漂浮栽培芹菜和吊兰处理生活污水初探

2013-09-23于秋良林文健杨志贤李忠芳

贺州学院学报 2013年1期

于秋良，林文健，杨志贤，李忠芳

(1．贺州学院教务处，广西贺州542899;2．贺州学院化学与生物工程学院，广西贺州542899;3．贺州学院体育学院，广西贺州542899)

淡水资源面临的两大问题是水资源短缺和水污染。水是环境的基本要素，是人类赖以生存的宝贵资源。因此，防止污染，保护水源，改善水质，是维护生态平衡的重要方面，也是工农业生产发展的先决条件。由于人类社会生产和生活活动的不断扩大，水资源未能得到有效利用和合理开发，越来越多的污染物进入水环境体系［1］。中国是13个淡水资源短缺国家中的一个，排在世界的第110位，人均拥有量更是远低于很多国家，而且我国的生活污水污染严重，还有持续恶化的趋势［2－3］。有些流经城市的河流以及接近矿区的湖泊污染的更加严重，已经远远超出了国家规定的 V 类标准［2，4］。2002年全国工业和城镇生活废水排放总量为439．5亿吨，比上年增加1．5%。其中工业废水排放量207．2亿吨，比上年增加2．3%;城镇生活污水排放量232．3亿吨，比上年增加 0．9%，其中仅有 10% 得到处理［5－6］。

水体富营养化是因为水里含有丰富的氮、磷［7－8］。而氮磷含量过高会使得水中的植物类快速生长，有些植物(如藻类)还散发出腥臭味，当其死亡腐烂分解时，水体中生化需氧量、还原性物质消耗氧升高很快，水质变差致使鱼类和其它水生生物死亡［9－10］。降低污水中氨氮含量已迫在眉睫。长期以来，城市生活污水的二级生物处理多采用活性污泥法，它是当前世界各国应用最广的一种二级生物处理流程，具有处理能力高，出水水质好等优点。但却普遍存在着基建费、运行费高，能耗大，管理较复杂，易出现污泥膨胀、污泥上浮等问题，且不能去除氮、磷等无机营养物质。所以有很多研究者想尽各种方法来克服这些问题，其中有些人利用建立人工湿地来治理生活污水［11］。但人工湿地系统占地面积大，且经稍长时间使用之后易造成人工湿地的土壤孔隙堵塞，极大地降低了去污效果，要进行湿地的人工土壤更换要花费大量的人力、物力和财力［12］。也有些人用种植水生植物来治理污染鱼塘等水体［13－14］，但用漂浮栽培处理生活污水的很少。随着生活水平的提高，新农村建设逐步加快，农村污水处理问题出现，但是农村居民生活水平有限，所以就要求处理生活污水的成本要低廉，操作要简单。而利用漂浮植物法处理生活污水是一种操作简单、成本低、效率高的方法，很适合用于农村生活污水的处理，有很好的前景［15］。

1 材料与方法

1．1 材料

水芹和银边吊兰:所选的这两种植物都来自贺州学院东区实验田里种植的，选取高为16至20厘米，洗净土后放置到贺州学院东校区综合实验楼101实验室进行实验。

水样取自贺州学院东校区内学生生活污水，其污染情况为:总磷、铵态氮磷酸盐0．65mg·L－1、化学需氧量按照“国家地面水环境质量标准(GHZB1－1999)V类水标准为总磷(以 P 计)≤ 0．12mg·L － 1、总氮 ≤ 1．2mg·L－1、磷酸盐≤0．2mg·L－1化学需要量40mg·L－1，该生活污水已经严重超出地表v类水的标准。

1．2 试验方法

在长为25cm、宽为10cm、高15cm的塑料盆装4 L富营养化污水。然后用刀割下一块长21厘米，宽8厘米、厚3厘米的泡沫块作为载体，在泡沫块上等距离的开3个孔并放入合适的定植杯。在定植杯中种入目标植物并设3个重复。再以放置了不定植植物的泡沫板的1塑料盆水样为对照。试验日期为2012年2月23日至2012年3月21日。在实验期间，每隔4天加以适当的蒸馏水，从而保持塑料盆中水体积不变。在此期间，每7天取25m l的水样测一次TP和SP浓度、重量。14天测一次水体化学需氧量(CODcr)。

1．3 检测项目

钼锑抗分光光度法总磷(T—P)和可溶性磷酸盐(S－P)［16］;用纳氏试剂光度法测定铵态氮(NH4+)化法测其化学需氧量。

1．4 实验温度

2 结果与分析

2．1 生活污水对生物量的影响

图1 实验前后植物变化

从图1可以看到，实验前芹菜的鲜重是5．6g，实验后的鲜重为17．8g;实验前吊兰的鲜重是5．0g，实验后是20．1g。芹菜和吊兰两种植增重都较快。但芹菜和吊兰对比显然吊兰的增重量比较大。所以选择吊兰较好。

2．2 植物种植对污水中磷浓度的影响

图2 植物种植过程中对污水中总磷(TP)浓度的影响(mg·L－1)

从图2可以看出，开始时CK的TP值为1．12mg·L－1，14 天后为 0．80mg·L－1，28 天后为 0．62mg·L－1，去除率为43．6%。曲线是呈下降的趋势的，这说明TP浓度不断的降低，这是污水的自净化作用。种植芹菜14天后的TP值为0．60mg·L－1，28天后为0．20mg·L－1，去除率为79．5%;而种植吊兰14 天后的TP 值为0．56mg·L－1，28 天后为0．18mg·L－1，去除率为88%。从对TP的去除情况来看，种植植物后比没有种植植物的要好的多，种植植物后都能达到国家地面水环境质量标准(GHZB1－1999)V类水标准，且吊兰对TP的去除能力比芹菜的好。

图3 种植植物过程中对污水中可溶性磷酸盐浓度的影响(mg·L－1)

从图3可以得出，CK中的 sp由0．65m l·L－1先升到了0．68m l·L－1后又降到了 0．50m l·L－1，28 天后降到 0．38mg·L－1，去除率为 41．6%。上升是因为有其他形态的磷转变成可溶性磷，而后下降是因为水体的自净化作用。从种植植物的情况来看，其污水可溶性磷含量都显著地低于对照同一时期的含量，与起始的浓度比较，在28后芹菜的sp浓度为0．23mg·L－1，去除率为64．7% 吊兰的为0．20mg·L－1，去除率为70%，而CK的去除率只有41．6%，可见芹菜和吊兰对sp的去除效果很显著，且吊兰的去除效果高于芹菜的去除效果。

2．3 植物种植对污水中氮浓度的影响

图4 氨氮含量的变化(2m l培养水稀释5倍后的值mg·L－1)

从图4可以看出，无论种植植物还是不种植植物污水中的NH4+_N含量都随时间的延长而呈逐渐下降的趋势。由图6可以得出开始时CK为1．929mg·L－1，经过 14 天后为 1．348mg·L－1，28 天后为 0．710mg·L－1，去除率为63．3%;芹菜开始氨氮浓度为1．929mg·L－1，28 天后为 0．408mg/L，去除率为80%;吊兰开始氨氮浓度为 1．929mg·L－1，28 天后为 0．38mg·L－1，去除率为 80．3%。跟 CK 的对比芹菜的去除率高出16．7%，吊兰的去除率高出17%，可见种植吊兰和芹菜对氨氮有较好的去除效果，芹菜和吊兰对氨氮的去除效果大致相同。

3．4 植物种植对CODcr浓度的影响

图5 CODcr浓度变化

由图5可以得到，开始的时候化学需氧量很高(150．0mg·L－1)，但经过28天之后CK的为100．0m l·L－1，而芹菜的为 41．3m l·L－1，吊兰的为 38．8m l·L－1。去除率 CK 的为33．33%，而芹菜的可达到73．13%，吊兰的高达76．33%。跟CK的比较种植芹菜和吊兰的CODcr降低的幅度更大，这表明芹菜和吊兰能很好的降低污水中的CODcr，且吊兰对CODcr有更好的去除效果。用植物漂浮栽培芹菜和吊兰来处理生活污水是一个不错的选择。

3 讨论

在实验区间一直处于低温的状态，但是处理的效果还是很明显，可见当温度升高时处理的效果会更好。在本试验中，吊兰的增重较快(吊兰的鲜重比起始鲜重重了将近4倍)，一年四季都可以种植，受季节的影响小。对污水有很好的治理效果(如对TP的去除率达到88%，CODcr的去除率达到76．33%)。而且可以用于美化城市，而芹菜，生物量合成也很大(鲜重比起始鲜重重了3倍)，对污水也有很好的治理效果(如对TP的去除率达到79．5%，CODcr的去除率可达到71．2%)，所以用于做污水处理也是一个很好的选择，但是对于农药、化学药品及重金属含量过高的污水种植的蔬菜则要检测达到食用标准后方可食用。从氨氮、磷酸盐、总磷、CODcr的变化来看，无论是种植芹菜还是种植吊兰都能大大地降低其含量，但相比下吊兰的处理效果更佳。而且吊兰受季节的影响小，一年四季都可以种植，而芹菜只合适在冬天种植。所以在利用漂浮栽培植物修复污水富营养化还是选用吊兰较好。