经济植物浮床系统对富营养化水体净化效果研究

2018-12-10杨大魁

水利规划与设计 2018年11期

杨大魁

(凌源市水务局，辽宁朝阳 122500)

随着我国现代化建设的逐步完善，城市河道承受着越来越大的压力，可持续利用水资源已经成为我国面临的最急需解决的问题[1]。植物浮床技术利用植物吸收污水中的营养元素、吸附悬浮颗粒，营造微生物分解的适应环境，降低了污水中的氮、磷、有机物等污染物的含量，从而起到了净化水体的作用。本文选取5种经济植物进行浮床试验，研究不同植物对污水的净化效果。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选取紫背天葵、生菜、茼蒿、水芹、红甜菜等5种经济植物作为试验材料，所有植物采用室外育苗，当植株高为0～15cm时，选取根、茎、叶、芽完整的植株幼苗，洗净后移植到室内进行水培。选取凌源、喀左、朝阳3个河段不同污染等级的水样作为试验水体。经过试验得知，经济植物对凌源河段的水质净化效果最好。西台子漫水桥水质为V类，具体水质指标见表1。

表1 凌源河段水质原始指标

1.2 试验装置

试验装置如图1。浮床放置在长55cm、宽40cm、高30cm的塑料水箱上面，水箱中盛放河水，水样体积为50L。浮床共有16个直径为3cm的定植孔，每个定植孔种植一棵植物。

图1 植物浮床装置示意图

1.3 试验方法

1.4 测定公式

去除率=[(C0-Ci)/C0]×100%

(1)

式中，C0—初始浓度；Ci—第i天水体污染物浓度。

表2 经济植物在污染水体中生长情况

净化能力指标P=[(C0V0-CiVi)-(C0V0-CciVci)]/m0t=(CciVci-CiVi)/m0t

(2)

式中，C0—初始浓度；V0—初始体积；Ci—第i天水体污染物浓度；Vi—第i天水体体积；Cci—空白对照第i天浓度；Vci—空白对照第i天水体积；m0—植株初始鲜重；t—试验时间。

鲜重相对增长率=[(W1-W0)/W0]×100%

(3)

式中，W0—初始鲜重；W1—试验结束时鲜重。

株高相对增长率=[(W3-W2)/W2]×100%

(4)

式中，W2—初始株高；W3—试验结束时株高。

根长相对增长率=[(W5-W4)/W4]×100%

(5)

式中，W4—初始根长；W5—试验结束时根长。

2 植物浮床对富营养化水体的净化效果

2.1 经济植物在污染水体中生长情况分析

在试验过程中可以发现，紫背天葵、生菜、茼蒿、水芹和红甜菜这5种植物的长势均很旺盛，叶片明显增多，根系生长旺盛。其中，水芹根系数量和体积均最大，其次为生菜，其他三种植物根系较前两者少。从表2可以看出，5种经济植物在污染水体中各指标均有显著增长且长势良好，未出现植株死亡现象。植株鲜重方面，茼蒿鲜重增加最大(约为5.14g)，比初始重量增加3.6倍，其次为生菜、水芹；株高方面，增高幅度大小顺序为茼蒿>生菜>紫背天葵>红甜菜>水芹；根长方面，各植株间也存在显著差异，水芹相对增长率最高，为274.73%，其次为生菜、茼蒿。综合来看，变化最快的植株为茼蒿，其次为生菜、水芹，最慢的是红甜菜、紫背天葵。以上说明，这5中经济作物均能够适应在污染水体中生长，具备了净化污水的客观条件。

2.2 经济植物浮床对pH、DO、TN的影响

表3给出了经济植物浮床系统对pH、DO的影响。从表3中可以看出，随时间增加，5种经济植物对pH、DO均有不同程度的影响。其中，5种经济植物在浮床系统种植过程中，pH变化无规律且数据差异不明显，基本在6.70～8.60之间浮动，这是由于植物生长过程中根系会释放出H+、CO2以及有机酸，能够抑制pH的升高[2- 3]。而空白对照在经过一周后pH升高至10.44，此结果与Kymbadde研究一致[4]。随着时间增长，DO值呈现先升高后降低再上升的趋势。从表3中可知，DO值从第7d至第28d会呈现极速上升趋势，至第35d达到最大值，然后会迅速降低，至第49d会略有回升。DO变化的原因可能是植物需要一段时间适应在水环境生长，适应后地上部分光合作用产生的氧气大量的运送至根部，使DO浓度变大。图2给出了不同处理对污水中TN浓度的影响。图3给出了不同处理对污水中TP浓度的影响。图4给出了不同处理对污水中CODCr浓度的影响。

表3 经济植物浮床系统对pH、DO的影响

图2 不同处理对污水中TN浓度的影响

从图2中可以看出，6个处理随时间增长，TN变化趋势基本相同，均呈现缓慢下降(0～7d)-迅速下降(7～28d)-平缓下降(28～42d)-平稳(42～49d)的趋势。TN值呈现这种趋势的原因主要是前期污水中有机颗粒产生沉降作用，当植株适应污水进入快速生长阶段，植株根系周围会形成好氧环境，促进微生物的硝化作用，使污水中TN浓度迅速下降。当植株进入缓慢生长阶段，植株根系发生老化，吸氮能力下降，TN浓度下降缓慢。

图3 不同处理对污水中TP浓度的影响

从图3中可以看出，不同处理的TP浓度变化均随时间不断下降，前期下降迅速，后期下降缓慢，这与阎飞用铜钱草去除污水中TP效果一致[5]。至第49d时，紫背天葵、生菜、茼蒿、水芹、红甜菜处理中TP含量均为最低值，分别为0.207mg/L、0.048mg/L、0.105mg/L、0.059mg/L、0.108mg/L。

图4 不同处理对污水中CODCr浓度的影响

从图4中可以看出，植物浮床系统能够明显降低污水中CODCr的浓度，且5种经济植物对污水中CODCr的作用趋势基本一致。0～14d污水中CODCr的浓度下降明显，其中生菜、茼蒿、水芹、红甜菜在0～7d下降迅速，而紫背天葵在7～14d下降迅速。49d后，对照组、紫背天葵、生菜、茼蒿、水芹、红甜菜处理中CODCr含量均为最低值，分别为34.56mg/L、30.13mg/L、13.55mg/L、15.07mg/L、19.59mg/L。