水生植物修复河道废水的实验研究

2022-09-20余三江

科技创新与应用 2022年26期

余三江

（安徽同速科技有限公司，合肥 230000）

随着城市化和工业化的加速，大量污废水排入河流，对自然河道水体产生了严重的污染[1-3]，我国中小城镇的大部分污水未经处理通过河道进入湖泊、河流等水体中，污水中的污染物超过了水体的环境容量引起水环境日益恶化，产生了严重的水体污染，甚至引起了水生生态系统功能的丧失。许多学者正在进行水生植物对污水净化效果的研究，张凤娥等[4-6]通过对水生植物对受污染水体中总氮（TN）、总磷（TP）去除效果研究，结果表明水生植物对河道废水和生活污水均有一定的净化能力，而且有植物处理的去除效果明显高于无植物处理对照组，植物本身对氮磷去除贡献值分别在7%～63%和12%～65%，其中不同植物净化能力也有所差异。张文明[7]通过室内试验的方法，对比考察了太湖水系土著水生物种黄花水龙净化富营养化水体效果，得出水生植物对水体中TN、TP去除的贡献率为17.5%和18.2%。童昌华[8]发现水生植物能有效抑制底泥中氮的释放。黄亮等[9]通过研究得出受水生植物种类影响，不同水质指标在各单元的去除效率不同的结论。吴振斌等[10]通过现场实验研究发现恢复以沉水植物为主的水生植物是改善富营养湖泊水质和重建生态系统的有效措施。

本实验选择某高校内河道流域的下游水域作为研究对象，分别设置曝气、水生植物、曝气加水生植物作为实验对比条件，通过测定化学需氧量（COD）、总氮（TN）、总磷（TP）、pH等，讨论在不同实验条件下对河道废水的处理效果。

1 实验材料与方法

1.1 研究区域

某高校内河道东起教育园区安置区，流经农田、周围居民区流入校内河道。校内河道总长约为760 m，河道平均宽度为6.5 m，水域总面积约为4 950 m2，丰水期主要在夏季，枯水期主要在秋冬季，且常年水位偏低，河底含有较多淤泥。由于补水不足，常年水位偏低约为0.5 m，枯水期水位最高不超过0.4 m，河底含有较多淤泥。水体流速缓慢，低坝附着许多落叶。该河道东西贯穿校园学习区，该河道的水最终向西汇入国家4A级风景区平天湖流域。本实验筛选出具有良好吸附性能的水生植物和解决河道水体污染的最佳实验条件。

1.2 实验材料

本次实验采用的水生植物为金鱼藻，是金鱼藻科金鱼藻属的植物，为多年生沉水草本；茎长40~150 cm，平滑，具分枝。花直径约2 mm；雄蕊10~16，微密集；子房卵形，花柱钻状。花期6—7月，果期8—10月。

1.3 实验内容

设计3组对照实验：一组采用曝气、一组加水生植物、一组加泵和水生植物；连续检测5 d的进出水质（COD、TP、TN、pH），根据结果分析曝气和水生植物等对河道水质的影响。

1.4 分析方法

按照《水和废水监测分析方法（第四版）》，TP采用钼酸铵分光光度法；氨氮采用水杨酸分光光度法；COD采用重铬酸钾法；pH的测定采用玻璃电极法；DO的测定使用意大利HANNA公司生产的便携式DO测定仪。

2 实验结果分析与讨论

2.1 对河道废水中pH的实验结果分析

实验水样采用某校内河道废水，初始pH为7.20。实验考察了单独水生植物处理、单独曝气处理、水生植物加曝气组处理对废水中pH的变化趋势影响，结果如图1所示。

由图1可以看出，经过水生植物加曝气的共同作用后废水的pH有明显变化，在第1天后，pH从7.20上升到了7.89，第2天上升到8.04，之后稳定上升，第4天pH达到8.24，第5天基本没有什么变化，pH基本维持在正常范围内。

图1 3种方法对pH变化趋势的影响

实验说明，曝气和水生植物对河道污水的pH具有一定的影响，pH会有一定的波动，但是对污水治理的影响不太，基本均在正常范围内。

2.2 河道废水中COD的吸附效果讨论

实验水样采用某校内河道废水，初始COD质量浓度为27.65 mg/L。实验考察了单独水生植物处理、单独曝气处理、水生植物加曝气组合处理的方式对废水中COD的吸附效果，结果如图2所示。

图2 3种方法对COD的去除效果

由图2可知，在第1天的时候采用水生植物加曝气组合处理的方式对COD的降解速率是最快的，在第2天阶段降解速率开始下降，在第3—4天，COD的质量浓度基本不发生太大变化。可见这3种方法对COD降解速率呈逐渐下降趋势，并在第3天后吸附速度就基本为0，即3种方法在实验第1—2天就对废水中COD达到吸附饱和。从图2中单个方法的降解趋势线可以看出水生植物加曝气共同作用对COD降解效果最好，在第1天后，COD从27.65mg/L降到了18.61mg/L，去除率达到32.69%；第2天后COD降到了14.42 mg/L，去除率为22.51%；第4天COD降到了11.13 mg/L，去除率下降到10.31%；第5天基本没有什么变化。实验表明，曝气和水生植物对河道污水的COD具有显著的影响能力，可以十分有效地降低河道污水的COD质量浓度，效果明显优于曝气或者水生植物条件下单独作用。

2.3 河道废水中TN的吸附效果讨论

实验水样采用某校内河道废水，初始TN质量浓度为5.33 mg/L。实验考察了单独水生植物处理、单独曝气处理、水生植物加曝气组合处理的方式对废水中TN的吸附效果，结果如图3所示。

由图3可知，河道废水在曝气和水生植物共同作用下TN的去除效果最好，在第2天阶段降解速率开始下降，在第3—4天，TN的质量浓度基本不发生太大变化。可见这3种方法对TN降解速率呈逐渐下降趋势，即3种方法在实验第1—2天就对废水中TN达到吸附饱和。从图3中单个方法的降解趋势线可以看出曝气加水生植物共同作用对TN降解效果最好，在第1天后，TN从5.33 mg/L降到了3.58 mg/L，去除率达到32.83%；第2天后，TN从3.58 mg/L降到了1.75 mg/L，去除率达到51.12%，而单独曝气和水生植物去除效率最高分别为19.51%、20.83%。实验说明，曝气和水生植物对河道污水的TN具有显著的影响能力，可以十分有效地降低河道污水的TN质量浓度，效果明显优于曝气或者水生植物条件下单独作用。

图3 3种方法对TN的去除效果

2.4 河道废水中TP的吸附效果讨论

实验水样采用某校内河道废水，初始TP质量浓度为0.48 mg/L。实验考察了单独水生植物处理、单独曝气处理、水生植物加曝气组合处理对废水中TP的吸附效果，结果如图4所示。

图4 3种方法对TP的去除效果

由图4可知，河道废水在曝气加水生植物共同作用下TP的去除效果最好，在第2天阶段降解速率开始下降，在第3—4天，TP的质量浓度基本不发生太大变化。可见这3种方法对TP降解速率呈逐渐下降趋势，即3种方法在实验第1—2天就对废水中TP达到吸附饱和。从图中单个方法的降解趋势线可以看出曝气加上水生植物共同作用对TP降解效果最好，在第1天后，TP从0.48 mg/L降到了0.16 mg/L，去除率达到66.67%；第2天后，TP从0.16 mg/L降到了0.11 mg/L，去除率达到31.25%，而单独曝气和水生植物去除效率最高分别为62.50%、52.08%。实验说明，曝气和水生植物对河道污水的TP具有显著的影响能力，可以十分有效地降低河道污水的TP质量浓度，效果明显优于曝气或者水生植物条件下单独作用。