在悬浮滤料载体上种植净水植物的试验

袁亚伟，刘雪梅，王炎，王芳

（淮阴工学院化学工程学院，江苏淮安223003）

在悬浮滤料载体上种植净水植物的试验

袁亚伟，刘雪梅，王炎，王芳

（淮阴工学院化学工程学院，江苏淮安223003）

构建了以悬浮生物滤料为植物生长基质的新型人工浮岛，进行了净水植物的试种试验及水体修复试验。结果表明，空心菜、黑麦草、油麦菜、青菜、萝卜、四季青草6种净水植物均可在滤料基质表面进行播种种植，且生长速率显著高于土壤对照组，空心菜、油麦菜和黑麦草15 d株高分别达到20，22，15 cm；空心菜、油麦菜和黑麦草均具有显著的净水效果，其中，空心菜效果最好，TN，TP和CODMn的去除率分别达到63.3%，62.5%和70.8%。

悬浮滤料；净水植物；富营养化；原位修复

人工浮岛是利用水生植物及微生物净化水体的一种无污染、投资少、见效快的水体原位生态修复技术[1-11]。传统生态浮床的净水植物多采用孔洞式移栽的种植方式，管理维护及植物移除的工作量较大，处置不当极易导致二次污染；移植作物发挥净水作用之前需要较长的驯化培养期；可选的净水植物多为水生观赏性植物，难以实现较高的经济附加值[12-19]。

针对目前生态浮床技术的不足，构建了一种以悬浮滤料为植物生长基质，可实现净水植物种植的新型浮床，该装置可以克服浮床植物移栽方式的不足，并且通过滤料表面生物挂膜强化净水作用，进一步提高修复效果。

1 材料和方法

1.1 试验材料

1.1.1 悬浮基质浮床的构建将长方形PVC卷板卷成圆柱形，接口处用卡扣固定，放入水面圈隔出独立水面，PVC板外壁处安装稳定浮子，定位隔板在水中的深度。将轻质生物陶粒滤料投放到独立水面中，生物陶粒依靠浮力作用形成厚度均匀的悬浮层。

1.1.2 载体材料悬浮滤料载体采用粉煤灰轻质陶粒。粉煤灰陶粒是以活化后粉煤灰为原料，通过造粒、煅烧工艺制备出的一种轻质多孔球形生物滤料，具有较丰富的比表面积和良好的生物挂膜性能，其主要理化性质列于表1。

表1 悬浮滤料主要理化性质

1.1.3 水样试验用水取自校园内一段封闭富营养化景观河道，取样时间（2016年7月8日）距离上一次引水15 d，且期间未有降雨，水质较稳定。水质指标列于表2。

表2 试验用水水质指标mg/L

1.1.4 供试植物选取空心菜、多花黑麦草、油麦菜、青菜、萝卜和四季青草共6个品种作为试种植物。其中，空心菜、多花黑麦草和油麦菜属于喜水品种，青菜、萝卜、四季青草为常规陆生植物。试种植物种子均购于北京金色农华种业科技有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 植物试种试验试验于2015年6月20日至7月20日进行。取4个试验桶（上部直径60 cm，底部直径50 cm，高65 cm）清洗晾干、编号；向所有试验桶分别加入100 L水模拟试验，然后放置悬浮基质浮床（直径30 cm，高度25 cm，其中，水上高度为4 cm）。种子在清水中浸种24 h，然后分区播撒在滤料表面，观察植物出苗率以及株高。同步进行土壤种植试验作为对照。所有试验桶均放在室外有自然光照的地方，注意避免雨淋。

1.2.2 净水试验根据植物试种试验结果，优选3种出苗率高、生长速率快的品种进行净水试验。设置一个同样大小的空桶仅装试验用水，作为空白对照。根据出苗周期的不同重新调整种植时间，并在出苗后调整种植密度。当平均株高达到10 cm时，更换试验用水，并进行水质跟踪监测。每天在水箱的表层、中层、底层取样，测定混合样的TN，TP和CODMn，连续测定30 d。试验期间水温在25℃以上。

1.3 测定项目及方法

测定方法均采用国家推荐的标准方法，TN测定采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法；NH3-N测定采用纳氏比色法；TP测定采用钼酸铵分光光度法；CODMn测定采用高锰酸钾氧化法。

2 结果与分析

2.1 植物生长概况

种子播撒的第3～5天，青菜、萝卜、四季青草、多花黑麦草、油麦菜和空心菜先后发芽出苗；与土壤对照组相比，水培植物具有更高的出苗率和生长速率。原因可能在于水中的氮磷等营养元素更易于吸收，并且水分充足。从单株形态来看，水培组植物更加细高，且纵向根系发达，布满滤料层之间。

播种后15 d分别测定水培组和土壤组的植株平均高度，统计结果如图1所示。

从图1可以看出，水培组植物均显著高于土壤组，其中，差异最为显著的是空心菜；油麦菜、空心菜和多花黑麦草具有相对较高的生长速率，说明其对营养元素具有更高的利用效率。

植物根系对污染物的吸收以及吸附作用是植物净化污染水体的重要因素，庞大的植物根系可为微生物提供良好的栖息环境，植物根系增加了，微生物种类和数量也会不同程度地增加，因此，可以提高污水的净化效率。水培植物根系长度均大于植株高度。其中，空心菜的根径长度比最大，约1.8∶1；多花黑麦草次之，根径比达到1.5∶1。从试验中观察得知，空心菜根系上的根毛丰富，而青菜和萝卜根系表面根毛则较少。

2.2 水质净化效果

2.2.1 对TN的净化效果不同组中TN的质量浓度变化如图2所示。

从图2可以看出，3种不同陆生植物对TN都有一定的去除效果，综合来看，以空心菜的效果最好，多花黑麦草和油麦菜稍差；从时间上看，3 d时各种植物的差异并不明显，5 d后由于植物根系发育深入到水体中，开始吸收水体中营养元素，对TN的去除效果与对照样有明显差异；到试验结束时油麦菜、多花黑麦草和空心菜水样中的TN质量浓度分别下降到1.31，1.02，0.38 mg/L，对照样则仅降低到2.85 mg/L，3种植物对供试水样TN的净去除率为39.5%，46.9%，63.3%。

2.2.2 对TP的去除效果不同组中TP的质量浓度变化如图3所示。

磷的去除一方面是以磷酸盐沉降并固结在载体或者试验桶壁上，另一方面是植物对可溶性磷的吸收。由图3可知，对照水样对TP有小部分的去除效果，这可能是由试验初期一些磷酸盐沉降所引起的，在试验后期有小幅度波动，可能是由于环境温度等条件的改变导致磷酸盐溶解度增加，至试验结束时其含量为0.346 mg/L。而3种植物对供试水样的TP去除在试验期内都保持很好的效果，30 d时空心菜、多花黑麦草、油麦菜的水样中TP分别为0.015，0.120，0.163 mg/L。

2.2.3 对有机物的去除效果不同组供试水体中CODMn的去除效果如图4所示。

从图4可以看出，空心菜、多花黑麦草、油麦菜使供试水体的CODMn含量从19.50 mg/L分别降到0.60，2.81，4.52mg/L，对照样则仅降低到12.51mg/L，说明3种植物对有机物的去除有一定效果但差别不大。供试水体经过植物净化后，水体变清，悬浮物大量减少，透明度增加，溶解氧升高，CODMn减少。对照在试验初始阶段呈现上升的趋势是由于水中的藻类繁殖而造成水体中有机物浓度上升。

3 结论

悬浮滤料基质可以实现陆生植物在水体表面的种植，尤其适用于陆生喜水植物的种植，具有生长速度快、根系伸展范围大的特点。

优选出空心菜、油麦菜和多花黑麦草3种净水植物，其净水试验结果表明，3种净水植物在悬浮滤料表面生长过程中，均可显著降低水体中TN，TP和CODMn的浓度，以空心菜最优，其次依次为多花黑麦草和油麦菜，其中，空心菜在为期30 d的净水周期内，TN，TP和CODMn的去除率分别达到92.3%，96.9%和96.9%。

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Experiment on the Cultivation of Water Purification Plant on the Suspended Filter Media

YUANYawei，LIUXuemei，WANGYan，WANGFang
（FacultyofChemical Engineering，Huaiyin Institute ofTechnology，Huai'an 223003，China）

A newtype of artificial floating island was constructed with suspended biological filter materials,and water purification plants were planted on which for water remediation.The results showed that water convolvulus,ryegrass,leaf lettuce,green vegetables, turnip,four-season-grass could growon the island surface through seeding,and their growth rates were significantly higher than control group.Plant height of water convolvulus,leaf lettuce and perennial ryegrass were up to 20,22,15 cm,respectively,when the experiment lasted to 15 days.Compared with other plants,water convolvulus was most effective for water purification，its removal rate of TN,TP and CODMnreached 63.3%,62.5%and 70.8%,respectively.

suspended filter material;water purification plant;eutrophication;in-situ remediation

X173

A

：1002-2481（2017）02-0227-04

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.02.21

2016-09-12

江苏省大学生创新训练计划项目（201511049061X）

袁亚伟（1995-），男，江苏吴江人，在读本科，研究方向：水环境生态修复技术。刘雪梅为通信作者。