生态浮床水生植物总磷和氨氮去除效果研究

于鹏飞

(凌源市应急供水建设管理处，辽宁 朝阳 102500)

我国大部分地区水资源短缺问题已成为社会经济发展的重要因素[1]，随着全球气候的变暖以及人类活动的加剧，使得淡水资源遭受到不同程度的污染，虽然我国各级政府对于水环境治理的日益重视和资金投入不断加大，我国局部地区水污染状况有所改善。寻求一种快速有效治理水环境的方法已成为近年来水体研究的热点[2]。刘国强[3]等设计研究了以微生物、水生动植物为主体的生态浮床系统，该系统能够明显改善富营养化水源的水质；戴谨微[4]等人分别研究了以塑料球和稻草为基质的湿地槽式生态浮床对富营养化水质的净化效果，稻草表面的微生物附着情况较为理想；李旭霞[5]等人研究了不同植物对河水水质的改善效果，美人蕉对COD和TP的去除效果最佳。本文基于相关水体净化理论研究，以辽宁省凌源市大凌河为研究对象，通过对生态浮床的设计与水生植物的选择，得到了较为合理的基质及水生植物配置，研究发现当600℃改性牡蛎壳∶蛭石∶木粉生物炭=1∶2∶1时，氨氮及总磷的去除效果分别为75.05%和78.68%；当水生植物选取美人蕉与狐尾藻的组合，并与基质B相配置时，对氨氮、总磷的去除率分别为80.06%及79.87%。为今后的水质研究提供数据支持。

1 实验方法

1.1 生态浮床基质制备

1.2 培养实验装置的制备

实验选取经济效益好、净化效果佳的香菇草、美人蕉、狐尾藻及金鱼藻等水生植物作为实验研究对象，分析其在光照实验及水生植物筛选实验中对水体总磷、氨氮的去除效果。设计300cm×50cm×60cm的玻璃钢板箱，并用相同材质的玻璃钢板隔成5个小的培养箱，每个培养箱上部挖4个直径为15cm的孔洞，选取的聚乙烯种植盆高15cm，上部直径20cm，下部直径13cm。实验用富营养化水体由自来水加氯化铵和磷酸二氢钾配置，磷酸盐浓度为5mg/L，氨氮浓度为30mg/L。

植物在种植前放入去离子水中培养7d，随后放置到聚乙烯种植盆中进行静态试验，间隔一星期取样，每个小培养箱种植4盆相同植物，盆中种植3株相同高度的植物，并以每个小的培养箱为实验单元，监测其总磷、氨氮总去除率。

2 生态浮床基质及水生植物筛选

2.1 生态浮床基质对氨氮、总磷去除效果对比

对竹粉活性炭、牡蛎壳及污泥炭等基质原料进行吸附动力学、等温吸附实验后发现，600℃时蛭石与木粉生物炭对氨氮的吸附效果最好；牡蛎壳对磷酸盐的去除效果最佳[9]。选取不同比例的蛭石、木粉生物炭与牡蛎壳，按比例进行配比得到各配方基质配比见表1。

表1 各配方基质配比表 单位：%

由表1中数据可知，将蛭石、600℃牡蛎壳及木粉生物炭按不同比例配制不同基质材料，置于锥形瓶中，分别加入不同浓度的氨氮、总磷混合液，在200r/min转速下恒温振荡1h，采用纳式试剂分光光度法和钼锑抗分光广度法测定溶液浓度，计算氨氮、总磷的去除率。

图1 不同基质配比对不同浓度氨氮、总磷吸附效果

不同基质配比对不同浓度氨氮、总磷吸附效果如图1所示。由图1可知，当氨氮、总磷混合液浓度为2、10mg/L时，配比1、配比2对总磷的吸附效果较差，分别为30%和40%，但对氨氮的吸附效果较好，分别达到45%和50%；配比3、配比4对总磷的去除效果较好，分别达到60%和70%，但对氨氮的吸附效果较差，只有30%和40%；配比5、配比6、配比7和配比8对氨氮的吸附效果都较总磷要好，去除率都大于40%，而配比8的氨氮、总磷去除效果最佳，都大于70%。当氨氮、总磷混合液浓度为10、50mg/L时，各组处理效果与2、10mg/L相似，除去配比1、配比2、配比3对氨氮、总磷的去除效果各有侧重外，其余各组的去除效果都大于20%，其中配比8的总去除率最佳，对氨氮、总磷的去除率分别为75.05%和78.68%。

图2 不同配比对实际水体中氨氮、总磷去除效果

比较氨氮、总磷的去除效果发现，配比2、配比4、配比7和配比8的吸附效果较优于其他配比，利用该4种配比组合对实际水体进行吸附试验得到如图2所示不同配比对实际水体中氨氮、总磷去除效果图。由图2可知，配比1对实际水体的总磷去除效果较好，总去除率为55%，而氨氮的去除率仅为25%；配比5对实际水体的氨氮、总磷去除率相当，都接近55%；配比7、8对水体的总磷、氨氮去除率都较高，但配比8的去除效果更好，总磷、氨氮的去除率都大于75%。

2.2 浮床植物对总磷、氨氮去除效果对比

不同水生植物实验周期内对总磷、氨氮的去除效果如图3所示。随着实验周期的增长，水生植物对水体氨氮、总磷的去除效果呈直线上升趋势。实验开始的第一周，美人蕉与狐尾藻的总磷、氨氮去除率要大于其他植物，且随着时间的增长，2种植物的上升趋势明显优于其他植物。

图3 实验周期内水生植物总磷、氨氮去除率

3 基质型生态浮床组合实验

3.1 不同基质相同植物组合氨氮、总磷去除效果研究

为了研究不同基质、不同植物组合对氨氮、总磷去除效果的影响，在实验周期内，分别选取美人蕉+水芹(组合一)、狐尾藻+水芹(组合二)以及美人蕉+狐尾藻(组合三)3种不同水生植物配置，研究分析在无基质条件、基质A(600℃改性牡蛎壳∶蛭石=1∶1)和基质B(600℃改性牡蛎壳∶蛭石∶木粉生物炭=1∶2∶1)条件下的水体净化效果。

图4 组合三在不同基质条件下氨氮、总磷去除效果

分别对3种组合在不同基质条件下的氨氮、总磷去除效果进行对比实验，发现3种植物组合对水体的净化效果都较为明显，很大程度上提升了原有水质的质量。组合三在不同基质条件下氨氮、总磷的去除效果如图4所示。由图4可知，随着实验时间的增长，3种生态基质的去除率都有很大程度的提升，且基质B的去除效果更好，对总磷、氨氮的去除率都可达到80%左右。无基质条件下氨氮、总磷的去除效果最差，仅为30%，说明组合三在基质B条件下能够明显促进氨氮、总磷的吸收，达到水质提升的要求。

3.2 相同基质不同植物组合氨氮、总磷去除效果研究

对不同植物组合在相同基质下水体的净化效果进行比较，发现组合三在基质B条件下对氨氮、总磷的去除效果要明显优于其他2种组合，基质B条件下不同植物组合氨氮、总磷去除效果如图5所示。由图5可知，没有水生植物的水体自净化效果较差，且远远低于其他3种植物组合。随着实验周期的增长，3种组合的去除效果也随之增大，其中组合三的去除效果最为明显，对氨氮、总磷的去除率分别为80.06%及79.87%，说明组合三在基质B条件下的水体净化效果最好，可以有效解决富营养化水体的总磷、氨氮等元素的超标问题。

4 结语

通过考察植物源(活性炭、竹粉生物炭)、矿物源(蛭石)、动物源(牡蛎壳、改性牡蛎壳)以及污泥炭等基质的水体净化效果，配制不同的基质组合，结合狐尾藻、美人蕉等水生植物对氨氮、总磷的去除效果，利用实验的方法完成了对大凌河水体的净化效果研究，得到以下结论。

(1)选取600℃改性牡蛎壳、木粉生物炭、蛭石作为生态浮床基质，通过不同的处理方式，结合总磷去除效果与氨氮去除效果，得到了最佳的生态浮床基质调配比例，并通过实际污水处理实验发现，基质A(600℃改性牡蛎壳∶蛭石=1∶1)与基质B(600℃改性牡蛎壳∶蛭石∶木粉生物炭=1∶2∶1)2组混合比例下的生态浮床基质对污水的净化效果较好，其中组合B的去除效果更好，氨氮及总磷的去除率分别为75.05%和78.68%。

(2)配制了3种水生植物组合，对水体的氨氮、总磷去除效果进行了比较，并结合2种生态浮床基质，研究了不同植物组合与不同基质配比下的氨氮、总磷去除效果，发现水生植物选取美人蕉与狐尾藻的组合(组合三)，并与基质B相配置时，对氨氮、总磷的去除率分别为80.06%、79.87%。