水葫蘆在不同溫度條件下的污水凈化效果

李曉婷等

摘要：研究不同溫度條件下水葫蘆對(duì)污水中的總氮、總磷、化學(xué)需氧量（COD）的去除效果，結(jié)果表明，培養(yǎng)初期，水葫蘆對(duì)污水的凈化能力強(qiáng)，后期較弱；低溫下水葫蘆對(duì)污水沒(méi)有凈化作用；24 ℃左右常溫下，水葫蘆的污水凈化能力最強(qiáng)，其他溫度條件下其凈化能力稍弱，不同溫度條件下水葫蘆凈化能力差異顯著；水葫蘆對(duì)污水的凈化能力強(qiáng)，正常溫度條件下培養(yǎng)4周后，污染物質(zhì)去除率能達(dá)到70%以上。

關(guān)鍵詞：水葫蘆；污水凈化；溫度

中圖分類(lèi)號(hào)： X703文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2015）09-0410-02

水葫蘆（Eichhornia crassipes），別稱(chēng)鳳眼蓮，是一種在南方常見(jiàn)的水生維管束植物。水葫蘆原產(chǎn)于南美，1901年作為花卉引入中國(guó)[1-2]。水葫蘆的無(wú)性、有性繁殖能力很強(qiáng)，經(jīng)常形成水域面積單一優(yōu)勢(shì)植物，容易造成水體缺氧，河道阻塞，對(duì)水生動(dòng)植物的養(yǎng)殖和水道航運(yùn)造成嚴(yán)重的影響，被稱(chēng)為十大害草之一[3]。但水葫蘆具有很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，水葫蘆的干粉可以用作豬禽的飲料[4]，水葫蘆中含大量有機(jī)物，可用于制作沼氣或有機(jī)肥料等[5]，特別是水葫蘆在凈化污水的超強(qiáng)能力，使我們對(duì)水葫蘆也另眼相待了。水葫蘆有發(fā)達(dá)的根系，在生長(zhǎng)繁殖過(guò)程中大量吸收水中的養(yǎng)分作為其生長(zhǎng)所需的物質(zhì)，同時(shí)還吸收水中的其他有機(jī)物和重金屬等污染物，從而引起凈化水體水質(zhì)的作用，因此被廣泛應(yīng)用于水域凈化和各種污水如生活污水、工業(yè)污水和混合污水等的凈化處理[6-7]。但是水葫蘆是一種多年生植物，大多數(shù)研究者對(duì)水葫蘆的污水凈化能力只考慮了水葫蘆生命力旺盛的那段時(shí)期，當(dāng)氣溫較低時(shí)，水葫蘆的生長(zhǎng)受到影響，甚至停止生長(zhǎng)，其污水凈化能力肯定受到影響。本試驗(yàn)研究不同溫度條件下水葫蘆對(duì)污水的凈化效果，以期在凈化污水時(shí)合理配置不同季節(jié)的污水凈化的強(qiáng)勢(shì)植物，使全年水質(zhì)達(dá)標(biāo)。

1材料與方法

1.1材料

試驗(yàn)植物水葫蘆取自江西省宜春市袁州區(qū)學(xué)府路段袁河，去除其腐根、老根，以及植株的黃葉，選取大小和質(zhì)量相等的植株若干株。試驗(yàn)用水取自某學(xué)校北門(mén)后面的一條受到人為污染的水渠，其污染水源主要來(lái)自城市生活的污水，污水中氮、磷和其他有機(jī)物含量過(guò)高，其中總磷含量為1.27 mg/L，總氮含量為5.69 mg/L，總COD含量為176 mg/L，水質(zhì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了國(guó)家地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)5類(lèi)的限值。

1.2方法

把水葫蘆放入直徑20 cm，高30 cm的塑料桶中養(yǎng)殖，水深保持25 cm。養(yǎng)殖用水采用取來(lái)的試驗(yàn)污水，置于4個(gè)不同溫度設(shè)置條件下的人工氣候箱中養(yǎng)殖，每處理重復(fù)3次，對(duì)照在20 ℃左右的露天存放[8-9]。測(cè)定水樣和對(duì)照中的總磷、總氮、COD 3項(xiàng)指標(biāo)。水樣中總磷的檢測(cè)按照《中華人民共和國(guó)城鎮(zhèn)建設(shè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)城市污水——總磷的測(cè)定》（CJ/T 78—1999）；總氮的測(cè)定采用《中華人民共和國(guó)城鎮(zhèn)建設(shè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)城市污水——總氮的測(cè)定》（CJ/T 77—1999）中的過(guò)硫酸鉀氧化紫外分光光度法；水質(zhì)COD的測(cè)定采用快速消解分光光度法 （HJ/T 399—2007）。根據(jù)水樣中3項(xiàng)指標(biāo)的實(shí)測(cè)值計(jì)算相應(yīng)的去除率。

1.3數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)運(yùn)用SPSS 18.0軟件進(jìn)行分析，對(duì)不同溫度條件下水葫蘆污水凈化能力進(jìn)行單因素方差分析。

2結(jié)果與分析

2.1水葫蘆對(duì)污染物質(zhì)的吸收速率與時(shí)間的關(guān)系

水葫蘆對(duì)水樣中污染物質(zhì)的吸收，有一個(gè)時(shí)間積累過(guò)程，通過(guò)在20 ℃常溫下考查水葫蘆對(duì)總氮的影響與時(shí)間的關(guān)系，確定水葫蘆對(duì)水樣污染物質(zhì)吸收的時(shí)間規(guī)律，最終確定水葫蘆放置的水樣培養(yǎng)多長(zhǎng)時(shí)間后對(duì)水樣測(cè)定的效果好。水葫蘆對(duì)水樣的總氮影響在前期最大，其中前5周的去除率分別達(dá)到44.8%、17.8%、12.5%、6.0%、2.1%。到第4周后，水葫蘆對(duì)水樣總氮的吸收處于一個(gè)趨穩(wěn)的過(guò)程，前4周水葫蘆對(duì)總氮量的吸收明顯，累積去除率達(dá)到了81.1%（圖1）。因此，在水樣測(cè)定時(shí)間上，選擇在水葫蘆培養(yǎng)4周后進(jìn)行。

2.2不同溫度處理下水葫蘆對(duì)水樣總磷的吸收

水體中磷的含量是水體富營(yíng)養(yǎng)化的一個(gè)重要指標(biāo)，水葫蘆根系生長(zhǎng)能力強(qiáng)，對(duì)磷的吸收能力強(qiáng)，但是不同的溫度條件下，水葫蘆對(duì)水中磷的吸收能力存在差異。在溫度8 ℃條件下，水葫蘆對(duì)總磷的影響與對(duì)照組基本沒(méi)有什么差別，通過(guò)方差分析，兩處理間差異不顯著。32 ℃條件下，水葫蘆對(duì)總磷的去除率只有19.2%，水樣中總磷的含量為0.94 mg/L，但與對(duì)照組有顯著性差異。16 ℃條件下，水葫蘆對(duì)總磷的去除率達(dá)到68.1%，水樣的總磷含量為0.29 mg/L，對(duì)總磷含量去除

率最高是在24 ℃條件下培養(yǎng)的水樣，總磷去除率達(dá)到852%，總磷含量達(dá)到了地表水的3級(jí)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（圖2）。

2.3不同溫度處理?xiàng)l件下水葫蘆對(duì)總氮的吸收

水體的總氮含量是水體質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的重要指標(biāo)，近年由于生活污水的產(chǎn)生量逐年增加，生活污水的總氮含量較高，導(dǎo)致水體的富營(yíng)養(yǎng)化加劇。在不同溫度處理?xiàng)l件下，其水樣中總氮含量的大小順序是：對(duì)照、8、32、16、24 ℃。其中8 ℃條件下的總氮含量與對(duì)照之間沒(méi)有顯著性差異，其他條件下相互間有顯著差異。在24 ℃培養(yǎng)條件下的水葫蘆，對(duì)水樣總氮吸收最大，對(duì)水樣中總氮的去除率也最高，達(dá)83.3%（圖3）。在這種溫度條件下水葫蘆吸收的水樣，其總氮量的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)同樣達(dá)到3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。其他溫度條件下培養(yǎng)的水葫蘆，其水樣的總氮含量沒(méi)有達(dá)到國(guó)家3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

2.4不同溫度處理?xiàng)l件下水葫蘆對(duì)COD的影響

從圖4可以看出，溫度在8 ℃條件下COD的含量反而高于對(duì)照，達(dá)186 mg/L，由于在此種溫度條件下，植物生長(zhǎng)受到影響，水葫蘆有些生物構(gòu)件脫落于水體中，導(dǎo)致水體的COD含量增加，但與對(duì)照沒(méi)有顯著性差異。COD去除效果最明顯的是溫度在24 ℃條件下的水樣，其次為16 ℃條件下的水樣，再次為32 ℃條件下的水樣。24 ℃條件下的水樣COD值由對(duì)照的176 mg/L降低至58 mg/L，去除率達(dá)到69.7%；16 ℃ 條件下的水樣COD去除率為62.5%；32 ℃條件下的水樣COD去除率為31.2%；這3種溫度條件下的水樣與對(duì)照差異顯著，表明去除效果明顯。endprint

3結(jié)論與討論

3.1水葫蘆對(duì)污水凈化效果在時(shí)間上存在不均衡性

水葫蘆培養(yǎng)初期對(duì)污水的凈化效果明顯，其去除率很高，經(jīng)過(guò)近4周培養(yǎng)后，去除速率明顯減小。這其中有兩方面的原因：（1）成熟后的水葫蘆個(gè)體生殖能力減弱，生物量增加不多，因此對(duì)污水的凈化能力減弱；（2）高濃度污水由于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富，水葫蘆獲得充足的營(yíng)養(yǎng)，所以生殖擴(kuò)散能力強(qiáng)。隨著污染物質(zhì)被吸收，水樣污染物質(zhì)的濃度降低后，供水葫蘆所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)減少，限制了水葫蘆的生長(zhǎng)，導(dǎo)致水葫蘆對(duì)污水的凈化能力降低。3.2低溫下培養(yǎng)的水葫蘆對(duì)污水沒(méi)有凈化作用

8 ℃條件下的總磷含量比對(duì)照低，總氮含量也比對(duì)照低，COD含量比對(duì)照高，但與對(duì)照差異不顯著。因此在低溫條件下生長(zhǎng)的水葫蘆對(duì)污水沒(méi)有凈化作用。在江南大部分地區(qū)，有些人工湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的問(wèn)題用養(yǎng)殖水葫蘆方法來(lái)解決，在常溫下能夠解決，但是，冬季溫度過(guò)低，水中富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題就解決不了。應(yīng)當(dāng)配置一些在冬春季溫度季節(jié)對(duì)污水凈化比較好的水生植物，促進(jìn)湖泊中氮、磷、COD等污染物質(zhì)全年都處于達(dá)標(biāo)的狀態(tài)。

3.3不同溫度條件下水葫蘆對(duì)污水的凈化效果

效果最好的是24 ℃培養(yǎng)的水樣，其次是16 ℃條件下培養(yǎng)的水樣，再次是32 ℃條件下培養(yǎng)的水樣。24 ℃條件下培養(yǎng)的水樣，通過(guò)總磷、總氮的去除作用，凈化后的水質(zhì)達(dá)到地表水環(huán)境質(zhì)量的3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。但是COD凈化后的水質(zhì)卻仍然達(dá)不到地表水的5類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，仍然屬于污水級(jí)別。16 ℃條件下培養(yǎng)的水樣，經(jīng)過(guò)水葫蘆的去除作用，總磷標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到了地表水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的4類(lèi)，總氮達(dá)到了地表水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的5類(lèi)。32 ℃ 條件下培養(yǎng)的水樣，3項(xiàng)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)均沒(méi)達(dá)到地表水質(zhì)量的最低標(biāo)準(zhǔn)，凈化后的水樣仍然處于污水的狀態(tài)。3種處理?xiàng)l件下，不同溫度條件下污水凈化的效果差異顯著，過(guò)高過(guò)低溫度條件下都影響水葫蘆對(duì)污水的凈化效果。

在常溫條件下，水葫蘆對(duì)污水有明顯的凈化作用，特別在24 ℃條件下生長(zhǎng)的水葫蘆， 對(duì)污水的凈化能力比較強(qiáng)， 但是低溫條件下，水葫蘆的凈化效果差，甚至沒(méi)有凈化效果， 因此

利用水葫蘆對(duì)污水凈化時(shí)，要考慮水葫蘆凈化能力的季節(jié)差異，合理安排污水凈化的方案。同時(shí)水葫蘆凈化污水一般只能達(dá)到地表3類(lèi)水質(zhì)的要求，如果要求污水凈化后水質(zhì)更高，應(yīng)當(dāng)與物理凈化、化學(xué)凈化相結(jié)合，這樣效果更好。

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