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不同覆盖度生态浮床净化污染水体的效果

发表时间: 2019-05-29 09:44:21

作 者: 刘福兴

关注: 355

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。

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%覆盖度上升较明显,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: A

        Purification effects of different-coverage ecological floating beds on water pollution

        LIU 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 smaller.

        Key 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,使水质有所改善[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.com

        1.2 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105d。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100mL,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。

    
        2.结果与分析

        2.1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显提高,TP终期去除率无差异。

        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 78.2% ,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TN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。

         TP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,15d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15d 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 1.5—2 个月内 CODMn 去除效果较佳(图 3) 。

        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 mg/L。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% 覆盖度较为显著。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(3—4 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 2—3 个月后,其各方面作用达到饱和。


        参

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        ( 责任编辑: 闫其涛)


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