谭洪涛， 朱 琳， 张馨文， 王 彬

(1.西南科技大学固体废物处理与资源化教育部重点实验室，四川绵阳 621010；2.四川省绵阳市环境监测中心站，四川绵阳 621000)



浮萍和金鱼藻对生活污水的净化效果

谭洪涛1， 朱 琳2， 张馨文2， 王 彬1

(1.西南科技大学固体废物处理与资源化教育部重点实验室，四川绵阳 621010；2.四川省绵阳市环境监测中心站，四川绵阳 621000)

摘要[目的]研究浮萍和金鱼藻对生活污水的净化效果。[方法]构建小型水培污水净化系统，以浮萍和金鱼藻2种水生植物为研究对象，研究其在不同水培时间下对生活污水的净化效果，并设置空白对照组进行比较分析。[结果]经过28 d的试验研究，结果表明：浮萍系统对生活污水COD、NH3-N、TN、TP的最终去除率分别为80.8%、92.4%、89.7%、85.3%，金鱼藻系统对生活污水COD、NH3-N、TN、TP的最终去除率分别为79.5%、92.1%、88.6%、86.9%，对照组中COD、NH3-N、TN、TP的最终去除率分别为71.8%、76.5%、75.4%、59.8%。[结论]浮萍和金鱼藻对生活污水净化效果良好，在水培污水净化系统中具有重要作用。

关键词浮萍；金鱼藻；生活污水；净化效果

浮萍Lemnaminor又名青萍、田萍，浮萍科植物，是我国常见的水面浮生植物，易成活，生长繁殖快[1-3]。金鱼藻CeratophyllumdemersumL.为悬浮于水中的多年沉水草本植物，群生于淡水池塘、水沟、稳水小型河流及水库中，在我国分布广泛，适应能力强。金鱼藻是喜氮植物，水中无机氮含量较高时长势较好[4-5]。人工湿地技术是20世纪七八十年代发展起来的一种污水生态处理技术，主要由基质和水生植物组成[6-8]。目前国内外对人工湿地的处理机理已经取得了一致认识，各国进行了各种尝试与研究以改良人工湿地技术，设法将一些新的技术和材料引入人工湿地污水处理系统[9-12]，很多学者对一些花卉植物(如吊兰、美人蕉等)进行了大量研究，形成了较为完善的研究成果和体系[13-16]，但是对于水生野生植物的研究较少。鉴于此，笔者在对传统人工湿地运行机理进行研究分析的基础上，通过构建水培污水净化系统，研究浮萍和金鱼藻2种水生植物在不同水培时间下对城镇生活污水中COD、NH3-N、TN、TP的净化效果，旨在为更好地实现简便、廉价、可行性高的生态污水处理技术提供科学依据。

1材料与方法

1.1试验材料试验所用浮萍和金鱼藻取自四川省绵阳市青义镇任家沟一池塘处(104°40′3.57″ E，31°34′14.16″ N)。

1.2试验设计试验装置于2015年8月建成，地点位于某大学污水处理厂西侧一大棚内。试验期间气温为21～35 ℃，湿度为55%～85%。根据平行对照原则，共设计2组平行试验，每组包含3个水培净化装置，分别为浮萍水培净化装置(FA、FB)，金鱼藻水培净化装置(JA、JB)和空白对照组装置(KA、KB)。装置采用塑料无土栽培箱制成，每个栽培箱规格为45 cm×30 cm×25 cm，水容量约为30 L。试验装置如图1所示。

1.3试验方法植物驯化：由于2种植物原有生长环境为池塘开放水域，净化试验前进行污水适应性驯化，以避免因改变水生环境植株死亡。将采集的2种植物用清水冲洗干净，首先在低浓度污水(稀释浓度为实验污水的1/3)中培养驯化2 d，然后在中浓度污水(稀释浓度为试验污水的2/3)中培养驯化2 d，最后在试验污水中培养驯化2 d，共驯化6 d。驯化结束后，选取生长状况良好、生物量相近的植株作为试验材料。

方法：选取驯化好的浮萍和金鱼藻，分别移栽至FA、FB和JA、JB中，每个试验组净化装置种植密度适中，对照组KA、KB不栽种植物，然后将6个净化装置移至塑料大棚内，连续运行监测28 d，期间每间隔2 d采样1次，分析各组装置污水中COD、NH3-N、TN 和TP 的去除效果。试验过程中蒸发的水量通过补充蒸馏水以保持体积不变，将大棚两侧塑料膜卷起，以保证光照充足、空气流通。

图1　水培污水净化装置示意Fig.1　The sketch map of the hydroponic sewage purification device

1.4水质分析试验所用原水为该污水处理厂细格栅出水，pH为6~8,COD含量为120.0~220.0 mg/L,NH3-N为20.0~30.0 mg/L,TN为25.0~40.0 mg/L,TP为1.5~4.0 mg/L。污水中各指标的分析方法为：pH采用便携式pH计法(GB 6920-86)，COD采用快速密封催化消解法(HZ-HJ-SZ-0108)，NH3-N采用纳氏比色法(GB7479-87)，TN采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法(GB11894-1989)，TP采用钼酸铵分光光度法(GB11893-89)[17]。

2结果与分析

2.1水质表观变化由表1可知，试验末期浮萍组和金鱼藻组水体水质较试验初期原水水质均有了明显改善，水质清澈透明，无臭味，无绿色丝状藻类生长，底部有少量沉积物。对照组水体较试验初期原水水质浑浊程度也有所下降，但是由于没有植物的生长和净化作用，水体环境最终整体出现恶化情况，生长了大量的绿色丝状藻类，且多数聚集在底部，部分以悬浮状态存在于水体中，使得水体水质无明显改善。

表1试验末期各组系统水质情况

Table 1The description of water quality of each system in the later stage

组别Groups透明度Transparency臭味Stink绿色丝状藻类Greenfilamentousalgae沉积物Sediment原水Originalwater浑浊中度--对照组Controlgroup较浑浊微弱多多金鱼藻组Hornwort清澈透明--少浮萍组水质Duckweed清澈透明--少

2.2对COD的净化效果从图2、3可以看出，在为期28 d的静态水培净化试验过程中，浮萍和金鱼藻2组植物净化系统对污水中的COD均表现出了较好的去除效果。2组水体中COD浓度由195.6 mg/L分别下降至37.6和40.1 mg/L，与对照组差异显著(P<0.05)，净化能力由大到小为浮萍组、金鱼藻组、对照组。整个试验期内，试验组COD去除率达到75.0%以上。但值得注意的是，水培试验前1～6 d，各试验组水体中COD浓度下降速率较快，去除率也上升较快，达60.0%～65.0%，这可能主要依靠于污水中有机物的先期沉降作用。随着水培时间的延长，COD去除速率减缓，并逐渐趋于稳定，且试验组去除率优于对照组。

图2　各组水培系统COD含量变化Fig.2　Changes of COD content in each hydroponic system

图3　各组水培系统COD去除率比较Fig.3　Comparison of COD removal rate in each hydroponic system

2.3对NH3-N的净化效果从图4、5可以看出，浮萍和金鱼藻2组植物系统均能够有效去除水体中的NH3-N，且净化能力相当，去除率分别达到92.4%和92.2%。在9～12 d时，2组植物系统对NH3-N的去除率已达到60.0%～65.0%，而对照组则低于50.0%；当水培时间继续延长时，各试验组对NH3-N的去除率仍不断提高，但去除速率明显降低；18～22 d时，NH3-N的去除率达到峰值，在85.0%以上，且后期NH3-N的去除率不再继续升高。污水中NH3-N的去除除了通过植物生长和微生物的代谢作用吸收外，还可以直接挥发，由于水培静态试验在夏末秋初进行，试验温度较高，有利于NH3-N的直接挥发，因此，对照组和试验组对NH3-N的去除率均较高。

图4　各组水培系统NH3-N含量变化Fig.4　Changes of NH3-N content in each hydroponic system

图5　各组水培系统NH3-N去除率比较Fig.5　Comparison of NH3-N removal rate in each hydroponic system

2.4对TN的净化效果从图 6、7可以看出，各组水体中TN含量呈现缓慢下降趋势，金鱼藻和浮萍组的TN浓度由37.9 mg/L分别降至4.3和3.9 mg/L，18～20 d时，2组植物系统对水体中TN的去除率达到峰值(分别为88.5%和92.4%)，之后逐步趋于稳定，且去除能力为金鱼藻组>浮萍组>对照组。随着水培时间的延长，各组水体中TN浓度均出现了不同程度的升高。这可能由于后期水体中厌氧区域不断扩大，植物根系出现腐败，也从另一方面说明了水力停留时间过长，会对水体中污染物质的去除产生不利影响。

图6　各组水培系统TN含量变化Fig.6　Changes of TN content in each hydroponic system

图7　各组水培系统TN去除率比较Fig.7　Comparison of TN removal rate in each hydroponic system

2.5对TP的净化效果从图8、9可以看出，各组水体中TP的去除变化与TN相近，呈现逐步下降趋势。水培结束后，浮萍组和金鱼藻组水体中TP的含量由3.20 mg/L分别降至0.34和0.36 mg/L，与对照组水体中TP最终含量(1.29 mg/L)差异显著(P<0.05)。试验组对TP的去除率均达到80.0%以上，且去除能力为浮萍组>金鱼藻组>对照组。与TN的去除变化规律相似，浮萍和金鱼藻对TP的去除率在水培时间18～20 d后也逐步趋于稳定，最高去除率分别达到84.0%和77.1%，浮萍对污水中TP的去除能力和去除速率均优于金鱼藻，这可能与2组净化系统中植物和微生物对生活污水中TP的吸收特点不同有关。

图8　各组水培系统TP含量变化Fig.8　Changes of TP content in each hydroponic system

图9　各组水培系统TP去除率比较Fig.9　Comparison of TP removal rate in each hydroponic system

3结论与讨论

该研究通过建立小型污水净化装置，以浮萍和金鱼藻为试验对象，研究其对生活污水的净化效果，结果表明，浮萍和金鱼藻2组植物系统在水培时间为28 d的情况下，对生活污水中COD、NH3-N、TN、TP的平均去除率基本达到80.0%以上，表现出较好的去除效果，且总体上浮萍优于金鱼藻，而对照组系统对污水中各项污染指标的平均去除率明显低于试验组。

对照组与试验组的区别在于是否栽种了植物，其他各项设置及试验条件均相同，由此可以初步推定在水培净化试验中，植物对水体的净化有着重要作用。一方面，植物在生长过程中吸收了水体中的营养物质，改善了水质；另一方面，植物根系为微生物的生存提供了载体，有利于微生物的生长和繁殖，而微生物在水培净化污水中有着重要作用。该试验在开展过程中，由于时间和试验条件有限，在很多方面仍有待进一步的分析和探讨， 如试验时间。因此，在今后的研究工作中应重点对水培系统的运行效果做不同季度的试验监测分析，从而为浮萍和金鱼藻在人工湿地污水处理中更好的应用与推广提供基础数据。

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Purification Effect of Duckweed and Hornwort on Domestic Sewage

TAN Hong-tao1, ZHU Lin2, ZHANG Xin-wen2et al (1.Key Laboratory of Solid Waste Treatment and Resource Recycle of Ministry of Education, Southwest University of Science and Technology, Mianyang, Sichuan 621010; 2.Mianyang Environmental Monitoring Center Station, Mianyang, Sichuan 621000)

Abstract[Objective] To study purification effect of duckweed and hornwort on domestic sewage.[Method] A small hydroponic sewage purification system was constructed.With duckweed and hornwort as research object, the purification effects on domestic sewage in different time were tested, and blank control group was set up for comparative analysis.[Result] After 28d, the experimental study showed that: the final removal rates of duckweed system on COD, NH3-N, TN, TP were 80.8%, 92.4%, 89.7% and 85.3% respectively, that of hornwort system on COD, NH3-N, TN and TP were 79.5%, 92.1%, 88.6% and 86.9% respectively, and in the control group, the final removal efficiency on COD, NH3-N, TN and TP were 71.8%, 76.5%, 75.4% and 59.8% respectively.[Conclusion] Duckweed and hornwort has good purification effect on domestic sewage, plants play an important role in hydroponic sewage purification system.

Key wordsDuckweed; Hornwort; Domestic sewage; Purification effect

收稿日期2015-12-21

作者简介谭洪涛(1988- )，男，河北三河人，助教，硕士，从事废水处理理论与工程技术研究。

基金项目西南科技大学创新基金资助项目(13ycjj29)。

中图分类号S 181.3

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)02-146-04