以香根草為主體的漂浮型復(fù)合系統(tǒng)結(jié)合微生態(tài)制劑治理滇池富營養(yǎng)有機(jī)污染的研究.doc

以香根草為主體的漂浮型復(fù)合系統(tǒng)結(jié)合微生態(tài)制劑治理滇池富營養(yǎng)有機(jī)污染的研究黃 波(云南省環(huán)境保護(hù)局珍稀瀕危植物引種繁育中心 昆明 650034) 摘要：藍(lán)藻水華爆發(fā)成為滇池污染的一大特征。富營養(yǎng)化狀態(tài)評(píng)價(jià)表明，全湖平均為中度富營養(yǎng)。如何在湖泊水生態(tài)系統(tǒng)中建立立體的污染物轉(zhuǎn)化、分解、去除處理系統(tǒng)是利用生態(tài)治理工程解決湖泊水污染的最重要和最基本的步驟之一。本項(xiàng)目是針對(duì)滇池草海大觀公園水質(zhì)呈劣類污染現(xiàn)狀，通過構(gòu)建上層以香根草為主體功能性植物，嵌合部分景觀植物；下層是附菌載體的復(fù)合處理系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)水污染治理，同時(shí)湖底配置復(fù)合生物包、生物陶環(huán)等復(fù)合微生物菌劑釋放器、大比表面積脫氮除磷媒介和載體形成一整套立體的水體污染物轉(zhuǎn)化、分解、去除處理系統(tǒng)。復(fù)合微生物菌劑釋放器載有多菌屬的菌株，釋放出的微生物在攝取水中營養(yǎng)物質(zhì)后，增加了活動(dòng)的能量，自身快速生長繁殖，通過代謝活動(dòng)，迅速在釋放器表面及浮島上種植的香根草植物根系著床形成生物過濾膜，對(duì)水中的污染物進(jìn)行攔截、吸附、過濾，形成一個(gè)個(gè)浮動(dòng)的污水處理廠。通過對(duì)近80畝流動(dòng)水體試驗(yàn)示范區(qū)進(jìn)行水生態(tài)工程治理，取得了很好的景觀及治理效果：試驗(yàn)示范水域各水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)顯示基本達(dá)到景觀水體的指標(biāo)要求，水體透明度由原來的30cm提高到100cm以上。關(guān)鍵詞：滇池；香根草；附菌載體；富營養(yǎng)1項(xiàng)目的背景和意義藍(lán)藻水華爆發(fā)已成為滇池污染的一大特征，滇池藍(lán)藻水華污染最為嚴(yán)重的區(qū)域?yàn)榈岢氐耐夂１卑逗I帶及外草海,當(dāng)水華爆發(fā)時(shí),浮藻堆積區(qū)Chl - a含量高達(dá)幾千幾萬mg/m3, 藻量高達(dá)幾十億個(gè)/升,覆蓋湖面的浮藻厚達(dá)20-40厘米, 形成水華的面積達(dá)1620km2,水體景觀十分惡劣。滇池是昆明市的飲用水源地，發(fā)揮著供水、防洪蓄水、納污、航運(yùn)、水產(chǎn)養(yǎng)殖、調(diào)節(jié)氣候、觀光旅游等多功能，在昆明市國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中起著重要作用。但由于湖水受到污染、湖區(qū)生態(tài)平衡受到嚴(yán)重破壞。富營養(yǎng)化狀態(tài)評(píng)價(jià)表明，草海為重度富營養(yǎng)，外海為中度富營養(yǎng)，全湖平均為中度富營養(yǎng)，滇池水污染控制面臨巨大的壓力，急需一批行之有效符合實(shí)際情況的湖泊、河流水污染控制的高新技術(shù)支撐。由于受污染湖泊、河道水中污染物質(zhì)是多樣性和動(dòng)態(tài)立體分布的，往往不能用一種方法就能把所有的污染物質(zhì)都轉(zhuǎn)化、去除干凈。因此，采用集成技術(shù)處理開放式流動(dòng)水體的污染物將是今后努力的方向。本項(xiàng)目正是通過構(gòu)建以香根草為功能性主體植物，嵌合部分景觀植物，配合附菌載體的處理系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)開放式水體污染的治理，同時(shí)湖底配置復(fù)合生物包、生物陶環(huán)等復(fù)合微生物菌劑釋放器、大比表面積脫氮除磷媒介及載體形成一整套立體多維的水體污染物轉(zhuǎn)化、分解、去除處理系統(tǒng)。達(dá)到凈化水質(zhì)，提高水中溶解氧，最終使浮動(dòng)平臺(tái)上種植的香根草等植物成為具有固氮、吸磷、分解有機(jī)物的各屬微生物的受納體，使其生長茂盛，實(shí)現(xiàn)了生物種屬的合理構(gòu)成，使氮、磷等有機(jī)污染物得以最大限度地在食物鏈(網(wǎng))中進(jìn)行降解和去除，使污水中能量得以高效地利用。2. 應(yīng)用環(huán)境2.1 昆明市滇池草海大觀樓水域供試的滇池水體由兩塊組成，滇池草海大觀樓水域位于昆明市西部入湖口，與昆明市的主要補(bǔ)水及納污河大觀河相通，海拔1850米，日照2292.4小時(shí)/年，水域總計(jì)面積近273畝，供試水域是由昆明市第三污水處理廠補(bǔ)水口開始到大觀河全長700米，面積80畝，補(bǔ)水量1000立方米/天，屬流動(dòng)水體。2.2 昆明市滇池草海老干魚塘水域滇池目前有350平方公里，滇池草海屬于滇池內(nèi)湖，過去是水草豐茂的水草湖，由于污染嚴(yán)重，為了切斷污染修建了稱為老干魚塘的壩體將滇池分割為草海和外海，老干魚塘水域位于昆明市滇池草海與外海交界處，海拔1850米，日照2292.4小時(shí)/年，水域總計(jì)面積近12.7平方公里，屬半流動(dòng)水體。2.3 試驗(yàn)區(qū)水熱狀況年均溫20.60，極端低溫-7.4，最高溫度30.9，無霜期316天。年均降水量805.2mm,最高年降水約 1900mm，年均蒸發(fā)量3638.6，夏秋季暴雨集中，冬春季干旱長達(dá)67個(gè)月。2.4 水體污染原因調(diào)查及分析2.4.1滇池的污水滲入大觀公園現(xiàn)在雖然是一個(gè)風(fēng)景秀麗的湖濱公園，但在300多年前卻是一片葦草叢生的淺灘，是滇池草海的一部分。目前大觀樓水體的污染，主要是滇池草海水回流和滲透 (大觀公園的水體與滇池草海水體僅一壩之隔)。在大觀河水位低于公園水位時(shí)，需關(guān)閉公園通往大觀河的閘門,通過昆明市第三污水處理廠補(bǔ)水進(jìn)來以保證公園水位。從表1可見：滇池草海水質(zhì)離地面水IV類水體標(biāo)準(zhǔn)相距較遠(yuǎn)。如果將這部分污水所含的污染物折算成重量：大約是550kg/D的CODcr、300kg/D的BOD5、130kg/D的TN、7kg/D的TP以及1000kg/D的懸浮物。根據(jù)生物處理原理計(jì)算，該部分的廢水完全降解將產(chǎn)生多于10m3的污泥。那么對(duì)于273畝湖面面積的大觀樓來說，就等于每天的湖底增加近5.5mm（忽略細(xì)菌的降解作用）。另一股注入大觀樓的主要是生活污水，每天可達(dá)50 m3/d。大量游客來欣賞美麗的湖光園景，再加上公園維持、管理人員，日產(chǎn)生的生活污水也相當(dāng)可觀。大觀公園內(nèi)設(shè)有七座公廁，有一座位于公園中心的近華浦內(nèi)。目前公廁內(nèi)糞便廢水經(jīng)由化糞池處理后直接排入大觀樓水體，是其較大的點(diǎn)污染源之一。為此，生活排放污水離地面水IV類水體標(biāo)準(zhǔn)相距更遠(yuǎn)。如果將這部分廢水所含的污染物折算成重量：大約是7.2kg/D的CODcr、3.6kg/D的BOD5、1kg/D的TN、0.15kg/D的TP以及3kg/D的懸浮物，也是相當(dāng)大的污染。表1 滇池草海、大觀樓公園生活污水水質(zhì)與IV類水體標(biāo)準(zhǔn)比較地點(diǎn)或標(biāo)準(zhǔn)SDDOCODcrBOD5TNTP懸浮物NH3-N(m)(mg/L)IV類水體標(biāo)準(zhǔn)1.53.030.0401.50.1201.5填池草海水質(zhì)-59.47.9913.60.8285-大觀樓公園生活污水-150.075.020.03.060-2.4.2 其他污染源除了以上原因，由于人類大量使用化肥農(nóng)藥造成地球氮循環(huán)出問題，產(chǎn)生過多的活性氮（NO）通過大氣環(huán)流和雨水等途徑進(jìn)入到土壤和水系，使水中產(chǎn)生過多氮，造成藻類的過量增長；水體中動(dòng)植物死亡所沉積形成的淤泥；海鷗、水生生物等的代謝產(chǎn)物；游人逗引海鷗的鳥食等等都是大觀樓這一寶地的破壞者。3. 材料與方法3.1浮島植物名錄及配置量1、香根草 （浮島植物） 15萬株 2、紙莎草 100叢 3、睡蓮 1600盆 4、菖蒲 110叢 5、香菖蒲 70盆 6、旱傘竹 90盆 7、馬蹄蓮 90盆 8、三棱草 20盆 9、黃鷲尾 500株 10、蜘蛛蘭 40叢 11、麥冬 100公斤 12、金邊吊蘭 60盆 13、狐尾藻 1400叢 14、金魚藻 1000叢 15、蘆葦 1050叢 16、鐵線草 100叢 3.2微生態(tài)制劑 微生態(tài)制劑列成表2如下：表2 所需生物制劑項(xiàng)目名稱備注1LLMO S-1（微膠囊復(fù)合菌）用于污泥減量底質(zhì)改良2LLMO N-1（底改解毒菌）用于改善硝化作用3LLMO Activator（凈水菌）活性劑4PNA（EM菌）營養(yǎng)基質(zhì)在示范水域內(nèi)選擇10-15%的水域建造人工植物浮島，種植功能性植物香根草和景觀挺水植物作為LLMO微生物掛膜的載體（圖1）。3.3輕質(zhì)漂浮型脫氮除磷顆材料輕質(zhì)漂浮型脫氮除磷顆材料是利用表面活性劑、堿土金屬和稀土離子改性并合成孔徑在2-50nm之間的無機(jī)介孔材料。一方面能鍵合流動(dòng)水體中的磷，另一方面由于材料的多孔和大比表面積（最高可達(dá)1000m2/g）的特點(diǎn)，使其還可吸附水中的磷酸根離子。更為突出的特點(diǎn)是該材料的輕質(zhì)漂浮性使其不增加額外污泥，且易再生，可循環(huán)再利用。其作用機(jī)理及生物學(xué)效應(yīng)如下所述：一是多孔結(jié)構(gòu)、疏松、透水透氣、有吸收水份和氣體的特性，內(nèi)含植物生長所需的大量豐富的元素，而且能緩沖釋放植物所需的營養(yǎng)物質(zhì)。同時(shí)可為該系統(tǒng)中的高凈化能力的水生植物香根草及景觀植物提供營養(yǎng)。二是可作為接種復(fù)合微生態(tài)制劑的媒介，成為微生物釋放器，因?yàn)榭梢匀藶檎{(diào)節(jié)投加輕質(zhì)漂浮型介孔脫氮除磷粒和微生態(tài)生物凈水劑的量，所以對(duì)于瀉洪期也能達(dá)到較為理想的脫氮除磷效果。相比傳統(tǒng)的處理系統(tǒng)有更強(qiáng)的實(shí)用性。具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，粗糙的表面使生物積結(jié)的又好又快。8圖1 香根草為主體的人工植物浮島圖2 漂浮型復(fù)合系統(tǒng)治理效果4. 試驗(yàn)觀察 試驗(yàn)觀察水體主要圍繞水質(zhì)清澈，透明度大于0.6-1m；無富營養(yǎng)化特征；水體生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定和水質(zhì)景觀明顯改善等幾個(gè)方面。圖2顯示了以香根草為主體的漂浮型復(fù)合系統(tǒng)結(jié)合微生物制劑治理試區(qū)水體富營養(yǎng)有機(jī)污染后的水質(zhì)景觀變化。4.1 水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果2006年8月1日開始投放LLMO菌劑，15天后監(jiān)測(cè)結(jié)果見表3；9月5日的見表4，透明度已達(dá)120cm；2006年11月和2007年10月見表5。結(jié)果表明：各項(xiàng)指標(biāo)都低于昆明市西山區(qū)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站常規(guī)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。在大觀河五家堆及3號(hào)對(duì)照點(diǎn)的透明度僅40厘米，而表5中投放LLMO菌劑的透明度平均提高60cm，BOD下降10倍，其它各項(xiàng)指標(biāo)均有改善，水質(zhì)明顯提高。實(shí)驗(yàn)區(qū)水質(zhì)指標(biāo)更是接近IV類水體標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到景觀娛樂用水（表6）。表3 2006年8月16日滇池草海大觀河五家堆監(jiān)測(cè)點(diǎn)水質(zhì)項(xiàng)目pHCODcrBOD5NH3-N (mg/L)TNTP懸浮物數(shù)據(jù)7.59705.203.0428.071.80-注：3號(hào)取樣點(diǎn)設(shè)在大觀樓試驗(yàn)示范區(qū)出水口靠大觀河一側(cè)，用于對(duì)照投放菌劑后生態(tài)修復(fù)的出水效果。4.2 香根草成活率情況香根草于2006年2月開始栽植，30左右都沒出現(xiàn)返青，直到5月6日才觀察到發(fā)芽返青（表7），成活率達(dá)90，30天后產(chǎn)生新的分蘗，平均每叢分蘗數(shù)從種植時(shí)的0增加至1-10株，最高分蘗數(shù)10株（表8）。表4 大觀樓試驗(yàn)檢測(cè)對(duì)照效果項(xiàng)目出水口對(duì)照點(diǎn)（2006年9月5日本底數(shù)據(jù)）大觀樓試驗(yàn)示范區(qū)11：0011：3012：00平均最大最小平均BOD54.25TN11.2311.3911.2316.616.813.515.15CODMn90573962504748.5PH7.467.357.377.527.677.117.39TP1.481.030.7711.05NH3-N3.1793.0322.6309.8108.2064.7406.47SS261216536413.5表5 2006年11月與2007年10月生態(tài)工程示范區(qū)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比時(shí)間編號(hào)pH透明度DOCODTNTPSSBOD(cm)（mg/L）2006年19.27367.751352.540.49739611月29.1327.071372.890.517249.539.21357.821402.820.565359.849.02396.881352.570.5992410.659.37355.84 1332.610.6884210.42007年19.2497.10792.170.638271.610月29.351206.95962.520.586255.439.35907.331282.570.598191.449.35797.21662.570.62241.759.21356.88812.310.586221.7表6 實(shí)驗(yàn)區(qū)水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到景觀娛樂用水* 項(xiàng)目CODcr(mg/L)BOD5(mg/L)TN(mg/L)TP(mg/L)懸浮物(mg/L)IV類水體標(biāo)準(zhǔn)30.0401.50.120觀察數(shù)據(jù)30-4040-451.5-80.1-0.925*接近地面水四類標(biāo)準(zhǔn)表7 香根草發(fā)芽返青和成活率的觀測(cè)結(jié)果日期2006年4月29日2006年5月6日地點(diǎn)成活率 (%)平均長度 (m)每叢平均分蘗數(shù)平均長度(m)每叢平均分蘗數(shù)每叢最大分蘗數(shù)1890.0310.04112920.0420.06213910.042-30.072-335. 結(jié)果與討論5.1 復(fù)合系統(tǒng)集成技術(shù)處理效果好該集成技術(shù)對(duì)湖泊、河道污水處理及水體修復(fù)效果好，是從生態(tài)系統(tǒng)多維立體的構(gòu)成來完成生物種屬的合理配置及優(yōu)化組合，充分體現(xiàn)了運(yùn)用系統(tǒng)工程集成技術(shù)進(jìn)行生態(tài)治理的合表8 2006-2007年試驗(yàn)區(qū)香根草生長分蘗情況 (取平均值)編號(hào)成活率（）6月6日7月6日9月10日2007年2月11日最長根系（cm）株高/m分蘗數(shù)/ 叢株高/m分蘗數(shù)/ 叢株高/m分蘗數(shù)/ 叢株高/m分蘗數(shù)/ 叢1940.374-80.7910-16131.612-18156.518-2640.32930.394-80.7610-12129.718-19159.618-2945.463970.374-70.7610-17132.216-18158.516-2960.16理性、完整性、科學(xué)性。對(duì)有機(jī)污水中的主要污染降解率均可達(dá)到86%以上，降解率達(dá)90%以上，同時(shí)也能快速轉(zhuǎn)化降解河道和湖泊水體中的污染物質(zhì)，在水體中較快地建立初級(jí)食物鏈，構(gòu)成了生態(tài)系統(tǒng)多維立體的生物種屬的合理配置，效果明顯，表現(xiàn)為：浮游生物種群數(shù)量增加，水體中生物多樣性得以恢復(fù)。水質(zhì)清澈透明、透明度1m、香根草等水生植物茂盛、水體生態(tài)平衡，并可飼養(yǎng)觀賞魚。各項(xiàng)指標(biāo)將均優(yōu)于GB12941-91景觀娛樂用水水質(zhì)標(biāo)注C類(一般景觀用水)標(biāo)準(zhǔn)值。體現(xiàn)了操作簡便、不受環(huán)境、地域條件限制。成本低廉，治污的同時(shí)能產(chǎn)生出經(jīng)濟(jì)回報(bào)和景觀效果。5.2 以香根草為主體治理水質(zhì)污染潛力大香根草已顯示特別的潛力，適合于作為支配植物構(gòu)建人工植物浮島，是一種適合在云南富營養(yǎng)化湖泊生長的植物，其生物量大、生長速度快，能有效的處理未經(jīng)稀釋的生活污水和凈化工農(nóng)業(yè)污水。運(yùn)用到大型湖泊河道的治理效果很好。如配合微生物掛膜,可明顯起到分解、轉(zhuǎn)化污染物的作用。 5.3 漂浮型復(fù)合系統(tǒng)解決流動(dòng)水體污染從自然界中獲取和分離對(duì)人畜無害又能吸收水中氨氮和硝基氮、分解動(dòng)物蛋白，抑制有害病菌生存的微生態(tài)制劑，經(jīng)過人工復(fù)壯、培養(yǎng)、繁殖并高度濃縮，投入河流中，使其發(fā)揮治污作用，這種方法是目前最可取、也是最有發(fā)展前景的方法。但在流動(dòng)的水體中使用，會(huì)隨水流失，無法維持。我們?cè)O(shè)計(jì)的漂浮型復(fù)合生物脫氮除磷附菌載體系統(tǒng)正是為解決這個(gè)難題而開發(fā)的。是由四個(gè)不同的系統(tǒng)構(gòu)成的親水設(shè)施：香根草植物材料浮動(dòng)載體，上面配置惰性高分子材料的生物包、輕質(zhì)脫氮除磷顆粒和經(jīng)馴化改良的具有高凈化能力的水生植物香根草及配套的其它景觀植物。該平臺(tái)猶如一個(gè)浮動(dòng)景觀污水處理系統(tǒng)，系統(tǒng)中香根草的根系發(fā)達(dá)，4個(gè)月就能形成牢靠的網(wǎng)狀根系，是天然的附菌載體，其功能主要是: 在流動(dòng)水體中，防止接種的微生態(tài)凈水制劑不會(huì)隨水流失；吸附后的Phoslock輕質(zhì)漂浮型脫氮除磷顆材料、不僅可以除磷，還能有效的去除氨氮，易于回收。更為突出的特點(diǎn)是該材料的輕質(zhì)漂浮性使其不增加額外污泥，且易再生，可循環(huán)使用也可用作其它用途，作為無土栽培植物的營養(yǎng)基質(zhì)。特點(diǎn)表現(xiàn)在：多孔結(jié)構(gòu)、疏松、透水透氣、有吸收水份和氣體的特性，內(nèi)含植物生長所需的大量豐富元素，而且能緩沖釋放植物所需的營養(yǎng)物質(zhì)。同時(shí)可為該系統(tǒng)中的高凈化能力的水生植物香根草及景觀植物提供營養(yǎng)。總之，通過在水中設(shè)置具有凈水功能的香根草配合促進(jìn)水生植物根系快速發(fā)達(dá)的復(fù)合微生物菌劑釋放器，形成一整套立體的水體污染物轉(zhuǎn)化、分解、去除處理系統(tǒng)。其結(jié)果是：復(fù)合微生物菌劑釋放器載有多菌屬的菌株，釋放出的微生物在攝取水中營養(yǎng)物質(zhì)后，增加了活動(dòng)的能量，自身快速生長繁殖，通過代謝活動(dòng)，迅速在釋放器表面及浮島上種植的香根草等水生植物根系著床形成生物過濾膜，對(duì)水中的污染物進(jìn)行攔截、吸附、過濾，形成一個(gè)個(gè)浮動(dòng)的污水處理廠，凈化水質(zhì)，提高水中溶解氧。最終浮島上種植的水生植物成為具有固氮、吸磷、分解有機(jī)物的各屬微生物的受納體，使其生長茂盛，實(shí)現(xiàn)了生物種屬的合理構(gòu)成，使氮、磷等有機(jī)污染物得以最大限度地在食物鏈(網(wǎng))中進(jìn)行降解和去除，使污水中能量得以高效地利用。是治理湖泊、河流富營養(yǎng)的新技術(shù)方法。參考文獻(xiàn)1 馬立珊、駱永明、吳龍華、吳勝春浮床香根草對(duì)富營養(yǎng)化水體氮磷去除動(dòng)態(tài)及效率的初步研究J2 香根草人工濕地污水處理技術(shù)在中國的研究與應(yīng)用3 由文輝、劉淑媛、錢曉燕水生經(jīng)濟(jì)植物凈化受污染水體研究J華東師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版5 Nualchavee Roongtanakiat,Tanasun Nirunrach, Supitcha ChanyothaUptake of heavy metals in landfill leachate by vetiver grassJ available at 2000.1(1):100-1026 劉金祥、王銘銘淹水脅迫對(duì)香根草生長及光合生理的影響J草業(yè)科學(xué)200522（7）：71-737 劉士哲、林東教、何嘉文、唐淑軍、何臻鑄豬場(chǎng)污水漂浮栽培植物修復(fù)系統(tǒng)的組成及凈化效果研究J華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)200526（1）：46-498 夏漢平、柯宏華、鄧釗平、譚鵬、劉世忠人工濕地處理煉油廢水的生態(tài)效益研究J 生態(tài)學(xué)報(bào)200323(7)：1349-13359 廖新佛 、駱世明人工濕地對(duì)豬場(chǎng)廢水有機(jī)物處理效果的研究J 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)200213（1）113-11