9種植物對(duì)模擬污水中氮、磷的凈化能力比較研究

蒯圣龍，尹 程，張祥霖，鄭 斌

（1.安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 資源與環(huán)境工程系，安徽 合肥 231603；2.合肥師范學(xué)院 化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，安徽 合肥 231000）

我國(guó)的河流及湖泊的水體富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)程受人類活動(dòng)的影響而大大加速，水體的富營(yíng)養(yǎng)化成為亟需解決的問題.目前對(duì)受污染水體進(jìn)行控制和修復(fù)的方法主要有以生物處理法為代表的傳統(tǒng)處理法和以人工濕地為代表的新興生物修復(fù)法.傳統(tǒng)的污水處理方法存在投資大、成本高、工藝復(fù)雜、易產(chǎn)生二次污染等缺點(diǎn)［1］.人工濕地作為生物修復(fù)的代表性工藝，具有建成時(shí)間短、投資低、凈化效果好、美化景觀等優(yōu)點(diǎn)［2-4］.濕地植物是人工濕地系統(tǒng)重要構(gòu)成部分，對(duì)污水的凈化起到關(guān)鍵作用［5］，但不同的植物對(duì)污水中的氮磷去除的效果不同，因此在構(gòu)建人工濕地前需要篩選出適合在污染水體中生長(zhǎng)的植物.本試驗(yàn)選取安徽省內(nèi)常見的9種植物為研究材料，通過在室內(nèi)模擬多種濃度的污水中培養(yǎng)，研究其對(duì)氮磷的凈化能力，從中篩選出凈化效果好，且適應(yīng)不同濃度污水的植物，為河流及湖泊氮磷污染的生物修復(fù)提供參考.

1 材料與方法

1.1 供試植物及試驗(yàn)水質(zhì)

試驗(yàn)選用安徽省內(nèi)常見的9種水生植物進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn).供試植物見表1.

表1 供試植物

供試污水中的氮、磷元素濃度以目前合肥市南淝河水體中氮和磷的平均值為參考，以Hoagland營(yíng)養(yǎng)液［6］為基礎(chǔ)，配制高、中、低3種濃度值污水，濃度值見表2.

表2 污水氮磷濃度設(shè)置

1.2 水培試驗(yàn)設(shè)計(jì)

首先將采自野外的濕地植物在自來水中馴養(yǎng)2 d，然后取出用蒸餾水沖洗植物根系、晾干，選擇植株完整、長(zhǎng)勢(shì)良好且處于相同生理期的植株作為供試植物.在10 L塑料桶中進(jìn)行培養(yǎng)，每桶種養(yǎng)一種水生植物，各桶水生植物的生物量保持一致，植物根莖用打孔泡沫板固定.試驗(yàn)中每種植物設(shè)置低、中、高3種濃度的污水處理組，每種濃度設(shè)置3個(gè)重復(fù)，每種濃度設(shè)置一個(gè)無水生植物的空白對(duì)照處理組.試驗(yàn)期間通過添加蒸餾水來補(bǔ)充因植物蒸發(fā)、蒸騰和采樣所耗的水分，保持桶中水位不變.

試驗(yàn)周期為15 d，分別于植物在污水的停留第0、5、10、15 d取水樣測(cè)定，考察水樣中氨氮、總氮、總磷指標(biāo)的變化，從而了解各植物對(duì)污水的凈化效果，初步篩選對(duì)氮、磷有較強(qiáng)去除能力的植物.

1.3 測(cè)定方法

采用納氏試劑光度法測(cè)定氨氮含量；采用過硫酸鉀氧化—紫外分光光度法和過硫酸鉀消解—鉬銻抗分光光度法分別測(cè)定總氮含量和總磷含量［7］.

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理采用 Excel 2003及SPSS17進(jìn)行處理分析，污水中污染物去除率其中c0為水體中污染物初始濃度，ci為植物在污水中停留第i天時(shí)污染物濃度.

2 結(jié)果與分析

人工濕地對(duì)氮、磷的去除機(jī)制主要包括蒸騰損失、基質(zhì)固定、微生物硝化-反硝化作用、化學(xué)吸附、沉淀作用和植物吸收［8-10］.而本試驗(yàn)的培養(yǎng)過程中，沒有基質(zhì)，且本試驗(yàn)進(jìn)行周期較短，僅有15 d，因此除植物吸收外，水體中N，P其他損失途徑可不考慮.即水體中N，P的減少量反映植物吸收能力.

表3 不同濃度下氨氮的最終去除率

表4 不同濃度下總氮的最終去除率

2.1 氨氮的凈化效果

從表3，4的數(shù)據(jù)中可以看出，植物處理模擬污水15 d后，水體中氮濃度下降程度明顯高于空白對(duì)照組［10］.從表3中可以看出，植物對(duì)不同濃度模擬污水中氨氮的去除率不盡相同.其中低濃度下9種植物對(duì)模擬污水中氨氮的去除率在43.33%～80.83%之間，去除效果表現(xiàn)為空心菜、美人蕉、鳳眼蓮、空心蓮子草、蘆葦、菖蒲、千屈菜、水竹、水芹；中濃度下9種植物對(duì)模擬污水中氨氮的去除率在53.00%～85.64%之間，去除效果表現(xiàn)為空心菜、美人蕉、鳳眼蓮、空心蓮子草、千屈菜、水竹、蘆葦、菖蒲、水芹；高濃度下9種植物對(duì)模擬污水中氨氮的去除率在46.90%～66.70%之間，去除效果表現(xiàn)為美人蕉、空心菜、空心蓮子草、千屈菜、鳳眼蓮、蘆葦、水竹、菖蒲、水芹.植物在處理不同濃度污水5 d，10 d，15 d后，水體中氨氮濃度變化情況見圖1、圖2和圖3.

圖1 低濃度下氨氮濃度變化

圖2 中濃度下氨氮濃度變化

圖3 高濃度下氨氮濃度變化

2.2 總氮的凈化效果

從表4中可以看出，植物對(duì)不同濃度模擬污水中氮元素的去除效果也不盡相同，其中低濃度下9種植物對(duì)模擬污水中總氮的去除率在31.67%～56.55%之間，去除效果表現(xiàn)為空心菜、美人蕉、鳳眼蓮、蘆葦、菖蒲、空心蓮子草、千屈菜、水竹、水芹；中濃度下9種植物對(duì)模擬污水中氨氮的去除率在32.98%～63.08%之間，去除效果表現(xiàn)為空心菜、美人蕉、鳳眼蓮、空心蓮子草、蘆葦、千屈菜、菖蒲、水竹、水芹；高濃度下9種植物對(duì)模擬污水中總氮的去除率在27.64%～50.48%之間，去除效果表現(xiàn)為美人蕉、空心菜、鳳眼蓮、空心蓮子草、千屈菜、蘆葦、菖蒲、水竹、水芹.植物在處理不同濃度污水5 d，10 d，15 d后，水體中總氮濃度變化情況見圖4、圖5和圖6.

圖4 低濃度下總氮濃度變化

圖5 中濃度下總氮濃度變化

圖6 高濃度下總氮濃度變化

表5 不同濃度下總磷的最終去除率

2.3 植物對(duì)污水中總磷的凈化效果

從表5中可以看出，植物加入15 d后，水體中磷濃度下降程度明顯高于空白對(duì)照組，且植物對(duì)不同濃度模擬污水的凈化效果存在差異，其中低濃度下9種植物對(duì)模擬污水中總磷的去除率在47.36%～85.83%之間，去除效果表現(xiàn)為空心菜、美人蕉、鳳眼蓮、空心蓮子草、水芹、蘆葦、水竹、菖蒲、千屈菜；中濃度下9種植物對(duì)模擬污水中總磷的去除率在73.33%～89.68%之間，去除效果表現(xiàn)為美人蕉、空心菜、空心蓮子草、水芹、水竹、蘆葦、鳳眼蓮、千屈菜、菖蒲；高濃度下9種植物對(duì)模擬污水中總磷的去除率在68.49%～79.78%之間，去除效果表現(xiàn)為空心菜、美人蕉、鳳眼蓮、空心蓮子草、水芹、蘆葦、水竹、菖蒲、千屈菜.植物在處理不同濃度污水5 d，10 d，15 d后，水體中總磷濃度變化情況見圖7、圖8和圖9.

圖7 低濃度下總磷濃度變化

圖8 中濃度下總磷濃度變化

圖9 高濃度下總磷濃度變化

3 結(jié)論

本試驗(yàn)所選的9 種植物對(duì)模擬污水都有不同程度的凈化作用，9 種植物在15 d 時(shí)，氨氮去除率在43.33%～85.64%之間，總氮去除率在31.67%～63.08%之間，總磷去除率在47.36%～89.68%之間，且相同濃度污水環(huán)境中氮、磷元素的去除率隨植物在污水中的停留時(shí)間延長(zhǎng)而增加.

每種植物對(duì)不同濃度模擬污水中氨氮、總氮及總磷的去除率存在差異，表現(xiàn)為：植物在中濃度污水環(huán)境中對(duì)氮磷元素的去除率均高于其在低濃度和高濃度中的去除率，這可能是由于低濃度模擬污水的氮、磷含量較低，不利于植物自身的新陳代謝，導(dǎo)致其直接吸收及間接作用的降低，從而影響其去除率；而高濃度模擬污水中氮、磷含量過高，一方面可能是植物吸收能力有限，由于處理時(shí)間較短，導(dǎo)致去除率較低，另一方面也可能是由于氮磷濃度過高對(duì)植物造成了脅迫，從而影響植物對(duì)污水的凈化效率.

通過數(shù)據(jù)對(duì)比，空心菜和美人蕉2種植物對(duì)3種濃度的模擬污水的氮磷去除率均在9種植物中最高.這表明這2種植物相對(duì)于其他幾種植物凈化效果最優(yōu)，且具有更強(qiáng)的適應(yīng)性，而空心菜是生活中常見的食用蔬菜，美人蕉在花卉市場(chǎng)也有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值.因此空心菜和美人蕉是較為理想的污水凈化植物.

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