蔡魯祥 吳文磊 高 一 金仕淇 謝國建 沙昊雷#

(1.寧波大紅鷹學院藝術(shù)與傳媒學院，浙江 寧波 315175；2.浙江萬里學院生物與環(huán)境學院，浙江 寧波 315100；3.杭州市蕭山區(qū)人民政府南陽街道辦事處，浙江 杭州 311227)

生態(tài)浮島復合技術(shù)凈化黑臭河道廢水的實驗研究*

蔡魯祥1吳文磊2高 一2金仕淇2謝國建3沙昊雷2#

(1.寧波大紅鷹學院藝術(shù)與傳媒學院，浙江 寧波 315175；2.浙江萬里學院生物與環(huán)境學院，浙江 寧波 315100；3.杭州市蕭山區(qū)人民政府南陽街道辦事處，浙江 杭州 311227)

以寧波市前塘河水作為實驗水體，采用不同水生植物及組合、生態(tài)浮島復合技術(shù)凈化水中污染物。經(jīng)過14 d的水培實驗發(fā)現(xiàn)，沉水植物COD去除能力高于浮水植物和挺水植物；水生植物組合對COD的去除率相對較低，但去除率仍不低于79.9%。水生植物組合對氨氮的去除效果好于單一種類植物。沉水植物去除總磷的效果好于浮水植物與挺水植物，不同水生植物及組合的總磷去除率均大于44.0%。生態(tài)浮島復合技術(shù)對廢水中污染物的去除能力較強，實驗10 d時COD、氨氮、總磷去除率分別為97.1%、100.0%、73.8%。由此可見，水生植物和微生物的協(xié)同凈化作用使生態(tài)浮島復合技術(shù)對污染物的降解效果非常顯著。

生態(tài)浮島 微生物 水生植物 水污染處理

隨著城市化、工業(yè)化進程的不斷加快，城市河道生態(tài)系統(tǒng)承受的壓力越來越大，黑臭河道廢水污染問題日益突出，對此國內(nèi)外學者做了許多研究。常見的黑臭河道廢水治理技術(shù)主要有物理法、化學法、生物法和生態(tài)修復法等[1-2]，但物理法和化學法在應(yīng)用上存在運行費用高，治標不治本，易引發(fā)二次污染等問題。近年來，黑臭河道廢水的生態(tài)修復技術(shù)已經(jīng)成為河流治理領(lǐng)域研究和應(yīng)用的熱點。部分學者針對我國重點治理的湖泊，如滇池、太湖等進行了深入研究，對水體生態(tài)系統(tǒng)的治理進行了有益的探索[3]，重點研究了受損河岸的生態(tài)治理措施，并從植物移植栽培[4-7]、河岸邊坡[8-9]、生物/生態(tài)修復技術(shù)[10-13]等角度進行了實驗研究，為水體生態(tài)修復進行了理論探索。

本研究結(jié)合水生植物與微生物復合處理技術(shù)中的優(yōu)點，采用不同水生植物及組合、生態(tài)浮島復合技術(shù)凈化黑臭河道廢水中的污染物，對比不同處理方式對污染物的去除效果，為黑臭河道廢水治理技術(shù)的應(yīng)用提供一定的借鑒。

表1 各裝置實驗材料種類及數(shù)量

表2 前塘河初始水樣的水質(zhì)指標

1 材料與方法

1.1 實驗裝置

1#裝置為空白裝置；2#裝置內(nèi)為沉水植物；3#裝置內(nèi)為浮水植物；4#裝置內(nèi)為挺水植物；5#裝置內(nèi)為沉水植物、浮水植物、挺水植物；6#裝置內(nèi)為浮水植物、挺水植物；7#裝置內(nèi)為浮水植物、挺水植物、微生物，其中挺水植物用白色泡沫塑料穿孔固定，微生物為2 L城市污水處理廠二沉池濃縮污泥。實驗水培裝置全部采用塑料箱，長40 cm，寬28 cm，高30 cm，總?cè)莘e約33 L，實驗廢水體積為22 L，本實驗為前塘河取樣后的靜態(tài)實驗，并非持續(xù)進出廢水的動態(tài)實驗，因此能在較短的時間內(nèi)獲得較佳的去除效果。各裝置內(nèi)的實驗材料種類及數(shù)量見表1。

1.2 實驗方法

水質(zhì)指標分析參考文獻[14]中的方法。COD采用重鉻酸鉀法測定，氨氮采用水楊酸分光光度法測定，總磷采用鉬酸銨分光光度法測定，溫度與pH使用便攜式pH測定儀(德國WTW公司)測定，DO使用便攜式DO測定儀(意大利HANNA公司)測定。

實驗開始后，每天取1次水樣，測定水樣中COD、氨氮、總磷濃度，分析廢水中污染物的去除效果。

1.3 實驗水樣來源及水質(zhì)

實驗水樣來源于寧波市前塘河，取樣點位置見圖1，初始水樣的水質(zhì)指標如表2所示。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同水生植物及組合對COD的去除效果

廢水總體積為22 L，曝氣量控制在0.3 L/min，初始pH為6.85，初始DO質(zhì)量濃度為3.38 mg/L，初始溫度為17.8 ℃，將洗凈后的植物水培于1#～6#裝置中，實驗共進行14 d，不同水生植物及組合對廢水中COD的去除率隨時間變化見圖2，最終去除情況見表3。

圖1 前塘河取樣點位置Fig.1 The sampling site of Qiantang River

圖2 不同水生植物及組合對COD的去除率隨時間變化Fig.2 Variation of removal efficiency of COD with time after treated by different aquatic plants and combinations of aquatic plants

由圖2和表3可知，14 d時，1#空白裝置對COD的去除率為9.0%，不同水生植物及組合對廢水中COD的去除率從高到低依次為2#、4#、3#、6#、5#裝置，COD質(zhì)量濃度分別為32、34、39、40、55 mg/L。2#裝置COD去除率最高的原因可能為：沉水植物的根、莖、葉全部在水中，在陽光和DO充足的條件下，能更好地去除水體中的COD。5#、6#裝置對COD的去除率降低，是組合植物間不同植物相互干擾、競爭的結(jié)果。

表3 不同水生植物及組合對廢水中COD的去除情況

表4 不同水生植物及組合對廢水中氨氮去除情況

分析水樣的COD質(zhì)量濃度，2#、3#、4#、6#裝置中的COD質(zhì)量濃度達到了《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838—2002)中Ⅴ類水質(zhì)標準(≤40 mg/L)，5#裝置中COD質(zhì)量濃度未達到Ⅴ類水質(zhì)標準。

2.2 不同水生植物及組合對氨氮的去除效果

不同水生植物及組合對廢水中氨氮的去除率隨時間變化見圖3，最終去除情況見表4。由圖3和表4可知，14 d時，1#空白裝置對氨氮的去除率約為8.7%，不同水生植物及組合對廢水中氨氮的去除率從高到低依次為6#、5#、2#、3#、4#裝置，氨氮的質(zhì)量濃度分別為1.20、1.35、1.36、2.25、2.26 mg/L。由此可見，銅錢草與富貴竹對氨氮的去除效果不明顯，組合植物對氨氮去除效果好于單一植物。分析水樣的氨氮質(zhì)量濃度，2#、5#、6#裝置中的氨氮質(zhì)量濃度達到了GB 3838—2002中的Ⅳ類水質(zhì)標準(≤1.5 mg/L)；而3#、4#裝置中的氨氮質(zhì)量濃度未達到Ⅴ類水質(zhì)標準(≤2.0 mg/L)。

圖3 不同水生植物及組合對氨氮的去除率隨時間變化Fig.3 Variation of removal efficiency of ammonia nitrogen with time after treated by different aquatic plants and combinations of aquatic plants

2.3 不同水生植物及組合對總磷的去除效果

不同水生植物及組合對廢水中總磷的去除率隨時間變化見圖4，最終去除情況見表5。由圖4和表5可知，14 d時，1#空白裝置對總磷的去除率約為9.2%，不同水生植物及組合對廢水中總磷的去除率從高到低依次為2#、3#、6#、5#、4#裝置，總磷的質(zhì)量濃度分別為0.30、0.38、0.39、0.41、0.47 mg/L。由此可見，沉水植物對總磷的去除率明顯好于浮水植物與挺水植物，可能是由于沉水植物根、莖、葉全部在水中，加快了對總磷的吸收速度，而挺水植物富貴竹對總磷吸收能力較差，且會干擾和抑制金魚藻與銅錢草對總磷的吸收效果。2#裝置處理后的總磷質(zhì)量濃度達到了GB 3838—2002中的Ⅳ類水質(zhì)標準(≤0.3 mg/L)，而3#、6#裝置處理后的總磷質(zhì)量濃度達到了Ⅴ類水質(zhì)標準(≤0.4 mg/L)；4#、5#裝置處理后的總磷濃度較高，為劣Ⅴ類水質(zhì)。

圖4 不同水生植物及組合對總磷的去除率隨時間變化Fig.4 Variation of removal efficiency of TP with time after treated by different aquatic plants and combinations of aquatic plants

2.4 水生植物修復技術(shù)與生態(tài)浮島復合技術(shù)凈化廢水的效果對比

設(shè)計了水生植物修復技術(shù)(5#、6#裝置)與生態(tài)浮島復合技術(shù)(7#裝置)的對比實驗。實驗條件同2.1節(jié)，對比實驗共進行10 d。5#、6#、7#裝置對廢水中COD的去除率隨時間變化見圖5。由圖5可知，10 d時，5#、6#、7#裝置的COD去除率分別為80.2%、86.1%和97.1%。10 d時，5#、6#、7#裝置中COD的質(zhì)量濃度分別為54、38、8 mg/L，7#裝置的COD去除率最高，主要是由于水生植物和微生物的協(xié)同凈化作用使得COD降解速度加快。7#裝置中的COD質(zhì)量濃度達到了GB 3838—2002中的Ⅰ類水質(zhì)標準(≤15 mg/L)，6#裝置中的COD質(zhì)量濃度達到Ⅴ類水質(zhì)標準，而5#裝置中的COD質(zhì)量濃度未達到Ⅴ類水質(zhì)標準。

表5 不同水生植物及組合對廢水中總磷的去除情況

圖5 水生植物修復技術(shù)與生態(tài)浮島復合技術(shù)對COD的去除率隨時間變化Fig.5 Variation of removal efficiency of COD with time after treated by aquatic plant restoration technology and ecological floating island compound technology

5#、6#、7#裝置對廢水中氨氮的去除率隨時間變化見圖6。由圖6可知，10 d時，5#、6#、7#裝置中的氨氮去除率分別為81.3%、82.5%和100.0%。10 d時，5#、6#、7#裝置中氨氮的質(zhì)量濃度分別為1.18、1.10、0 mg/L，且7#裝置中的氨氮質(zhì)量濃度在6 d時就已經(jīng)接近0 mg/L，7#裝置對氨氮的去除效果好于5#、6#裝置，這主要是由于微生物新陳代謝導致脫氮效果顯著。7#裝置中的氨氮最終質(zhì)量濃度達到了Ⅰ類水質(zhì)標準(≤0.15 mg/L)，5#和6#裝置中的氨氮質(zhì)量濃度達到Ⅳ類水質(zhì)標準。

5#、6#、7#裝置對廢水中總磷的去除率隨時間變化見圖7。由圖7可知，10 d時，5#、6#、7#裝置中的總磷去除率分別為51.2%、54.8%和73.8%。10 d 時，上述裝置中總磷的質(zhì)量濃度分別為0.41、0.38、0.22 mg/L，7#裝置的總磷去除效果最好，這是由于微生物的除磷效果和植物的吸磷效果的耦合效應(yīng)發(fā)揮了作用。7#裝置中的總磷質(zhì)量濃度達到了Ⅳ類水質(zhì)標準，6#裝置中的總磷質(zhì)量濃度達到Ⅴ類水質(zhì)標準，而5#裝置中的總磷質(zhì)量濃度未達到Ⅴ類水質(zhì)標準。

圖6 水生植物修復技術(shù)與生態(tài)浮島復合技術(shù)對氨氮的去除率隨時間變化Fig.6 Variation of removal efficiency of ammonia nitrogen with time after treated by aquatic plant restoration technology and ecological floating island compound technology

圖7 水生植物修復技術(shù)與生態(tài)浮島復合技術(shù)對總磷的去除率隨時間變化Fig.7 Variation of removal efficiency of TP with time after treated by aquatic plant restoration technology and ecological floating island compound technology

3 結(jié) 論

(1) 實驗條件下，沉水植物的COD去除能力高于浮水植物和挺水植物。水生植物組合對COD的去除速率較低，是不同植物直接相互干擾、競爭的結(jié)果，但其對COD的去除率仍不低于79.9%。針對氨氮的去除，水生植物組合比單一種類植物效果好，且去除率均大于64.0%。

(2) 沉水植物對總磷的去除效果好于浮水植物與挺水植物，這是由于沉水植物根、莖、葉全部在水中，加快了對總磷的吸收速度。挺水植物富貴竹對總磷吸收能力較差，且會干擾和抑制金魚藻與銅錢草對總磷的吸收效果。不同水生植物及組合對總磷的去除率均大于44.0%。

(3) 水生植物修復技術(shù)與生態(tài)浮島復合技術(shù)凈化廢水的對比實驗中可以看出，采用生態(tài)浮島復合技術(shù)后，廢水中COD、氨氮和總磷的去除率較高，主要是由于水生植物和微生物的協(xié)同凈化作用，使其對污染物的降解效果非常顯著。實驗10 d時生態(tài)浮島復合技術(shù)的COD、氨氮、總磷去除率分別為97.1%、100.0%和73.8%。

(4) 實驗條件下，生態(tài)浮島復合技術(shù)凈化黑臭河道廢水的效果顯著，凈化后的廢水基本能達到GB 3838—2002中Ⅳ類以上水質(zhì)標準。

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Experimentalstudyonpurifyingmalodorousriverbycompoundtechnologyofecologicalfloatingisland

CAILuxiang1,WUWenlei2,GAOYi2,JINShiqi2,XIEGuojian3,SHAHaolei2.

(1.CollegeofArtsandMedia，NingboDahongyingUniversity,NingboZhejiang315175;2.CollegeofBiological&EnvironmentalSciences,ZhejiangWanliUniversity,NingboZhejiang315100;3.NanyangStreetAgencyofXiaoshanDistrictPeople’sGovernmentinHangzhou,HangzhouZhejiang311227)

The purification of water sample from Qiantang River in Ningbo by different aquatic plants,combination of different aquatic plants and compound technology of ecological floating island was studied in this experiment. After 14 days of water culture experiment，the results showed that COD removal efficiency of submerged plants was higher than that of floating plants and emerged plants. COD removal efficiency of combined aquatic plants decreased，but was not less than 79.9%. Removal efficiency of ammonia nitrogen by combined aquatic plants was higher than that of single-species plants. TP removal efficiency of submerged plants was better than that of floating plants and emerged plants. TP removal efficiency of different aquatic plants and combinations of aquatic plants was higher than 44.0%. COD,ammonia nitrogen and TP removal ability of ecological floating island compound technology was better than single-species plants and combined aquatic plants,and the removal efficiencies were 97.1%,100.0% and 73.8% respectively after 10 days of experiment. The results showed that the synergistic effects of aquatic plants and microorganisms on the degradation of pollutants were very significant.

ecological floating island； microorganism； aquatic plants； water pollution treatment

蔡魯祥，男，1976年生，碩士，副教授，主要從事水環(huán)境污染防治、園林景觀的研究。#

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*住房城鄉(xiāng)建設(shè)部2015年科學技術(shù)項目(No.2015-K7-008)；浙江省科技廳公益技術(shù)應(yīng)用研究項目(No.2016C33251)；寧波市科技富民惠民項目(No.2015C50002)；寧波市自然科學基金資助項目(No.2015A610255)。

10.15985/j.cnki.1001-3865.2016.12.004

編輯:胡翠娟 (

2016-04-23)