耐寒高羊茅對蘇州重污染河道水體凈化功能的研究

1、耐寒高羊茅對蘇州重污染河道水體凈化功能的研究 1楊婷婷 操家順 周勇 周凌(河海大學環(huán)境科學與工程學院 江蘇 南京 210098摘要:采用速生快長,且耐寒的浮床高羊茅(Festuca arudinaces草坪來凈化重 污染河道水體, 研究了不同浮床覆蓋率的高羊茅草坪對冬季重污染河道水體的凈 化能力,以期確定其最佳覆蓋密度。結(jié)果表明,高羊茅對富營養(yǎng)化水體中的氮、 磷、COD 等均具有較好的去除效果,并能有效提高水體透明度,且在本試驗條件 下與草坪的覆蓋率有密切的關(guān)系。綜合考慮可以得出冬季高羊茅草坪覆蓋率在 40%左右時即能夠較好的凈化水質(zhì)。 這為冬季重污染河道水體水質(zhì)改善的示范工 程提供了可靠的

2、科學依據(jù)。關(guān)鍵詞:浮床 高羊茅 重污染河道1. 引言根據(jù)監(jiān)測,蘇州城市河道為劣類水體,其 TN 達 712mg/L, TP0.51.0 mg/L,尤其是蘇州古城區(qū)河道更為嚴重。而如何實施對城市河道水體嚴重富營 養(yǎng)化的有效控制與整治, 以保障社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展和人們的身心健康, 已成 為蘇州人民關(guān)注的熱點問題。植物浮床技術(shù)近年來已成為治理富營養(yǎng)化水體的熱門技術(shù)之一 1-7,主要是 利用植物根系的吸收和吸附作用來凈化污染水體 8-11。 針對蘇州南園水系污染負 荷重,懸浮物中的有機物含量高,水體交換頻繁、水位變化大等特點,在南園河 示范區(qū)進行了不同覆蓋面積浮床的靜態(tài)試驗, 旨在探索冬季浮床高羊茅

3、草坪在不 同的覆蓋率條件下對水質(zhì)的凈化效果。2. 材料與方法2.1 材料試驗前將高羊茅 (Festuca arudinaces草皮在河水中預先培養(yǎng) 30天。 試驗時的 平均株高為 30cm 、根長 7cm 。試驗水源為蘇州市南園河重污染水體,其中 TN可達 10mg/L以上, TP 0.5mg/L以上, 有機污染指數(shù)大于 8.04, 水體透明度 45cm 左右,黑臭現(xiàn)象嚴重,屬劣類水體。2.2 裝置以規(guī)格為 100mm 的 UPVC 管作為構(gòu)架,用透水率為 1的防水布在蘇州 南園河示范區(qū)河道現(xiàn)場圍隔 6個規(guī)格為:長×寬×高=4m×2m×1m的試驗裝置,

4、其中設(shè)有空白對照區(qū)。試驗水體設(shè)置的浮床高羊茅覆蓋率分別為 10%、 20%、 30%、 40%和 50%,相對應(yīng)的試驗編號為 1#、 2#、 3#、 4#和 5#。具體裝置見圖 1 (單位:mm 。 圖 1 試驗裝置平面圖2.3方法用水泵向每個圍隔各注入現(xiàn)場河水 8m 3。 將預培養(yǎng)的高羊茅草皮鋪種在空心 毛竹架上, 并在其下墊厚度為 5cm 的聚苯乙烯泡沫板以增加浮力, 移入試驗圍隔 中。每 5天測定一次各圍隔內(nèi)水體的水質(zhì)指標,以及氣溫、水溫等,試驗時間從 2005年 11月 18日開始,到 12月 8日止,為期 25天。測定的項目有:氣溫、水溫、TN、TP、COD、葉綠素、透明度等,以及植

5、物 的生長狀況。 其中TN的測定采用過硫酸鉀氧化, 紫外分光光度法; TP采用鉬銻抗 分光光度法;COD采用重鉻酸鉀氧化法 12;透明度采用塞氏黑白牌法測定。 3. 結(jié)果與分析3.1 不同覆蓋率的浮床高羊茅草坪對水體 TN 的去除效果58.8%、 62.0%和 65.2%。而采取自然凈化的對照處理,水體中總氮濃度在試驗 期間內(nèi)下降程度很小。 本試驗在河道現(xiàn)場進行, 如果能排除天氣等干擾因素影響 的話,去除效果則會更加理想。3.2 不同覆蓋率的浮床高羊茅草坪對水體 TP 的去除效果高羊茅對磷的去除效果較明顯, 試驗結(jié)束時各個浮床圍隔內(nèi)的總磷都降低到 較低水平,其中覆蓋率為 30%和 40%時的去

6、除率分別為 78.9%和 85.4%;覆蓋 率為 50%時去除效果最佳,達 90.2%。可見覆蓋率在 30%以上時,已經(jīng)將磷降 低到較低水平。同總氮凈化趨勢相同,基本都是先快后慢(圖 3 。雖然對照區(qū) 的總磷也隨著時間推移緩慢降低, 但在整個過程中始終高于其他各個處理。 植物 為滿足生長過程中營養(yǎng)元素的需求而吸收污水中的氮磷等元素, 試驗證明浮床高 羊茅草坪可以很好的去除重污染河道水體中的磷。2 34567890510152025 5101520 25T P (m g /L T N (m g /L 天數(shù)(d天數(shù)(d圖 2 浮床試驗區(qū) TN 變化情況 圖 3 浮床試驗區(qū) TP 變化情況3.3 不

7、同覆蓋率的浮床高羊茅草坪對水體 COD 的去除效果由圖 4可知, 不同覆蓋率的浮床高羊茅草坪對污水中 COD 也有一定的去除效 果。在試驗結(jié)束時 COD 的去除效率已趨于穩(wěn)定,分別為:35.9%、41.1%、60.5%、 66.4%和 68.5%?？梢?在覆蓋率為 30%以上時,COD 的去除效果增加并不明顯, 而當覆蓋率在 30%左右時的去除效果已經(jīng)較好。 對照組中的 COD 增高則是由于缺 少浮床植物對藻類的抑制作用使藻類繁殖,導致水體中的有機物上升。0 10 20 30 40 50 60 0510152025 C O D (m g /L 天數(shù)(d圖 4 浮床試驗區(qū) COD 變化情況3.4

8、 不同覆蓋率的浮床高羊茅草坪對其他水質(zhì)指標的影響高羊茅草坪能夠有效的提高重污染水體的透明度(表 1 ,且試驗開始 5天 后透明度就明顯地提高,見效快,在試驗結(jié)束時浮床草坪覆蓋率為 40%和 50%的圍隔區(qū)水體已澄清見底(因試驗裝置所限,100cm 時已見底 。一方面是由于 植物根系對懸浮物的吸附作用;另一方面則是由于水面的浮床草坪降低了風速, 減少了沉淀物質(zhì)再次懸浮的機率,從而較快的提高水體透明度。葉綠素 a 在試驗第 5天時就有了明顯的下降(圖 4 ,覆蓋率為 10%50%的圍隔區(qū)水體葉綠素 a 含量分別下降了原來的 42.7%、 60.6%、 72.6%、 83.8%和 81.3%,而對照

9、區(qū)水體僅下降了原來的 32.3%。之后有所回升最后又下降,主要 是試驗后期受水溫的突然變化等因素的影響所導致。 從整體效果來看, 浮床草坪 覆蓋率在 30%時即能較好的起到抑制葉綠素的作用。表 1 不同覆蓋率的浮床高羊茅草坪對透明度的作用效果覆蓋率 10% 20% 30% 40% 50% 對照 起始值(cm 45 45 45 45 45 45 最終值(cm627085見底(>100見底 (>10054表 2 不同覆蓋率的浮床高羊茅草坪對葉綠素 a 的抑制作用 試驗天數(shù)(d試驗區(qū) 0 5 10 15 20 25 對照 19.36 13.10 15.70 17.60 20.41 16.

10、48 浮床 1# 19.36 11.11 12.41 11.83 15.79 12.69 浮床 2#19.367.6211.6010.4015.1611.51浮床 3# 19.36 8.31 11.82 10.51 13.52 12.25浮床 4# 19.36 3.14 7.34 10.00 12.64 10.56浮床 5# 19.36 3.62 5.34 9.00 11.01 9.263.5 高羊茅草坪在重污染水體中的生長狀況高羊茅草坪的初始平均株高為 30cm , 根長 7cm 。 在重污染水體中生長 25天 之后,株高生長為 50cm ,根長 15cm 并長有新根,鮮重也顯著提高(見表

11、3 。 本研究開始時已處于低溫的冬季, 而高羊茅的株高、 根長、 鮮重等都有較大程度 增加, 可見其在重污染水體中不僅能夠正常生長, 而且比同時種植在陸上的還要 好。表 3 起始-最終試驗生物量變化表覆蓋率 10%20%30%40%50%起始鮮重(kg4.59 9.17 13.76 18.35 22.93最終鮮重(kg12.76 24.75 34.40 47.74 59.204. 結(jié)語由此可見, 在試驗所設(shè)計的覆蓋密度范圍內(nèi), 隨著覆蓋率的增加水質(zhì)改善的 效果也越來越明顯。 根據(jù)試驗中 TN 的去除情況, 水上種植高羊茅草坪 15天, 覆 蓋率 30%左右即可;根據(jù) TP 的去除情況,種植高羊茅草坪的覆蓋率 50%最佳; 根據(jù) COD 指標,覆蓋率 40%左右為好;根據(jù)葉綠素 a 指標,覆蓋率 30%左右即 可。由以上綜合指標(達到景觀用水指標 ,并考慮與原有水面景觀相協(xié)調(diào),可 以得到在冬季種植高羊茅草坪覆蓋率 40%左右時即可。因此浮床技術(shù)適合在蘇州污染嚴重的河道中應(yīng)用, 即使在寒冷的季節(jié) (氣溫 已接近零度 高羊茅草坪也能夠在冬季重污染水體中正常生長且生長旺盛, 并達 到去除水中營養(yǎng)鹽凈化水質(zhì)的目的, 其覆蓋面積在 30%4