不同覆盖度生态浮床净化污染水体的效果.docx

文章编号: 1000-3924( 2014) 05-066-04不同覆盖度生态浮床净化污染水体的效果刘福兴，宋祥甫，付子轼，刘长娥( 上海市农业科学院生态环境保护研究所，上海 201403)摘 要: 利用生态浮床处理富营养化水体，结果表明: 生态浮床对水体中总氮 ( tn) 、总磷( tp) 、高锰酸盐指数( codmn ) 和五日生化需氧量( bod5 ) 的去除效果均较高，可达 75% 以上; 除 tp 外，各处理的 tn、codmn 、bod5 去除率与覆盖度呈正相关; tp 因初始浓度较低，试验终期各覆盖度处理间去除率基本无差异; 各处理的溶解氧 ( do) 含量以 0% 覆盖度上升最明显，其他处理增幅较小，且呈现覆盖度越高，do 增幅越小的特点。关键词: 水污染; 生态浮床; 覆盖度; 净化效率中图分类号: x52文献标识码: apurification effects of different-coverage ecological floatingbeds on water pollutionliu fu-xing，song xiang-fu，fu zi-shi，liu chang-e( institute of eco-environment protection，shanghai academy of agricultural sciences，shanghai 201403，china)abstract: the eutrophic water was treated by ecological floating bed the results showed that the removal effects of tn，tp，codmn and bod5 were higher，reached more than 75% ; the removal rates of tn，codmn and bod5 were positively correlated with coverage，except tp; the tp removal rates at the end of experiment had no difference among the coverage treatments because of lower initial concentration compared with other treatments， the do content with 0% coverage increased obviously，and with the coverage increased，the do increment was smallerkey words: water pollution; ecological floating bed; coverage; purification effect近年来，随着水环境污染以及生态环境的日趋恶化，污染水域的生态净化技术愈发受到国内外的关注1 3，其中生态浮床技术是比较有效的方法之一4。生态浮床技术是利用浮床植物对水体中 n、p 等营 养盐的吸收利用，植物根系和浮床基质等对水体中悬浮物的吸附作用，微生物对有机污染物、营养物的进 一步分解作用，使水质得到改善5 7。生态浮床系统中，植物是污染物净化的主体，但其功能和吸收养分的范围是有限的8 10，其处理效率还与浮床载体、植物、覆盖度等密切相关。以往对浮床植物的研究多集 中于种类筛选、组合以及不同季节处理效果11 16，而针对不同覆盖度对水质改善效果的研究尚不多见。本研究在充分调查太湖主要污染区水质污染物分布特征的基础上，通过模拟不同覆盖度浮床植物处理污染水体的效果，了解不同污染物在不同覆盖度植物下的变化规律，掌握适宜的浮床植物覆盖度，从而为改 善太湖及类似污染水体，恢复湖泊及其他水体健康生态系统提供技术支持和科学依据。1材料与方法1 1 材料供试用水取自上海市青浦区徐泾某鱼塘，水体各项主要污染指标浓度见表 1，浮床植物采用经过驯化 的旱伞草( cyperus alternifolius ssp flabelliformis) 。收稿日期: 2013 04 01基金项目: 国家水体污染控制与治理科技重大专项项目( 2012zx07101-004)作者简介: 刘福兴( 1975) ，男，硕士，副研究员，主要从事水环境治理与水生态修复研究。e-mail: liufuxing 126 com67上海 农业学报表 1 供试水体主要水质指标the main quality indexes of test watermgl 1table 1高锰酸盐指数( codmn )五日生化需氧量( bod5 )水质指标总氮( tn)总磷( tp)溶解氧( do)质量浓度6 220 0623 29 82 81 2方法试验设 4 种不同覆盖度植物的生态浮床，分别为 0% ( ck) 、10% 、20% 和 30% ，重复 3 次，共计 12 个处理。采用花芽培育法于塑料大棚内进行植物育苗，在植株生长稳定后移至浮床内，按不同覆盖度分别置于装有研究水体的人工模拟池内 ( 规格为 150 cm 100 cm 100 cm) ，为确保试验的客观真实与可比 性，配水时每池水的质与量相同，用自来水补充蒸发、蒸腾消耗的水分，使每个处理池始终保持相同的水 量，并记录补充水量。试验时间从 2009 年 7 月 8 日到 10 月 21 日，历时 105 d。每次均在水池的上部、中部和下部固定位置取样并混合均匀，以消除取样误差，取样体积为 100 ml，检测不同覆盖度浮床系统对水 体的净化效果。1 3数据处理与分析采用 excel 2010 制图，利用 sas 统计软件中的 one-way anova 进行数据分析。结果与分析不同覆盖度浮床下水体中各污染物终期去除效果对比试验结果表明( 表 2) ，随着浮床覆盖度的增加，污染水体中 tn、codmn 和 bod5 等指标的去除率均明22 1显提高，tp 终期去除率无差异。表 2 试验终期各覆盖度生态浮床对污染物的去除效果table 2 the pollutants removal effects of different-coverage ecological floating bed at the end of experiment%试验终期去除率覆盖度 tn tp codmn bod5 102030平均70 080 591 780 710010010010068 576 689 478 264 988 890 181 3其中，各覆盖度浮床对 tn 的去除率均达到较高水平，平均去除率达 80 7% ; 且去除率与覆盖度成正相关，即植物覆盖度越高，tn 去除率越大，覆盖度 20% 的处理较覆盖度 10% 的处理 tn 去除率高 10 5 个 百分点，而覆盖度 30% 的处理较覆盖度 20% 的处理高 11 2 个百分点，说明高覆盖度可以有效提高 tn 的去除率。覆盖度大小对 tp 去除率影响不明显，各处理间去除效果差异较小，这主要是由于供试水体 tp 的初 始浓度相对较低，经过生态浮床作用后，各处理的 tp 浓度均先后降到较低水平，甚至接近于零。不同覆盖度下的 codmn 表现出较好的去除效果，各处理的去除率均达到较高水平，平均去除率为 782% ，30% 覆盖度处理去除率达到了 89 4% 。不同覆盖度浮床对水体中 codmn 的去除效果存在较大差异，20% 覆盖度较 10% 覆盖度的 codmn 去除率提高 8 1 个百分点，而 30% 覆盖度较 20% 覆盖度 codmn 的去除率提高了 12 8 个百分点。生态浮床对水体中 codmn 的去除效果与 tn 有相似的规律性，即覆盖度越高，去除效果越好。各覆盖度对 bod5 去 除 率 较 高，同样呈现出随覆盖度增加，去除率升高的趋势，平均去除率达到 81. 3% 。与 codmn 不同的是，随覆盖度的增加，bod5 去除率提高幅度逐渐减小。20% 覆盖度较 10% 覆盖度的 bod5 去除率提高 23 7 个百分点，而 30% 覆盖度较 20% 覆盖度 bod5 的去除率仅提高了 1 3 个百分点。2 2不同覆盖度浮床下水体中各污染物的动态变化tn 在不同覆盖度下( 除 0% 覆盖度) 随时间变化呈现出相似的变化规律( 图 1) ，即随覆盖度增加均呈规律性降低趋势，试验后期 tn 浓度略有上升。但不同覆盖度下 tn 浓度的变化幅度与过程存在差异，试验初期，10% 覆盖度 tn 浓度缓慢增加，然后迅速下降，最低值出现在 9 月 21 日; 20% 覆盖度下的 tn 浓 度先缓慢下降，而后下降速度加快，最低值出现在 10 月 6 日; 30% 覆盖度下 tn 浓度从试验初期就开始迅速降低，最低值也出现在 10 月 6 日。各覆盖度下的 tn 浓度在 10 月份之前下降幅度较大，10 月份后 tn68刘福兴，等: 不同覆盖度生态浮床净化污染水体的效果浓度开始上升。这种现象产生的原因可能为: 经过了 2 个多月的浮床作用，浮床 各 部 位 tn 含 量 基 本 饱和; 植物进入了生长末期，部分衰败植物开始腐烂，导致 tn 再次释放到水中。0% 覆盖度下的 tn 浓度初 期略有增加，之后的 1 个月内缓 慢 减 少，但随后开始缓慢增加，这是因为初期浮床基质等部位的吸附作 用，由于缺少植物的吸收，tn 浓度变化不明显。各覆盖度处理的降低幅度与对照之间均有较大的差异，表明植物的覆盖度对 tn 的去除率具有较大影响。试验后期，经过浮床的持续作用，各覆盖度处理 tn 浓度均降到了较低水平。图 1 试验期间水体 tn 的变化fig 1 changes of water tn during the test图 2 试验期间水体 tp 的变化fig 2 changes of water tp during the testtp 的去除规律总体上与 tn 相似，即随植物的生长，各处理水体中的 tp 浓度均呈规律性降低，但不同覆盖度处理之间的降低幅度有较大差异，覆盖度越高，降低幅度越大( 图 2) 。30% 覆盖度处理自试验开 始后 1 个半月时间内( 8 月 22 日) ，水体中的 tp 已降到了极低水平，20% 覆盖度处理达到接近零水平用了 2 个月时间( 9 月 6 日) ，10% 覆盖度则用了 3 个月时间( 10 月 6 日) 。0% 覆盖度总体上虽略有下降，但中间波动较大，至试验结束时仍保持较高的水平。可以看出，覆盖度越大，tp 浓度下降越快。试验后期，因为水体中 tp 的浓度已经降到极低水平，使各覆盖度处理之间的 tp 浓度无明显差异。与 tn 和 tp 不同，试验初期，各覆盖度下的 codmn 去除率差异较小，15 d 后不同覆盖度下的 codmn 浓 度出现差异。其中，0% 覆盖度处理下的 codmn 浓度较为平稳，试验 15 d 时间内略有下降，然后有所回升 并趋于稳定; 10% 覆盖度处理的 codmn 浓度在试验开始的 1 5 个月内下降比例较低，1 5 个月后下降幅度 增加，而后趋于稳定，最低值出现在 10 月 6 日; 20% 覆盖度和 30% 覆盖度两个处理波动次数较少，且持续 稳定下降，试验后期降低幅度逐渐减小并趋于稳定，20% 覆盖度 codmn 浓度的最低值出现在 10 月 21 日，30% 覆盖度最低浓度出现在 10 月 6 日。总体来看，覆盖度越高，codmn 浓度降低的幅度越大。试验开始 后的 1 52 个月内 codmn 去除效果最佳( 图 3) 。图 3 试验期间水体 codmn 的变化fig 3 changes of water codmn during the test图 4 试验期间水体 bod5 的变化fig 4 changes of water bod5 during the test与 codmn 相比，0% 覆盖度对 bod5 的最终去除效率相对较高，达到 25 2% ，而 0% 覆盖度的 codmn 仅为 8 8% ; 同时，10% 覆盖度与 20% 覆盖度处理的 bod5 浓度差异在 9 月 21 日前较小，后期 20% 覆盖度bod5 浓度降低比例增大，最低值出现在 10 月 6 日，10% 覆盖度最低值则出现在 9 月 21 日; 30% 覆盖度的bod5 浓度在试验开始的 1 个月内与前两个处理之间无明显差异，1 个月之后显示出高覆盖度下的 bod5去除优势，其浓度在 8 月 22 日后达到较低水平并趋于稳定。试验后期，各覆盖度处理的 bod5 浓度下降69上海农业学报比例均逐渐减小( 图 4) 。一般而言，随着水质的改善，水体中的 do 浓 度会稳步上 升。总 体 来 看，本试验的结果与 其 相 吻合，各处理均不同程度提高了水体中的溶氧水 平，但除 0% 覆盖度以外的其他处理对 do 的改善 效果并 不 显 著，对 水 体 do 浓 度 的 提 高 平 均 不 足1. 0 mgl。同时，高 覆 盖度的两个处理在试验初 期出现一个显著的降低过程，然后才开始逐渐上 升，且中间出 现 起 伏。与其他水质指标相比 不 同 的是，do 的改善以 0% 覆盖度最为显著。这是由 于 0% 覆盖度处理无浮床，气液间复氧过程较为顺 畅; 而增加了浮床的处理，因浮床植物在生长发育 过程中，需要消耗氧气，同时浮床覆盖也阻碍了大图 5 试验期间水体 do 的变化fig 5 changes of water do during the test气复氧过程，因此其 do 浓度增加幅度较小，并且随着覆盖度的增加，do 浓度的提高程度越低( 图 5) 。3讨论与结论试验表明，生态浮床对水体中的 tn、tp、codmn 和 bod5 均表现出了较好的去除效果，总去除效率均达到了 75% 以上。除 tp 因供试水体中浓度较低，后期效果无明显差异外，各处理的 tn、codmn 、bod5 三个指标均表现出相似的规律性，即去除率与覆盖度呈正相关，总体上具有覆盖度越高，去除效果越好的趋势。生态浮床植物可提高水体中溶氧含量，但提高幅度显著小于对照，并且覆盖度越高，对 do 的提高程 度越低。陈荷生等17研究认为，水面浮床覆盖度在 30% 以上，通过陆生植物一个生育周期的处理( 34 个月) ，对水体中的 tn、tp、bod5 等主要水质指标的净去除率一般在 70% 以上，do 因水面覆盖和浮床植 物生长耗氧等原因使得升高幅度较低，本试验结果与其基本吻合。同时，生态浮床去除不同污染物需要的时间存在差异，植物浮床覆盖度越高，污染浓度降低到最低值 所需时间越短，处理效率越高。相同植物浮床覆盖度下，基本是 tp 去除较快，这是因为 p 元素主要靠浮 床载体和根系的吸附，植物吸收的 p 元素相对少8 10。各污染指标的动态变化规律可以为及时更换植物 和载体提供参数。本试验结果显示，浮床植物移入处理水体中 23 个月后，其各方面作用达到饱和。参 考 文 献1 卢进登，陈红兵，赵丽娅，等 人工浮床栽培 7 种植物在富营养化水体中的生长特性研究j 环境污染治理技术与设备，2006，7( 7) : 58 612 vollenweider a elemental and biochemical composition of plankton biomass; 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