沉水植物對水體凈化效果的研究

文昌淑,李燕靈,郭 磊

（貴州水利水電職業技術學院,貴州 貴陽 551416）

1 引言

城市湖庫受到許多條件的限制,面積較小,水環境較封閉,與自然水體有很大差別,自我凈化能力有限,受人類的活動影響大,比如污水滲漏、雨水徑流、農業污染的面源污染,造成水體水質下降,環境惡化。部分城市湖庫水中含有的污染殘留物就會隨著時間的推移在河道中不斷積累,造成水體水質變差,如富營養化等問題,嚴重影響了水體功能、水質安全和城市容貌,對人們的生活環境產生了極大影響。水生態修復技術是生態工程技術的一種,利用恢復生態學和水生生態學來對受損的水生態環境進行結構和功能的修復,促進水生態系統的完整性恢復。在眾多水體修復的技術中,水生植物修復是對污染水通過水生植物吸附、吸收、富集和降解水中營養物質從而實現水質凈化[1],維持水生生態系統的長期穩定,并具有美化環境作用,且具有成本低、管理方便等諸多的優點,本文研究狐尾藻、苦草、金魚藻和黑藻分別對COD、TP、NH3-N 和濁度去除率的影響。

2 植物和實驗方法

2.1 植物

本實驗選取狐尾藻、苦草、金魚藻和黑藻4 種沉水植物。

2.2 水樣

實驗所用水取受污染的水庫,各指標見表1。

表1 水樣主要水質特征

2.3 實驗儀器

pH 采用PHS-2 C 型pH 計測定；濁度采用WGZ-200 型濁度儀測定；分光光度計采用上海美譜達/UV-1800PC-DS2型紫外可見光分光光度,TN 使用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法測定,氨氮用納氏試劑分光光度法,TP 采用鉬酸銨分光光度法測定,COD 采用重鉻酸鹽法。

2.4 實驗方法

實驗在自然條件下進行,實驗水箱釆用64 cm×46 cm×40 cm 的透明塑料水箱,實驗用水采用水庫水,箱內均勻鋪設厚度約為8 cm 的底泥,以滿足根系生長需求。總計設置5個組,將沉水植物種入裝有100 L 水樣的水箱中,1～4 號水箱分別種植狐尾藻、苦草、金魚藻、黑藻,5 號水箱不種植任何植物作為空白對照組。實驗過程中每5 天取1 次水樣,進行水質檢測。

3 實驗結果與分析

3.1 沉水植物對COD 去除率的影響

通過實驗,得出不同沉水植物對COD 的去除率的影響,見圖1。

圖1 沉水植物對COD 去除影響

由圖1 可知：本實驗中4 種沉水植物對實驗廢水中COD去除率不是太高,各實驗組廢水中COD 的濃度隨著時間的增加,實驗所測COD 的去除率有一定增加,但變化不明顯。實驗過程中COD 去除率增加不多,黑藻、金魚藻和苦草對COD的去除率相差不大,狐尾藻對COD 去除率較低,但均高于對照組。在0～15 天實驗組對COD 去除率較低,15 天后實驗組的去除率遠高于對照組,25 天后COD 去除率變化不大。分析認為：由于沉水植物發達的根系系統可以作為微生物的載體,大量微生物和根系的共同作用加速了有機物的分解[2]。

從廢水中COD 的最終去除率可以看出,實驗結束時4 種沉水植物的COD 最終去除率各不相同,但均高于對照組。狐尾藻、苦草、金魚藻和黑藻在30 天時對COD 的去除率分別達到了 18.36%、 27.03%、27.52%、28.49%,去除率的排序為：黑藻＞金魚藻＞苦草＞狐尾藻＞對照組。可以看出,在相同條件下,COD 去除率去除效果較好的3 種沉水植物分別是黑藻、金魚藻和苦草。

3.2 沉水植物對TP 去除率的影響

通過實驗,得出不同沉水植物對TP 的去除率的影響,見圖2。

圖2 沉水植物對TP 去除影響

由圖2可知：實驗中4 種沉水植物對實驗廢水中TP 去除率均較高,在0～10 天內表現出了較高的去除率,在10 天之后各實驗對TP 去除率增加較慢,到30 天時達到最高水平。在整個實驗期各實驗組去除率均高于對照組。分析認為：沉水植物葉片、根莖全在水下,能大量吸收其生長所需的磷,同時發達的根系產生好氧區,能對磷的釋放起到抑制作用,促進磷的吸收[3]。

從廢水中TP 的最終去除率可以看出,實驗結束時4種沉水植物的TP 最終去除率各不相同,但均達到較高水平。狐尾藻、苦草、金魚藻和黑藻對TP 的去除率分別達到了82.30%、 79.21%、73.62%、86.80%,對照組去除率為54.19%。各組對TP 的去除率排序為：黑藻＞狐尾藻＞苦草＞金魚藻＞對照。綜上可以看出,在相同條件下,去除率較高的3 種沉水植物分別是黑藻、狐尾藻和苦草。

3.3 沉水植物對TN 去除率的影響

通過實驗,得出不同沉水植物對TN 的去除率的影響見圖3。

圖3 沉水植物對TN 去除影響

由圖3 可知：實驗組中4 種沉水植物對實驗廢水中TN都有較高的去除率,在整個實驗期總氮去除率均保持較高的去除率,到實驗結束達到最高水平。在整個實驗期各實驗組去除率均高于對照組。分析認為：沉水植物可以利用植物葉片及根系能大量吸收其生長所需的氮元素,根系產生的好氧區為硝化細菌提供的良好附著生存環境,增強了硝化細菌的硝化反應,兩方面同時促進了氮的去除[4-5],因而到實驗結束時,TN 的濃度仍呈較快速度下降。

實驗結束時,狐尾藻、苦草、金魚藻、黑藻4 組實驗組對TN 的去除率分別達到了66.85%、61.72%、72.55%、76.31%,對照組去除率為33.67%。各組對TN 的去除率排序為：黑藻＞金魚藻＞狐尾藻＞苦草＞對照。從廢水中TP 的最終去除率可以看出,實驗結束時（即30 d）4 種沉水植物的TN 最終去除率各不相同,但均達到較高水平。綜上可以看出,在相同條件下,去除率較高的3 種沉水植物分別是黑藻、金魚藻和狐尾藻。

3.4 沉水植物對氨氮去除率的影響

通過實驗,得出不同沉水植物對NH3-N 的去除率的影響見圖4。

圖4 沉水植物對NH3-N 去除影響

由圖4 可知：NH3-N 的去除率隨著時間的增加有較高的去除率。0～20 d,NH3-N 去除率升高較快,20 d 以后,去除率趨于穩定,4 組實驗對NH3-N 的去除率相差不大,但遠遠高于對照組。分析認為：沉水植物可以利用植物葉片及根系能大量吸收其生長所需的氨氮,根系產生的好氧區為硝化細菌提供的良好附著生存環境,增強了硝化細菌的硝化反應,促進了氨氮的去除,到后期,由于碳源含量下降,氨氮去除率增長較慢[6]。

實驗結束（30 d）時,狐尾藻、苦草、金魚藻、黑藻4 組實驗組對NH3-N 的去除率分別達到了60.43%、71.81%、64.26%、75.78%,對照組去除率為32.67%。各組對NH3-N 的去除率排序為：黑藻＞苦草＞金魚藻＞狐尾藻＞對照。綜上可以看出,在相同條件下,去除率較高的3 種沉水植物分別是黑藻、苦草和金魚藻。

3.5 沉水植物對濁度去除率的影響

通過實驗,得出不同沉水植物對濁度的去除率的影響見圖5。

圖5 沉水植物對濁度去除影響

由圖5 可知：濁度的去除率隨著時間的增加有較高的去除率。剛開始濁度去除率升高較快,5 d 以后,去除率幅度較小,4 組實驗對濁度的去除率相差不大,但遠遠高于對照組。分析認為：主要是因為沉水植物的根系系統對水中的懸浮物有較好的吸附和過濾作用。

實驗結束（30 d）時,狐尾藻、苦草、金魚藻、黑藻4組實驗組對濁度的去除率分別達到了82.37%、84.67%、86.26%、80.55%,對照組去除率為52.93%。各組對濁度的去除率排序為：金魚藻＞苦草＞狐尾藻＞黑藻＞對照。綜上可以看出,在相同條件下,去除率較高的3 種沉水植物分別是金魚藻、苦草和狐尾藻。

4 結論

通過將狐尾藻、苦草、金魚藻和黑藻對水樣種各項指標去除率進行對比,可以發現,黑藻和金魚藻對COD、TP、TN和NH3-N 的去除效果較好,金魚藻和苦草對濁度去除效果較好。沉水植物的葉片和根莖均淹沒在水中,可以直接利用水體中的氮、磷營養物質和底泥中的營養元素；沉水植物的通氣組織十分發達,可以提高水體溶氧濃度,還促進懸浮物的沉淀；另外沉水植物發達的根系可為微生物提供載體,形成生物膜,提高水體的凈化能力。