李先瑞，杨国建，洪波，宋佳瑞，阎起明

（天津华北地质勘查局核工业二四七大队，天津 301800）

随着国内经济的发展和城市化进程的加快，工业企业用水量和居民生活用水量急剧增加，工业废水和生活污水排放量也持续增加，而污水处理系统尚未完善，导致河湖地表水体富营养化现象不断出现，河湖地表水体生态系统受到严重破坏。《2020 中国生态环境状况公报》显示，全国仍有0.6%的地表水体为劣Ⅴ类，29%的湖泊处于不同程度的富营养化状态。农村富营养化水体、黑臭水体排查与治理也提上日程，城市富营养化湖泊、黑臭河道及农村黑臭水体亟待整治[1-2]。生物法是治理水体污染的有效生态方法，近年来，人们积极利用水生植物狐尾藻净化富营养化水体[3]。本文首先开展模拟试验，然后以天津市某富营养化地表水体为研究对象，分析狐尾藻对富营养化地表水体的治理效果。

1 模拟试验

水体富营养化是指水体中氮、磷等无机营养物质过剩的现象，氮、磷是导致湖泊、水库、海湾等缓流水体富营养化的主要原因[4]。当前，要积极探索富营养化水体治理方法，去除水体中的总氮（TN）、总磷（TP）、氨氮（NH4+-N）等营养物质。下面开展模拟试验，以富营养化地表水样作为治理对象，将狐尾藻投入规格9 m（长）×2 m（宽）×0.8 m（高）的试验水池内，对总磷、总氮超标的地表水样进行治理，初步确定治理效果。其间通过采样监测和日常管护，研究影响治理效果的因素。

1.1 试验水质

试验水样存在严重富营养化，属劣Ⅴ类地表水，通过水质检测可知，水样的主要超标项目为总氮、总磷，如表1 所示。主要监测项目有总氮、总磷、高锰酸盐指数（CODMn）、氨氮和pH。

表1 模拟试验水质

1.2 监测项目与方法

水质监测项目有总氮、总磷、高锰酸盐指数与氨氮。总氮测定选用《水质 总氮的测定 碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》（HJ 636—2012），总磷测定选用《水质 总磷的测定 钼酸铵分光光度法》（GB 11893—1989），高锰酸盐指数测定选用《水质 高锰酸盐指数的测定》（GB 11892—1989），氨氮测定选用《水质 氨氮的测定 连续流动-水杨酸分光光度法》（HJ 665—2013）。

1.3 模拟试验效果评价

1.3.1 狐尾藻生长情况

为了初步查明水温、气温等对狐尾藻生长的影响，每日对当日气温、水温进行观测和记录，统计周平均气温和水温，对气温、水温与狐尾藻生长分枝情况进行分析，并观察狐尾藻生长与水中总氮含量的关系，如图1 所示。

图1 狐尾藻生长与气温、水温的关系

从图1 可知，1～2 周气温和水温较低，致使狐尾藻生长缓慢；3～5周气温有所波动，水温逐渐升高，并且保持在10 ℃以上，狐尾藻生长速度加快；6～8周水温维持在13～15 ℃，气温维持在16～23 ℃，相对稳定，比较适合植物生长，狐尾藻生长速度最快；9～10 周水温和气温持续上升，适宜狐尾藻生长，但是水中总氮等营养物质含量下降，导致狐尾藻生长缓慢。当总氮等营养物质含量大于1.5 mg/L时，其去除效果明显，但低于1 mg/L时，其去除速度缓慢，植株甚至出现发黄枯萎现象。因此，狐尾藻生长与水温、气温及营养物质含量有关。水温保持10 ℃以上，气温保持16 ℃以上，水中总氮含量大于1.5 mg/L时，狐尾藻生长迅速，污水治理效果较好。

1.3.2 污水治理效果评价

试验组水样中，总氮去除效果最好，去除速度最快。日常水质监测结果如图2 所示。累计治理15 d，水质达到Ⅳ类地表水要求，总氮去除率达到72.7%，去除速度较快；累计治理45 d，水质达到Ⅲ类地表水要求，总氮去除率达到77.8%，其间因总氮含量较低，去除速度明显下降；累计治理60 d，总氮去除率达到86.1%，相对于对照组，去除率显著提高，后期水中总氮含量低于1 mg/L时，植株出现发黄枯萎现象。研究表明，狐尾藻对富营养化水样中的总氮具有较好的去除效果，不仅去除率高，而且去除速度较快。

图2 总磷、总氮与氨氮含量随时间的变化

狐尾藻对试验组水样中总磷具有较好的去除效果，经过45 d 治理，水质达到Ⅳ类地表水要求，相对于对照组，去除率提高52.6%，主要依赖于植物的吸收作用，但是其治理效果明显低于总氮。试验组水样中氨氮并不超标，但是在狐尾藻的治理下也出现明显下降，相比对照组，去除率提高48.3%，水中氨氮去除与氨氮的自然挥发和硝化作用有关，狐尾藻的吸收也贡献很大。模拟试验初步查明，狐尾藻对流速缓慢的地表水体中总磷、总氮具有较好的治理效果，对氨氮也有一定去除效果，富营养化水平低的水体通过单一的狐尾藻治理，可以达到Ⅳ类地表水要求。

2 狐尾藻在河道治理中的应用

2021年，经“控源截污+清淤疏浚”治理后，天津市某纳污河道环境得到明显改善，但是靠近污染源的河段水体和底泥仍存在轻微黑臭现象。采用狐尾藻浮床对水质和底泥进行净化，使水体变清、底泥颜色变浅，使臭水沟变成景观河，进一步研究狐尾藻对富营养化水体的治理效果。

该纳污河道水面宽约为6 m，水深为0.8～1.0 m，生活污水及化粪池废水无序排放，造成河道100 m 范围内黑臭严重。2018年，通过修建污水管道，实现控源截污，通过底泥疏浚，河道环境得到明显改善。但是，该河流水动力不足，水循环不畅，加之底泥清理不彻底，水体和底泥仍存在轻微黑臭现象，采样发现，总磷、总氮与氨氮存在超标现象，如表2 所示。模拟试验表明，狐尾藻对总磷、总氮与氨氮具有较好的治理效果。在河流两侧设置狐尾藻浮床进行治理，其占河面面积的15%。通过水质采样和底泥采样，持续监测治理效果。

表2 治理前水质和底泥的基本特征

通过4 个月的治理，水体变清，底泥颜色变浅，河道内水生植物有序恢复生长。通过采样监测，水质得到明显提升。狐尾藻治理4 个月后，总磷去除率为67.9%，总氮去除率为88.7%，氨氮去除率为80.7%，如图3 所示。

图3 地表水中总磷、总氮与氨氮含量变化

治理期间，因河道水深较小，狐尾藻根系能够直达底泥中，对底泥中的总磷、总氮、氨氮等营养物质具有较好的吸附作用。对底泥进行采样监测，发现底泥中氨氮下降68.82%、总氮下降22.09%、总磷下降31.43%，如图4 所示。同时，底泥具有较多营养物质，水体的总氮含量低于1 mg/L，植物依然生长旺盛，未出现发黄枯萎现象。底泥中，在营养富集地段，狐尾藻长势明显较好。

图4 底泥中总磷、总氮与氨氮含量变化

3 结论

模拟试验和河道治理实践表明，狐尾藻对水流缓慢的富营养化水体具有很好的治理效果，尤其是总磷、总氮、氨氮超标的水体。在水深较小的河段，狐尾藻对底泥中的总磷、总氮、氨氮具有较好的吸附作用，同时富氮底泥对狐尾藻的快速繁殖起到很大促进作用，利于狐尾藻吸附水体中的总磷、总氮等营养物质。“控源截污+清淤疏浚+生态治理”是非常有效的黑臭水体综合治理方法，狐尾藻生态治理可以有序恢复河湖生态系统，提高水体自净能力。