（植物营养学专业论文）浮萍对污水中氮、磷去除作用的初步研究.pdf

于斌：浮萍对污水中氮、磷玄除作用的初步研究 浮萍对污水中氮、磷去除作用的初步研究 摘要 随着经济增长和人口增加，由集约化畜禽养殖场和城镇居民生活产生的含氮、 磷污水数量在不断增加，而对水质管理和污水处理则明显滞后，富营养化水域明 显增多，使我国面临严峻的水体环境进一步恶化的问题。如何经济、有效和简便 地净化和修复水体，是目前资源利用与环境保护工作中急需解决的关键技术问题。 在氮、磷污水净化处理中，利用水生植物进行净化处理是最经济有效和易于推广 的处理技术。 本文以扬州地区本地浮萍为研究对象，通过种群生长实验对浮萍生长能力以 及对水体中氮、磷浓度的耐受能力进行研究，挑选出相对生长速率高、氮磷去除 效果好的浮萍品种；探讨环境条件对浮萍生长和对氮、磷去除效果的影响；研究 室内静水条件下浮萍对畜禽养殖场污水和富营养化水体的净化效果，以期为进一 步的研究与应用提供参考依据。主要研究结果如下： l 、本地来源的稀脉浮萍、少根紫萍和紫萍在培养液中生长状况较好；浮萍在 h o a g l a n d 培养液中的生长优于h u t n e r 培养液；稀脉浮萍的相对生长速率最高为 0 2 3 6 ；而在培养过程中，紫萍出现断根、失绿、发白等症状，因而选取耐受能力 较强的稀脉浮萍和少根紫萍作为后续研究对象。 2 、不同p h 、投放密度、温度等环境条件下，稀脉浮萍去除培养液中氮、磷 能力强于少根紫萍，同时稀脉浮萍的相对生长速率也高于少根紫萍；p h 6 0 、投放 密度6 0 ( 打捞周期1 2 天) 、温度2 5 是稀脉浮萍的生长和对氮、磷去除的最适 环境条件。 3 、稀脉浮萍对稀释的畜禽废水中氮、磷的去除能力强于少根紫萍，稀脉浮萍 对稀释的畜禽废水中t n 、t p 的去除率最高分别达到7 4 9 2 和8 8 0 0 。 4 、少根紫萍在自然水体中的生长速度不及稀脉浮萍，对自然水体中氮、磷的 去除能力也不及稀脉浮萍。 2 扬州大学硕十学位论文 适宜品种的浮萍不仅对水体中氮、磷的去除能力较强，而且具有一定的耐受 性，适用于对富营养化水体与其他自然水体进行生态修复以及对生活污水、养殖 污水等氮、磷含量较高的废水的净化处理。浮萍的生物量增长较快，具有较强的 吸收积累水体中氮、磷等营养物质的能力，收获移除较为简便。在投放应用中， 应定期收获移除以保持浮萍旺盛的种群生长力，保证净化效果。浮萍体内营养物 质丰富，可直接作为畜禽饲料、鱼类饵料、绿肥还田或沼气发酵的原料。合理、 有效地开发浮萍作物对污水的净化与浮萍萍体的综合利用，有利于促进养殖业、 渔业和生态农业的可持续发展。 关键词：浮萍；生长；污水；氮、磷的去除 丁：斌：浮萍对污水中氮、磷去除作用的初步研究3 s t u d i e so ne f f e c t so fd u c k w e e do nr e m o v a lo f n i t r o g e n a n dp h o s p h o r u sf r omp o l l u t e dw a t e rb o d i e s a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fe c o n o m i ca n dt h eg r o w t ho f p o p u l a t i o n ，t h ea m o u n to f w a s t e w a t e rr i c hi nn i t r o g e na n dp h o s p h o r u sc a u s e db yi n t e n s i v el i v e s t o c kf a r m sa n d u r b a n w a s t ei si n c r e a s i n g s i n c ew a t e rq u a l i t ym a n a g e m e n ta n ds e w a g et r e a t m e n ti s f a l l i n gf a rb e h i n d ，e u t r o p h i cw a t e rh a si n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l ya n dd e t e r i o r a t i o no fw a t e r e n v i r o n m e n ti sb e c o m i n gas e r i o u sp r o b l e m t h ek e yt e c h n i c a lp r o b l e mw a i t i n gt ob e s o l v e di st oc l e a na n dr e p a i rw a t e rb o d i e se c o n o m i c a l l ya n de f f i c i e n t l y t h em o s t e f f e c t i v ea n de a s yp r o m o t i n gt e c h n o l o g yt ou s ea q u a t i cp l a n t sf o rp u r i f y i n gw a s t e w a t e r c o n t a i n i n gn i t r o g e na n dp h o s p h o r u s i nt h i sp a p e r , y a n g z h o ul o c a ld u c k w e e d sa r eu s e dt os t u d yt h eg r o w t hc a p a c i t yo f a n dt o l e r a n c eo fd u c k w e e d st on i t r o g e na n dp h o s p h a t ei nw a t e r d u c k w e e ds p e c i e sw i t h h i 曲g r o w t hr a t ea n dh i g hn i t r o g e na n dp h o s p h o r u sr e m o v a lr a t ew e r es e l e c t e d e f f e c t s o fe n v i r o n m e n t a lc o n d i t i o n so nt h eg r o w t ho fd u c k w e e d sa n dn i t r o g e na n dp h o s p h o r u s r e m o v a le f f i c i e n c yw a si n v e s t i g a t e d p u r i f i c a t i o ne f f e c to fd u c k w e e d so nb r e e d i n g w a s t e w a t e ra n de u t r o p h i cw a t e ri ni n d o o rs t a g n a n tw a t e rt r e a t m e n t t h i si se x p e c t e dt o p r o v i d ea u s e f u lr e f e r e n c ef o rf u r t h e rr e s e a r c ha n da p p l i c a t i o n t h em a jo rf i n d i n g sa r e a sf o l l o w s ： 1 ，l o c a ll e m n aa e q u i n o c t i a l i s ，s p i r o d e t ao l i g o r r h i z aa n ds p i r o d e l ap o l y r r h i z a g r e ww e l li nt h em e d i u m t h e s et h r e ed u c k w e e ds p e c i e sa l lg r e wb e t t e ri nh o a g l a n d m e d i u mt h a ni nh u t n e rm e d i u m a n dl e m n aa e q u i n o c t i a l & c o u l dh a v et h eh i g h e s t r e l a t i v eg r o w t hr a t eo f0 2 3 6 w h e nc u l t i v a t e di nh u t n e rm e d i u m ，s p i r o d e l ap o l y r r h i z a h a ds y m p t o m so fu p r o o t i n g ，l o s so fg r e e n ，b l e a c h e de r e ，w h i c hi n d i c a t e da nu n h e a l t h y g r o w t h t h e r e f o r e ，l e m n aa e q u i n o c t i a l i sa n ds p i r o d e t ao l i g o r r h i z aw h i c hh a v es t r o n g e r t o l e r a n c ec o u l d b ec o n s i d e r e df o rf o l l o w u pr e s e a r c ho b j e c t s 2 ，u n d e rd i f f e r e n tp h ，d e n s i t y , t e m p e r a t u r ea n do t h e re n v i r o n m e n t a lc o n d i t i o n s ， l e m n aa e q u i n o c t i a l i s ss h o w e dh i g h e rr e l a t i v eg r o w t hr a t ea n de f f i c i e n c yo fr e m o v i n g 4 扬州大学硕士学位论文 n i t r o g e na n dp h o s p h o r u sf r o mh o a g l a n dm e d i u mt h a ns p i r o d e t ao l i g o r r h i z a g e n e r a l l y , t h eo p t i m a lg r o w t hc o n d i t i o nf o rl e m n aa e q u i n o c t i a l i si sa tp h6 0 ，d e n s i t y 6 0 ( s a l v a g ec y c l ei s12d a y s ) a n dt e m p e r a t u r e2 5 c t h i si sa l s oc o n d i t i o nw h e n l e m n a a e q u i n o c t i a l i sh a dt h eh i g e s tr e m o v a le f f i c i e n c y 3 ，n i t r o g e na n dp h o s p h o r u sr e m o v a le f f i c i e n c yt od i l u t e da n a e r o b i cd a i r y w a s t e w a t e r o fl e m n a a e q u i n o c t i a l i si ss t r o n g e rt h a nt h a to fs p i r o d e t ao l i g o r r h i z a , w i t h t h er e m o v i n gr a t eo f t o t a ln i t r o g e na n dp h o s p h o r u sa c h i e v e d7 4 9 2 a n d8 8 0 0 ， r e s p e c t i v e l y 4 ，t h eg r o w t hr a t eo fs p i r o d e t ao l i g o r r h i z ai sl o w e rt h a nl e m n aa e q u i n o c t i a l i s ，a s w e l la sn i t r o g e na n dp h o s p h o r u sr e m o v a le f f i c i e n c yt on a t u r a lw a t e r b o d i e s c e r t a i nd u c k w e e ds p e c i e sh a sg r e a tt o l e r a n c ea n dr e m o v a lc a p a b i l i t yo fna n de t h e yc o u l db eu s e di nb i o r e m e d i a t i o no fe u t r o p h i c a t e dw a t e rb o d ya n do t h e rn a t u r a l w a t e rb o d i e s ，a sw e l la si nt h ep o s tt r e a t m e n to fw a s t e a t e rr i c hi nna n dp ，s u c ha s d o m e s t i cs e w a g e ，b r e e d i n gw a s t e w a t e re c t d u c k w e e dh a sa h i g hg r o w t hr a t ea n ds t r o n g a b s o r p t i o nt ona n dp a n di ti se a s yt oh a r v e s ta n dr e m o v e t oh a r v e s tr e g u l a r l yc a n k e e pd u c k w e e dp o p u l a t i o na tah i g hg r o w t hr a t e ，t h e r e f o r et h ed u c k w e e d b a s e d p u r i f y i n gs y s t e mc a nw o r ks t e a d i l y a sd u c k w e e di sr i c hi nn u t r i e n t s ，i tc a nb eu s e dt o f e e df i s h e s ，p i g s ，r u m i n a n t sa n dc h i c k e n m o r e o v e r , i tc a nb eu s e da se c o l o g i c a l f e r t i l i z e r sa n dm a t e r i a l sf o rb i o g a s d e v e l o p i n gt h es e w a g ep u r i f i c a t i o nc a p a c i t yo f d u c k w e e da n dc o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o n ，d u c k w e e d - b a s e dt e c h n o l o g yc a ni m p r o v et h e s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to ff i s hc u l t u r e ，s t o c k b r e e d i n ga n de c o l o g i c a la g r i c u l t u r e g r e a t l y k e y w o r d s ：d u c k w e e d ；g r o w t h ；p o l l u t e dw a t e r b o d i e s ；r e m o v a le f f e c to f n i t r o g e na n d p h o s p h o r u s 扬州大学学位论文原创性声明和版权使用授权书 学位论文原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下独立进行研究工作所取得的研 究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表 的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： l 。 气趴 签字日期：孙i 口年月l e t 学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向 国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子文档，允许论文被查阅和借阅。 本人授权扬州大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学 技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向 社会公众提供信息服务。 学位论文作者签名： 签字日期：舢l 。年6 月f i t 导师签名： 玖咙喃 签字日期：汹1 海6 日 于斌：浮萍对污水中氮、磷去除作用的初步研究 5 第一部分文献综述 水资源缺乏被众多的科学家列为本世纪最棘手的两大问题之一。目前，全世 界有超过8 0 个国家、占世界总人口4 0 的人严重缺水【l 】。我国的水资源状况极不 乐观，可以概括为“水资源稀缺、人均水资源占有量少、利用率低、污染严重”。 我国很多城市直接以湖泊作为城市供水的水源地，由于湖泊的富营养化现象十分 严重，藻类大量生长和藻毒素的大量分泌等大大降低了水源水的质量。我国河流、 湖泊等自然水体基本上都已经超过了国际富营养化标准，有些甚至已经达到超富 营养化水平【2 弓】。在废水排放前进行适当的处理是十分必要的，但目前已建立的废 水处理系统对氮、磷的去除效果并不理想，且费用高昂，再加上化肥的大量使用， 加剧了全球水体普遍富营养化，地下水也受到一定程度的污染。所以急需建立起 一种氮、磷去除率高、费用低的废水处理方法和自然水体生态修复方法【4 】。 水生植物生长快速，在适宜环境条件下，能够在短时间内大量繁殖新的个体 形成一定规模的种群及群落，植株生长繁殖过程中大量吸收利用水体中的氮、磷 等营养物质，同时植物体对重金属及各种化学污染物等有毒有害物质也有一定的 富集作用，对水体水质有相当程度的净化作用，而且使水体中污染物的去除问题 简单直接地转化为水生植物的去除问题【5 j 。水生植物对氮、磷的吸收特性和对污染 物质的富集特性已经引起了广泛的重视，许多关于应用水生植物对污染水体生态 修复的探索性研究课题正在进行中【6 j 。 1 1 生态修复中水生植物的净水机理 1 1 1 吸收作用 高等水生植物在生长过程中，需要吸收大量的n 、p 等营养元素，并同化为自 身的结构组成物质( 蛋白质和核酸等) ，从而使富营养化水体得到净化。研究发现， 人工湿地中，香蒲对n 的吸收可达到5 6 5 m g ( m 2 d ) ，蔗草对n 的吸收也可达到 2 6 1 m g ( m z d ) t t l 。我国太湖水面夏季时水葫芦对n 、p 的吸收能力分别达到0 7 9 和o 1 3 t ( k m 2 d ) 。当水生植物被转运出水生生态系统时，被吸收的营养物质随之 6 扬州大学硕士学位论文 从水体中输出，从而达到净化水体的作用。 1 1 2 降解作用 水生植物的存在，为微生物和微型生物提供了附着基质和栖息场所。这些生 物能大大截留在根系周围的有机胶体或悬浮物并将其分解矿化。如许多的芽孢杆 菌都能分解有机磷和不溶解性的磷，从而可以使植物吸收和利用【8 1 。此外，水生植 物的根系还能分泌促进嗜磷、嗜氮细菌生长的物质，从而间接地提高净化率。有 些学者认为在n 的去除机制上占主要地位的是细菌的降解，而不是水生植物的吸 收，其中硝化和反硝化作用占4 0 9 2 【9 1 。另外，植物的根系可能还有一个作用， 那就是为防止细菌被冲走或者被有毒物质毒死提供了一个好的环境【l o 】。 1 1 3 吸附、过滤、沉淀作用 浮水植物发达的根系与水体接触的面积很大，能形成一道密集的过滤层，当 水流经过时，不溶性胶体会被根系粘附或吸附而沉淀下来，特别是将其中的有机 碎屑沉降下来。有研究认为，内源污染的主要贡献者是水体中的有机碎屑【l l 】。与 此同时，附着与根系的细菌体在进入内源生长阶段后会发生凝聚，部分为根系所 吸附，部分凝集的菌胶团则把悬浮性的有机物和新陈代谢产物沉降下来，沉水植 物在这方面的作用表现得更加明显一些。 1 1 4 抑藻作用 水生植物和浮游藻类在营养物质和光能利用上是竞争者，前者个体大、生命 周期长、吸收和利用营养的能力都很强，能很好地抑制浮游藻类的生长【1 2 1 。例如， 西湖的小南湖区恢复生长聚草、苦草等水生植物后，水质明显变好，透明度大大 提高，与主体湖相比，浮游植物密度和叶绿素水平大幅度下降。此外，某些水生 植物根系还能分泌克藻物质，如用培养石菖蒲的水培养藻可以破坏藻类的叶绿素 a ，使其光合速率、细胞还原1 v r c 的能力显著下降 1 3 】：此外水生植物根圈为底栖 动物、浮游动物提供栖息环境，其中有的动物如水蜗牛，隆线藻及螺类都易浮游 藻类为食。 于斌：浮萍对污水中氮、磷去除作用的初步研究 7 1 2 水生植物在水体生态修复中的应用 1 2 1 漂浮植物 漂浮植物的生长力很高，初级生产力仅次于浮游藻类。漂浮植物的收割十分 容易，简单的工具就能够将其从水面捞起，对整个水体不会造成过多影响，从而 能够将氮、磷等营养物质从水体中彻底去除，降低水体的富营养化程度。漂浮植 物应用于水体生态修复系统不需要很多的前期投入和辅助手段，投入运行非常便 捷。应用水浮莲对富营养化湖泊进行净化试验时【1 4 】，发现其对t n 、t p 的平均去 除率分别达到6 1 1 和7 1 4 ，并且在水温1 0 以下的冬季，对t n 、t p 的去除率 也维持在较高水平，分别为4 9 和5 4 3 。风眼莲生长非常迅速，且能够高效吸收 水体中的污染物质，是水体修复的一个研究热点。应用凤眼莲对屠宰废水进行净 化，n h 4 + - n 和t p 的去除率分别达到9 8 8 0 和9 3 4 4 ，同时对c o d 和悬浮物也 有较好的去除效果【15 1 。 风眼莲的繁殖能力过强，能够在很短的时间里占领整个水域，将其它植物种 类排挤掉成为优势种，使整个水生生态系统的物种多样性大大降低，同时阻隔水 体与外界的光能、空气交换，降低水体中溶解氧，不利于生态系统的健康发展。 且凤眼莲不是我国的乡土种，如果应用其进行水体的生态修复，必须严格注意控 制其过度繁殖，以免引发外来种入侵的安全问题。凤眼莲、水花生、水浮莲等对 氮、磷污水的净化效果都很好，但由于植物体生长快，且纤维含量高营养价值低， 难以真正做到资源化回收利用，存在二次污染问题【1 6 】。从水体中收割的凤眼莲在 后期处理上还有待于开发较为有效的利用方式，否则缺乏经济效益很难形成良性 循环。 浮萍是一种繁殖迅速的水生漂浮植物，对水体中的氮、磷营养物质及重金属、 化学合成物等有毒有害物质均有较强的富集作用，无论是用于对富营养化的天然 水体进行生态修复中还是对生活污水、工业废水等高氮、磷含量废水的二级处理 上，都具有非常强的应用潜力【1 7 1 。 1 2 2 沉水、挺水植物 8扬州大学硕士学位论文 沉水植物和挺水植物属于多年生大型水生植物，个体较大，对氮、磷等营养 元素的生物积累总量较大。而且它们既能够通过根部吸收底质中的氮、磷，植物 体还可以直接吸收水体中的氮、磷，净化周期长，是治理、调价和抑制水体富营 养化的有效途径之一，在水体生态修复的研究中己有很多学者采用。洪瑞) j l t l 8 】利 用挺水植物石菖蒲进行污水净化在4 0 多天时间罩，水体总氮去除率达8 4 7 ，总 磷去除率达7 7 8 ，氨氮去除率达8 9 5 ，净化效果也相当可观。 沉水植物和挺水植物能够从底质沉积物中补充不足的营养，在水生植物群落 中占据营养竞争优势，但是在光照竞争中处于不利地位。而且它们生长较为缓慢， 生长周期长，不易从水体中去除，将其连根拔除会破坏水体生态系统的结构，违 背了水体生态修复的初衷。如果不将植物体从水体中取出，则其沉落腐败后，氮、 磷等营养物质又重新释放入水体，造成二次污染，水体的富营养化水平并没有得 到很大改善，同时还形成强烈的生物促淤作用，加速水体沼泽化进程。如果考虑 只收割植物体，其操作过程也相当繁杂。 1 2 3 浮游藻类 浮游藻类增殖迅速，初级生产力极高，对氮、磷等营养成分的吸收富集量相 当大，应用于水体生态修复或者处理高氮、磷含量废水也非常有潜力，多将其与 微生物共同培养形成藻菌共生系统进行废水净化【1 9 l 。采用藻类对沼液、猪粪厌氧 废水等进行净化处理，净化效果显著，且能够开发藻类蛋白等产品。 在温度适宜，营养充分的条件下，浮游藻类能够爆发式增殖，形成水华，降 低水体透明度，使下层水生植物生长受抑，在水体生态系统中占据竞争优势。藻 体死亡后被分解时消耗大量的溶氧，引起水质明显下降，影响水生生态系统中的 其他组分的正常生长和生态功能，或者影响废水处理系统的出水质量。浮游藻类 个体小，数量多，难以从水体中去除，需要借助过滤、离心装置浓缩收集，或者 事先养殖于筛网袋内，工作量和经费消耗较大。如果缺乏有效的控制手段，对水 体的生态修复反而会有一定负作用，影响水体生态系统的健康发展。 1 2 4 陆生、湿生植物 于斌：浮萍对污水中氮、磷去除作用的初步研究 9 很多学者探索将陆生植物或者湿生植物应用于水体的生态修复系统中。采用 泡沫塑料、p v c 管、耶丝等载体开发浮床种植技术，将其人工放养水面或近岸水 处，利用植物的生长吸收富集水体中的营养物质【2 0 1 。多开发对水体污染物吸收能 力强同时具有经济价值的植物种类，如美人蕉等常见耐水花卉和芦苇、菖蒲等湿 生植物。采用浮床水稻处理富营养化水体，经过8 4 天停留时间，水体中的t n 净 去除率达到2 9 0 4 9 8 ，t p 净去除率达到3 2 1 4 9 1 ，取得较好的效果和经 济收益【2 1 1 。采用浮床香根草对富营养化水进行净化，对t n 、t p 的去除率均在8 0 左右。收获的香根草可以开发为原料、饲料、燃料等经济用途【2 2 1 。 采用水域浮床无土种植技术，在富营养化水域表面种植粮油、蔬菜、花卉等各 种适宜的陆生植物，在收获副产品、美化水域景观的同时，通过植物根系的吸收 和吸附作用，去除水体中的n 、p 营养元素。由于是人工放养，也会定期收割，将 污染物质移出水体，能够减轻水体的富营养化程度，变废为宝，化害为利，保护 水域环境，使水体产生良性循环。采用这种方法时，浮床不宜覆盖过大水面，否 则隔断水体与空气交换，影响水体的自然复氧作用，对水体生态系统的健康发展 与维持不利【2 3 - 2 4 1 。 不同植物种类在水体生态修复中都各有优势与不足之处( 见表1 1 ) ，选择哪种 植物必须结合本地的实际情况与方法的可行性综合考虑。 l o扬州大学硕+ 学位论文 种 生物量生长能力体内氮、磷含量氮、磷去除率 操作可行性用途 类 沉龙须眼紫菜体内 金鱼藻、苦草等 开发沉水植开发高蛋 水个体较低，生平均氮含量 对t n 、t p 去除 物收割机，操白水草饲 植较大长周期长1 6 5 ，平均磷含率平均为8 0 3 1 物 量o 1 7 t 2 5 】 和8 9 9 2 1 2 6 】 作成本较高料1 2 7 1 芦苇体内 挺石菖蒲对t n 、 较低，生 1 n 2 9 0 ， 开发相应收有一定经 水个体t p 去除率分别 长周期 t p 0 0 2 7 割装置，操作济副产品， 植 较大 为8 4 7 和 较长菖蒲体内t n 2 0 4 成本较高如绿肥 物 7 7 8 t 2 9 】 ，t p 0 3 2 t 2 s 1 需要过滤浓 可提取有 最高，以 缩装置或者 浮个体微水网藻对t n 、 用的藻素 指数形式 养殖于预先 游小，总水网藻体内n 含t p 去除率分别 及畜禽水 增长，生制备好的网 藻生物量量3 5 1 为7 0 - 9 5 产饵料或 长周期袋内，或者进 类极可观和1 0 0 左右【3 0 】添加剂，作 极短行固定化处 农业肥料 理 较高，以 非常高，体内对 直接从水面 可作为畜 漂 个体较氮、磷生物积累 水浮莲对t n 、 指数形式 捞取，对水体 禽饲料或 浮 小，总最高，风尾莲体1 1 p 去除率分别 增长，生无明显影响， 者绿肥，也 植 生物量内t n 2 2 3 为6 0 和7 0 长周期 人工或机械 可产沼气 物较大 6 6 7 ，t p 0 4 以上 较短 化捞取均可 1 3 2 1 - - - 0 8 4 【3 1 j 相对较低，香根香根草t n 、t p 陆 较低，生草体内n 含量去除率分别为需要辅助设 可生产观 生 个体 长周期o 1 5 0 1 8 ， 7 7 9 8 2 1 施便其浮于 赏花卉或 植较大 较短p 含量0 0 6 和8 2 1 水面 经济作物 物 o 0 8 8 4 4 t 3 3 1 于斌：浮萍对污水中氮、磷去除作用的初步研究 1 1 1 3 浮萍的生物学特性 1 3 1 浮萍的形态特征 根据上海植物志的记载3 4 1 ，浮萍为浮水或沉水小草本植物，植株为叶状 体，无茎、叶之分，单生或数个聚生，常以出牙法繁殖，有毛状根或无根。花单 性同株，稀异株，由1 雌花和2 雄花组成的花序生于叶状体边缘或上面的苞鞘或 芽囊内，或雌、雄花各1 朵生于叶状体上面的腔内；花被缺失；雄花有雄蕊1 2 ， 药1 2 室；雌花的子房上位，1 室，胚珠1 7 ，花柱短；胞果。 1 3 2 浮萍的种类分布 全世界浮萍有4 属( l e m m a ，s p i r o d e l a ，w o l f f i a ，w o l f f i e l l a ) 约3 0 种，除北 极地区外，广布于世界各地。我国约有3 属7 种，其中长江三角洲地区有3 属5 种，见表1 2 。 表卜2 长江三角洲地区浮萍种类及分布状况 t a b 1 2t h es p e c i e sa n dd i s t r i b u t i o no fd u c k w e e di nt h e y a n g t z er i v e rd e l t aa r e a 浮萍种类分布程度生长环境 青萍普遍分布池塘、水沟和水田中 l e m m am i ，2 0 ， 浮萍喜生于池沼、湖泊及富含有机质的静水水域。由于这些水域能为浮萍提 供稳定的营养及微量元素来源，无疑是浮萍生长的最佳场所。浮萍通常生长在气 候温暖的地区，广布于全世界温带和热带区域，但也有许多浮萍可以在极端气候 下存活。 1 3 4 浮萍的化学组成 1 2扬州大学硕士学位论文 根据印万芬【3 5 】的研究结果，浮萍中的主要化学成分与含量见表1 3 。 表1 - 3 浮萍主要成分与含量( ) ! 垒! ：! ：! 垒宝巴垒i 翌2 翌! 曼翌! 塑i 2 巴p 2 1 i ! i 2 翌2 1 璺坚呈垦型宝宝翌 水分 粗蛋白质粗脂肪粗纤维素无氮浸出物灰分 9 2 8 除上述成分外，浮萍还含有多种化学物质：( 1 ) 青萍含5 ，7 ，3 7 4 ，一四羟 基黄酮8 p d 葡萄吡喃糖贰、木犀草素7 一p d 葡萄吡喃糖贰、类固醇、蛋白质、 叶绿素、糖、黄酮类化合物及维生素b l 、b 2 、c 、树脂、蜡、粘液质和鞣质等。( 2 ) 紫萍含芹菜素7 葡萄糖贰和芹菜素8 碳葡萄糖贰、氯化钾、醋酸钾及碘、溴等物 质3 6 1 。( 3 ) 芜萍富含淀粉和蛋白质等营养物质。 1 4 浮萍在水体生态修复中的应用优势 浮萍的粗蛋白含量、类胡萝b 素含量极高，均远远大于常用饲料紫花苜蓿， 其体内的粗纤维含量又远远低于后者，且所含氨基酸种类丰富，含量充足，能够 为鸡鸭、猪牛和鱼类提供大部分所需营养。浮萍细胞壁不含木质素，易于消化， 是优良的禽畜饲料和鱼类饵料【3 7 1 ，或者直接作为绿肥还田，为其后期开发利用提 供良好的发展前景【3 8 】。 1 4 1 浮萍的生长速度 浮萍生长极为迅速，通常能够以指数形式增长，初级生产力较高。生长环境 适宜时，浮萍能够迅速繁殖形成一定种群，覆盖整个水面无根萍属的w o l f f i a b o r e a l i s 的生长率最高，叶状体每天增加0 6 2 个，小浮萍的生长率也较高，叶状体 每天增加0 4 5 个，紫萍的生长率较低，叶状体每天增加0 0 8 个【3 9 l 。采用营养液对 几种浮萍进行室外全生育期生产力研究，取得小浮萍年产量2 9 0 t h m 2 ，紫萍年产量 1 9 6 f f h r n 2 的高产【4 0 1 。当水体的水温升高，水中营养物质含量增加或者浮萍种群密 度减小时，浮萍的生长率随之增加。 1 4 2 浮萍的竞争能力 因为茎叶等结构组分的消失，浮萍的大部分组织都能够进行光合作用，整个 于斌：浮萍对污水中氮、磷去除作用的初步研究 1 3 植物体都具有新陈代谢活性，所以被认为是世界上生长力最旺盛的植物之一。而 且浮萍的每个叶状体都能够直接从水体中吸收营养和水分，其他高等维管束植物 则必须通过土根系进行水分养分吸收。自然条件下，浮萍在水面漂浮生长，光照 和碳源充足，水分和营养吸收极为便利，生长速率主要受温度、大气等因素制约， 具有明显的竞争优势【4 。而且浮萍适宜生长的温度范围极广，比多数其他植物的 生活周期长，在较温暖的地区，四季均可生长。即使在水温5 7 ，气温1 3 的 低温情况下，浮萍仍然能够正常生长。浮游藻类的大量繁殖会降低水体透明度， 使得沉水植物因缺乏足够的阳光而生长不良其至死亡，使水体生态系统的生态平 衡被打破。漂浮植物则对浮游藻类有荫蔽作用，能够抑制其大量爆发。在高温强 光条件下，浮萍对水面的覆盖能够抑制丝状绿藻( c l a d o p h o r ag l o m e r a t a ) 的光合作 用，七天后绿藻的光合量子率降低达4 2 以上，使其光呼吸强度超过光合作用产 氧量，导致绿藻死亡，溶氧耗竭【4 2 】。 1 4 3 浮萍对氮、磷的吸收能力 浮萍喜生于富含营养的水体，能够大量吸收污染物质，而且通过定期捞取( 定 期收割还能够使其保持旺盛的生长力) ，能够使污染物质从水体中彻底去除。在废 水处理和自然水体修复中有明显的应用优势。研究发现自然水体中浮萍的氮、磷 含量分别为2 0 4 0 9 n k g d w 和2 - 1 0 9 p k g d w ；用于污水处理的浮萍，其氮、磷含 量可高至4 0 6 0 9 n k g d w 和1 3 2 9 9 p k g d w ，两者差别的原因是废水中的营养物质 含量比自然水体中要高，而且废水处理池中对浮萍的定期收割使其保持了旺盛的 生长力【4 3 1 。在不同种水生植物在湿地水处理系统中的处理效率中，浮萍对氮、磷 的生物积累均最高，其体内氮含量为3 9 6 + 1 0 3 m g g ，磷含量为1 0 5 + 2 9 m g g ，显 著高于其他沉水和挺水植物【州。 1 4 4 浮萍对水体重金属的生物移除 当水体中存在一定程度的重金属污染时，水生植物能够在出现轻微受害症状 的情况下继续维持生长，它们能够浓缩富集重金属，其体内的重金属浓度可积累 至水体浓度的数倍。水生植物对重金属的吸收效果决定于水生植物的种类、数量、 1 4 扬州大学硕士学位论文 预处理措施、重金属种类、浓度、竞争金属种类以及水体的水质和体积【4 5 4 6 1 。浮 萍生长迅速、生物产量大、收割容易的特点使其成为去除水体中重金属的最佳水 生植物种类之一，在含重金属废水的处理应用中有一定潜力【4 7 1 。实验证明，当铅 浓度在8 m g l 以下时，浮萍的生长速度受到一定的抑制，但是还能够继续维持生 长。小浮萍在保持生物量增长的同时对铅的去除率可以达到9 0 4 ( 初始铅浓度为 5m g l ) 。即使不能繁殖的浮萍( 实验中通过暴露失水使其丧失生长繁殖能力) 对 铅的去除率也达到了7 5 左右，效率非常高，在污水处理或水体污染治理中有很 好的应用前景【4 8 4 9 】。在含f e 3 + ( 最高约2 0 m g l ) ，z d + ( 最高约2 0 r a g l ) ，a 1 3 + ( 不 足3 0 m g l ) 的有机废水中，l e m n ag i b b a 的生长速率没有受到抑制，甚至还有些微 促进作用，同时废水中有机污染负荷( c o d ) 的去除率受到的影响也很小。紫萍 在1 0 m g l 的z n 、p b 和n i 溶液中培养四天，三种元素在其体内分别积累了2 7 0 、 1 0 0 、5 5 1 x g m g 5 0 1 。 1 4 5 浮萍对有机废水的处理 养猪废水通常先用厌氧池贮留保存一段时间，然后用于灌溉农田或者用于冲 洗猪圈。但是在专业养猪的地方，没有很多的农田可供去除养猪废水中的营养物 质，这样就对周围环境造成了潜在的污染问题，容易引起附近水体的富营养化。 应用水生植物处理养猪废水是种较好的选择，可以使废水中的营养元素得到重新 利用，同时可得到有一定经济价值的副产品。l a n d o l t 【5 i j 发现浮萍能够忍受较高的 氮、磷浓度，紫萍可以在l g n l 、1 5 9 p l 的条件下生长。浮萍的这种能力非常有 利，因为养猪废水中的营养元素浓度通常较高( 2 0 0 - 8 0 0 m g n l 、3 0 - 1 0 0 m g p l ) 。 当水体中存在较高浓度的氨氮时，只要维持p h 值不要过高，浮萍仍然能够保持较 高的相对生长率【5 2 1 。浮萍对氨氮的高耐受性在养猪废水的处理中尤为重要，因为 氨氮是养猪废水中氮的主要存在形式。用s p i r o d e l ap u n c t a t a 处理人工合成的养猪 废水时，氮、磷的去除率最高可以达到0 9 5 5 m g l h 和0 1 2 9 m g l h ( 初始氮、磷 浓度为2 4 0 m g n h 3 - n l 、3 1m g p 0 4 p l ) ，同时浮萍保持1 3 3 9 m 3 h 的生长率【5 3 】。 其它如屠宰场、乳牛场等食品行业废水，还有畜禽粪便、发酵池废物，厨房 于斌：浮萍对污水中氮、磷去除作用的初步研究 1 5 废物、农业堆肥废物等固体废物，氮、磷含量均较高，应用浮萍对氮、磷吸收率 高的特性进行处理，应该也可以取得较好的效果【5 4 】。在采用水生植物和陆生植物 处理乳牛场废水的研究中发现，浮萍可以在1 4 天内去除掉废水中的大部分氮索， 对磷元索的去除效果夏季优于冬季。 1 4 6 浮萍的药用价值 浮萍味辛性寒，功能发汗解表，透诊利水。古有“发汗胜于麻黄，行水捷于 通草”之说。国内不少中药工作者开发浮萍的药用价值，用于治疗鸡感冒、儿童 急性肾炎、痤疮、糖尿病、鹅掌风等，均取得良好的效果 s s - s 7 】。比如紫萍就具有 发散风热、透疹和利尿之功效，临床上主要用于风湿麻痹、水肿、风热隐疹、吐 血衄血、口舌生疮等。药理实验表明紫萍具有利尿、抗菌、解热和强心作用。其 分离物中含有黄酮类化合物，比如芹菜素、木犀草素等5 8 1 ，这类化合物一般都具 有抗衰老的作用。 1 5 影响浮萍生长及其氮、磷；争化能力的因素 1 5 1污水的组成以及浓度 e n c s s o n 曾指出，氮的可获得性及其浓度对任何植物的生长及产量都影响巨 大。n h 4 + 和n 0 3 - ：是常见于污水中的两种无机氮形态，浮萍对这两种形态氮的喜好 程度是不同的。许多研究显示6 0 1 ，浮萍会优先吸收n h 4 + ，只有当污水中的大部分 n h 4 + 被消耗掉时，浮萍才开始大量吸收其他形态的氮。也就是说，浮萍总是先大 量吸收n h 4 + ，再大量吸收n 0 3 。因为利用后者来合成氨基酸和蛋白质的能量消耗 较低。 这种对氮形态的偏好不仅体现在吸收顺序上，也体现在应用效率上。以n h 4 + 为氮源的浮萍，生长情况优于以n 0 3 - 为氮源的浮萍，这主要表现在产量、营养价 值等方面。不同氮源导致浮萍植物体中有机氮的累积量也有所不同，以n h 4 + 为氮 源的浮萍植物体中的有机氮累积量明显高于以n 0 3 为氮源的浮萍【6 1 1 。 1 5 1 1 不同形态的氮及其浓度对浮萍生长的影响 1 6扬州大学硕十学位论文 因为非离子态的氨具有水溶性，所以很容易穿过植物细胞膜，使植物体的新 陈代谢发生紊乱。基于其穿过细胞膜的能力以及固有的毒性作用，高浓度的n h 3 通常会对浮萍生长产生强烈的抑制作用，当起始p h = 8 5 时，同时非离子态氮的浓 度达到7 2 m g l 时，5 0 的浮萍生长会收到抑制。研究表明，非离子态氮浓度超过 2 m g l 时，紫萍会收到毒害作用6 2 1 。 j r c a i c e d o 的研究结果还显示，浮萍在稳定塘内处于低浓度n h 3 和n h 4 + 条件 下比处于低浓度n h 3 、高浓度n h 4 + 条件下表现出更高的生长速率，这可能是因为 n h 4 + 浓度过高反而抑制了浮萍生长。种云霄陋3 1 也曾提到，n h 4 + 在浓度较高时对青 萍生长有抑制作用。 i n g e r m a