浮萍和金魚藻對生活污水的凈化效果

譚洪濤， 朱 琳， 張馨文， 王 彬

(1.西南科技大學固體廢物處理與資源化教育部重點實驗室，四川綿陽 621010；2.四川省綿陽市環境監測中心站，四川綿陽 621000)

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浮萍和金魚藻對生活污水的凈化效果

譚洪濤1， 朱 琳2， 張馨文2， 王 彬1

(1.西南科技大學固體廢物處理與資源化教育部重點實驗室，四川綿陽 621010；2.四川省綿陽市環境監測中心站，四川綿陽 621000)

摘要[目的]研究浮萍和金魚藻對生活污水的凈化效果。[方法]構建小型水培污水凈化系統，以浮萍和金魚藻2種水生植物為研究對象，研究其在不同水培時間下對生活污水的凈化效果，并設置空白對照組進行比較分析。[結果]經過28 d的試驗研究，結果表明：浮萍系統對生活污水COD、NH3-N、TN、TP的最終去除率分別為80.8%、92.4%、89.7%、85.3%，金魚藻系統對生活污水COD、NH3-N、TN、TP的最終去除率分別為79.5%、92.1%、88.6%、86.9%，對照組中COD、NH3-N、TN、TP的最終去除率分別為71.8%、76.5%、75.4%、59.8%。[結論]浮萍和金魚藻對生活污水凈化效果良好，在水培污水凈化系統中具有重要作用。

關鍵詞浮萍；金魚藻；生活污水；凈化效果

浮萍Lemnaminor又名青萍、田萍，浮萍科植物，是我國常見的水面浮生植物，易成活，生長繁殖快[1-3]。金魚藻CeratophyllumdemersumL.為懸浮于水中的多年沉水草本植物，群生于淡水池塘、水溝、穩水小型河流及水庫中，在我國分布廣泛，適應能力強。金魚藻是喜氮植物，水中無機氮含量較高時長勢較好[4-5]。人工濕地技術是20世紀七八十年代發展起來的一種污水生態處理技術，主要由基質和水生植物組成[6-8]。目前國內外對人工濕地的處理機理已經取得了一致認識，各國進行了各種嘗試與研究以改良人工濕地技術，設法將一些新的技術和材料引入人工濕地污水處理系統[9-12]，很多學者對一些花卉植物(如吊蘭、美人蕉等)進行了大量研究，形成了較為完善的研究成果和體系[13-16]，但是對于水生野生植物的研究較少。鑒于此，筆者在對傳統人工濕地運行機理進行研究分析的基礎上，通過構建水培污水凈化系統，研究浮萍和金魚藻2種水生植物在不同水培時間下對城鎮生活污水中COD、NH3-N、TN、TP的凈化效果，旨在為更好地實現簡便、廉價、可行性高的生態污水處理技術提供科學依據。

1材料與方法

1.1試驗材料試驗所用浮萍和金魚藻取自四川省綿陽市青義鎮任家溝一池塘處(104°40′3.57″ E，31°34′14.16″ N)。

1.2試驗設計試驗裝置于2015年8月建成，地點位于某大學污水處理廠西側一大棚內。試驗期間氣溫為21～35 ℃，濕度為55%～85%。根據平行對照原則，共設計2組平行試驗，每組包含3個水培凈化裝置，分別為浮萍水培凈化裝置(FA、FB)，金魚藻水培凈化裝置(JA、JB)和空白對照組裝置(KA、KB)。裝置采用塑料無土栽培箱制成，每個栽培箱規格為45 cm×30 cm×25 cm，水容量約為30 L。試驗裝置如圖1所示。

1.3試驗方法植物馴化：由于2種植物原有生長環境為池塘開放水域，凈化試驗前進行污水適應性馴化，以避免因改變水生環境植株死亡。將采集的2種植物用清水沖洗干凈，首先在低濃度污水(稀釋濃度為實驗污水的1/3)中培養馴化2 d，然后在中濃度污水(稀釋濃度為試驗污水的2/3)中培養馴化2 d，最后在試驗污水中培養馴化2 d，共馴化6 d。馴化結束后，選取生長狀況良好、生物量相近的植株作為試驗材料。

方法：選取馴化好的浮萍和金魚藻，分別移栽至FA、FB和JA、JB中，每個試驗組凈化裝置種植密度適中，對照組KA、KB不栽種植物，然后將6個凈化裝置移至塑料大棚內，連續運行監測28 d，期間每間隔2 d采樣1次，分析各組裝置污水中COD、NH3-N、TN 和TP 的去除效果。試驗過程中蒸發的水量通過補充蒸餾水以保持體積不變，將大棚兩側塑料膜卷起，以保證光照充足、空氣流通。

圖1　水培污水凈化裝置示意Fig.1　The sketch map of the hydroponic sewage purification device

1.4水質分析試驗所用原水為該污水處理廠細格柵出水，pH為6~8,COD含量為120.0~220.0 mg/L,NH3-N為20.0~30.0 mg/L,TN為25.0~40.0 mg/L,TP為1.5~4.0 mg/L。污水中各指標的分析方法為：pH采用便攜式pH計法(GB 6920-86)，COD采用快速密封催化消解法(HZ-HJ-SZ-0108)，NH3-N采用納氏比色法(GB7479-87)，TN采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法(GB11894-1989)，TP采用鉬酸銨分光光度法(GB11893-89)[17]。

2結果與分析

2.1水質表觀變化由表1可知，試驗末期浮萍組和金魚藻組水體水質較試驗初期原水水質均有了明顯改善，水質清澈透明，無臭味，無綠色絲狀藻類生長，底部有少量沉積物。對照組水體較試驗初期原水水質渾濁程度也有所下降，但是由于沒有植物的生長和凈化作用，水體環境最終整體出現惡化情況，生長了大量的綠色絲狀藻類，且多數聚集在底部，部分以懸浮狀態存在于水體中，使得水體水質無明顯改善。

表1試驗末期各組系統水質情況

Table 1The description of water quality of each system in the later stage

組別Groups透明度Transparency臭味Stink綠色絲狀藻類Greenfilamentousalgae沉積物Sediment原水Originalwater渾濁中度--對照組Controlgroup較渾濁微弱多多金魚藻組Hornwort清澈透明--少浮萍組水質Duckweed清澈透明--少

2.2對COD的凈化效果從圖2、3可以看出，在為期28 d的靜態水培凈化試驗過程中，浮萍和金魚藻2組植物凈化系統對污水中的COD均表現出了較好的去除效果。2組水體中COD濃度由195.6 mg/L分別下降至37.6和40.1 mg/L，與對照組差異顯著(P<0.05)，凈化能力由大到小為浮萍組、金魚藻組、對照組。整個試驗期內，試驗組COD去除率達到75.0%以上。但值得注意的是，水培試驗前1～6 d，各試驗組水體中COD濃度下降速率較快，去除率也上升較快，達60.0%～65.0%，這可能主要依靠于污水中有機物的先期沉降作用。隨著水培時間的延長，COD去除速率減緩，并逐漸趨于穩定，且試驗組去除率優于對照組。

圖2　各組水培系統COD含量變化Fig.2　Changes of COD content in each hydroponic system

圖3　各組水培系統COD去除率比較Fig.3　Comparison of COD removal rate in each hydroponic system

2.3對NH3-N的凈化效果從圖4、5可以看出，浮萍和金魚藻2組植物系統均能夠有效去除水體中的NH3-N，且凈化能力相當，去除率分別達到92.4%和92.2%。在9～12 d時，2組植物系統對NH3-N的去除率已達到60.0%～65.0%，而對照組則低于50.0%；當水培時間繼續延長時，各試驗組對NH3-N的去除率仍不斷提高，但去除速率明顯降低；18～22 d時，NH3-N的去除率達到峰值，在85.0%以上，且后期NH3-N的去除率不再繼續升高。污水中NH3-N的去除除了通過植物生長和微生物的代謝作用吸收外，還可以直接揮發，由于水培靜態試驗在夏末秋初進行，試驗溫度較高，有利于NH3-N的直接揮發，因此，對照組和試驗組對NH3-N的去除率均較高。

圖4　各組水培系統NH3-N含量變化Fig.4　Changes of NH3-N content in each hydroponic system

圖5　各組水培系統NH3-N去除率比較Fig.5　Comparison of NH3-N removal rate in each hydroponic system

2.4對TN的凈化效果從圖 6、7可以看出，各組水體中TN含量呈現緩慢下降趨勢，金魚藻和浮萍組的TN濃度由37.9 mg/L分別降至4.3和3.9 mg/L，18～20 d時，2組植物系統對水體中TN的去除率達到峰值(分別為88.5%和92.4%)，之后逐步趨于穩定，且去除能力為金魚藻組>浮萍組>對照組。隨著水培時間的延長，各組水體中TN濃度均出現了不同程度的升高。這可能由于后期水體中厭氧區域不斷擴大，植物根系出現腐敗，也從另一方面說明了水力停留時間過長，會對水體中污染物質的去除產生不利影響。

圖6　各組水培系統TN含量變化Fig.6　Changes of TN content in each hydroponic system

圖7　各組水培系統TN去除率比較Fig.7　Comparison of TN removal rate in each hydroponic system

2.5對TP的凈化效果從圖8、9可以看出，各組水體中TP的去除變化與TN相近，呈現逐步下降趨勢。水培結束后，浮萍組和金魚藻組水體中TP的含量由3.20 mg/L分別降至0.34和0.36 mg/L，與對照組水體中TP最終含量(1.29 mg/L)差異顯著(P<0.05)。試驗組對TP的去除率均達到80.0%以上，且去除能力為浮萍組>金魚藻組>對照組。與TN的去除變化規律相似，浮萍和金魚藻對TP的去除率在水培時間18～20 d后也逐步趨于穩定，最高去除率分別達到84.0%和77.1%，浮萍對污水中TP的去除能力和去除速率均優于金魚藻，這可能與2組凈化系統中植物和微生物對生活污水中TP的吸收特點不同有關。

圖8　各組水培系統TP含量變化Fig.8　Changes of TP content in each hydroponic system

圖9　各組水培系統TP去除率比較Fig.9　Comparison of TP removal rate in each hydroponic system

3結論與討論

該研究通過建立小型污水凈化裝置，以浮萍和金魚藻為試驗對象，研究其對生活污水的凈化效果，結果表明，浮萍和金魚藻2組植物系統在水培時間為28 d的情況下，對生活污水中COD、NH3-N、TN、TP的平均去除率基本達到80.0%以上，表現出較好的去除效果，且總體上浮萍優于金魚藻，而對照組系統對污水中各項污染指標的平均去除率明顯低于試驗組。

對照組與試驗組的區別在于是否栽種了植物，其他各項設置及試驗條件均相同，由此可以初步推定在水培凈化試驗中，植物對水體的凈化有著重要作用。一方面，植物在生長過程中吸收了水體中的營養物質，改善了水質；另一方面，植物根系為微生物的生存提供了載體，有利于微生物的生長和繁殖，而微生物在水培凈化污水中有著重要作用。該試驗在開展過程中，由于時間和試驗條件有限，在很多方面仍有待進一步的分析和探討， 如試驗時間。因此，在今后的研究工作中應重點對水培系統的運行效果做不同季度的試驗監測分析，從而為浮萍和金魚藻在人工濕地污水處理中更好的應用與推廣提供基礎數據。

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Purification Effect of Duckweed and Hornwort on Domestic Sewage

TAN Hong-tao1, ZHU Lin2, ZHANG Xin-wen2et al (1.Key Laboratory of Solid Waste Treatment and Resource Recycle of Ministry of Education, Southwest University of Science and Technology, Mianyang, Sichuan 621010; 2.Mianyang Environmental Monitoring Center Station, Mianyang, Sichuan 621000)

Abstract[Objective] To study purification effect of duckweed and hornwort on domestic sewage.[Method] A small hydroponic sewage purification system was constructed.With duckweed and hornwort as research object, the purification effects on domestic sewage in different time were tested, and blank control group was set up for comparative analysis.[Result] After 28d, the experimental study showed that: the final removal rates of duckweed system on COD, NH3-N, TN, TP were 80.8%, 92.4%, 89.7% and 85.3% respectively, that of hornwort system on COD, NH3-N, TN and TP were 79.5%, 92.1%, 88.6% and 86.9% respectively, and in the control group, the final removal efficiency on COD, NH3-N, TN and TP were 71.8%, 76.5%, 75.4% and 59.8% respectively.[Conclusion] Duckweed and hornwort has good purification effect on domestic sewage, plants play an important role in hydroponic sewage purification system.

Key wordsDuckweed; Hornwort; Domestic sewage; Purification effect

收稿日期2015-12-21

作者簡介譚洪濤(1988- )，男，河北三河人，助教，碩士，從事廢水處理理論與工程技術研究。

基金項目西南科技大學創新基金資助項目(13ycjj29)。

中圖分類號S 181.3

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)02-146-04