浮床植物系統(tǒng)對富營養(yǎng)化水體的凈化效果

周真明,陳燦瑜,葉青,趙志領(lǐng)

(華僑大學(xué)土木工程學(xué)院,福建泉州362021)

浮床植物系統(tǒng)對富營養(yǎng)化水體的凈化效果

周真明,陳燦瑜,葉青,趙志領(lǐng)

(華僑大學(xué)土木工程學(xué)院,福建泉州362021)

通過靜態(tài)試驗(yàn),研究空心菜、美人蕉、吊蘭3種浮床植物系統(tǒng)對富營養(yǎng)化水體凈化效果.結(jié)果表明,在水溫為27～32℃,生長21 d條件下,空心菜和美人蕉生長良好,生物量大,而吊蘭生長較差,生物量增加少.空心菜、美人蕉和吊蘭對化學(xué)耗氧量(CODMn)的平均去除率分別為13.2%,11.7%和6.9%;對總磷的平均去除率分別為57.7%,66.4%和30.6%;對PO3-4-P的平均去除率分別為69.1%,82.0%和42.1%;對NH+4-N的平均去除率分別為50.0%,42.8%和21.9%;對藻類的平均抑制率分別為55.1%,42.5%和13.6%.

富營養(yǎng)化;浮床植物系統(tǒng);凈化效果;靜態(tài)試驗(yàn)

水體富營養(yǎng)化是指在人類活動的影響下,生物所需的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)大量進(jìn)入湖泊、河口、海灣等緩流水體,引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖,水體溶解氧量下降,水質(zhì)惡化,魚類及其他生物大量死亡的現(xiàn)象.利用浮床植物系統(tǒng)修復(fù)富營養(yǎng)化水體方面的工作已開展很多年,也取得了一定的效果[1-5].浮床植物系統(tǒng)修復(fù)富營養(yǎng)化的水域,具有投資少、風(fēng)險(xiǎn)小、不產(chǎn)生再次污染等優(yōu)點(diǎn),從而受到了人們的青睞.化感作用和化感物質(zhì)的發(fā)現(xiàn),為實(shí)現(xiàn)藻類的安全控制提供了一種新思路.水生植物產(chǎn)生的化感物質(zhì),可以抑制水體中有害藻類的生長[2,6-10].本文通過靜態(tài)試驗(yàn),從有機(jī)物、氮磷、藻類等3個(gè)方面,綜合考察3種(空心菜、美人蕉和吊蘭)浮床植物系統(tǒng)對富營養(yǎng)化水體的凈化效果.

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

選用空心菜、美人蕉和吊蘭3種浮床植物,所有的植物來自土培苗,經(jīng)除土洗凈后移植到試驗(yàn)水體中.試驗(yàn)水箱材料為塑料,使用前用原水浸泡數(shù)天.

原水水質(zhì)的溫度為30℃,p H值為7.9,高錳酸鹽指數(shù)為12.86 mg·L-1,總磷(TP)為0.70 mg· L-1,PO3-4-P為0.12 mg·L-1,NH+4-N為1.20 mg·L-1,藻類密度為18.19×108個(gè)·L-1,葉綠素a為108.9μg·L-1.從這些水質(zhì)指標(biāo)來判斷,試驗(yàn)原水屬于富營養(yǎng)化水體.

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)裝置放置在四周無遮擋且?guī)в胁Ａ镯數(shù)呐镂輧?nèi).試驗(yàn)水箱采用65 L白色半透明塑料水桶,桶的直徑為43 cm,高度為50 cm.水箱中盛放試驗(yàn)原水,水深40 cm,水樣體積約為60 L,每個(gè)水箱水面上放置一塊30 cm×30 cm,厚度為3 cm的可降解聚苯乙烯塑料泡沫板作為浮床.在浮床上以7.5 cm× 7.5 cm的間距開9個(gè)直徑為4 cm的定植孔,每個(gè)定植孔定植1～2棵植物,并用海綿輔助固定.

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2008年6～7月間進(jìn)行,試驗(yàn)時(shí)間為21 d,試驗(yàn)期間水溫為27～32℃,平均水溫為30℃,水溫適合植物和藻類生長,試驗(yàn)原水為福建華僑大學(xué)廈門校區(qū)的人工河水.試驗(yàn)共設(shè)4組水箱,第1組為空白對照組,只有浮床而無植物的水箱,第2～4組浮床上分別定植空心菜、美人蕉和吊蘭.

試驗(yàn)期間每隔7 d取樣一次,測定水樣中的化學(xué)耗氧量(CODMn),總磷(TP),PO3-4-P和NH+4-N;每隔10 d取一次樣,測定水樣中藻類密度和葉綠素a,記錄植物各個(gè)時(shí)間段的生物量,并定期補(bǔ)充自來水以消除水分蒸發(fā)損失對試驗(yàn)效果的影響.

1.4 測定方法

用酸性法[11]測定高錳酸鹽指數(shù),即化學(xué)耗氧量(CODMn);用鉬銻抗分光光度法[11],測定TP和PO3-4-P質(zhì)量濃度;采用納氏試劑光度法[11],測定NH+4-N質(zhì)量濃度;采用魯哥氏液固定,目鏡視野法[12],測定藻類密度;以0.45μm醋酸纖維膜過濾,采用乙醇萃取光度法[12-13],測定葉綠素a質(zhì)量濃度.

2 結(jié)果與分析

2.1 各單元系統(tǒng)的生物量變化

3種植物的生物量增長情況,如表1所示.表1中:Hav為平均株高,Lm為最長根長,Lav為平均葉片數(shù),m為質(zhì)量.由表1可知,在試驗(yàn)前后,空心菜、美人蕉、吊蘭平均株高的相對增長率分別為90%, 100%,50%,而其最長根長的相對增長率分別為107%,67%,33%.其次,空心菜、美人蕉的長勢良好,生長速度快,生物量變化比較大;而吊蘭生長速度較慢,生物量變化較小.此外,空心菜根系最發(fā)達(dá),美人蕉次之,吊蘭最差.

表1 各單元的植物試驗(yàn)前后生物量的變化Tab.1 Changes of p lants in every unit befo re and after tested

2.2 各單元系統(tǒng)對有機(jī)物去除效果

3種浮床植物系統(tǒng)對CODMn去除效果,如表2所示.表2中:η1為對CODMn的去除率.由表2可以發(fā)現(xiàn),3種浮床植物系統(tǒng)對CODMn平均去除率均值,大小依次為空心菜(13.2%),美人蕉(11.7%),吊蘭(6.9%).說明,空心菜、美人蕉浮床系統(tǒng)對有機(jī)物有一定的去除效果.其次,結(jié)合表1可知,隨著植物根系生物量的增加,浮床植物系統(tǒng)對有機(jī)物去除率逐漸提高.這是因?yàn)楦〈仓参锵到y(tǒng)對CODMn的去除,主要依靠植物的根系吸附及根系附著微生物降解作用[14].

表2 3種浮床植物系統(tǒng)對CODMn的去除效果Tab.2 Removal effects of CODMnunder three p lanted floats system

2.3 各單元系統(tǒng)對N和P的去除效果

3種浮床植物系統(tǒng)對NH+4-N去除效果,如表3所示.表3中:η2為NH+4-N的去除率.由表3可見,3種浮床植物系統(tǒng)對NH+4-N的平均去除率均值,大小依次為空心菜(50%),美人蕉(42.8%),吊蘭(21.9%).說明,空心菜、美人蕉浮床系統(tǒng)對NH+4-N有良好的去除效果.

3種浮床植物系統(tǒng)對總磷(TP)和PO3-4-P去除效果,如表4,5所示.表4,5中:η3,η4分別為TP和PO3-4-P的去除率.由表4,5可以發(fā)現(xiàn),3種浮床植物系統(tǒng)對TP的平均去除率均值,大小依次為美人蕉(66.4%),空心菜(57.7%),吊蘭(30.6%);而它們對PO3-4-P的平均去除率均值,大小依次為美人蕉(82.0%),空心菜(69.1%),吊蘭(42.1%).其次,美人蕉浮床系統(tǒng)對磷的去除效果大于空心菜,美人蕉、空心菜浮床系統(tǒng)對TP平均去除率都在50%以上,對PO3-4-的平均去除率都在60%以上.

由表3～5還可見,空心菜浮床系統(tǒng)對N的去除效果大于美人蕉浮床系統(tǒng),而美人蕉浮床系統(tǒng)對P的去除效果大于空心菜浮床系統(tǒng).

表3 3種浮床植物系統(tǒng)對NH+4-N的去除效果Tab.3 Removal effects of NH+4-N under three p lanted floats system

表4 3種浮床植物系統(tǒng)對TP的去除效果Tab.4 Removal effects of TP under three planted floats system

表5 3種浮床植物系統(tǒng)對PO3-4-P的去除效果Tab.5 RemovaleffectsofPO3-4-Punderthreeplantedfloatssystem

2.4 各單元系統(tǒng)對藻類抑制效果

分別采用葉綠素a和藻類密度表征富營養(yǎng)化水體中藻類的質(zhì)量濃度.3種浮床系統(tǒng)對藻類的抑制效果,如表6,7所示.表6,7中:η5,η6分別為對葉綠素a的抑制率和對藻類密度的抑制率.

表6 3種浮床植物系統(tǒng)對葉綠素a抑制效果Tab.6 Inhibitory effects of chlorophyll-a under three p lanted floats system

表7 3種植物系統(tǒng)對藻類密度抑制效果Tab.7 Inhibitory effects of algae density under three p lanted floats system

由表6,7可見,空心菜、美人蕉和吊蘭對葉綠素a的平均抑制率分別為60.1%,48.1%和13.8%;空心菜、美人蕉和吊蘭對藻類密度的平均抑制率分別為50.0%,36.8%和13.3%;空心菜、美人蕉和吊蘭對藻類的平均抑制率分別為55.1%,12.5%和13.6%.其次,空心菜浮床系統(tǒng)抑制藻類生長效果最好,美人蕉次之,吊蘭最差.不同浮床植物具有不同抑制藻類生長效果,主要是由于不同植物與藻類間化感作用的生物活性物質(zhì)不同[15].

3 結(jié)束語

通過靜態(tài)試驗(yàn),從有機(jī)物、氮磷、藻類等3個(gè)方面,綜合考察空心菜、美人蕉和吊蘭3種浮床植物系統(tǒng)對富營養(yǎng)化水體的凈化效果.總的來說,空心菜、美人蕉浮床系統(tǒng)對富營養(yǎng)化水體有良好的凈化效果.研究結(jié)果不僅為后續(xù)的動態(tài)試驗(yàn)研究遴選植物和提供去除污染物的途徑,也為浮床植物系統(tǒng)修復(fù)技術(shù)凈化富營養(yǎng)化水體實(shí)際應(yīng)用提供理論依據(jù).

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Study on the Purification Effects of Eutrophic Water
Body in Floating-Bed Plan t Systems

ZHOU Zhen-ming,CHEN Can-yu, YE Qing,ZHAO Zhi-ling
(College of Civil Engineering,Huaqiao University,Quanzhou 362021,China)

The purification effectof eutriohic water body in floating-bed system w ith Ipom oea aquatica,Canna generalis and Spider p lant were studied through static tests.Results show that Ipomoea aquatica and Canna generalis could grow well in the floating-bed p lant system under the conditions of water temperature 27～32℃and grow th 21 d,but Spider p lant could not grow well.The the average removal rate of CODMnby these three p lantswere 13.2%,11.7%and 6.9%, and that of TP,PO3-4-P,NH+4-N and algae were 57.7%,66.4%and 30.6%,69.1%,82.0%and 42.1%,50.0%, 42.8%and 21.9%,55.1%,42.5%and 13.6%respectively.Ipomoea aquatica and Canna generalis had good purification effectsof eutrophic water body in the floating-bed system.

eutrophication;floating-bed p lant system;purification effects;static test

X 171.4;Q 949.99

A

(責(zé)任編輯:錢筠 英文審校:方德平)

1000-5013(2010)05-0576-04

2009-02-12

周真明(1981-),男,講師,主要從事微污染水資源水質(zhì)及富營養(yǎng)化水體控制技術(shù)的研究.E-mail:zhenming @hqu.edu.cn.

福建省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2008J0196);福建省青年人才科研基金資助項(xiàng)目(2007F301040091);華僑大學(xué)科研基金資助項(xiàng)目(07HZR05)