以某工程為背景對苦草去除水中污染物能力的研究

葉祥

（中節能國禎環?？萍脊煞萦邢薰?，安徽 合肥 230088）

在地表水環境治理領域中，修復水生態系統已經成為解決地表水環境問題的重要手段。通過水生動植物及微生物群落的構建，逐漸恢復水體自凈能力，最終實現地表水環境的長治久清[1]。沉水植物作為水生態系統中的重要一環，不僅可以自主吸收水體中的氮磷等營養物質，同時其根、莖、葉片等部位還可以充當微生物的載體，使微生物得以附著聚集，形成局部強化凈水區[2]?？嗖葑鳛槌了参镏械拇恚瑥V泛分布于各種類型的水生態系統中，其根系發達，有匍匐莖，光照要求較低，繁殖速度快，抗水流沖擊能力強，凈水效果優異，景觀性能好，相比其它假根型沉水植物，具有天然的優勢[3]。目前，苦草已被廣泛應用于我國地表水環境治理工程中[4]。本論文以合肥市某地表水環境治理工程中的沉水植物塘為研究對象，分析塘中苦草對水中污染物質的去除能力以及影響該能力的各種因素。研究的主要影響因素包括進水氨氮濃度、水溫及水力停留時間等。本研究可為后續水生態系統的構建提供理論數據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 工程概況

本工程新建旁路沉水植物塘處理河道水體，塘中選擇沉水植物品種為苦草。河道內新建攔水壩攔截來水，于攔水壩上游采用提升泵抽取河道來水進入沉水植物塘，水體經沉水植物凈化后回排至攔水壩下游。塘中采用圍隔導流措施，共均勻設置6道圍隔，保證水體沿圍隔方向流動。

沉水植物塘進水主要水質指標范圍為：COD50～80mg/L，氨氮2～8mg/L，水溫0～30℃。處理規模5000m3/d，占地面積30畝，水深1.5 m，總水力停留時間6d，塘內苦草種植密度150株/m2。

1.2 實驗材料

實驗苦草來自江西省宜春市豐城市。

1.3 實驗方法

計算沉水植物塘每股來水流入塘體、流入各道圍隔及流出塘體的時間，每周定期追蹤取該股來水流入塘體、流入各道圍隔及流出塘體時的水樣，連續取樣一年。測定水質指標，以COD去除率和氨氮去除率表征苦草去除水中污染物的能力。

1.4 測試指標與方法

水溫：水銀溫度計測定。

COD測定：重鉻酸鉀回流法。

氨氮測定：納氏試劑比色法。

2 結果與分析

2.1 在工程應用中苦草去除水中污染物的能力分析

計算沉水植物塘每股來水流入塘體及流出塘體的時間，每周定期追蹤取該股來水流入塘體及流出塘體時的水樣，連續取樣一年。沉水植物塘對COD和氨氮的去除率如圖1所示。

圖1 沉水植物塘對COD和氨氮的去除率

由圖1可以看出，用苦草構建的沉水植物塘對水中COD和氨氮具有良好的去除效果。其中COD去除率可達20.5%～72.4 %，氨氮去除率可達39.6 %～97.8 %。6月、7月及8月，COD去除率和氨氮去除率最高，其中COD去除率為64.3 %～72.4 %，氨氮去除率為85.7 %～97.8 ，說明此階段苦草去除水中污染物的能力強。從9月開始，COD去除率和氨氮去除率逐漸降低，至1月和2月，COD去除率和氨氮去除率降至最低，其中，COD去除率為20.5 %～41.5 %，氨氮去除率為39.6 %～60.2 %，說明此階段苦草去除水中污染物的能力弱。原因可能是隨著溫度的變化，苦草自身吸收水中污染物的能力及其根、莖、葉片上附著的微生物膜的活性也隨之變化。此外，進水氨氮濃度、水力停留時間等因素，也對苦草去除水中污染物的能力有一定的影響。

2.2 不同水溫對苦草去除水中污染物能力的影響

研究不同水溫對苦草去除水中污染物能力的影響，進水COD濃度為50mg/L，氨氮濃度為5mg/L，水力停留時間6d，選擇沉水植物塘水溫梯度為0、2、4、6、8、10、12、14、16、18、20、22、24、26、28、30℃，不同水溫時，沉水植物塘對COD和氨氮的去除率如圖2所示。

由圖2可以看出，用苦草構建的沉水植物塘對COD和氨氮的去除能力隨著水溫的升高，先增強后減弱。當水溫低于6℃時，COD去除率和氨氮去除率較低，且隨水溫的增加無明顯變化。說明此時苦草的生命活動不旺盛，自主吸收水中污染物的能力較弱；附著微生物處于休眠狀態，暫時喪失代謝能力。

圖2 不同水溫時沉水植物塘對COD和氨氮的去除率

當水溫超過6℃時，COD和氨氮去除率開始迅速增加，且隨著水溫的升高，持續增長。說明此時苦草的生命活動逐漸旺盛，自主吸收水中污染物的能力逐漸增強；附著微生物也被激活，且隨著水溫的升高，其生命活性逐漸增強，微生物吸收水中營養物質，進行生化反應，削減水中污染物含量。當水溫達到18℃時，COD去除率逐漸趨于平穩；當水溫達到22℃時，氨氮去除率逐漸趨于平穩。說明苦草自主吸收水中污染物的量與微生物生化反應削減污染物的量之和達到最大。此階段，苦草生命活動旺盛，微生物代謝能力強。當水溫超過24℃時，隨著水溫的升高，COD和氨氮去除率開始逐漸降低。說明過高的溫度導致苦草的生命活動開始衰弱，附著微生物的代謝能力也逐漸減弱。因此，當水溫為18～24℃時，苦草對水中COD的去除能力最強；當水溫為22～24℃時，苦草對水中氨氮的去除能力最強。

2.3 不同濃度氨氮對苦草去除水中污染物能力的影響

研究不同濃度氨氮對苦草去除水中污染物能力的影響，實驗水溫為22～24℃，進水COD濃度為50mg/L，水力停留時間6d，選擇沉水植物塘進水氨氮濃度梯度分別為2、3、4、5、6、7、8、9、10mg/L，不同濃度氨氮下，沉水植物塘對COD和氨氮去除率如圖3所示。

圖3 不同進水氨氮濃度時沉水植物塘對COD和氨氮的去除率

由圖3可知，用苦草構建的沉水植物塘對COD和氨氮的去除能力隨進水氨氮濃度的升高先平穩變化后降低。當進水氨氮濃度介于2～8mg/L時，隨進水氨氮濃度的升高，COD去除率和氨氮去除率無明顯變化，說明苦草可以很好地適應氨氮濃度為2～8mg/L的環境，此階段苦草生命活動旺盛，附著微生物代謝能力強。當進水氨氮濃度超過8mg/L時，COD去除率和氨氮去除率逐漸降低。說明過高濃度的氨氮抑制了苦草的正常生長，苦草生命活動開始衰弱，自主吸收水中污染物的能力減弱。此時，附著微生物的活性并未受到影響[5]。因此當進水氨氮濃度小于8mg/L時，苦草對水中污染物的去除能力最強。

2.4 不同水力停留時間對苦草去除水中污染物能力的影響

研究不同水力停留時間對苦草去除水中污染物能力的影響，實驗水溫為22～24℃，進水COD濃度為50mg/L，氨氮濃度5mg/L，選擇水力停留時間梯度為1、2、3、4、5、6d，不同水力停留時間下，沉水植物塘對COD和氨氮去除率如圖4所示。

圖4 不同水力停留時間時沉水植物塘對COD和氨氮的去除率

由圖4可知，用苦草構建的沉水植物塘對COD和氨氮的去除能力隨水力停留時間的增加先升高后趨于平穩。當水力停留時間小于3d時，COD去除率和氨氮去除率隨水力停留時間的增長而升高。說明苦草和附著微生物可持續吸收水中的污染物。當水力停留時間超過3d后，COD去除率和氨氮去除率趨于平穩。說明苦草和附著微生物難以吸收利用濃度過低的水中污染物，苦草對水中污染物的去除存在濃度下限。

因此，用苦草構建的沉水植物塘最適水力停留時間為3d。

3 結論

3.1 用苦草構建的沉水植物塘對水中污染物質的去除能力較強，COD去除率可達20.5 %～72.4 %，氨氮去除率可達39.6 %～97.8%。6月、7月及8月COD和氨氮去除率最高；1月和2月COD和氨氮去除率最低。

3.2 水溫對苦草去除水中污染物的能力影響較大。當水溫為18～24℃時，苦草對水中COD的去除能力最強；當水溫為22～24℃時，苦草對水中氨氮的去除能力最強。

3.3 不同氨氮濃度對苦草去除水中污染物的能力有一定影響。當進水氨氮濃度小于8mg/L時，苦草對水中污染物的去除能力最強。

3.4 水力停留時間對苦草去除水中污染物的能力也有一定影響。用苦草構建的沉水植物塘最適水力停留時間為3d。