生态塘水生植物对受污染河水中氮磷的净化效果研究

2020-03-05

环境科学导刊 2020年1期

(1.广东石油化工学院后勤服务与管理处，广东茂名 525000；2.华南农业大学环境科学与工程系，广东广州 510642)

水生植物是水生态系统的重要组成部分，对水生态系统的物质循环和能量传递起到重要作用。水生植物可以通过自身的吸收、吸附和与微生物的协同作用,有效降低水体中氮、磷含量[1-4]和有机污染物水平[5],净化水质。采用水生植物净化污水，具有处理效果好、投资少、管理成本低、景观美化等功能[6-7]。本试验挑选狐尾藻、水白菜两种水生植物，应用到生态塘1—水平潜流人工湿地—生态塘2复合系统中的生态塘中，研究水生植物对受污染河水中氮磷的净化效果。

1 材料与方法

1.1 试验装置

该复合系统由生态塘1、水平潜流人工湿地、生态塘2三个独立的系统串联而成，各级系统形成一定的高度差，用于保持系统处理的进出水在重力作用下顺畅流动，形成一个无能耗污水处理系统。该复合系统的基质填料为碎石和沙子，其中生态塘1和生态塘2从底部往上分别铺设5cm的大碎石(Φ=2～4cm)和沙子，水平潜流人工湿地从底部往上分别铺设大碎石20cm,小碎石(Φ=1～2cm)50cm，沙子10cm。各级系统分别种上植物(如图1、表1)。

1.2 生态塘植物

狐尾藻(MyriopHyllumverticillatum)：被子植物门、双子叶植物纲、小二仙草科中的狐尾藻属，水生草本，均为沉水植物。中国狐尾藻属植物常见有4～5种，如小狐尾藻、穗花狐尾藻、轮叶狐尾藻、三裂叶狐尾藻等。狐尾藻可作水生态修复植物、观赏植物，全草为草鱼和猪的饲料。

水白菜：学名大薸(Pistiastratiotes)，天南星科大薸属，多年生浮水生植物本。水白菜雌雄同株，繁殖迅速，原产巴西，20世纪50年代被作为猪饲料在我国推广栽培。水白菜有发达的根系，可直接从污水中吸收有害物质和过剩营养物质，净化水体。

1.3 运行方案

河水→ 高位水箱 → 生态塘1 → 水平潜流人工湿地 → 生态塘2 → 出水。

系统24h连续进水，按HRT=3d、2d、1d的顺序交替运行，每个HRT条件下复合系统运行5～7d，3个HRT时间连续运行一次为一个周期。每运行一个周期后，系统停止运行5d，用于系统的恢复，系统停止运行期间，把人工湿地里的水排干，生态塘在下一运行周期进水前分别把上一周期的水排干。系统运行时段为8—12月份。

表1 各级系统的规格、基质和植物

系统规格基质植物生态塘12m×1m×1m大碎石,沙子狐尾藻、水白菜潜流人工湿地2m×1m×0.8m大、小碎石,沙子黄花美人蕉生态塘22m×1m×1m大碎石,沙子狐尾藻、水白菜

1.4 进水水质

表2 供试污水水质状况 (mg/L)

注：括号内数值为标准误差。

1.5 分析与计算方法

1.5.1 水质分析方法

TP：过硫酸钾氧化—钼蓝比色法(国家环境保护局编，2002)；

TN：过硫酸钾消解—紫外分光光度法(国家环境保护局编，2002)。

1.5.2 植物样品分析方法

根据植物的生长情况定期移除，对植物的全氮和全磷进行测定。

全氮：H2SO4-H2O2消煮法；

全磷：钒钼黄吸光光度法。

2 结果与分析

通过选取生态塘1和生态塘2系统5个运行周期收割的水生植物，分别统计出各个生态塘各种水生植物的干重，测定不同水生植物的TN、TP的质量分数以及不同HRT条件下生态塘对处理进水中的TN、TP的总去除量，可以知道收割的生态塘水生植物量对TN、TP的去除量与生态塘系统对TN、TP总去除量的关系。

2.1 水生植物P、N的质量分数

由表3可知，两生态塘中狐尾藻和水白菜的总收割干重差别不大，分别为751.41g和678.98g。生态塘1中的狐尾藻生长态势要好于生态塘2，生态塘1中狐尾藻的收割干重为404.40g，远远大于生态塘2的220.94g；而生态塘2中水白菜生长态势则要好于生态塘1，水白菜的收割干重分别为458.04g和347.01g。

除生态塘1中狐尾藻的TN的质量分数比生态塘2的略低外，生态塘1中水白菜的TP、TN质量分数和生态塘1中狐尾藻的TP质量分数均要比生态塘2的高。原因是生态塘1的处理进水为原水，N、P等污染物浓度比生态塘2的要高出许多，水生植物在高富营养化的环境中吸收的N、P也相应增多。

表3 生态塘水生植物的收割干重和P、N的质量分数

2.2 水生植物对污水中TN、TP的净化效果

由表4可知，生态塘1和生态塘2中水生植物对TN的去除量分别为30.80g和26.99g，对TP的去除量分别为2.06g和1.78g。不同生态塘水生植物对TN、TP的去除量均较为接近，去除效果稳定。

表4 水生植物对污水中TN的去除效果

不同生态塘水生植物对TN、TP的去除量占相应系统总去除量的比例差异较大，其中生态塘1和生态塘2水生植物对TN的去除量分别占系统总去除量的4.98%和8.88%，生态塘1和生态塘2水生植物对TP的去除量分别占系统总去除量的2.70%和7.40%，主要是因为生态塘1进水的TN、TP浓度大大高于生态塘2，其相应的TN、TP系统去除总量也远远大于生态塘2。