6种水生植物及其组合对模拟污水中磷的净化效果

[目的]针对河流湖泊水体污染严重现状,选择6种水生植物进行水质净化试验,为污染水体的水生植物治理提供选择依据。[方法]选择6种具观赏效果的水生植物菖蒲、美人蕉、大薸、凤眼莲、金鱼藻、穗花狐尾藻,采用静态水培的方法,研究6种水生植物及其组合对不同浓度模拟污水中总磷净化效果。[结果]单一水生植物试验中,凤眼莲在高(2 mg/L)、中浓度(0.5 mg/L)磷水体中总磷去除效果最好,去除率分别为95.9%,93.4%。金鱼藻在低浓度磷(0.1 mg/L)水体中总磷去除效果最好,去除率为91.1%。组合水生植物试验中,高浓度磷水体中金鱼藻+菖蒲+凤眼莲的水生植物组合对水体中总磷去除效果最好,去除率为96%。中浓度磷水体中穗花狐尾藻+菖蒲+凤眼莲水生植物组合总磷去除效果最好,去除率为98.8%。低浓度磷水体中穗花狐尾藻+菖蒲+大薸水生植物组合总磷去除效果最好,去除率为94.3%。[结论]选择的6种水生植物对总磷均有一定的去除效果,对水生植物的种植数量、面积、时间以及组合方式进行优化配置,可用于污染水体水质净化。     

白车轴草对冬季富营养化水体总磷净化效果研究

冬季是大多数水生植物处于衰亡的时期,植物资源匮乏,不利于植物对富营养化水体的周年净化,因此筛选适合于水生的旱生植物来修复富营养化水体是生态修复的发展方向。采用水盆浮板栽培技术,首次研究了白车轴草(Tri-folium repens Linn.)在冬季对成都犀池富营养化人工湖泊中主要元素磷的净化效果及动态过程,并与凤眼莲(Eichhorniacrassipes Solms.)的净化效果进行了对比。结果表明,浮板白车轴草在试验期间生长良好,对富营养化水体中总磷具有非常明显的净化效果,当投放量为1.25 g/L时,对总磷的去除率48 d内可达80%,并且重复性好,对总磷的去除过程拟合曲线符合三次方程。与凤眼莲相比较,白车轴草在冬季更易存活且对磷的净化效果更佳。     

不同水生植物净化污染水源水的试验研究

选择大薸、浮叶眼子菜、萍蓬草、香菇草、花叶芦竹、芦竹和常绿鸢尾共7种水生植物为供试植物,通过静态水培试验,考察各种水生植物对模拟污水中氨氮、硝态氮、总磷、铁和锰的去除率和去除能力,并对污染物的去除机理进行了分析,以期筛选出净化污水的优势植物。结果表明,水生植物对氨氮和硝态氮的去除率分别为21.18%～27.25%和32.65%～45.92%。水生植物对磷的去除率为10.57%～25.81%,其中香菇草和浮叶眼子菜尤为突出,去除率分别为25.81%和25.31%。水生植物可以促进水体中还原性物质Fe2＋、Mn2＋的氧化,降低水体中铁和锰的浓度。与铁相比,水生植物对锰去除的促进作用比较明显。两类水生植物对不同污染物的去除能力存在较大差异,浮水植物对污染物的去除能力明显强于挺水植物,为挺水植物的3.15～5.64倍。     

10种水生观赏植物对不同富营养化水体的净化效果研究

通过温室静态试验研究了路易斯安娜鸢尾等10种水生观赏植物在中浓度和高浓度富营养化水体环境下的生长状况及对不同富营养化水体TN、TP和COD的去除能力。结果表明,无论中浓度还是高浓度富营养化水体环境下10种水生观赏植物中泽苔草、水芋、水生美人蕉、再力花长势均非常旺盛,而菖蒲、千屈菜和马蔺长势相对最弱,鲜重增加量最低。水芋、水生美人蕉、泽苔草和再力花对TN的去除能力较强,其在高浓度富营养化水体生长30d时对TN的去除率依次为97.85%,97.79%,96.12%,95.74%;千屈菜和菖蒲对TN的去除能力较弱,试验结束时其对高浓度富营养化水体TN去除率为77.43%和63.16%。不同植物对TP的去除能力存在差异,泽苔草对TP去除能力最强,试验结束时其对高浓度富营养水体TP去除率达99.17%,达国家Ⅰ类水质TP标准;其次为再力花和水芋,在高浓度富营养水体生长30d时TP去除率分别为98.65%和98.66%,达国家Ⅱ类水质TP标准;菖蒲、千屈菜和马蔺对TP去除能力最弱。此外,不同植物对降低水体COD也有一定作用,但是水体自净化也能够达到较好的降低COD的效果。从不同植物对水体N、P积累量来看,泽苔草在中、高2种浓度富营养化水体下单株植物净化能力居于10种植物之首,而路易斯安娜鸢尾尽管对N、P的去除能力居中,但其是10种植物中唯一的四季常绿观赏水生花卉植物,一年四季均可修复水体,具有较大的应用潜力。     

两种水生植物对重富营养化水体修复效果研究

为了探索重富营养化水体的植物修复方法,在人工模拟条件下选取了两种水生植物伊乐藻(Elodea nuttallii)和黄花水龙(Jussiaea stipulacea Ohwi),采用漂浮生长方式对富营养化水体中养分的去除效果进行研究。结果表明:沉水植物伊乐藻在水面漂浮条件下可起到净化水体的作用,对总氮、氨态氮、硝态氮、总磷、COD、叶绿素a的去除率分别为62.9%,90.83%,53.90%,71.21%,43.33%,50.05%;漂浮植物黄花水龙对上述污染物的去除效果分别为93.56%,97.38%,99.44%,97.74%,52.49%,58.34%。变异分析表明,两者对这些养分的去除达到了显著水平(P<0.05)。黄花水龙对上述污染物的去除效果明显好于漂浮培养条件下的伊乐藻,适合重富营养化水体中养分的去除,而伊乐藻则在水质维持方面发挥更大作用。     

风车草对低污染水体氮磷的净化效能

为探讨湿地水生植物对低污染水体中氮磷的去除效果,以挺水植物风车草为研究对象,研究其对低污染水中氮、磷削减的日变化规律,及温度对净化效果的影响,并探究了系统中溶解性有机物的变化。结果表明:风车草对低污染水的氮、磷去除过程符合一级动力学方程,常温下(24～30℃)对TN、TP去除的一阶反应速率常数分别为0.449 3、0.502 8,70 h后对TN、TP的去除率高达82.87%、72.40%,日变化率分别为48.52%、40.31%,而低温(4～8℃)下风车草对氮、磷的去除效果明显受到抑制且根系活力显著降低;系统中溶解性有机物组分(紫外类腐植酸和类色氨酸)含量随时间延长而增加,相关性分析表明二者均利于水中氮磷的去除。研究表明,风车草对低污染水体中氮磷具有较好的净化效果,且其净化效能受温度的影响。     

多年生漂浮植物对富营养化水体的响应及净化效果研究

研究了喜旱莲子草、穗状狐尾藻、黄花水龙3种植物在富营养化水体中的生长响应及对水体的净化效果.结果表明,试验确定了穗状狐尾藻最佳生长阈值:N 0.05～0.1 mg/L,P 0.01～0.02 mg/L;黄花水龙:N 0.1～0.2 mg/L,P 0.005～0.01 mg/L.试验结果进一步确定了穗状狐尾藻、黄花水龙阈值氮磷比例范围分别为2 :1～10:1,10: 1～20:1.在试验第35 d时,穗状狐尾藻对总氮、总磷和叶绿素a去除率分别达到了90.5%,88.0%,90.0%,效果最佳;黄花水龙对NO_3~-N、NH_4-N去除效果最好.分别为85.0%,43.5%.对水体中氮的去除主要是微生物和植物吸收共同作用完成.试验进行到35 d时,所用供试植物体内最大积累量占水体初始总氮量的10.36%,仅占水体氮去除的一小部分;通过有植物处理和无植物处理(即对照)对水体中营养盐去除效果的比较得出:3种供试植物对水体氮代谢微生物有正激发效应.而对磷代谢微生物均有负激发效应.     

不同植物生物栅系统对富营养化景观水净化试验

为研究不同植物的生物栅系统对富营养化景观水的净化效果,通过人工配水试验对比无植物与分别种有美人蕉、水葱、香蒲的生物栅系统,分析生物栅中不同组成部分对污染物的去除效果.结果表明,纤维填料上的生物膜对不同浓度的富营养化景观水体的CODCr、TN、TP、NH4+-N的去除率均高于3种植物,其去除率分别为31.43％～40％,45.88％～50.15％,14.32％～15.62％,55.03％～63.95％,因此纤维填料上附着的微生物是污染水体的净化主体.将3种植物生物栅系统对重度和中度富营养化景观水体的净化效果进行比较,结果表明美人蕉生物栅系统对中度富营养化景观水体的CODCr、TN、TP、NH4+-N去除率分别达到78.57％,78.62％,52.24％,86.48％,其中处理后CODCr、TN、NH++-N的浓度均达到GB3838-2002《地表水环境质量标准》Ⅳ类水质标准,因此美人蕉生物栅系统更适用于富营养化景观水体的水质修复.     

基质级配方式对生态介质箱修复黑臭水体的效果比较

利用人工静态模拟试验,研究基质级配方式对自主设计的生态介质箱对黑臭水体的净化效果及其对水生植物的N、P积累能力和生长的影响。结果表明,随着处理时间的延长,各组对污染物的去除率逐渐升高,其中正级配组和反级配组对TP、TN和NH_4~+—N的去除效果均优于单一的植物组和基质组;正级配组对水体中TP的去除效果优于反级配组,其去除率达到66.9%,且正级配组中的植物对TP的积累量大于反级配组与植物组;而反级配组更有益于对TN和NH_4~+—N的去除,其去除率分别达到69.1%与87.4%,且反级配组中的植物对TN的积累量大于正级配组与植物组;生态介质箱中的植物因素对脱氮除磷的贡献率较低,N、P的去除主要通过非植物因素(基质和微生物);除空白组外,各组对COD_(Mn)的去除无显著差异,说明基质与植物对COD_(Mn)的直接去除作用不明显,更多地依靠于基质与植物载体上附着的微生物的作用;含有环境吸附材料基质的试验组(正级配组、反级配组和基质组)能使水体pH上升,可有效调节酸性水体;水生植物苦草(Vallisneria natans(Lour.)Hara)直接植入底泥(植物组)的方式更适于植物生长。因此,可通过替换级配方式来满足不同N、P污染程度水体的修复效果。     

酸模浮床对污染水体净化效果及机理分析

以南京地区河道岸坡常见陆生植物酸模为试材,制成生态浮床,研究酸模浮床以及无植物浮床对污染水体氮磷的净化效果及其机理。结果表明:酸模对TN,NH4 -N去除率达92.40%,97.00%,为对照组去除率的4.47倍、1.10倍,其中酸模对NH4 -N的去除主要依靠水体微生物硝化反应,而对照组NH4 -N去除率较高的主要原因主要是氨的挥发引起;酸模组水体中NO3--N浓度出现先增高后降低的趋势,对照组则无显著变化;酸模对水体TP,COD去除效果明显,酸模组TP,COD浓度分别比初始降低了79.17%,86.63%,与对照组差异显著。结果表明,酸模对污染水体中氮磷具有良好的净化效果,可作为水体生态修复的优良物种而使用。     

10种水生植物的氮磷吸收和水质净化能力比较研究

选取10种水生植物水罂粟、黄花水龙、大聚藻、香菇草、水芹、大薸、凤眼莲、美人蕉、黄菖蒲和鸢尾等为研究对象,于2009年2月中旬至6月中旬在室内静水条件下对其吸收氮、磷和净化水质的能力进行了比较研究。结果表明：（1）不同水生植物的净增生物量差异较大,变化范围为109.9-1 511.1 g.m-2,其中香菇草净增生物量最高,是黄花水龙（最低）的13.7倍;（2）不同水生植物的氮、磷含量差异较小,其氮、磷量变化范围分别为13.67~26.38 mg.g-1和1.16~3.50 mg.g-1;（3）不同水生植物的水质净化能力差异较大,10种水生植物的水质氮、磷去除率范围分别为36.3%~91.8%和23.2%~94.0%,10种水生植物的氮、磷吸收贡献率分别占水质氮、磷去除率的46.3%~77.0%和54.3%~92.7%。水体氮、磷去除率与水生植物净增生物量存在较高相关性,而与植株氮、磷含量不存在相关性,因而氮、磷吸收量而不是植株氮、磷含量应作为水生植物筛选的一个重要指标。     

3种植物浮床对冬季富营养化水体氮磷的去除效果研究

采用浮床栽培黑麦草(Lolium multif)、"矮脚黄"和"苏州青"(后两者为青菜品种,Brassica rapa)研究其对冬季天然富营养化水体中N、P的去除效果。结果表明:黑麦草、"矮脚黄"、"苏州青"和对照对富营养化水体中总N的平均去除率分别为49.75%、45.77%、45.12%和28.91%,对总P的平均去除率分别为67.66%、60.19%、58.28%和42.56%,植物处理的去除效果与对照之间均达显著差异(P<0.05),它们为冬季富营养化水体的处理提供了新的植物资源。黑麦草对P的去除以吸收作用为主,植物累积的P占所去除P总量的89.53%,"矮脚黄"和"苏州青"则分别为34.64%和42.42%;但植物累积的N只占去除N总量的一小部分。     

凤眼莲及底泥对富营养化水体反硝化脱氮特征的影响研究

利用改进的漂浮箱法,通过直接测定水体释放的N2O、N2,在模拟实验中研究种养及未种养漂浮植物凤眼莲条件下富营养化水体硝化、反硝化脱氮释放N2、N2O特征及其对消减水体氮的贡献。结果表明,种养或未种养凤眼莲的富营养化水体硝化、反硝化脱氮的产物以N2为主,硝化、反硝化脱氮释放N2O而脱除的氮仅占水体TN损失量的0．01％＋0．003％。在实验设定的水体富营养化条件下（NH4^＋ —N浓度6．0～7．2mg·L^-1、NO3^- -N浓度0．81～5．14mg·L^-1、TN浓度为8．9～12．07mg·L^-1）,种养凤眼莲的富营养化水体（无底泥）以向大气界面累积释放N2形式损失的氮量（N2-N量,以N计）为（1609．1±303．4）-（2265．2±262．6）mg,占水体氮损失量的63．2％-17．0％,凤眼莲吸收的N仅占水体TN损失量的（23．7±3．1）％～（28．7±4．8）％,并不是净化水体氮的唯一途径。未种养凤眼莲的富营养化水体（无底泥）向大气界面累积释放N2形式损失的氮占整个水体N损失量的（40．7±8．6）％-（43．6±0．8）％,是富营养化水体自净脱氮的主要途径。施加底泥进一步促进了水体通过反硝化脱氮释放N2而损失的氮量。凤眼莲与底泥对促进反硝化脱氮过程具有良好的交互作用（P〈0．01）。种养凤眼莲的富营养化水体向大气界面释放N2的浓度显著（P〈0．05）高于相应处理下未种养凤眼莲的对照水体,说明凤眼莲可能对水体反硝化脱氮过程有促进作用。     

基于过程监测的典型小流域径流氮磷含量变化特征分析

以沂蒙山区沂河上游典型小流域——孟良崮小流域为研究对象,利用野外原位定点连续监测试验,获取2010年7月至10月基流状态与降雨条件下的水质与水文过程数据,分析径流不同形态氮、磷含量变化特征。结果表明,在整个监测过程中,总氮（TN）和硝态氮（DNN）的含量均表现为跳跃式变化,铵态氮（DHN）呈波动性变化,次降雨后增加明显;TN的含量普遍高于2mg.L-1,其中DNN占TN的比例均大于50%,DHN所占比例不足7%。总磷（TP）和磷酸盐磷（PO34--P）的含量次降雨出现后均有所增加,且在汛期后基流状态下有明显增加趋势,TP的含量最小值为0.031mg.L-1,其中PO34--P所占比例为6.341%～91.904%。径流中颗粒态氮（PN）和颗粒态磷（PP）的含量在次降雨过程中均表现为短时间内在径流量峰值后达到最大,之后迅速降低,且PN和PP的含量与泥沙含量呈显著正相关。     

碳氮比对水芹浮床系统去除低污染水氮磷效果的影响

随着我国经济的快速发展,农业面源污染问题日益严重,加剧了淡水水质恶化的趋势。本研究以浮床水芹(Oenanthe javanica)系统和无植物对照(Control)为对象,研究了其对不同碳氮比农村低污染水[定义为农业生产或农民生活过程中产生的,富含植物生长所需的氮、磷等养分与多种微量元素且满足城镇污水处理厂污染物排放标准一级B要求(GB 18918—2002一级B:TN≤20 mg·L~(-1),TP≤1 mg·L~(-1))的那部分污水]中氮(N)、磷(P)、化学需氧量(COD)的净化效果。试验所用低污染水为生活污水(TWW)和外加碳源生活污水(高碳氮比,TWW-HC)两种。整个试验历时82 d,中间换水一次。试验结果表明水芹浮床系统接纳高碳氮比低污染水对氮磷的去除效果较好。外加碳源能在短时间内快速降低低污染水中N、P的浓度,试验3 d时TWW-HC中总氮(TN)、氨氮(NH4+-N)、总磷(TP)的去除率分别达40.8%、38.4%、62.8%。整个试验周期TWW-HC组对TN的去除率为73.9%~96.0%,高于TWW组(60.6%~85.9%);该组对TP的去除率为68.0%~81.1%,高于TWW组和Control组(TP去除率分别为21.3%~54.9%和19.2%~58.1%)。收获时TWW-HC处理水芹生物量、平均株高和相对生长速率均显著高于TWW处理(P0.05)。TWW-HC处理通过植物吸收带走的N、P分别占系统对N、P去除量的58.2%和37.6%,明显高于TWW处理(相应比例分别为8.7%和11.0%)。这说明通过外加碳源调节进水C∶N比促进了水芹的生长和对污水中养分的吸收利用,有利于水芹浮床系统对N、P的去除。     

微曝气生态浮床水芹吸收NP的特性及其对系统去除NP贡献的研究

针对污染河水黑臭缺氧、NH4^＋—N含量高等问题,研发了一种“漂浮载体悬挂弹性生物膜填料＋水生植物并辅以人工微曝气系统”的微曝气生态浮床系统,以漂浮植物水芹为例研究了系统中水芹对N、P的吸收特性和去除作用。结果表明,随着水芹的生长其生物量干重显著增加,生长80d左右时总生物干重在2497．2—3144．4g·m^-2之之间,上、下部生物量比平均为13．4。不同部位水芹N、P的含量不同,总的趋势为含N量叶〉根〉茎,含P量茎〉根〉叶。不同生长时间水芹N、P含量及其吸收速率不同：随着水芹的生长,组织内N、P含量逐渐降低,N的吸收速率总趋势为60-80d〉35-60d〉1-35d,P的吸收速率总趋势为35-60d〉1-35d〉60-80d。而随着水芹的生长吸收N、P的总量却在逐渐增加,吸收N的总量从17．69g·m^-2增加到61．66g·m^-2,吸收P的总量从4．99g·m^-2增加到13．55g·m^-2,这主要取决于自身的生物量和N、P的含量。水芹对N、P的积累主要集中在上部,分别占N、P吸收总量的92．2％-93．4％、92．5％～93．1％。水芹生长35、60、80d时,吸收N量占系统TN去除量的比率分别为4．50％、6．06％和6．87％,水芹对P的吸收量分别占系统去除P总量的18．53％、26．82％、22．00％。水芹对N、P的吸收仅是微曝气生态浮床净化系统去除N、P的一个途径,但水芹根际微生物的作用不可忽视。