經(jīng)處理通過河道進入湖泊、河流等水體中，污水中的污染物超過了水體的環(huán)境容量引起水環(huán)境日益惡化，產(chǎn)生了嚴重的水體污染，甚至引起了水生生態(tài)系統(tǒng)功能的喪失。許多學者正在進行水生植物對污水凈化效果的研究，張鳳娥等[4-6]通過對水生植物對受污染水體中總氮（TN）、總磷（TP）去除效果研究，結果表明水生植物對河道廢水和生活污水均有一定的凈化能力，而且有植物處理的去除效果明顯高于無植物處理對照組，植物本身對氮磷去除貢獻值分別在7%～63%和12%～65%，其中不同植物凈化能力也有所差異。張文明[7]通過室內試驗的方法，對比考察了太湖水系土著水生物種黃花水龍凈化富營養(yǎng)化水體效果，得出水生植物對水體中TN、TP去除的貢獻率為17.5%和18.2%。童昌華[8]發(fā)現(xiàn)水生植物能有效抑制底泥中氮的釋放。黃亮等[9]通過研究得出受水生植物種類影響，不同水質指標在各單元的去除效率不同的結論。吳振斌等[10]通過現(xiàn)場實驗研究發(fā)現(xiàn)恢復以沉水植物為主的水生植物是改善富營養(yǎng)湖泊水質和重建生態(tài)系統(tǒng)的有效措施。

本實驗選擇某高校內河道流域的下游水域作為研究對象，分別設置曝氣、水生植物、曝氣加水生植物作為實驗對比條件，通過測定化學需氧量（COD）、總氮（TN）、總磷（TP）、pH等，討論在不同實驗條件下對河道廢水的處理效果。

1 實驗材料與方法

1.1 研究區(qū)域

某高校內河道東起教育園區(qū)安置區(qū)，流經(jīng)農(nóng)田、周圍居民區(qū)流入校內河道。校內河道總長約為760 m，河道平均寬度為6.5 m，水域總面積約為4 950 m2，豐水期主要在夏季，枯水期主要在秋冬季，且常年水位偏低，河底含有較多淤泥。由于補水不足，常年水位偏低約為0.5 m，枯水期水位最高不超過0.4 m，河底含有較多淤泥。水體流速緩慢，低壩附著許多落葉。該河道東西貫穿校園學習區(qū)，該河道的水最終向西匯入國家4A級風景區(qū)平天湖流域。本實驗篩選出具有良好吸附性能的水生植物和解決河道水體污染的最佳實驗條件。

1.2 實驗材料

本次實驗采用的水生植物為金魚藻，是金魚藻科金魚藻屬的植物，為多年生沉水草本；莖長40~150 cm，平滑，具分枝。花直徑約2 mm；雄蕊10~16，微密集；子房卵形，花柱鉆狀。花期6—7月，果期8—10月。

1.3 實驗內容

設計3組對照實驗：一組采用曝氣、一組加水生植物、一組加泵和水生植物；連續(xù)檢測5 d的進出水質（COD、TP、TN、pH），根據(jù)結果分析曝氣和水生植物等對河道水質的影響。

1.4 分析方法

按照《水和廢水監(jiān)測分析方法（第四版）》，TP采用鉬酸銨分光光度法；氨氮采用水楊酸分光光度法；COD采用重鉻酸鉀法；pH的測定采用玻璃電極法；DO的測定使用意大利HANNA公司生產(chǎn)的便攜式DO測定儀。

2 實驗結果分析與討論

2.1 對河道廢水中pH的實驗結果分析

實驗水樣采用某校內河道廢水，初始pH為7.20。實驗考察了單獨水生植物處理、單獨曝氣處理、水生植物加曝氣組處理對廢水中pH的變化趨勢影響，結果如圖1所示。

由圖1可以看出，經(jīng)過水生植物加曝氣的共同作用后廢水的pH有明顯變化，在第1天后，pH從7.20上升到了7.89，第2天上升到8.04，之后穩(wěn)定上升，第4天pH達到8.24，第5天基本沒有什么變化，pH基本維持在正常范圍內。

圖1 3種方法對pH變化趨勢的影響

實驗說明，曝氣和水生植物對河道污水的pH具有一定的影響，pH會有一定的波動，但是對污水治理的影響不太，基本均在正常范圍內。

2.2 河道廢水中COD的吸附效果討論

實驗水樣采用某校內河道廢水，初始COD質量濃度為27.65 mg/L。實驗考察了單獨水生植物處理、單獨曝氣處理、水生植物加曝氣組合處理的方式對廢水中COD的吸附效果，結果如圖2所示。

圖2 3種方法對COD的去除效果

由圖2可知，在第1天的時候采用水生植物加曝氣組合處理的方式對COD的降解速率是最快的，在第2天階段降解速率開始下降，在第3—4天，COD的質量濃度基本不發(fā)生太大變化。可見這3種方法對COD降解速率呈逐漸下降趨勢，并在第3天后吸附速度就基本為0，即3種方法在實驗第1—2天就對廢水中COD達到吸附飽和。從圖2中單個方法的降解趨勢線可以看出水生植物加曝氣共同作用對COD降解效果最好，在第1天后，COD從27.65mg/L降到了18.61mg/L，去除率達到32.69%；第2天后COD降到了14.42 mg/L，去除率為22.51%；第4天COD降到了11.13 mg/L，去除率下降到10.31%；第5天基本沒有什么變化。實驗表明，曝氣和水生植物對河道污水的COD具有顯著的影響能力，可以十分有效地降低河道污水的COD質量濃度，效果明顯優(yōu)于曝氣或者水生植物條件下單獨作用。

2.3 河道廢水中TN的吸附效果討論

實驗水樣采用某校內河道廢水，初始TN質量濃度為5.33 mg/L。實驗考察了單獨水生植物處理、單獨曝氣處理、水生植物加曝氣組合處理的方式對廢水中TN的吸附效果，結果如圖3所示。

由圖3可知，河道廢水在曝氣和水生植物共同作用下TN的去除效果最好，在第2天階段降解速率開始下降，在第3—4天，TN的質量濃度基本不發(fā)生太大變化。可見這3種方法對TN降解速率呈逐漸下降趨勢，即3種方法在實驗第1—2天就對廢水中TN達到吸附飽和。從圖3中單個方法的降解趨勢線可以看出曝氣加水生植物共同作用對TN降解效果最好，在第1天后，TN從5.33 mg/L降到了3.58 mg/L，去除率達到32.83%；第2天后，TN從3.58 mg/L降到了1.75 mg/L，去除率達到51.12%，而單獨曝氣和水生植物去除效率最高分別為19.51%、20.83%。實驗說明，曝氣和水生植物對河道污水的TN具有顯著的影響能力，可以十分有效地降低河道污水的TN質量濃度，效果明顯優(yōu)于曝氣或者水生植物條件下單獨作用。

圖3 3種方法對TN的去除效果

2.4 河道廢水中TP的吸附效果討論

實驗水樣采用某校內河道廢水，初始TP質量濃度為0.48 mg/L。實驗考察了單獨水生植物處理、單獨曝氣處理、水生植物加曝氣組合處理對廢水中TP的吸附效果，結果如圖4所示。

圖4 3種方法對TP的去除效果

由圖4可知，河道廢水在曝氣加水生植物共同作用下TP的去除效果最好，在第2天階段降解速率開始下降，在第3—4天，TP的質量濃度基本不發(fā)生太大變化。可見這3種方法對TP降解速率呈逐漸下降趨勢，即3種方法在實驗第1—2天就對廢水中TP達到吸附飽和。從圖中單個方法的降解趨勢線可以看出曝氣加上水生植物共同作用對TP降解效果最好，在第1天后，TP從0.48 mg/L降到了0.16 mg/L，去除率達到66.67%；第2天后，TP從0.16 mg/L降到了0.11 mg/L，去除率達到31.25%，而單獨曝氣和水生植物去除效率最高分別為62.50%、52.08%。實驗說明，曝氣和水生植物對河道污水的TP具有顯著的影響能力，可以十分有效地降低河道污水的TP質量濃度，效果明顯優(yōu)于曝氣或者水生植物條件下單獨作用。

3 結論

文章通過選擇某學院校內河道流域的下游水域作為研究對象，通過設置不同的實驗條件下，測定水中COD、TN、TP及pH 4項指標，分析討論在不同的實驗條件下對河道廢水的去除效果，能夠得出以下結論。

（1）單獨水生植物處理4 d后，COD從27.65 mg/L降到13.82 mg/L，去除率達到50.01%；TN從5.33 mg/L降到3.49 mg/L，去除率達到34.52%；TP從0.48 mg/L降到0.18 mg/L，去除率達到62.50%；pH從7.20到7.58。

（2）單獨曝氣處理4 d后，COD從27.65 mg/L降到11.90 mg/L，去除率達到56.96%；TN從5.33 mg/L降到2.83 mg/L，去除率達到46.90%；TP從0.48 mg/L降到0.15 mg/L，去除率達到68.75%；pH從7.20到8.08。

（3）水生植物加曝氣組合處理4 d后，COD從27.65 mg/L降到11.13 mg/L，去除率達到59.75%；TN從5.33 mg/L降到1.56 mg/L，去除率達到70.73%；TP從0.48 mg/L降到0.091 mg/L，去除率達到81.04%；pH從7.20到8.24。

（4）通過實驗可以看出，水生植物及曝氣對河道污水具有明顯的凈化效果，能夠有效地改善河道污水的pH，有效凈化河道污水中的TN、TP及降低COD，曝氣對于河道污水的凈化效果明顯好于水生植物，而水生植物加曝氣組合處理的方式能夠使凈化效果達到最佳。