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        植物對(duì)黑臭水體底泥中污染成分的吸收降解作用

        2018-10-24 09:16:36
        山西建筑 2018年27期
        關(guān)鍵詞:污染植物實(shí)驗(yàn)

        張 晶

        (華北有色工程勘察院有限公司,河北 石家莊 050021)

        0 引言

        當(dāng)前,城市黑臭水體治理是城市生態(tài)環(huán)境修復(fù)的一項(xiàng)重要工作。河道底泥是黑臭水體重要的污染物來源,經(jīng)過長期的沉積與吸附作用,底泥中賦存了大量重金屬污染物、營養(yǎng)元素污染、難降解的有機(jī)物等[1]。當(dāng)有機(jī)污染物含量過高時(shí),好氧微生物活動(dòng)劇烈,大量消耗水體中的氧氣,造成水體缺氧,有機(jī)物在缺氧狀態(tài)下不完全降解而產(chǎn)生氨氮、硫化物、揮發(fā)性有機(jī)酸等致臭物質(zhì);鐵、錳金屬元素與硫作用產(chǎn)生的化合物被腐殖酸和富里酸吸附絡(luò)合形成致黑化學(xué)物質(zhì)[2,3]。底泥與水體時(shí)刻發(fā)生物質(zhì)交換,源源不斷地向水體釋放污染物質(zhì),對(duì)水體環(huán)境造成長期破壞。因此,要從根本上治理黑臭水體,必須開展對(duì)受污染底泥的修復(fù)治理工作。

        前人在底泥的修復(fù)治理領(lǐng)域進(jìn)行了有益的探索和實(shí)踐,目前運(yùn)用成熟的修復(fù)技術(shù)有:疏浚技術(shù)、原位覆蓋掩蔽技術(shù)、氧化還原技術(shù)、生物修復(fù)技術(shù)、聯(lián)合修復(fù)技術(shù)等[4],其中運(yùn)用最廣泛的是疏浚技術(shù),該技術(shù)具有操作簡單、治理成效快的優(yōu)點(diǎn),但由于我國河道底泥存量巨大、污染物成分復(fù)雜、運(yùn)輸處理成本高等原因,難以推廣使用[5-9]。

        將疏浚底泥固化后用作種植綠化植物的培養(yǎng)基質(zhì),不僅能突破底泥的處置難題,還能挖掘底泥的資源化利用價(jià)值,是一個(gè)前景廣闊的發(fā)展方向[10-12]。本次通過對(duì)固化底泥開展植生性實(shí)驗(yàn),觀測(cè)植物的生長狀況和培養(yǎng)基質(zhì)中總氮(TN)、總磷(TP)、鐵元素(Fe)、錳元素(Mn)、硫化物等污染成分的含量變化來研究植物生長代謝過程對(duì)污染成分的降解作用。從而對(duì)底泥的資源化開發(fā)利用展開實(shí)驗(yàn)性探索。

        1 實(shí)驗(yàn)材料與過程

        1.1 實(shí)驗(yàn)材料

        市售優(yōu)質(zhì)綠化植物種子:本次實(shí)驗(yàn)在植物品種的選擇方面,主要遵循經(jīng)濟(jì)實(shí)用原則,選擇市場上常見的易成活、易管理的綠化植物品種,共選取20種植物種子,分別是千屈菜、狐尾藻、苦草、早熟禾、諸葛菜、白車軸草、紅三葉、狗牙根、常青藤、龍須草、高羊茅、紫穗槐、黃花、油松、香根草、金盞花、金雞菊、荷花、再力花、苜蓿。

        培養(yǎng)基質(zhì):采用固化后的河道底泥作為培養(yǎng)基質(zhì)進(jìn)行植生實(shí)驗(yàn)。底泥取自河北省邢臺(tái)市牛尾河后西吳斷面,由于疏浚底泥具有含水率高、塑性差的缺陷,給修復(fù)治理工作和資源化再利用帶來了極大難題,本次實(shí)驗(yàn)采用無毒無害固化劑對(duì)疏浚底泥進(jìn)行固化/穩(wěn)定化處理。取固化后的底泥做成分檢測(cè)分析,檢測(cè)目標(biāo)成分是總氮、總磷、鐵元素、錳元素、硫化物,檢測(cè)結(jié)果見表1。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)樣品中錳元素和硫化物含量較低,考慮實(shí)驗(yàn)方法的適用性,對(duì)其暫不做研究。因此,本次實(shí)驗(yàn)主要研究培養(yǎng)基質(zhì)中總氮、總磷、鐵元素含量的變化情況。

        表1 培養(yǎng)基質(zhì)中目標(biāo)成分的檢測(cè)結(jié)果

        培養(yǎng)箱:本次實(shí)驗(yàn)所用培養(yǎng)箱采用木質(zhì)復(fù)合板與鐵絲網(wǎng)裝釘而成,共20個(gè)。培養(yǎng)箱規(guī)格:長100 cm,寬100 cm,高40 cm,由兩塊垂直正交的木板平均分為四個(gè)區(qū)域,裝置底部用鐵絲網(wǎng)封閉,其具有經(jīng)濟(jì)、美觀、運(yùn)輸方便、透水性好、透氣性好的特點(diǎn)。

        1.2 實(shí)驗(yàn)過程

        運(yùn)用疏浚技術(shù)從河北省邢臺(tái)市牛尾河后西吳斷面處取適量河道底泥,對(duì)底泥進(jìn)行固化處理。

        將固化后的河道底泥鋪放于20個(gè)培養(yǎng)箱內(nèi),鋪放厚度為30 cm,并對(duì)培養(yǎng)箱逐一編號(hào)。

        將選取的20種綠化植物種子分別播種于1號(hào)~20號(hào)培養(yǎng)箱內(nèi)并做好播種記錄。每組培養(yǎng)箱分為四個(gè)獨(dú)立單元格,作為同種植物的4個(gè)重復(fù)對(duì)照樣。

        2017年4月14日進(jìn)行播種,至5月初,諸葛菜、油松、荷花三個(gè)實(shí)驗(yàn)組均未見發(fā)芽,對(duì)其進(jìn)行復(fù)播,仍未見發(fā)芽。其他實(shí)驗(yàn)組植物發(fā)芽率極高,均達(dá)到80%以上。

        植物的生長期選取為2017年4月15日~2017年11月15日,共7個(gè)月。期間根據(jù)天氣變化和植物的生長需求進(jìn)行通風(fēng)和澆水處理,每天上午9點(diǎn)記錄植物的生長狀態(tài)。

        生長期滿,多數(shù)植物長勢(shì)良好,僅少數(shù)植物出現(xiàn)稀疏、黃葉、死亡現(xiàn)象。選取植物長勢(shì)良好的實(shí)驗(yàn)組,對(duì)培養(yǎng)基質(zhì)進(jìn)行取樣檢測(cè)分析。選取的實(shí)驗(yàn)組為:紅三葉、常青藤、紫穗槐、香根草、金盞花、金雞菊、千屈菜、再力花、龍須草、白車軸草,共10組,選取植物在實(shí)驗(yàn)過程中的長勢(shì)見圖1。按照NY/T 1121.1—2006土壤檢測(cè)第1部分:土壤樣品的采集、處理和貯存的要求進(jìn)行樣品采取,檢測(cè)指標(biāo)為:TN,TP,鐵元素。

        2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

        將篩選出來的10組培養(yǎng)基質(zhì)中污染成分含量的檢測(cè)數(shù)據(jù)與背景值進(jìn)行比較、計(jì)算,見表2。為直觀分析,將植物生長對(duì)TN、TP和鐵元素的降解率數(shù)據(jù)繪制成柱形圖進(jìn)行對(duì)比,見圖2~圖4。

        表2 培養(yǎng)基質(zhì)中目標(biāo)成分含量檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)及與背景值對(duì)照計(jì)算

        對(duì)表2中數(shù)據(jù)分析可知,植物生長代謝可對(duì)培養(yǎng)基質(zhì)中TN,TP和鐵元素三種污染成分進(jìn)行不同程度的吸收降解,且降解效果良好。其中對(duì)TN的降解效果最為顯著,平均削減量為2.80 g/kg,平均降解率達(dá)66.40%;對(duì)TP的平均削減量為1.49 g/kg,平均降解率為56.95%;對(duì)鐵元素的平均削減量為4.43 g/kg,平均降解率為31.88%。

        由表2和圖2綜合分析可知,篩選出的10種植物對(duì)培養(yǎng)基質(zhì)中TN的降解效果十分突出,降解率均超過了50%,其中降解效果最好的植物品種是再力花,削減量達(dá)3.24 g/kg,降解率達(dá)76.78%;其余依次是紫穗槐,削減量為3.17 g/kg,降解率為75.12%;紅三葉,削減量為3.02 g/kg,降解率為71.56%;香根草,削減量為2.92 g/kg,降解率達(dá)69.19%;白車軸草,削減量為2.84 g/kg,降解率為67.30%;常青藤,削減量為2.83 g/kg,降解率為67.06%;金盞花,削減量為2.80 g/kg,降解率為66.35%;金雞菊,削減量為2.67 g/kg,降解率為63.27%;千屈菜,削減量為2.33 g/kg,降解率為55.21%;龍須草,削減量為2.20 g/kg,降解率為52.13%。

        由表2和圖3綜合分析可知,篩選出的10種植物對(duì)培養(yǎng)基質(zhì)中TP的降解效果較好,其中降解效果最突出的植物品種是再力花,削減量達(dá)1.99 g/kg,降解率達(dá)76.11%;其余依次是龍須草,削減量為1.67 g/kg,降解率為63.78%;紅三葉,削減量為1.65 g/kg,降解率為62.86%;金盞花,削減量為1.52 g/kg,降解率為58.02%;常青藤,削減量為1.51 g/kg,降解率為57.63%;千屈菜,削減量為1.44 g/kg,降解率為54.96%;白車軸草,削減量為1.33 g/kg,降解率為50.76%;紫穗槐、金雞菊,削減量為1.30 g/kg,降解率為49.62%;香根草,削減量為1.21 g/kg,降解率為46.18%。

        由表2和圖4綜合分析可知,篩選出的10種植物對(duì)培養(yǎng)基質(zhì)中鐵元素的降解率整體偏低,其中千屈菜、再力花、龍須草的降解效果較好,其余皆低于平均水平。按降解效果依次為:千屈菜,削減量為5.41 g/kg,降解率為38.92%;再力花,削減量為5.36 g/kg,降解率為38.56%;龍須草,削減量為5.20 g/kg,降解率為37.41%;常青藤,削減量為4.55 g/kg,降解率達(dá)32.73%;金盞花,削減量為4.52 g/kg,降解率為32.52%;香根草,削減量為4.27 g/kg,降解率為30.72%;紅三葉,削減量為4.21 g/kg,降解率為30.29%;金雞菊,削減量為3.90 g/kg,降解率為28.06%;紫穗槐,削減量為3.70 g/kg,降解率為26.62%;白車軸草,削減量為3.20g/kg,降解率為23.02%。

        3 結(jié)語

        本次實(shí)驗(yàn)選用的20種植物中有3種不適宜在受污染的河道底泥中生長,分別為諸葛菜、油松、荷花;有7種植物雖然成活,但表現(xiàn)為黃葉、稀疏,長勢(shì)較差,分別為:狐尾藻、苦草、早熟禾、狗牙根、高羊茅、黃花、苜蓿;有10種植物生長狀態(tài)良好,分別是:紅三葉、常青藤、紫穗槐、香根草、金盞花、金雞菊、千屈菜、再力花、龍須草、白車軸草。

        實(shí)驗(yàn)表明,10種長勢(shì)良好的植物在生長過程中對(duì)固化底泥中的總磷、總氮、鐵元素三種污染成分均有較好的吸收降解作用,對(duì)TN的降解效果最為顯著,平均降解率達(dá)66.40%,對(duì)TP的平均降解率達(dá)56.95%,對(duì)鐵元素的平均降解率為31.88%。

        生物修復(fù)技術(shù)具有綠色環(huán)保、費(fèi)用低廉、修復(fù)效果顯著等優(yōu)勢(shì),被越來越廣泛地運(yùn)用。將固化后的底泥用作綠化植物的培養(yǎng)基質(zhì),既可以解決疏浚底泥的去向難題,又可以開發(fā)疏浚底泥的資源化利用潛力。在當(dāng)今重點(diǎn)推進(jìn)綠色發(fā)展、著力解決環(huán)境問題的形勢(shì)下,該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)成果可為黑臭水體的修復(fù)治理工作提供有力的參考佐證。

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