沉水植物对水体净化效果的研究

文昌淑,李燕灵,郭 磊

（贵州水利水电职业技术学院,贵州 贵阳 551416）

1 引言

城市湖库受到许多条件的限制,面积较小,水环境较封闭,与自然水体有很大差别,自我净化能力有限,受人类的活动影响大,比如污水渗漏、雨水径流、农业污染的面源污染,造成水体水质下降,环境恶化。部分城市湖库水中含有的污染残留物就会随着时间的推移在河道中不断积累,造成水体水质变差,如富营养化等问题,严重影响了水体功能、水质安全和城市容貌,对人们的生活环境产生了极大影响。水生态修复技术是生态工程技术的一种,利用恢复生态学和水生生态学来对受损的水生态环境进行结构和功能的修复,促进水生态系统的完整性恢复。在众多水体修复的技术中,水生植物修复是对污染水通过水生植物吸附、吸收、富集和降解水中营养物质从而实现水质净化[1],维持水生生态系统的长期稳定,并具有美化环境作用,且具有成本低、管理方便等诸多的优点,本文研究狐尾藻、苦草、金鱼藻和黑藻分别对COD、TP、NH3-N 和浊度去除率的影响。

2 植物和实验方法

2.1 植物

本实验选取狐尾藻、苦草、金鱼藻和黑藻4 种沉水植物。

2.2 水样

实验所用水取受污染的水库,各指标见表1。

表1 水样主要水质特征

2.3 实验仪器

pH 采用PHS-2 C 型pH 计测定；浊度采用WGZ-200 型浊度仪测定；分光光度计采用上海美谱达/UV-1800PC-DS2型紫外可见光分光光度,TN 使用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法测定,氨氮用纳氏试剂分光光度法,TP 采用钼酸铵分光光度法测定,COD 采用重铬酸盐法。

2.4 实验方法

实验在自然条件下进行,实验水箱釆用64 cm×46 cm×40 cm 的透明塑料水箱,实验用水采用水库水,箱内均匀铺设厚度约为8 cm 的底泥,以满足根系生长需求。总计设置5个组,将沉水植物种入装有100 L 水样的水箱中,1～4 号水箱分别种植狐尾藻、苦草、金鱼藻、黑藻,5 号水箱不种植任何植物作为空白对照组。实验过程中每5 天取1 次水样,进行水质检测。

3 实验结果与分析

3.1 沉水植物对COD 去除率的影响

通过实验,得出不同沉水植物对COD 的去除率的影响,见图1。

图1 沉水植物对COD 去除影响

由图1 可知：本实验中4 种沉水植物对实验废水中COD去除率不是太高,各实验组废水中COD 的浓度随着时间的增加,实验所测COD 的去除率有一定增加,但变化不明显。实验过程中COD 去除率增加不多,黑藻、金鱼藻和苦草对COD的去除率相差不大,狐尾藻对COD 去除率较低,但均高于对照组。在0～15 天实验组对COD 去除率较低,15 天后实验组的去除率远高于对照组,25 天后COD 去除率变化不大。分析认为：由于沉水植物发达的根系系统可以作为微生物的载体,大量微生物和根系的共同作用加速了有机物的分解[2]。

从废水中COD 的最终去除率可以看出,实验结束时4 种沉水植物的COD 最终去除率各不相同,但均高于对照组。狐尾藻、苦草、金鱼藻和黑藻在30 天时对COD 的去除率分别达到了 18.36%、 27.03%、27.52%、28.49%,去除率的排序为：黑藻＞金鱼藻＞苦草＞狐尾藻＞对照组。可以看出,在相同条件下,COD 去除率去除效果较好的3 种沉水植物分别是黑藻、金鱼藻和苦草。

3.2 沉水植物对TP 去除率的影响

通过实验,得出不同沉水植物对TP 的去除率的影响,见图2。

图2 沉水植物对TP 去除影响

由图2可知：实验中4 种沉水植物对实验废水中TP 去除率均较高,在0～10 天内表现出了较高的去除率,在10 天之后各实验对TP 去除率增加较慢,到30 天时达到最高水平。在整个实验期各实验组去除率均高于对照组。分析认为：沉水植物叶片、根茎全在水下,能大量吸收其生长所需的磷,同时发达的根系产生好氧区,能对磷的释放起到抑制作用,促进磷的吸收[3]。

从废水中TP 的最终去除率可以看出,实验结束时4种沉水植物的TP 最终去除率各不相同,但均达到较高水平。狐尾藻、苦草、金鱼藻和黑藻对TP 的去除率分别达到了82.30%、 79.21%、73.62%、86.80%,对照组去除率为54.19%。各组对TP 的去除率排序为：黑藻＞狐尾藻＞苦草＞金鱼藻＞对照。综上可以看出,在相同条件下,去除率较高的3 种沉水植物分别是黑藻、狐尾藻和苦草。

3.3 沉水植物对TN 去除率的影响

通过实验,得出不同沉水植物对TN 的去除率的影响见图3。

图3 沉水植物对TN 去除影响

由图3 可知：实验组中4 种沉水植物对实验废水中TN都有较高的去除率,在整个实验期总氮去除率均保持较高的去除率,到实验结束达到最高水平。在整个实验期各实验组去除率均高于对照组。分析认为：沉水植物可以利用植物叶片及根系能大量吸收其生长所需的氮元素,根系产生的好氧区为硝化细菌提供的良好附着生存环境,增强了硝化细菌的硝化反应,两方面同时促进了氮的去除[4-5],因而到实验结束时,TN 的浓度仍呈较快速度下降。

实验结束时,狐尾藻、苦草、金鱼藻、黑藻4 组实验组对TN 的去除率分别达到了66.85%、61.72%、72.55%、76.31%,对照组去除率为33.67%。各组对TN 的去除率排序为：黑藻＞金鱼藻＞狐尾藻＞苦草＞对照。从废水中TP 的最终去除率可以看出,实验结束时（即30 d）4 种沉水植物的TN 最终去除率各不相同,但均达到较高水平。综上可以看出,在相同条件下,去除率较高的3 种沉水植物分别是黑藻、金鱼藻和狐尾藻。

3.4 沉水植物对氨氮去除率的影响

通过实验,得出不同沉水植物对NH3-N 的去除率的影响见图4。

图4 沉水植物对NH3-N 去除影响

由图4 可知：NH3-N 的去除率随着时间的增加有较高的去除率。0～20 d,NH3-N 去除率升高较快,20 d 以后,去除率趋于稳定,4 组实验对NH3-N 的去除率相差不大,但远远高于对照组。分析认为：沉水植物可以利用植物叶片及根系能大量吸收其生长所需的氨氮,根系产生的好氧区为硝化细菌提供的良好附着生存环境,增强了硝化细菌的硝化反应,促进了氨氮的去除,到后期,由于碳源含量下降,氨氮去除率增长较慢[6]。

实验结束（30 d）时,狐尾藻、苦草、金鱼藻、黑藻4 组实验组对NH3-N 的去除率分别达到了60.43%、71.81%、64.26%、75.78%,对照组去除率为32.67%。各组对NH3-N 的去除率排序为：黑藻＞苦草＞金鱼藻＞狐尾藻＞对照。综上可以看出,在相同条件下,去除率较高的3 种沉水植物分别是黑藻、苦草和金鱼藻。

3.5 沉水植物对浊度去除率的影响

通过实验,得出不同沉水植物对浊度的去除率的影响见图5。

图5 沉水植物对浊度去除影响

由图5 可知：浊度的去除率随着时间的增加有较高的去除率。刚开始浊度去除率升高较快,5 d 以后,去除率幅度较小,4 组实验对浊度的去除率相差不大,但远远高于对照组。分析认为：主要是因为沉水植物的根系系统对水中的悬浮物有较好的吸附和过滤作用。

实验结束（30 d）时,狐尾藻、苦草、金鱼藻、黑藻4组实验组对浊度的去除率分别达到了82.37%、84.67%、86.26%、80.55%,对照组去除率为52.93%。各组对浊度的去除率排序为：金鱼藻＞苦草＞狐尾藻＞黑藻＞对照。综上可以看出,在相同条件下,去除率较高的3 种沉水植物分别是金鱼藻、苦草和狐尾藻。

4 结论

通过将狐尾藻、苦草、金鱼藻和黑藻对水样种各项指标去除率进行对比,可以发现,黑藻和金鱼藻对COD、TP、TN和NH3-N 的去除效果较好,金鱼藻和苦草对浊度去除效果较好。沉水植物的叶片和根茎均淹没在水中,可以直接利用水体中的氮、磷营养物质和底泥中的营养元素；沉水植物的通气组织十分发达,可以提高水体溶氧浓度,还促进悬浮物的沉淀；另外沉水植物发达的根系可为微生物提供载体,形成生物膜,提高水体的净化能力。