鳳眼蓮對農(nóng)村污水凈化效果研究

阮居專

[摘 要]于2017年6月1日至7月21日，以鳳眼蓮作為供試材料，進行鳳眼蓮凈化農(nóng)村污水的實驗，分析鳳眼蓮對農(nóng)村污水中營養(yǎng)元素的去除效果。利用數(shù)形結(jié)合的方法，對鳳眼蓮凈化污水的效果進行綜合評價。研究結(jié)果表明，鳳眼蓮對農(nóng)村污水中各種營養(yǎng)元素的去除率因溫度不同有一定差異，在適宜溫度下鳳眼蓮具有較強的凈化污水效果，對TN、TP、COD和氨氮的平均去除率分別為72.53%、84.55%、64.88%和58.87%。

[關(guān)鍵詞]鳳眼蓮；氮磷；凈化效果；農(nóng)村污水

[中圖分類號]X714 [文獻標(biāo)識碼]A

現(xiàn)在城鎮(zhèn)污水的處理技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展已經(jīng)相當(dāng)成熟，污水處理大都能滿足相關(guān)的要求，但我國的整體水環(huán)境狀況仍然在不斷地惡化，究其原因我們不難發(fā)現(xiàn)農(nóng)村的污水處理仍然停留在起步階段，這是導(dǎo)致我國水環(huán)境變化的主要原因。鳳眼蓮又稱水葫蘆，其對污水有很強的凈化作用，近年來被廣泛應(yīng)用于各類水體修復(fù)工程中，查閱大量資料尚未發(fā)現(xiàn)其在農(nóng)村污水處理中的應(yīng)用，因此本研究旨在探索鳳眼蓮對農(nóng)村生活污水凈化效果。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試的鳳眼蓮采購于沭陽縣新河鎮(zhèn)顏顏花卉園藝場。于2017年5月26日開始，在室外大池清潔水體中培養(yǎng)一周之后，供實驗使用。實驗選取生長狀況良好，形態(tài)、尺寸基本一致的植株用于實驗。實驗前，用蒸餾水清洗植株根系，濾紙吸干水分，稱重之后移入供試污水中。

1.2 實驗裝置

實驗裝置采用亞克力板制成，共分為三層，該裝置由磁力泵供水，水位自動檢測儀控制其啟閉以保持水位穩(wěn)定。磁力泵機械能由固定于最下層的太陽能電池板及小型蓄電池轉(zhuǎn)化而來。上層和中間層側(cè)面各有一個橡膠管出口，三層之間以虹吸作用進行水利聯(lián)系。

1.3 實驗方法

實驗于2017年6月1日至7月21日，在合肥工業(yè)大學(xué)宣城校區(qū)開展。實驗設(shè)三個實驗組和一個對照組。由裝置上層開始，依次為第一組、第二組和第三組，實驗裝置放置于鏡亭湖東側(cè)排水口，在實驗裝置的每層合理密植經(jīng)過前處理的鳳眼蓮。經(jīng)鳳眼蓮處理的三組與不經(jīng)處理的對照組形成對照。每隔4天采集一次水樣，測定TN、TP、COD、氨氮濃度，并計算各營養(yǎng)組分的去除率。通過處理11次的實驗數(shù)據(jù)，來對鳳眼蓮農(nóng)村污水的凈化效果進行評價。

1.4 水樣的采集與分析

從2017年6月1日開始，每5d取水樣500mL，采得的水樣經(jīng)濾膜過濾后，裝在聚乙烯塑料瓶中，在4℃下保存，并盡快在校水質(zhì)分析實驗室進行水樣分析，測定其TN、TP、COD和氨氮含量。采樣時間都在9：00～10：00之間，避免實驗誤差。

1.5 測定方法

采集水樣中主要污染物的分析方法：TN——堿性過硫酸鉀消解，紫外分光光度法；TP——過硫酸鉀消解，鉬銻抗分光光度法；COD——重鉻酸鉀氧化法；氨氮——絮凝沉淀法預(yù)處理，納氏試劑分光光度法。具體測定方法及步驟參照《水和廢水檢測分析方法》。

1.6 數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Excel 2010 軟件，進行數(shù)據(jù)處理和分析。

2 結(jié)果與分析

實驗期間供試水體的平均水質(zhì)指標(biāo)及其變化見表1

2.1 鳳眼蓮對TN去除效果

鳳眼蓮對TN具有較強的吸收能力，經(jīng)鳳眼蓮處理的污水中的TN含量顯著低于對照組。實驗開始時TN含量均為2.56mg/L，實驗結(jié)束后對照組、第一組、第二組和第三組的TN含量分別為1.88mg/L、0.84mg/L、0.68mg/L和0.59mg/L，去除率分別為26.56%、67.19%、73.44%以及76.95%。鳳眼蓮對水體中總氮的去除率波動變化，實驗前15天，經(jīng)植物處理的水中TN含量減少很快，15-30天總氮含量變化平緩，30天后TN含量開始平穩(wěn)減少。

2.2 鳳眼蓮對TP去除效果

種植鳳眼蓮的污水中的TP含量都大幅度減小，并與對照組有著顯著差異。在整個實驗周期中，對照組與第一組、第二組、第三組的TP含量分別削減了0.02mg/L、0.64mg/L、0.7mg/L和0.74mg/L。實驗的前15天，三個實驗組TP含量分別削減了0.17mg/L、0.29mg/L和0.31mg/L，對比三個實驗組，我們不難發(fā)現(xiàn)第三組污水中TP含量減少最快。在15-30天的時候，無論是對照組還是實驗組，TP含量減少不明顯，總量維持在一個較高的水平。30天之后，復(fù)合人工浮島下的鳳眼蓮對TP的去除率又有了較為明顯的提升。

2.3 鳳眼蓮對COD去除效果

實驗結(jié)果顯示鳳眼蓮對COD具有較強的去除效果，經(jīng)鳳眼蓮處理的污水中的COD含量較對照組有較為明顯的減少。實驗開始時COD含量均為7.45mg/L，實驗結(jié)束后對照組、第一組、第二組和第三組的COD含量分別為6.8mg/L、2.88mg/L、2.62mg/L和2.35mg/L，去除率分別為8.72%、61.34%、64.83%以及68.46%。鳳眼蓮對水體中COD的去除率并不穩(wěn)定，具有較大的波動性。實驗前15天，經(jīng)植物處理的水中的COD含量減少很快，15天后COD的去除率有小范圍的下降，但整體仍具有較為高效的降解率。

2.4 鳳眼蓮對氨氮去除效果

鳳眼蓮對氨氮的去除率與對照組相比，并沒有之前三個指標(biāo)那樣有特別顯著的差異，但整體的氨氮平均去除率也達到了58.87%，比對照組非鳳眼蓮凈化下39.61%的去除率高出19.26%。其中第一組、第二組和第三組對氨氮的去除率分別達到了46.1%、59.09%和71.43%，實驗結(jié)果也已達到預(yù)期目標(biāo)，表明鳳眼蓮對氨氮也具有較高效的去除率。

3 討論

研究本次實驗結(jié)果，我發(fā)現(xiàn)在實驗進行到第20-30天時，鳳眼蓮對TN、TP、COD和氨氮的相對去除率都有明顯的下降，通過查閱該時間段內(nèi)宣城的天氣狀況，我們發(fā)現(xiàn)該時間段內(nèi)天氣處于持續(xù)高溫的狀態(tài)，以至于水溫一直維持在30℃及以上。鳳眼蓮對污水中主要營養(yǎng)元素的去除受溫度影響較大。溫度的作用機理可能有如下幾個方面原因：一是在不同溫度下鳳眼蓮生長速度有所不同，植物吸收是污水中主要營養(yǎng)元素去除的主要方式之一，溫度適宜時植物生長旺盛，生物量大，對污水中營養(yǎng)元素的吸收也最多；二是在不同溫度下鳳眼蓮根系中附著的微生物活性存在差異，不同硝化細(xì)菌有著不同最適溫度，在這一溫度微生物活性高，生物脫氮效果好；三是鳳眼蓮根系中的硝化細(xì)菌主要依靠根系的泌氧作用進行硝化脫氮，距離根系距離的遠(yuǎn)近不同進而形成了好氧-缺氧-厭氧的微環(huán)境，當(dāng)裝置系統(tǒng)溫度過高時，植物根系泌氧能力下降，根系區(qū)微環(huán)境被破壞，污水中營養(yǎng)元素去除率下降。一般情況下，鳳眼蓮生長隨溫度升高而升高，鳳眼蓮生長越旺盛，對氮、磷的累積量越大，進而去除的氮、磷量就越大。但是，當(dāng)溫度過高，鳳眼蓮的生長受到抑制，其氮磷的積累量反而下降。

本實驗發(fā)現(xiàn)，用鳳眼蓮處理污水時，前期TN和TP含量快速減小，這是由于實驗前期環(huán)境溫度適中，水體養(yǎng)分富裕，鳳眼蓮生長較快，因此該階段對氮、磷等營養(yǎng)元素的吸收較快；隨著污水修復(fù)時間的延長，水體養(yǎng)分含量較低，植物生長受到限制，造成植物對總氮和總磷含量的去除變緩，但在后期的實驗中也驗證了即使在含較低營養(yǎng)元素的污水中，鳳眼蓮也具有很好的去除效率。

4 結(jié)語

通過與無鳳眼蓮的對照組比較，鳳眼蓮對農(nóng)村污水中的營養(yǎng)元素具有很好的凈化效果，對TN、TP、COD和氨氮的平均去除率分別為72.53%、84.55%、64.88%和58.87%。

治理農(nóng)村污水需要做到“一高三低”，即出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)高；低建設(shè)成本、低運行能耗、低管理技術(shù)要求。而本裝置占地面積小，鳳眼蓮對污水處理效率高，滿足農(nóng)村污水處理相關(guān)設(shè)想與要求，因此具有良好的應(yīng)用前景。

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