不同生物量苦草對生活污水尾水的凈化效果研究

殷金巖趙秀芳韋依伶徐曼

(1.嶺南生態(tài)文旅股份有限公司，廣東 東莞 523007；2.廣東省園林綠化生態(tài)營建與修復工程技術(shù)研究中心，廣東 東莞 523001)

生活污水的尾水水質(zhì)是制約尾水利用的關鍵[1]。當前我國污水處理廠尾水通常執(zhí)行一級Ⅰ級A和Ⅰ級B標準，出水中仍含有少量的懸浮顆粒物、氮磷有機物、細菌和重金屬等有毒物質(zhì)，這些物質(zhì)的含量遠遠高于地表水Ⅳ類水標準，排入水體會造成水環(huán)境容量減少和水體污染，需要深度處理后才能進行排放利用[2]。現(xiàn)有的尾水深度處理技術(shù)主要有膜分離、混凝沉淀、生物濾池和人工濕地[3]，與其它技術(shù)相比較，以“綠色系統(tǒng)”為核心的人工濕地，不僅基建及運行費用低，而且污染物處理能力強、設備運行維護簡單、景觀營造效果好，可實現(xiàn)對氮磷等營養(yǎng)物的高效降解，是實現(xiàn)尾水水質(zhì)提升的優(yōu)選方案。植物是人工濕地的重要組成部分，本文以苦草(Vallisneria natans)為研究對象，開展不同生物量的苦草對生活污水的尾水凈化效果，以期對工程實踐提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

苦草(Vallisneria natans)，水鱉科苦草屬沉水植物，選擇生長狀態(tài)良好的植株，洗凈后修剪至規(guī)格一致(10～15cm)待用；實驗用水為生活污水尾水；實驗裝置為500L白色聚乙烯桶，規(guī)格為直徑1m、高0.84m。

1.2 實驗設計

實驗共設A、B、C、D、E 5個處理組，見表1，每個處理組3個平行處理。各實驗桶均鋪設約10cm厚底泥，加水至距桶上沿約5cm處，待桶內(nèi)水體條件穩(wěn)定后，種植沉水植物。

表1 實驗組別設計

1.3 實驗指標及測定方法

2 結(jié)果與分析

本實驗于2022年8月24日—10月9日進行，共計47d；實驗過程中及時觀察各實驗桶內(nèi)情況，去除水面雜物及滋生的水綿和螺類，減少對實驗桶的影響；實驗過程中降雨量少，整體氣溫較高。

2.1 不同處理組對水體濁度的影響

從圖1可以看出，實驗初期各處理組濁度成波動趨勢，其原因可能是種植植物對水體的攪動作用以及植物對水體存在適應階段所導致；實驗中期開始，A、B、C、D 4個處理組濁度均逐漸穩(wěn)定下降，且A、B 2組的下降速度要高于其他組別，C、D 2組呈交叉下降趨勢，空白E組則從中期開始呈現(xiàn)明顯的波動上升趨勢；實驗結(jié)束時，各處理組濁度分別為A組1.89、B組7.30、C組13.07、D組20.90、E組63.20，各處理組之間存在顯著差異。說明高生物量的苦草對水體濁度的下降有更加明顯的促進作用。

圖1 不同處理組濁度變化

如圖2所示，實驗初期各組去除率也呈現(xiàn)波動趨勢，實驗中期開始，各有草處理組濁度去除率開始明顯上升，空白E組則逐漸下降，且A組、B組濁度去除率始終高于其他2個組別；實驗結(jié)束時，各處理組的濁度去除率分別為A組93.94%、B組76.61%、C組58.12%、D組33.03%、E組-102.51%，各處理組之間差異明顯。同樣說明高生物量的苦草能更快的降低水體的濁度。

圖2 不同處理組濁度去除率變化

2.2 不同處理組對水體TN濃度的影響

不同處理組對TN濃度的影響如圖3所示，實驗初期各處理組TN濃度均出現(xiàn)明顯的下降，這可能是由于水體本身的沉降作用所致，但與TP類似，有草處理組TN濃度下降速度要高于空白E組，且A組下降速度最快；之后空白E組TN濃度開始逐漸上升，其他組別則出現(xiàn)不同程度的逐步下降，且除C組TN濃度波動較大外，其余組別均為高生物量處理組TN濃度低于低生物量處理組；實驗結(jié)束時，各處理組TN濃度存在較顯著差異，分別為A組0.2505mg·L-1、B組0.4841mg·L-1、C組0.7111mg·L-1、D組1.6387mg·L-1、E組6.4898mg·L-1。說明高生物量苦草對水體TN濃度有更好的去除作用，且去除效率更高。

在水質(zhì)標準上，實驗開始時，各處理組TN濃度均為劣Ⅴ類水標準，第5天時，A組、B組、C組下降到Ⅴ類水標準，第10天時，A組下降到Ⅳ類水標準，第19天時，A組下降到Ⅲ類水標準，B組、C組下降到Ⅳ類水標準，D組下降到Ⅴ類水標準，第43天時，A組、B組下降到Ⅱ類水標準，C組下降到Ⅲ類水標準，最終實驗結(jié)束時，各處理組TN濃度水質(zhì)標準分別為A組Ⅱ類水、B組Ⅱ類水、C組Ⅲ類水、D組Ⅴ類水、E組劣Ⅴ類水。也能夠說明高生物量處理組能更快的降低水體的TN含量，提高水質(zhì)。

圖3 不同處理組TN濃度變化

各處理組TN濃度去除率如圖4所示，與TN濃度變化相反，實驗開始時，各處理組TN去除率均出現(xiàn)明顯的上升；之后空白E組出現(xiàn)顯著且持續(xù)的下降，而有草的其余組別則出現(xiàn)不同程度的上升，且除C組外，高生物量組別TN去除率要高于低生物量組別；實驗結(jié)束時，各處理組TN去除率有明顯的差異，分別為A組90.70%、B組82.04%、C組73.62%、D組39.20%、E組-140.79%。

2.3 不同處理組對水體氨氮濃度的影響

不同處理組氨氮濃度變化如圖5所示，實驗開始時，各處理組氨氮初始濃度均較低，屬于地表Ⅱ類水標準，外界環(huán)境變化對水體的影響作用導致實驗數(shù)據(jù)在實驗中期呈波動趨勢，至實驗中后期，空白E組氨氮濃度顯著上升，其他處理組穩(wěn)定下降，且植物生物量高的組別氨氮濃度要低于植物生物量低的組別，說明高生物量對氨氮濃度有更明顯的去除作用；實驗結(jié)束時，A組氨氮濃度為0.0912mg·L-1，達到地表Ⅰ類水標準，B組濃度為0.1621mg·L-1，C組濃度為0.1571mg·L-1，D組濃度為0.2128mg·L-1，3組均達到地表Ⅱ類水標準，E組濃度為0.6975mg·L-1，上升至地表Ⅲ類水標準。說明高生物量苦草對水體氨氮濃度有更好的去除效果，且去除效率更高。

圖4 不同處理組TN去除率變化

圖5 不同處理組氨氮濃度變化

各處理組氨氮去除率如圖6所示，實驗結(jié)束時，除A組外其他各處理組氨氮去除率均為負值，且植物生物量大的處理組去除率均高于植物生物量小的處理組，各組別去除率分別為A組40.33%，B組-6.08%，C組-2.76%，D組-39.23%，E組-356.35%，說明高植物生物量對本實驗水體氨氮的升高有更強的抑制作用。

2.4 不同處理組對水體TP濃度的影響

不同處理組對TP濃度的影響如圖7所示，實驗初期各處理組TP濃度均出現(xiàn)一個明顯的下降，這可能是由于水體本身的沉降作用導致，但有草處理組下降速度要高于空白E組；之后空白E組TP濃度開始逐漸升高，其余各處理組TP濃度開始出現(xiàn)不同程度的下降，且除C組外，高生物量處理組下降速度要快于低生物量處理組；實驗結(jié)束時，各處理組TP濃度有明顯的差異，分別為A組0.0128mg·L-1、B組0.0385mg·L-1、C組0.0428mg·L-1、D組0.1540mg·L-1、E組0.3251mg·L-1。說明高的苦草植物生物量對水體TP含量有更好的去除作用，且去除效率更高。

圖6 不同處理組氨氮去除率變化

在水質(zhì)標準上，實驗開始時，各組別TP濃度均為Ⅴ類水標準，第5天時，A組、B組、C組、D組均下降到Ⅲ類水，E組下降到Ⅳ類水標準，第10天時，A組下降到Ⅱ類水標準，第19天時，B組、C組下降到Ⅱ類水標準，第43天時，A組下降到Ⅰ類水標準，實驗結(jié)束時，各處理組TP濃度水質(zhì)類別分別為A組Ⅰ類水、B組Ⅱ類水、C組Ⅱ類水、D組Ⅲ類水、E組Ⅴ類水。也能夠說明高生物量處理組能更快的降低水體的TP含量，提高水質(zhì)。

圖7 不同處理組TP濃度變化

各處理組TP去除率變化如圖8所示，與TP濃度變化相反，實驗開始時各處理組TP去除率先出現(xiàn)一個明顯的上升；之后空白E組開始逐漸下降，其余組別TP去除率出現(xiàn)不同程度的上升，其中A組TP去除率始終高于其他組別，E組去除率始終最低；至實驗結(jié)束時，各處理組TP去除率存在明顯的差異，分別為A組95.84%、B組87.51%、C組86.12%、D組50.04%、E組-5.47%。

圖8 不同處理組TP去除率變化

2.5 不同處理組對水體葉綠素a濃度的影響

不同處理組葉綠素a濃度變化如圖9所示，實驗初期，由于水體沉降作用，各個組別濃度均出現(xiàn)一定下降，但有草處理組下降速度均高于空白E組；之后空白E組葉綠素a濃度逐漸上升，其他各處理組均出現(xiàn)不同程度的下降，除C組外，其余3組均為高生物量組別下降速度快于低生物量組別；實驗結(jié)束時，各處理組葉綠素a濃度分別為A組1.3303μg·L-1、B組16.15633μg·L-1、C組4.85033μg·L-1、D組43.44233μg·L-1、E組277.65943μg·L-1。說明高生物量苦草對水體的葉綠素a濃度有更好的去除作用，且去除效率更高。

圖9 不同處理組葉綠素a濃度變化

各處理組葉綠素a去除率如圖10所示，實驗結(jié)束時，除空白E組外，其余各處理組對葉綠素a均有明顯去除效果，其中A組去除率最高，為98.61%，B組、C組去除率分別為83.12%和94.93%，D組去除率最低，為54.61%，而空白E組去除率為-190.13%。也能夠說明越高的苦草生物量能夠更好的去除水體中的葉綠素a含量。

圖10 不同處理組葉綠素a去除率

3 討論

本實驗中，有苦草的處理組與空白組相比，均能夠有效去除水體中的氮磷營養(yǎng)鹽、懸浮顆粒及浮游藻類含量。其中，A組為種植苦草300g的組別，與其他組別相比，其去除水體污染物的能力和去除速度均最高；D組的去除能力和去除速度在有草處理組中最差；C組則有與B組數(shù)據(jù)交叉的現(xiàn)象出現(xiàn)，這可能由于：實驗過程中觀察到C組桶壁與其他組別相比有明顯的附著現(xiàn)象，可能是因為過多的螺類生長，從而導致實驗數(shù)據(jù)異常；C組桶內(nèi)生長有過多的水綿，也起到了一定去除水體污染物的作用；C組植物生物量與B組相差不大，也可能導致實驗數(shù)據(jù)出現(xiàn)交叉。

苦草作為水體生態(tài)修復中常用沉水植物物種，對水體的氮磷營養(yǎng)鹽、懸浮顆粒含量及浮游藻類含量有很好的去除作用[4]。本研究結(jié)果顯示，隨著苦草植物生物量的增大，其去除效果變好，去除速度也更快。這可能是因為隨著苦草數(shù)量的增加其群落的穩(wěn)定性更強。因此在水生生態(tài)系統(tǒng)中，一定規(guī)模沉水植物的存在能夠使整個水體的水質(zhì)保持良好的水平，較好的緩解外界污染物所產(chǎn)生的影響。