曝氣—生態浮床處理景觀水體富營養化研究

曾冠軍 馬滿英

摘要[目的]研究曝氣與生態浮床組合處理景觀水體富營養化的效果。[方法]選取黃花鳶尾和花葉菖蒲組合作為生態浮床，將生態浮床和曝氣-生態浮床進行對比研究，研究曝氣-生態浮床對景觀水體中總氮（TN）、總磷（TP）的去除效果。[結果]生態浮床對景觀水體中的TN、TP的去除率分別為85.14%和40.98%；曝氣-生態浮床對景觀水體中的TN、TP的去除率分別為93.17%和53.28%。在生態浮床處理景觀水體中，增加曝氣能夠對景觀水體中TN、TP的去除率提高10%左右。[結論]曝氣-生態浮床能夠很好地去除景觀水體中TN、TP，是處理景觀水體富營養化的有效方法。

關鍵詞景觀水體；富營養化；曝氣；生態浮床

中圖分類號X524文獻標識碼A文章編號0517-6611（2017）23-0050-02

Study on Eutrophication of Landscape Water Body Treated by Aerationecological Floating Bed

ZENG Guanjun， MA Manying

（School of Civil Engineering， Hunan University of Technology， Zhuzhou， Hunan 412007）

Abstract[Objective]To the effects of aeration and ecological floating bed treatment on eutrophication of landscape water body. [Method]Iris pseudacorus Linn and Acorus tatarinowii cv. variegata were selected as the ecological floating bed， and comparative study was conducted between the ecological floating bed and the aerationecological floating bed， the removal rate of ecological floating and the aerationecological floating bed on TN，TP was studied. [Result]The results showed that the removal rate of TN and TP in the landscape water by ecological floating bed was 85.14% and 40.98%， respectively. The removal rate of TN and TP in the landscape water by aerationecological floating bed was 93.17% and 53.28%， respectively. The removal rate of TN and TP in landscape water can be increased by 10% in the treatment of landscape water by adding the aeration. [Conclusion]The combination of aeration and ecological floating bed can remove TN and TP in the landscape water well， which is an effective method to treat the eutrophication of landscape water body.

Key wordsLandscape water body；Eutrophication；Aeration；Ecological floating bed

作者簡介曾冠軍（1990—），男，四川宣漢人，碩士研究生，研究方向：水污染控制與治理。

收稿日期2017-05-31

目前，景觀水體的富營養化已成為國內外嚴重的水環境污染問題，在處理景觀水體的富營養化方法中，生態浮床處理技術是目前國內外研究的熱點。利用水生高等植物或馴化陸生植物的生態浮床技術對凈化富營養水體水質和生態修復的積極作用已得到多方證實和廣泛應用[1]。生態浮床處理技術是通過水生植物吸收氮、磷等營養物質，從而達到處理景觀水體富營養化的目的。王鄭等[2]研究了由水生植物與人工填料構建的組合型生態浮床對某農家樂污水的凈化效果，結果表明，該組合型生態浮床對化學需氧量（COD）、總氮（TN）、氨氮（NH+4-N）和總磷（TP）均有較好的去除效果，去除率分別達到79.71%、73.88%、88.67%和85.61%，均明顯高于基質對照組和植物對照組。

曝氣能夠增加水體中的溶解氧（DO）含量，能夠提高水體中微生物活性，與水體中的氮、磷營養物質作用能提高效率，能夠使植物快速并且更容易吸收含氮、磷的營養物質。水體中DO含量直接影響水生動植物的生長及河流的降解自凈能力，DO含量高，則水生生物生長正常，好氧菌種群活躍，水質好；DO含量低，則水生生物遭到嚴重威脅甚至會瀕臨滅絕，并且河流中好氧菌群種類減少，水質惡化嚴重[3]。曝氣還能夠增加水動力條件，使得水體中含氮、磷的營養物質能夠充分與生態浮床植物的根部接觸，從而提高水體中TN、TP的去除效率。李薇[4]研究認為，DO含量大于7 mg/L有利于水體及底泥中TN的去除，DO含量小于1 mg/L時，底泥會向水體中釋放磷，而其余DO狀態則會抑制底泥中磷的釋放。聶玉華[5]研究了微曝氣強化生態浮床對污水中氮元素的去除效果，微曝氣強化生態浮床對污水中TN、NH3-N的凈化效果明顯優于強化生態浮床和傳統生態浮床，其對污染水體中TN、NH3-N的去除率分別為69.08%和81.14%。筆者采用曝氣-生態浮床組合處理景觀水體富營養化，研究該技術去除污水中TN、TP的效果，旨在為景觀水體污水處理提供科學依據。

1材料與方法

1.1試驗設施

該試驗在湖南工業大學土木工程學院水處理實驗室的人工模擬水槽中進行。人工模擬水槽規格（長×寬×高）100 cm×50 cm×40 cm，總容積為0.2 m3，實際試驗水深30 cm，有效容積為0.15 m3。

曝氣設備：西龍 AP-005氧氣泵。

1.2生態浮床植物

根據適應水環境的能力、凈化水體的效果和景觀效果等因素綜合考慮選擇合適的植物。由于生態浮床處理水體的富營養化主要是依靠植物的根系吸收水體中的氮、磷等營養物質而達到處理的目的，因而還要考慮植物的根系是否發達，植物是否能夠四季常青。該試驗選取了耐寒性好及適應能力較強的2種植物：黃花鳶尾（Iris pseudacorus Linn）和花葉菖蒲（Acorus tatarinowii cv.variegata）[6]。

1.3供試水體

該試驗用水取自湖南工業大學河西校區觀書塘景觀湖泊中，觀書塘景觀水體是一個封閉的水體，將周圍小范圍內的雨水匯集到其中，也會定期補充自來水。湖泊中有大量觀賞性魚類及少量睡蓮，除此之外湖體中沒有任何水生植物。觀書塘景觀湖泊由于水體小并且封閉，生態結構功能簡單，水體流動性差，水動力不足，是比較容易污染的景觀水體。觀書塘景觀湖泊的春季水質指標濃度：DO含量13283 mg/L，TN含量2.315 mg/L，TP含量0.122 mg/L，pH 8720，濁度（NTU）15.20。

其中TN、TP均屬于重度富營養水體。按照《地表水環境質量標準》（3838—2002）分類，污染程度均超過V類水。

1.4生態浮床設計

以塑料泡沫作為載體，在載體上打出等間距且大小合適的小孔，使植株能穿過小孔，床體尺寸為50 cm×60 cm。將5株黃花鳶尾和5株花葉菖蒲穿過小孔，并以海綿將植株的根部固定。做2個尺寸一致、植株排列方式相同的浮床，分別放置于2個人工模擬水槽中。

2017年3月5日在觀書塘5個點共取0.30 m3的水混合均勻，在2個人工水槽中分別放0.15 m3。

將黃花鳶尾和花葉菖蒲先在水體中培育，培育至生長呈現出良好狀態，再做成2個無差別的生態浮床。

將做好的2個生態浮床放入2個人工水槽中，一個水槽安裝曝氣設備，另一個水槽不安裝。曝氣方式為鼓風曝氣，每天間歇式曝氣，每天曝氣6 h。連續8 d進行試驗，每天晚上8∶00取2個人工水槽的水樣進行TN、TP含量的測定。分別對比分析2個人工水槽中TN、TP含量的變化規律。

1.5測定項目與方法

TN含量：按照GB11894—89的測定方法，將堿性過硫酸鉀消解后，用紫外分光光度測計量，主要儀器為 UV-1800 型紫外可見分光光度計。

TP含量：按照GB11893—89的鉬酸銨分光光度法測定，將過硫酸鉀消解后，用紫外分光光度測計量，主要儀器為 UV-1800 型紫外可見分光光度計。

2結果與分析

2.1曝氣-生態浮床對景觀水體中TN的去除效果

從圖1可見，生態浮床和曝氣-生態浮床在第1、2天，對水體中TN的去除效果不明顯，去除率分別為5.66%和9.58%，第3～5天對TN的去除率最高，分別為77.60%和82.37%。這是由于生態浮床植物在適應新的水體環境后開始生長，從而大量吸收水體中含氮營養物質。在第5～8天時，水體中TN含量基本上維持不變，這是由于試驗在人工模擬水槽中進行，水體環境隨著試驗的進行而發生了改變，植物的根系不再吸收含氮的營養物質。生態浮床和曝氣-生態浮床對TN的總去除率分別為85.14%和93.17%，由此可知，在生態浮床處理景觀水體富營養化中，增加曝氣能夠提高生態浮床對水體中TN的去除率。

2.2曝氣-生態浮床對景觀水體中TP的去除效果

與TN的去除規律大致相同，生態浮床和曝氣-生態浮床在第1、2天對TP的去除率分別為4.10%和6.56%，這是由于生態浮床的植物對水體有一個適應的過程。第3～5天對水體中TP的去除率最高，去除率分別為30.56%和40.78%，這是由于植物在適應新的水體環境后開始生長，吸收大量含磷的營養植物。第6～8天水體中的TP基本上趨于穩定，這是由于水體環境發生變化，植物停止生長，水體中的含磷營養物質保持動態平衡。生態浮床和曝氣-生態浮床對水體中TP的總去除率分別為40.98%和53.28%（圖2）。由此可以得出，在生態浮床處理景觀水體富營養化中，增加曝氣能夠提高生態浮床對水體中TP的去除率。

3結論

與生態浮床處理景觀水體富營養的方法相比，該試驗創新性地將曝氣與生態浮床相結合處理景觀水體富營養化，能夠有效去除富營養化水體中的TN、TP，生態浮床對景觀水體中TN、TP的去除率分別為85.14%和40.98%，而曝氣-生態浮床對景觀水體中TN、TP的去除率分別為93.17%和5328%。由此可知，在生態浮床處理景觀水體富營養化中，增加曝氣能夠提高對景觀水體中TN、TP的去除效率，去除效率能夠提高10%左右。

曝氣與生態浮床處理景觀水體的富營養化切實可行，能夠應用于實際工程中。

參考文獻

[1] 劉婭琴，鄒國燕，宋祥甫，等.不同營養狀態水體中生態浮床對浮游植物群落的影響[J].環境科學研究，2015，28（4）：629-637.

[2] 王鄭，崔康平，許為義，等.組合型生態浮床處理農家樂污水[J].環境工程學報，2016，10（1）：455-460.

[3] 武貝貝.明渠摻氣水流和河道復氧的研究[D].邯鄲：河北工程大學，2015.

[4] 李薇.溶解氧水平對富營養化水體底泥氮磷轉化影響的研究[D].南京：南京理工大學，2014.

[5] 聶玉華.微曝氣強化生態浮床對污水中氮元素的去除效果研究[D].成都：西南交通大學，2015.

[6] 趙家榮，劉艷玲.水生植物圖鑒[M].武漢：華中科技大學出版社，2009.