9种植物对模拟污水中氮、磷的净化能力比较研究

蒯圣龙，尹 程，张祥霖，郑 斌

（1.安徽水利水电职业技术学院 资源与环境工程系，安徽 合肥 231603；2.合肥师范学院 化学与化学工程学院，安徽 合肥 231000）

我国的河流及湖泊的水体富营养化进程受人类活动的影响而大大加速，水体的富营养化成为亟需解决的问题.目前对受污染水体进行控制和修复的方法主要有以生物处理法为代表的传统处理法和以人工湿地为代表的新兴生物修复法.传统的污水处理方法存在投资大、成本高、工艺复杂、易产生二次污染等缺点［1］.人工湿地作为生物修复的代表性工艺，具有建成时间短、投资低、净化效果好、美化景观等优点［2-4］.湿地植物是人工湿地系统重要构成部分，对污水的净化起到关键作用［5］，但不同的植物对污水中的氮磷去除的效果不同，因此在构建人工湿地前需要筛选出适合在污染水体中生长的植物.本试验选取安徽省内常见的9种植物为研究材料，通过在室内模拟多种浓度的污水中培养，研究其对氮磷的净化能力，从中筛选出净化效果好，且适应不同浓度污水的植物，为河流及湖泊氮磷污染的生物修复提供参考.

1 材料与方法

1.1 供试植物及试验水质

试验选用安徽省内常见的9种水生植物进行对比试验.供试植物见表1.

表1 供试植物

供试污水中的氮、磷元素浓度以目前合肥市南淝河水体中氮和磷的平均值为参考，以Hoagland营养液［6］为基础，配制高、中、低3种浓度值污水，浓度值见表2.

表2 污水氮磷浓度设置

1.2 水培试验设计

首先将采自野外的湿地植物在自来水中驯养2 d，然后取出用蒸馏水冲洗植物根系、晾干，选择植株完整、长势良好且处于相同生理期的植株作为供试植物.在10 L塑料桶中进行培养，每桶种养一种水生植物，各桶水生植物的生物量保持一致，植物根茎用打孔泡沫板固定.试验中每种植物设置低、中、高3种浓度的污水处理组，每种浓度设置3个重复，每种浓度设置一个无水生植物的空白对照处理组.试验期间通过添加蒸馏水来补充因植物蒸发、蒸腾和采样所耗的水分，保持桶中水位不变.

试验周期为15 d，分别于植物在污水的停留第0、5、10、15 d取水样测定，考察水样中氨氮、总氮、总磷指标的变化，从而了解各植物对污水的净化效果，初步筛选对氮、磷有较强去除能力的植物.

1.3 测定方法

采用纳氏试剂光度法测定氨氮含量；采用过硫酸钾氧化—紫外分光光度法和过硫酸钾消解—钼锑抗分光光度法分别测定总氮含量和总磷含量［7］.

1.4 数据分析

试验数据处理采用 Excel 2003及SPSS17进行处理分析，污水中污染物去除率其中c0为水体中污染物初始浓度，ci为植物在污水中停留第i天时污染物浓度.

2 结果与分析

人工湿地对氮、磷的去除机制主要包括蒸腾损失、基质固定、微生物硝化-反硝化作用、化学吸附、沉淀作用和植物吸收［8-10］.而本试验的培养过程中，没有基质，且本试验进行周期较短，仅有15 d，因此除植物吸收外，水体中N，P其他损失途径可不考虑.即水体中N，P的减少量反映植物吸收能力.

表3 不同浓度下氨氮的最终去除率

表4 不同浓度下总氮的最终去除率

2.1 氨氮的净化效果

从表3，4的数据中可以看出，植物处理模拟污水15 d后，水体中氮浓度下降程度明显高于空白对照组［10］.从表3中可以看出，植物对不同浓度模拟污水中氨氮的去除率不尽相同.其中低浓度下9种植物对模拟污水中氨氮的去除率在43.33%～80.83%之间，去除效果表现为空心菜、美人蕉、凤眼莲、空心莲子草、芦苇、菖蒲、千屈菜、水竹、水芹；中浓度下9种植物对模拟污水中氨氮的去除率在53.00%～85.64%之间，去除效果表现为空心菜、美人蕉、凤眼莲、空心莲子草、千屈菜、水竹、芦苇、菖蒲、水芹；高浓度下9种植物对模拟污水中氨氮的去除率在46.90%～66.70%之间，去除效果表现为美人蕉、空心菜、空心莲子草、千屈菜、凤眼莲、芦苇、水竹、菖蒲、水芹.植物在处理不同浓度污水5 d，10 d，15 d后，水体中氨氮浓度变化情况见图1、图2和图3.

图1 低浓度下氨氮浓度变化

图2 中浓度下氨氮浓度变化

图3 高浓度下氨氮浓度变化

2.2 总氮的净化效果

从表4中可以看出，植物对不同浓度模拟污水中氮元素的去除效果也不尽相同，其中低浓度下9种植物对模拟污水中总氮的去除率在31.67%～56.55%之间，去除效果表现为空心菜、美人蕉、凤眼莲、芦苇、菖蒲、空心莲子草、千屈菜、水竹、水芹；中浓度下9种植物对模拟污水中氨氮的去除率在32.98%～63.08%之间，去除效果表现为空心菜、美人蕉、凤眼莲、空心莲子草、芦苇、千屈菜、菖蒲、水竹、水芹；高浓度下9种植物对模拟污水中总氮的去除率在27.64%～50.48%之间，去除效果表现为美人蕉、空心菜、凤眼莲、空心莲子草、千屈菜、芦苇、菖蒲、水竹、水芹.植物在处理不同浓度污水5 d，10 d，15 d后，水体中总氮浓度变化情况见图4、图5和图6.

图4 低浓度下总氮浓度变化

图5 中浓度下总氮浓度变化

图6 高浓度下总氮浓度变化

表5 不同浓度下总磷的最终去除率

2.3 植物对污水中总磷的净化效果

从表5中可以看出，植物加入15 d后，水体中磷浓度下降程度明显高于空白对照组，且植物对不同浓度模拟污水的净化效果存在差异，其中低浓度下9种植物对模拟污水中总磷的去除率在47.36%～85.83%之间，去除效果表现为空心菜、美人蕉、凤眼莲、空心莲子草、水芹、芦苇、水竹、菖蒲、千屈菜；中浓度下9种植物对模拟污水中总磷的去除率在73.33%～89.68%之间，去除效果表现为美人蕉、空心菜、空心莲子草、水芹、水竹、芦苇、凤眼莲、千屈菜、菖蒲；高浓度下9种植物对模拟污水中总磷的去除率在68.49%～79.78%之间，去除效果表现为空心菜、美人蕉、凤眼莲、空心莲子草、水芹、芦苇、水竹、菖蒲、千屈菜.植物在处理不同浓度污水5 d，10 d，15 d后，水体中总磷浓度变化情况见图7、图8和图9.

图7 低浓度下总磷浓度变化

图8 中浓度下总磷浓度变化

图9 高浓度下总磷浓度变化

3 结论

本试验所选的9 种植物对模拟污水都有不同程度的净化作用，9 种植物在15 d 时，氨氮去除率在43.33%～85.64%之间，总氮去除率在31.67%～63.08%之间，总磷去除率在47.36%～89.68%之间，且相同浓度污水环境中氮、磷元素的去除率随植物在污水中的停留时间延长而增加.

每种植物对不同浓度模拟污水中氨氮、总氮及总磷的去除率存在差异，表现为：植物在中浓度污水环境中对氮磷元素的去除率均高于其在低浓度和高浓度中的去除率，这可能是由于低浓度模拟污水的氮、磷含量较低，不利于植物自身的新陈代谢，导致其直接吸收及间接作用的降低，从而影响其去除率；而高浓度模拟污水中氮、磷含量过高，一方面可能是植物吸收能力有限，由于处理时间较短，导致去除率较低，另一方面也可能是由于氮磷浓度过高对植物造成了胁迫，从而影响植物对污水的净化效率.

通过数据对比，空心菜和美人蕉2种植物对3种浓度的模拟污水的氮磷去除率均在9种植物中最高.这表明这2种植物相对于其他几种植物净化效果最优，且具有更强的适应性，而空心菜是生活中常见的食用蔬菜，美人蕉在花卉市场也有一定的经济价值.因此空心菜和美人蕉是较为理想的污水净化植物.

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