生態塘水生植物對受污染河水中氮磷的凈化效果研究

(1.廣東石油化工學院后勤服務與管理處，廣東 茂名 525000；2.華南農業大學環境科學與工程系，廣東 廣州 510642)

水生植物是水生態系統的重要組成部分，對水生態系統的物質循環和能量傳遞起到重要作用。水生植物可以通過自身的吸收、吸附和與微生物的協同作用,有效降低水體中氮、磷含量[1-4]和有機污染物水平[5],凈化水質。采用水生植物凈化污水，具有處理效果好、投資少、管理成本低、景觀美化等功能[6-7]。本試驗挑選狐尾藻、水白菜兩種水生植物，應用到生態塘1—水平潛流人工濕地—生態塘2復合系統中的生態塘中，研究水生植物對受污染河水中氮磷的凈化效果。

1 材料與方法

1.1 試驗裝置

該復合系統由生態塘1、水平潛流人工濕地、生態塘2三個獨立的系統串聯而成，各級系統形成一定的高度差，用于保持系統處理的進出水在重力作用下順暢流動，形成一個無能耗污水處理系統。該復合系統的基質填料為碎石和沙子，其中生態塘1和生態塘2從底部往上分別鋪設5cm的大碎石(Φ=2～4cm)和沙子，水平潛流人工濕地從底部往上分別鋪設大碎石20cm,小碎石(Φ=1～2cm)50cm，沙子10cm。各級系統分別種上植物(如圖1、表1)。

1.2 生態塘植物

狐尾藻(MyriopHyllumverticillatum)：被子植物門、雙子葉植物綱、小二仙草科中的狐尾藻屬，水生草本，均為沉水植物。中國狐尾藻屬植物常見有4～5種，如小狐尾藻、穗花狐尾藻、輪葉狐尾藻、三裂葉狐尾藻等。狐尾藻可作水生態修復植物、觀賞植物，全草為草魚和豬的飼料。

水白菜：學名大薸(Pistiastratiotes)，天南星科大薸屬，多年生浮水生植物本。水白菜雌雄同株，繁殖迅速，原產巴西，20世紀50年代被作為豬飼料在我國推廣栽培。水白菜有發達的根系，可直接從污水中吸收有害物質和過剩營養物質，凈化水體。

1.3 運行方案

河水→ 高位水箱 → 生態塘1 → 水平潛流人工濕地 → 生態塘2 → 出水。

系統24h連續進水，按HRT=3d、2d、1d的順序交替運行，每個HRT條件下復合系統運行5～7d，3個HRT時間連續運行一次為一個周期。每運行一個周期后，系統停止運行5d，用于系統的恢復，系統停止運行期間，把人工濕地里的水排干，生態塘在下一運行周期進水前分別把上一周期的水排干。系統運行時段為8—12月份。

表1 各級系統的規格、基質和植物

系統規格基質植物生態塘12m×1m×1m大碎石,沙子狐尾藻、水白菜潛流人工濕地2m×1m×0.8m大、小碎石,沙子黃花美人蕉生態塘22m×1m×1m大碎石,沙子狐尾藻、水白菜

1.4 進水水質

表2 供試污水水質狀況 (mg/L)

注：括號內數值為標準誤差。

1.5 分析與計算方法

1.5.1 水質分析方法

TP：過硫酸鉀氧化—鉬藍比色法(國家環境保護局編，2002)；

TN：過硫酸鉀消解—紫外分光光度法(國家環境保護局編，2002)。

1.5.2 植物樣品分析方法

根據植物的生長情況定期移除，對植物的全氮和全磷進行測定。

全氮：H2SO4-H2O2消煮法；

全磷：釩鉬黃吸光光度法。

2 結果與分析

通過選取生態塘1和生態塘2系統5個運行周期收割的水生植物，分別統計出各個生態塘各種水生植物的干重，測定不同水生植物的TN、TP的質量分數以及不同HRT條件下生態塘對處理進水中的TN、TP的總去除量，可以知道收割的生態塘水生植物量對TN、TP的去除量與生態塘系統對TN、TP總去除量的關系。

2.1 水生植物P、N的質量分數

由表3可知，兩生態塘中狐尾藻和水白菜的總收割干重差別不大，分別為751.41g和678.98g。生態塘1中的狐尾藻生長態勢要好于生態塘2，生態塘1中狐尾藻的收割干重為404.40g，遠遠大于生態塘2的220.94g；而生態塘2中水白菜生長態勢則要好于生態塘1，水白菜的收割干重分別為458.04g和347.01g。

除生態塘1中狐尾藻的TN的質量分數比生態塘2的略低外，生態塘1中水白菜的TP、TN質量分數和生態塘1中狐尾藻的TP質量分數均要比生態塘2的高。原因是生態塘1的處理進水為原水，N、P等污染物濃度比生態塘2的要高出許多，水生植物在高富營養化的環境中吸收的N、P也相應增多。

表3 生態塘水生植物的收割干重和P、N的質量分數

2.2 水生植物對污水中TN、TP的凈化效果

由表4可知，生態塘1和生態塘2中水生植物對TN的去除量分別為30.80g和26.99g，對TP的去除量分別為2.06g和1.78g。不同生態塘水生植物對TN、TP的去除量均較為接近，去除效果穩定。

表4 水生植物對污水中TN的去除效果

不同生態塘水生植物對TN、TP的去除量占相應系統總去除量的比例差異較大，其中生態塘1和生態塘2水生植物對TN的去除量分別占系統總去除量的4.98%和8.88%，生態塘1和生態塘2水生植物對TP的去除量分別占系統總去除量的2.70%和7.40%，主要是因為生態塘1進水的TN、TP濃度大大高于生態塘2，其相應的TN、TP系統去除總量也遠遠大于生態塘2。

表5 水生植物對污水中TP的去除效果

3 結論

狐尾藻在高濃度污水中的生長量要遠遠高于低濃度污水，水白菜在高濃度污水中的生長量則要低于低濃度污水。生態塘中狐尾藻與水白菜樣本中N、P的質量分數總體上隨著污水濃度的降低而降低。

生態塘水生植物對受污染河水中TN、TP的去除效果穩定，受污水濃度及負荷變化的影響小。水生植物在污水濃度較低的污水末端處理環節中，發揮的作用尤為明顯。因此，針對低濃度污水的處理，可通過選種水生植物的方式，不但可進一步強化污水中TN、TP的凈化效果，還可創造良好的景觀生態功能。