生态浮岛复合技术净化黑臭河道废水的实验研究*

蔡鲁祥 吴文磊 高 一 金仕淇 谢国建 沙昊雷#

(1.宁波大红鹰学院艺术与传媒学院，浙江 宁波 315175；2.浙江万里学院生物与环境学院，浙江 宁波 315100；3.杭州市萧山区人民政府南阳街道办事处，浙江 杭州 311227)

生态浮岛复合技术净化黑臭河道废水的实验研究*

蔡鲁祥1吴文磊2高 一2金仕淇2谢国建3沙昊雷2#

(1.宁波大红鹰学院艺术与传媒学院，浙江 宁波 315175；2.浙江万里学院生物与环境学院，浙江 宁波 315100；3.杭州市萧山区人民政府南阳街道办事处，浙江 杭州 311227)

以宁波市前塘河水作为实验水体，采用不同水生植物及组合、生态浮岛复合技术净化水中污染物。经过14 d的水培实验发现，沉水植物COD去除能力高于浮水植物和挺水植物；水生植物组合对COD的去除率相对较低，但去除率仍不低于79.9%。水生植物组合对氨氮的去除效果好于单一种类植物。沉水植物去除总磷的效果好于浮水植物与挺水植物，不同水生植物及组合的总磷去除率均大于44.0%。生态浮岛复合技术对废水中污染物的去除能力较强，实验10 d时COD、氨氮、总磷去除率分别为97.1%、100.0%、73.8%。由此可见，水生植物和微生物的协同净化作用使生态浮岛复合技术对污染物的降解效果非常显著。

生态浮岛 微生物 水生植物 水污染处理

随着城市化、工业化进程的不断加快，城市河道生态系统承受的压力越来越大，黑臭河道废水污染问题日益突出，对此国内外学者做了许多研究。常见的黑臭河道废水治理技术主要有物理法、化学法、生物法和生态修复法等[1-2]，但物理法和化学法在应用上存在运行费用高，治标不治本，易引发二次污染等问题。近年来，黑臭河道废水的生态修复技术已经成为河流治理领域研究和应用的热点。部分学者针对我国重点治理的湖泊，如滇池、太湖等进行了深入研究，对水体生态系统的治理进行了有益的探索[3]，重点研究了受损河岸的生态治理措施，并从植物移植栽培[4-7]、河岸边坡[8-9]、生物/生态修复技术[10-13]等角度进行了实验研究，为水体生态修复进行了理论探索。

本研究结合水生植物与微生物复合处理技术中的优点，采用不同水生植物及组合、生态浮岛复合技术净化黑臭河道废水中的污染物，对比不同处理方式对污染物的去除效果，为黑臭河道废水治理技术的应用提供一定的借鉴。

表1 各装置实验材料种类及数量

表2 前塘河初始水样的水质指标

1 材料与方法

1.1 实验装置

1#装置为空白装置；2#装置内为沉水植物；3#装置内为浮水植物；4#装置内为挺水植物；5#装置内为沉水植物、浮水植物、挺水植物；6#装置内为浮水植物、挺水植物；7#装置内为浮水植物、挺水植物、微生物，其中挺水植物用白色泡沫塑料穿孔固定，微生物为2 L城市污水处理厂二沉池浓缩污泥。实验水培装置全部采用塑料箱，长40 cm，宽28 cm，高30 cm，总容积约33 L，实验废水体积为22 L，本实验为前塘河取样后的静态实验，并非持续进出废水的动态实验，因此能在较短的时间内获得较佳的去除效果。各装置内的实验材料种类及数量见表1。

1.2 实验方法

水质指标分析参考文献[14]中的方法。COD采用重铬酸钾法测定，氨氮采用水杨酸分光光度法测定，总磷采用钼酸铵分光光度法测定，温度与pH使用便携式pH测定仪(德国WTW公司)测定，DO使用便携式DO测定仪(意大利HANNA公司)测定。

实验开始后，每天取1次水样，测定水样中COD、氨氮、总磷浓度，分析废水中污染物的去除效果。

1.3 实验水样来源及水质

实验水样来源于宁波市前塘河，取样点位置见图1，初始水样的水质指标如表2所示。

2 结果与讨论

2.1 不同水生植物及组合对COD的去除效果

废水总体积为22 L，曝气量控制在0.3 L/min，初始pH为6.85，初始DO质量浓度为3.38 mg/L，初始温度为17.8 ℃，将洗净后的植物水培于1#～6#装置中，实验共进行14 d，不同水生植物及组合对废水中COD的去除率随时间变化见图2，最终去除情况见表3。

图1 前塘河取样点位置Fig.1 The sampling site of Qiantang River

图2 不同水生植物及组合对COD的去除率随时间变化Fig.2 Variation of removal efficiency of COD with time after treated by different aquatic plants and combinations of aquatic plants

由图2和表3可知，14 d时，1#空白装置对COD的去除率为9.0%，不同水生植物及组合对废水中COD的去除率从高到低依次为2#、4#、3#、6#、5#装置，COD质量浓度分别为32、34、39、40、55 mg/L。2#装置COD去除率最高的原因可能为：沉水植物的根、茎、叶全部在水中，在阳光和DO充足的条件下，能更好地去除水体中的COD。5#、6#装置对COD的去除率降低，是组合植物间不同植物相互干扰、竞争的结果。

表3 不同水生植物及组合对废水中COD的去除情况

表4 不同水生植物及组合对废水中氨氮去除情况

分析水样的COD质量浓度，2#、3#、4#、6#装置中的COD质量浓度达到了《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中Ⅴ类水质标准(≤40 mg/L)，5#装置中COD质量浓度未达到Ⅴ类水质标准。

2.2 不同水生植物及组合对氨氮的去除效果

不同水生植物及组合对废水中氨氮的去除率随时间变化见图3，最终去除情况见表4。由图3和表4可知，14 d时，1#空白装置对氨氮的去除率约为8.7%，不同水生植物及组合对废水中氨氮的去除率从高到低依次为6#、5#、2#、3#、4#装置，氨氮的质量浓度分别为1.20、1.35、1.36、2.25、2.26 mg/L。由此可见，铜钱草与富贵竹对氨氮的去除效果不明显，组合植物对氨氮去除效果好于单一植物。分析水样的氨氮质量浓度，2#、5#、6#装置中的氨氮质量浓度达到了GB 3838—2002中的Ⅳ类水质标准(≤1.5 mg/L)；而3#、4#装置中的氨氮质量浓度未达到Ⅴ类水质标准(≤2.0 mg/L)。

图3 不同水生植物及组合对氨氮的去除率随时间变化Fig.3 Variation of removal efficiency of ammonia nitrogen with time after treated by different aquatic plants and combinations of aquatic plants

2.3 不同水生植物及组合对总磷的去除效果

不同水生植物及组合对废水中总磷的去除率随时间变化见图4，最终去除情况见表5。由图4和表5可知，14 d时，1#空白装置对总磷的去除率约为9.2%，不同水生植物及组合对废水中总磷的去除率从高到低依次为2#、3#、6#、5#、4#装置，总磷的质量浓度分别为0.30、0.38、0.39、0.41、0.47 mg/L。由此可见，沉水植物对总磷的去除率明显好于浮水植物与挺水植物，可能是由于沉水植物根、茎、叶全部在水中，加快了对总磷的吸收速度，而挺水植物富贵竹对总磷吸收能力较差，且会干扰和抑制金鱼藻与铜钱草对总磷的吸收效果。2#装置处理后的总磷质量浓度达到了GB 3838—2002中的Ⅳ类水质标准(≤0.3 mg/L)，而3#、6#装置处理后的总磷质量浓度达到了Ⅴ类水质标准(≤0.4 mg/L)；4#、5#装置处理后的总磷浓度较高，为劣Ⅴ类水质。

图4 不同水生植物及组合对总磷的去除率随时间变化Fig.4 Variation of removal efficiency of TP with time after treated by different aquatic plants and combinations of aquatic plants

2.4 水生植物修复技术与生态浮岛复合技术净化废水的效果对比

设计了水生植物修复技术(5#、6#装置)与生态浮岛复合技术(7#装置)的对比实验。实验条件同2.1节，对比实验共进行10 d。5#、6#、7#装置对废水中COD的去除率随时间变化见图5。由图5可知，10 d时，5#、6#、7#装置的COD去除率分别为80.2%、86.1%和97.1%。10 d时，5#、6#、7#装置中COD的质量浓度分别为54、38、8 mg/L，7#装置的COD去除率最高，主要是由于水生植物和微生物的协同净化作用使得COD降解速度加快。7#装置中的COD质量浓度达到了GB 3838—2002中的Ⅰ类水质标准(≤15 mg/L)，6#装置中的COD质量浓度达到Ⅴ类水质标准，而5#装置中的COD质量浓度未达到Ⅴ类水质标准。

表5 不同水生植物及组合对废水中总磷的去除情况

图5 水生植物修复技术与生态浮岛复合技术对COD的去除率随时间变化Fig.5 Variation of removal efficiency of COD with time after treated by aquatic plant restoration technology and ecological floating island compound technology

5#、6#、7#装置对废水中氨氮的去除率随时间变化见图6。由图6可知，10 d时，5#、6#、7#装置中的氨氮去除率分别为81.3%、82.5%和100.0%。10 d时，5#、6#、7#装置中氨氮的质量浓度分别为1.18、1.10、0 mg/L，且7#装置中的氨氮质量浓度在6 d时就已经接近0 mg/L，7#装置对氨氮的去除效果好于5#、6#装置，这主要是由于微生物新陈代谢导致脱氮效果显著。7#装置中的氨氮最终质量浓度达到了Ⅰ类水质标准(≤0.15 mg/L)，5#和6#装置中的氨氮质量浓度达到Ⅳ类水质标准。

5#、6#、7#装置对废水中总磷的去除率随时间变化见图7。由图7可知，10 d时，5#、6#、7#装置中的总磷去除率分别为51.2%、54.8%和73.8%。10 d 时，上述装置中总磷的质量浓度分别为0.41、0.38、0.22 mg/L，7#装置的总磷去除效果最好，这是由于微生物的除磷效果和植物的吸磷效果的耦合效应发挥了作用。7#装置中的总磷质量浓度达到了Ⅳ类水质标准，6#装置中的总磷质量浓度达到Ⅴ类水质标准，而5#装置中的总磷质量浓度未达到Ⅴ类水质标准。

图6 水生植物修复技术与生态浮岛复合技术对氨氮的去除率随时间变化Fig.6 Variation of removal efficiency of ammonia nitrogen with time after treated by aquatic plant restoration technology and ecological floating island compound technology

图7 水生植物修复技术与生态浮岛复合技术对总磷的去除率随时间变化Fig.7 Variation of removal efficiency of TP with time after treated by aquatic plant restoration technology and ecological floating island compound technology

3 结 论

(1) 实验条件下，沉水植物的COD去除能力高于浮水植物和挺水植物。水生植物组合对COD的去除速率较低，是不同植物直接相互干扰、竞争的结果，但其对COD的去除率仍不低于79.9%。针对氨氮的去除，水生植物组合比单一种类植物效果好，且去除率均大于64.0%。

(2) 沉水植物对总磷的去除效果好于浮水植物与挺水植物，这是由于沉水植物根、茎、叶全部在水中，加快了对总磷的吸收速度。挺水植物富贵竹对总磷吸收能力较差，且会干扰和抑制金鱼藻与铜钱草对总磷的吸收效果。不同水生植物及组合对总磷的去除率均大于44.0%。

(3) 水生植物修复技术与生态浮岛复合技术净化废水的对比实验中可以看出，采用生态浮岛复合技术后，废水中COD、氨氮和总磷的去除率较高，主要是由于水生植物和微生物的协同净化作用，使其对污染物的降解效果非常显著。实验10 d时生态浮岛复合技术的COD、氨氮、总磷去除率分别为97.1%、100.0%和73.8%。

(4) 实验条件下，生态浮岛复合技术净化黑臭河道废水的效果显著，净化后的废水基本能达到GB 3838—2002中Ⅳ类以上水质标准。

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Experimentalstudyonpurifyingmalodorousriverbycompoundtechnologyofecologicalfloatingisland

CAILuxiang1,WUWenlei2,GAOYi2,JINShiqi2,XIEGuojian3,SHAHaolei2.

(1.CollegeofArtsandMedia，NingboDahongyingUniversity,NingboZhejiang315175;2.CollegeofBiological&EnvironmentalSciences,ZhejiangWanliUniversity,NingboZhejiang315100;3.NanyangStreetAgencyofXiaoshanDistrictPeople’sGovernmentinHangzhou,HangzhouZhejiang311227)

The purification of water sample from Qiantang River in Ningbo by different aquatic plants,combination of different aquatic plants and compound technology of ecological floating island was studied in this experiment. After 14 days of water culture experiment，the results showed that COD removal efficiency of submerged plants was higher than that of floating plants and emerged plants. COD removal efficiency of combined aquatic plants decreased，but was not less than 79.9%. Removal efficiency of ammonia nitrogen by combined aquatic plants was higher than that of single-species plants. TP removal efficiency of submerged plants was better than that of floating plants and emerged plants. TP removal efficiency of different aquatic plants and combinations of aquatic plants was higher than 44.0%. COD,ammonia nitrogen and TP removal ability of ecological floating island compound technology was better than single-species plants and combined aquatic plants,and the removal efficiencies were 97.1%,100.0% and 73.8% respectively after 10 days of experiment. The results showed that the synergistic effects of aquatic plants and microorganisms on the degradation of pollutants were very significant.

ecological floating island； microorganism； aquatic plants； water pollution treatment

蔡鲁祥，男，1976年生，硕士，副教授，主要从事水环境污染防治、园林景观的研究。#

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*住房城乡建设部2015年科学技术项目(No.2015-K7-008)；浙江省科技厅公益技术应用研究项目(No.2016C33251)；宁波市科技富民惠民项目(No.2015C50002)；宁波市自然科学基金资助项目(No.2015A610255)。

10.15985/j.cnki.1001-3865.2016.12.004

编辑:胡翠娟 (

2016-04-23)