狐尾藻對富營養(yǎng)化水體的治理效果分析

李先瑞，楊國建，洪波，宋佳瑞，閻起明

（天津華北地質勘查局核工業(yè)二四七大隊，天津 301800）

隨著國內經濟的發(fā)展和城市化進程的加快，工業(yè)企業(yè)用水量和居民生活用水量急劇增加，工業(yè)廢水和生活污水排放量也持續(xù)增加，而污水處理系統(tǒng)尚未完善，導致河湖地表水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象不斷出現(xiàn)，河湖地表水體生態(tài)系統(tǒng)受到嚴重破壞。《2020 中國生態(tài)環(huán)境狀況公報》顯示，全國仍有0.6%的地表水體為劣Ⅴ類，29%的湖泊處于不同程度的富營養(yǎng)化狀態(tài)。農村富營養(yǎng)化水體、黑臭水體排查與治理也提上日程，城市富營養(yǎng)化湖泊、黑臭河道及農村黑臭水體亟待整治[1-2]。生物法是治理水體污染的有效生態(tài)方法，近年來，人們積極利用水生植物狐尾藻凈化富營養(yǎng)化水體[3]。本文首先開展模擬試驗，然后以天津市某富營養(yǎng)化地表水體為研究對象，分析狐尾藻對富營養(yǎng)化地表水體的治理效果。

1 模擬試驗

水體富營養(yǎng)化是指水體中氮、磷等無機營養(yǎng)物質過剩的現(xiàn)象，氮、磷是導致湖泊、水庫、海灣等緩流水體富營養(yǎng)化的主要原因[4]。當前，要積極探索富營養(yǎng)化水體治理方法，去除水體中的總氮（TN）、總磷（TP）、氨氮（NH4+-N）等營養(yǎng)物質。下面開展模擬試驗，以富營養(yǎng)化地表水樣作為治理對象，將狐尾藻投入規(guī)格9 m（長）×2 m（寬）×0.8 m（高）的試驗水池內，對總磷、總氮超標的地表水樣進行治理，初步確定治理效果。其間通過采樣監(jiān)測和日常管護，研究影響治理效果的因素。

1.1 試驗水質

試驗水樣存在嚴重富營養(yǎng)化，屬劣Ⅴ類地表水，通過水質檢測可知，水樣的主要超標項目為總氮、總磷，如表1 所示。主要監(jiān)測項目有總氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）、氨氮和pH。

表1 模擬試驗水質

1.2 監(jiān)測項目與方法

水質監(jiān)測項目有總氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)與氨氮。總氮測定選用《水質 總氮的測定 堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法》（HJ 636—2012），總磷測定選用《水質 總磷的測定 鉬酸銨分光光度法》（GB 11893—1989），高錳酸鹽指數(shù)測定選用《水質 高錳酸鹽指數(shù)的測定》（GB 11892—1989），氨氮測定選用《水質 氨氮的測定 連續(xù)流動-水楊酸分光光度法》（HJ 665—2013）。

1.3 模擬試驗效果評價

1.3.1 狐尾藻生長情況

為了初步查明水溫、氣溫等對狐尾藻生長的影響，每日對當日氣溫、水溫進行觀測和記錄，統(tǒng)計周平均氣溫和水溫，對氣溫、水溫與狐尾藻生長分枝情況進行分析，并觀察狐尾藻生長與水中總氮含量的關系，如圖1 所示。

圖1 狐尾藻生長與氣溫、水溫的關系

從圖1 可知，1～2 周氣溫和水溫較低，致使狐尾藻生長緩慢；3～5周氣溫有所波動，水溫逐漸升高，并且保持在10 ℃以上，狐尾藻生長速度加快；6～8周水溫維持在13～15 ℃，氣溫維持在16～23 ℃，相對穩(wěn)定，比較適合植物生長，狐尾藻生長速度最快；9～10 周水溫和氣溫持續(xù)上升，適宜狐尾藻生長，但是水中總氮等營養(yǎng)物質含量下降，導致狐尾藻生長緩慢。當總氮等營養(yǎng)物質含量大于1.5 mg/L時，其去除效果明顯，但低于1 mg/L時，其去除速度緩慢，植株甚至出現(xiàn)發(fā)黃枯萎現(xiàn)象。因此，狐尾藻生長與水溫、氣溫及營養(yǎng)物質含量有關。水溫保持10 ℃以上，氣溫保持16 ℃以上，水中總氮含量大于1.5 mg/L時，狐尾藻生長迅速，污水治理效果較好。

1.3.2 污水治理效果評價

試驗組水樣中，總氮去除效果最好，去除速度最快。日常水質監(jiān)測結果如圖2 所示。累計治理15 d，水質達到Ⅳ類地表水要求，總氮去除率達到72.7%，去除速度較快；累計治理45 d，水質達到Ⅲ類地表水要求，總氮去除率達到77.8%，其間因總氮含量較低，去除速度明顯下降；累計治理60 d，總氮去除率達到86.1%，相對于對照組，去除率顯著提高，后期水中總氮含量低于1 mg/L時，植株出現(xiàn)發(fā)黃枯萎現(xiàn)象。研究表明，狐尾藻對富營養(yǎng)化水樣中的總氮具有較好的去除效果，不僅去除率高，而且去除速度較快。

圖2 總磷、總氮與氨氮含量隨時間的變化

狐尾藻對試驗組水樣中總磷具有較好的去除效果，經過45 d 治理，水質達到Ⅳ類地表水要求，相對于對照組，去除率提高52.6%，主要依賴于植物的吸收作用，但是其治理效果明顯低于總氮。試驗組水樣中氨氮并不超標，但是在狐尾藻的治理下也出現(xiàn)明顯下降，相比對照組，去除率提高48.3%，水中氨氮去除與氨氮的自然揮發(fā)和硝化作用有關，狐尾藻的吸收也貢獻很大。模擬試驗初步查明，狐尾藻對流速緩慢的地表水體中總磷、總氮具有較好的治理效果，對氨氮也有一定去除效果，富營養(yǎng)化水平低的水體通過單一的狐尾藻治理，可以達到Ⅳ類地表水要求。

2 狐尾藻在河道治理中的應用

2021年，經“控源截污+清淤疏浚”治理后，天津市某納污河道環(huán)境得到明顯改善，但是靠近污染源的河段水體和底泥仍存在輕微黑臭現(xiàn)象。采用狐尾藻浮床對水質和底泥進行凈化，使水體變清、底泥顏色變淺，使臭水溝變成景觀河，進一步研究狐尾藻對富營養(yǎng)化水體的治理效果。

該納污河道水面寬約為6 m，水深為0.8～1.0 m，生活污水及化糞池廢水無序排放，造成河道100 m 范圍內黑臭嚴重。2018年，通過修建污水管道，實現(xiàn)控源截污，通過底泥疏浚，河道環(huán)境得到明顯改善。但是，該河流水動力不足，水循環(huán)不暢，加之底泥清理不徹底，水體和底泥仍存在輕微黑臭現(xiàn)象，采樣發(fā)現(xiàn)，總磷、總氮與氨氮存在超標現(xiàn)象，如表2 所示。模擬試驗表明，狐尾藻對總磷、總氮與氨氮具有較好的治理效果。在河流兩側設置狐尾藻浮床進行治理，其占河面面積的15%。通過水質采樣和底泥采樣，持續(xù)監(jiān)測治理效果。

表2 治理前水質和底泥的基本特征

通過4 個月的治理，水體變清，底泥顏色變淺，河道內水生植物有序恢復生長。通過采樣監(jiān)測，水質得到明顯提升。狐尾藻治理4 個月后，總磷去除率為67.9%，總氮去除率為88.7%，氨氮去除率為80.7%，如圖3 所示。

圖3 地表水中總磷、總氮與氨氮含量變化

治理期間，因河道水深較小，狐尾藻根系能夠直達底泥中，對底泥中的總磷、總氮、氨氮等營養(yǎng)物質具有較好的吸附作用。對底泥進行采樣監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)底泥中氨氮下降68.82%、總氮下降22.09%、總磷下降31.43%，如圖4 所示。同時，底泥具有較多營養(yǎng)物質，水體的總氮含量低于1 mg/L，植物依然生長旺盛，未出現(xiàn)發(fā)黃枯萎現(xiàn)象。底泥中，在營養(yǎng)富集地段，狐尾藻長勢明顯較好。

圖4 底泥中總磷、總氮與氨氮含量變化

3 結論

模擬試驗和河道治理實踐表明，狐尾藻對水流緩慢的富營養(yǎng)化水體具有很好的治理效果，尤其是總磷、總氮、氨氮超標的水體。在水深較小的河段，狐尾藻對底泥中的總磷、總氮、氨氮具有較好的吸附作用，同時富氮底泥對狐尾藻的快速繁殖起到很大促進作用，利于狐尾藻吸附水體中的總磷、總氮等營養(yǎng)物質。“控源截污+清淤疏浚+生態(tài)治理”是非常有效的黑臭水體綜合治理方法，狐尾藻生態(tài)治理可以有序恢復河湖生態(tài)系統(tǒng)，提高水體自凈能力。