人工浮岛技术净化废水研究与实践

许健+姜登岭+王忠振+高雪+杨枫楠+王森

摘 要 本实验以唐山市南湖生态水为主要研究对象进行各指标的测定，唐山市南湖生态水汇集了生活污水、雨水还有工业废水，水的净化过程中，水的净化过程中还含有一定的污染物，包括易导致水体富营养化的氮、磷等无机和有机养分，由于实验室条件的限制。拟采用模拟人工浮岛的方法利用水生植物对废水的处理作用来研究水生植物对南湖生态水净化处理效果。主要研究用分光光度计检测检测不同光线波长下的分光光度值，计算样品的吸光值，从而间接测出水中N、P浓度。水生植物自身吸取一部分营养物质同时为水生微生物的生存、降解和营养物提供了必要的物质和好氧条件。因此水生植物可以降低水中N、P的浓度，从而达到废水部分指标处理的效果。

关键词 南湖生态水；富营养化；人工浮岛；分光光度计

中图分类号 X7 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）160-0126-03

随着工业的发展以及人们生活废水的排放，自然水体的富营养化及污染问题愈来愈严重，天然水体的污染不仅影响了人们的正常生活而且对城市的形象同样造成严重的损害，所以天然水体的有效治理迫在眉睫，在唐山南湖生态公园改造是开滦煤矿塌陷区形成后开始的并使其成为更完善的生态园的建设与发展。特别是将要迎接2016园博会的举行，所以本实验采用南湖实地取水的方法，以南湖水作为已受富营养化影响的受污染水的研究对象。人工浮岛[1]技术已在世界范围内进行了广泛的研究，它的净水原理是利用植物因自身生长需求对含N、P等元素进的营养物质行吸收[2]以及根部微生物对污染物质的降解从而达到净水的作用，该技术在净化水质同时又能美化生态环境[3]，这为该技术的实际运行奠定了可行的基础，因为不同水生植物对环境的适应能力及对污染物的吸收能力的不同，所以选择能更好适应本地环境且有较好净水作用的植物至关重要。本实验经过反复试验研究最终选定水葫芦、水芙蓉和千屈菜3种植物进行不同组合研究浮岛对氮磷元素的去除能力以探索最好的最高效的浮岛构建植物。

1 材料和方法

1.1 植物

本实验采用水葫芦、水芙蓉和千屈菜3种植物作为实验植株，所用植物均来自土培苗且再经过3周水培保证各植株发育完善且根系发达后再用于实验。

1.2 仪器与材料

16L方桶8个；浮岛基质由聚苯乙烯发泡沫板制成[4]，每个板上打孔4～6个；细铁丝20m，剪刀，油性笔；紫外分光光度计；高温消解锅。

1.3 水样

取自小南湖生态区，然后再配置并加入药品四水硝酸钙、硝酸钾、硝酸铵，磷酸二氢钾以达到水体富营养化的研究需求，配置完毕后水样的N、P含量如表1。

1.4 试验方法

首先构建人工浮岛，分别在16L水桶中注入2/3水，在事先打好孔的泡沫板上安置好各自植物确保每个浮岛有6个植株以控制变量，然后把构建好的浮岛在学校花房保护起来免除外界的干扰，为保证实验数据有更好的参照性设置空白水样和无植物组作为对照浮岛具体构建情况如下表2，构建浮岛实景如图1。定时采集水样并对采取指标进行测量并分析得出结论。

水质检测方法：测总氮（TN）：碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法[5]；

测总磷（TP）：钼酸铵分光光度法。

2 实验结果与分析

2.1 TN的去除效果

测量并记录初始TN的含量，今后每隔5天测试各浮岛中水质的TN浓度，绘制图表并计算最后各个浮岛的对TN的去除率，各浮岛中TN含量随测量时间的变化如图2所示。

由图2可知所有浮岛中TN的含量均呈现由多变少的趋势，在实验开始前15天TN的变化率相对快一些，第10天以后TN的变化趋势相对减缓，最后基本达到平衡，在无水植物的浮岛中TN含量也呈下降的趋势，这是由于水体中微生物的降解作用，但有植物的其他浮岛与其相比最终TN含量能降至更低。另一方面从图中可以看出第4组及由3种植物组成的浮岛对TN的净化能力更好，其他由2种植物组成的浮岛对TN的消除能力基本相似。

计算各个浮岛最终对TN的去除率并绘制图3。

由图3可知就去除率而言有浮岛植物相比于无浮岛植物的去除率有显著提高，由水葫芦，千屈菜，水芙蓉3种植物组成的人工浮岛去除率最高，大概为85%，其他3组有两种植物组合的浮岛去除率相近大概在78%～80%，其中水葫芦+千屈菜>水葫芦+水芙蓉>水芙蓉+千屈菜。

2.2 TP的去除效果

测量并记录初始TP的含量，今后每隔5天测试各浮岛中水质的TP浓度，绘制图表并计算最后各个浮岛的对TP的去除率，各浮岛中TN含量随测量时间的变化如图4所示。

由图4可知类似于图2的结论所有浮岛TP的含量均呈现由多变少的趋势，在实验开始前15天TP的变化率相对快一些，第10天以后TP的变化趋势相对减缓，最后基本达到平衡，在无水植物的浮岛中TP含量也呈下降的趋势，这是由于水体中微生物的降解作用，但有植物的其他浮岛与其相比最终TP含量能降至更低且最终TP的含量非常低大概为0.01～0.03。另一方面从图中可以看出第4组也就是有三种植物组成的浮岛对TP的净化能力更好最终TP的含量大概为0.015，其他有两种植物组成的浮岛对TP的含量稍微高一些大概范围为0.023～0.031.。

计算个各浮岛最终对TP的去除率并绘制图5。

由图5可知就去除率而言有浮岛植物相比于无浮岛植物的去除率有显著提高，由水葫芦，千屈菜，水芙蓉3种植物组成的人工浮岛去除率最高，大概为97%其他三组有两种植物组合的浮岛去除率相近大概在93%～95%，接近100%说明这4种浮岛组合能够对TP有较强的去除作用。其中水芙蓉+千屈菜>水葫芦+水芙蓉>水葫芦+千屈菜。此外常常称磷为富营养化的限制因子[6]，所以该组合非常有效。

3 结论

1）人工浮岛技术在前10天对自然水体中TN、TP的去除效果非常明显且效率高，之后25天左右去除效果缓慢最终达到平衡。

2）3种植物组合形成的浮岛对无论TN还是TP的去除能力最高，说明此3种植物组合构成的浮岛对南湖本地生态水有很好的去除效果，该研究结果在经过一些研究后很有可能运用于实践。

3）人工岛对TP的去除效果更极显著，当然对TN的去除能力也非常高。

参考文献

[1]IPCC，气候变化2007：综合报告[R].2008：104.

[2]由文辉，刘淑缓.利用人工基质无土栽培经济植物净化富营养化水体的研究[J].北京大学学报：自然科学版，1999，35（4）：518-522.

[3]徐新华，王昕，姜虹，等.江浙沪地区废物温室气体排放及减排措施[J].污染防治技术， 1996，9（3）：154-158.

[4]赵祥华，田军.人工浮岛技术在云南湖泊治理中的意义及技术研究[J].云南环境科学，2005，24（S1）：130-132.

[5]Cacoo G， Ferrari G， Saccomani M. Pattern of sulfate uptake furing elongation in maize： its correlation with productivity[J].Physiol. Plant.1980，48（3）：375-378.

[6]David L C. The role of phosphorus in the eutrophication of receiving water； a review[J]. J.Enviorn.Qual.，1998，27：261-266.