周文宗 吳華莉 涂尾龍

摘要：為探究不同類型生態(tài)浮床對(duì)污染水體的凈化效果，以動(dòng)植物、浮毯、填料、單一漂浮植物（中華天胡荽）、美人蕉等5種生態(tài)浮床為試驗(yàn)組，通過檢測水質(zhì)凈化的重要指標(biāo)，確定不同類型生態(tài)浮床對(duì)水質(zhì)凈化指標(biāo)的優(yōu)勢(shì)組合。結(jié)果表明，浮毯組和美人蕉組對(duì)總氮（TN）去除效果較好;美人蕉組、填料組和浮毯組對(duì)總磷（TP）去除效果較好。氨氮對(duì)TN降解貢獻(xiàn)不大;硝氨對(duì)TN降解貢獻(xiàn)較大。試驗(yàn)結(jié)果表明，5種生態(tài)浮床在凈化水質(zhì)方面效果各有優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：生態(tài)浮床;水質(zhì)凈化;總氮含量;總磷含量;化學(xué)耗氧量;溶解氧含量

中圖分類號(hào)： X52 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號(hào)：1002-1302（2020）03-0262-04

自生態(tài)浮床技術(shù)[1]發(fā)明以來，國內(nèi)外關(guān)于生態(tài)浮床方面的研究日益增多，生態(tài)浮床技術(shù)取得了長足的發(fā)展，從2000年開始，生態(tài)浮床技術(shù)在我國杭州、北京、上海、南京、無錫、寧波、溫州、福州、廣州、昆明等地都有了一定規(guī)模的應(yīng)用。但是，傳統(tǒng)的生態(tài)浮床技術(shù)過分依賴于單一的植物凈化能力，存在處理能力有限、受季節(jié)影響大和收獲產(chǎn)品不易處理等弊端[2]。本試驗(yàn)在傳統(tǒng)浮床技術(shù)的基礎(chǔ)上，嘗試加入不同的填料，補(bǔ)充水生動(dòng)物，構(gòu)建人工食物鏈，研究不同類型的生物組合浮床對(duì)水質(zhì)的凈化效果，旨在為水體污染負(fù)荷削減提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)在上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院莊行試驗(yàn)站溫室內(nèi)的人工模擬池（水泥池）中進(jìn)行。模擬池規(guī)格為 150 cm×120 cm×100 cm，總?cè)莘e為1.8 m3，試驗(yàn)用水體積為1.44 m3。

1.2 試驗(yàn)用水

試驗(yàn)用水取自上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院莊行試驗(yàn)站溫室外面池塘，根據(jù)一般水體污染的情況，在蓄水池內(nèi)加入一定量的尿素和磷酸二氫鉀（化學(xué)純）配制人工污水，然后將人工污水抽到人工模擬池開始正式試驗(yàn)。人工污水主要水質(zhì)指標(biāo)見表1。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)根據(jù)生態(tài)浮床的類型設(shè)置為6個(gè)組別，即動(dòng)植物組合組、浮毯式浮床組、填料組合組、單一漂浮植物（中華天胡荽）組、美人蕉組（傳統(tǒng)浮床）和空白對(duì)照，每個(gè)組別3個(gè)平行，共18個(gè)處理單元。每個(gè)處理單元水深80 cm，除空白對(duì)照外，水面植物覆蓋率為30%，美人蕉組用90 cm×60 cm×5 cm泡沫板控制植物水面覆蓋率，每塊泡沫板上等距離栽種美人蕉4株，每株生物量0.80 kg（鮮質(zhì)量）;其余各組用聚氯乙烯（PVC）管做成規(guī)格為90 cm×60 cm×50 cm的框架控制植物水面覆蓋率，PVC管上沿打洞灌水使框架漂浮于水面，其表層管高出水面5 cm，每個(gè)處理單元表面放中華天胡荽2 kg，含水量為91.37%。另外，動(dòng)植物組合組每個(gè)處理單元投放黃鱔5尾（總計(jì)120 g），泥鰍5尾（總計(jì)90 g），中華圓田螺25個(gè)（總計(jì)50 g）;浮毯式浮床組每個(gè)處理單元框架內(nèi)置椰絲7 kg（將椰絲用水沖洗干凈并且放在清水中浸泡15 d后備用），并用大孔網(wǎng)袋將椰絲包捆，形成90 cm×60 cm×30 cm大小的方塊;填料組合組每個(gè)處理單元內(nèi)置塑料空心球6 kg，空心球規(guī)格為520個(gè)/500 g，并用大孔網(wǎng)袋將空心球包捆，形成 90 cm×60 cm×30 cm大小的方塊;單一漂浮植物組每個(gè)處理單元框架內(nèi)僅放中華天胡荽;空白對(duì)照組僅有人工污水。試驗(yàn)時(shí)間為42 d，試驗(yàn)期間水溫為23～32 ℃。

1.4 取樣和測定方法

每7 d從每個(gè)模擬池固定位置采1次水樣，采樣時(shí)間為13：00—16：00。水溫、pH值、溶解氧（DO）含量、電導(dǎo)率（EC）等采用意大利HANNA水質(zhì)分析儀現(xiàn)場測定，其他水質(zhì)指標(biāo)將水樣送回實(shí)驗(yàn)室后進(jìn)行測定?？偟═N）含量采用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法（A）測定，總磷（TP）含量采用鉬銻抗比色法測定，氨氮（NH3-N）含量采用納氏比色法測定，硝氮（NO3-N）含量采用流動(dòng)分析儀（AA3）測定，化學(xué)耗氧量（COD）采用高錳酸鉀酸化法測定。

1.5 數(shù)據(jù)處理

水體污染物的去除率=（T1-T2）/T1×100%，其中，T1為初始水體某污染物的總量，T2為末期水體某污染物的總量。

所得數(shù)據(jù)在Excel和SPSS 19.0軟件上進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，百分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)用反正弦轉(zhuǎn)換后進(jìn)行方差分析，用Duncans新復(fù)極差法對(duì)不同處理的平均數(shù)進(jìn)行多重比較。數(shù)據(jù)寫成平均值±標(biāo)準(zhǔn)差的形式。

2 結(jié)果與分析

2.1 總氮的變化情況

各組水體總氮的變化情況見表2。試驗(yàn)結(jié)束后，總氮降解的效果表現(xiàn)為浮毯式浮床組>美人蕉組>動(dòng)植物組合組>填料組合組>單一漂浮植物組>空白對(duì)照，其去除率依次為（93.00±0.91）%、（68.22±1.08）%、（50.80±3.89）%、（50.70±8.20）%、（42.90±8.23）%、（30.10±5.42）%。

2.2 總磷的變化情況

如表3所示，試驗(yàn)結(jié)束后，總磷降解的效果表現(xiàn)為美人蕉組>填料組合組>浮毯式浮床組>動(dòng)植物組合組>單一漂浮植物組>空白對(duì)照，其去除率依次為（88.39±2.60）%、（86.10±1.71）%、（84.60±3.05）%、（79.50±4.17）%、（76.10±6.47）%、（47.20±2.43）%。浮毯式浮床組總磷出現(xiàn)先升后降的現(xiàn)象，可能與椰絲初期淋溶物較多有關(guān)系。

2.3 氨氮的變化情況

如表4可知，各處理組氨氮含量都是7 d后達(dá)到峰值，然后急劇下降，到21 d后趨于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，而對(duì)照組氨氮?jiǎng)t是14 d后達(dá)到峰值再急劇下降。美人蕉組的氨氮含量從7～35 d一直下降，42 d略微上升，動(dòng)植物組合組、浮毯式浮床組和填料組合組的氨氮含量表現(xiàn)為7～28 d一直降低，35～42 d 略微升高的趨勢(shì)，單一漂浮植物組的氨氮含量表現(xiàn)為7～21 d一直降低，35～42 d略微升高的趨勢(shì)，這可能與后期枝角類增多有關(guān)系。試驗(yàn)結(jié)束后，僅美人蕉組明顯好于空白對(duì)照，其他各組氨氮降解的效果差異不明顯，說明氨氮降解作用對(duì)于總氮降解的貢獻(xiàn)不大。

2.4 硝氮的變化情況

各組水體硝氮的變化情況見表5。各組硝氮含量都表現(xiàn)出先升后降的趨勢(shì)，試驗(yàn)結(jié)束后，其降解的效果表現(xiàn)為浮毯式浮床組>美人蕉組>填料組合組>單一漂浮植物組>動(dòng)植物組合組>空白對(duì)照，結(jié)合表2可以看出，硝氮降解作用對(duì)于總氮降解的貢獻(xiàn)較大。

2.5 COD的變化情況

由表6可知，各組COD都表現(xiàn)出先升后降的趨勢(shì)，原因有待研究。試驗(yàn)結(jié)束后，各組COD降解的效果表現(xiàn)為動(dòng)植物組合組>填料組合組>單一漂浮植物組>美人蕉組>浮毯式浮床組>空白對(duì)照。

2.6 pH值的變化情況

如表7所示，各處理組pH值都表現(xiàn)出先降然后略微上升的趨勢(shì)，并且小于對(duì)照組，這與對(duì)照組浮游植物較多，溶解氧較高有關(guān)系。

2.7 溶解氧的變化情況

如表8所示，各處理組溶解氧含量都是先急劇下降，于7 d后達(dá)到谷底，然后逐步上升。但是，對(duì)照組溶解氧含量比處理組高，其變化沒有明顯的規(guī)律。

2.8 電導(dǎo)率的變化情況

如表9所示，各組電導(dǎo)率都表現(xiàn)出逐漸略微上升的趨勢(shì)。試驗(yàn)結(jié)束后，各組電導(dǎo)率表現(xiàn)為動(dòng)植物組合組=填料組合組>浮毯式浮床組>單一漂浮植物組、美人蕉組>空白對(duì)照。

3 討論

生態(tài)浮床技術(shù)對(duì)污染水體凈化起到重要作用[3-4]。單一植物的凈化能力有限。組合式生態(tài)浮床對(duì)氮磷、藻類的毒素有著較高的去除率，對(duì)污水凈化有較好的處理效果。組合式生態(tài)浮床將人工填料和水生動(dòng)物引入到傳統(tǒng)浮床，植物可以通過吸收、吸附作用凈化水質(zhì)，水生動(dòng)物可以利用植物無法處理的較大有機(jī)物顆粒[5-6]。

目前在生態(tài)浮床填料方面，從傳統(tǒng)填料向新型懸浮生物載體轉(zhuǎn)變，出現(xiàn)了竹子、稻草和陶粒等[7-8]。椰絲中纖維素含量達(dá)46.2%[9]。椰絲作為植物纖維毯在改良土壤，減少水土流失等方面發(fā)揮著重要作用[10]。有研究表明，我國水體污染是因?yàn)榈?、磷含量過高而引起的富營養(yǎng)化造成的，所以氮、磷的去除對(duì)水體凈化起到關(guān)鍵作用。農(nóng)業(yè)面源污染影響我國水生生態(tài)環(huán)境安全，尤其養(yǎng)殖業(yè)污水是高度富營養(yǎng)化的污水，有的植物在凈化水體中不能存活，從而影響凈化效果[11]。本試驗(yàn)采用椰絲為填料去除TN和TP效果較好，這一結(jié)果可為畜牧業(yè)污水處理提供多種可行的凈化方案。

動(dòng)植物組合浮床中水生動(dòng)物污染物去除途徑主要是黃鱔、泥鰍和中華圓田螺對(duì)顆粒性有機(jī)物的濾食。動(dòng)植物組合浮床在水質(zhì)凈化中未表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)，TN和TP去除率分別為50.80%、79.50%。由于泥鰍有忍耐低溶氧，攝取水底腐植質(zhì)或泥渣等生活特性，可將其作為河流或底泥污染程度的敏感指示動(dòng)物，通過分析泥鰍體內(nèi)的重金屬濃度，監(jiān)測污染程度[12]。中華圓田螺對(duì)于干燥及寒冷有較大的抗御力。因此，作為水質(zhì)凈化的這2種水生動(dòng)物仍有開發(fā)潛力，進(jìn)一步研究可在投放數(shù)量和組合方面加以改進(jìn)。傳統(tǒng)美人蕉試驗(yàn)組TN和TP去除率分別為68.22%、88.39%，對(duì)污水凈化效果較好;這與范子紅等研究表明美人蕉浮床適用于處理氮污染較嚴(yán)重的畜禽廢水和養(yǎng)殖廢水的結(jié)果[13]一致。

不同類型組合生態(tài)浮床研究目的在于如何優(yōu)化植物組合、動(dòng)植物組合以及浮床載體等，發(fā)揮各自生態(tài)功能優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步提高水質(zhì)凈化效能。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)研究不同類型生態(tài)浮床組合對(duì)水質(zhì)的凈化效果，結(jié)果顯示，浮毯組和美人蕉對(duì)TN去除效果較好;美人蕉、填料和浮毯組對(duì)TP去除效果較好。浮毯組采用椰絲為填料凈化水質(zhì)效果較好。

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