乡村微污染河道水质净化生态浮床技术

　　随着农村经济的快速发展和城镇化水平的不断提高，农村污水和工业废水增长迅速。由于乡村水管网和污水的处理设施的建设步伐远低于城镇化发展速度，大量工业废水、生活污水、农业杀虫剂、化肥和畜禽粪便等通过不同途径排入水体，超过了生态系统的自我净化能力，致使水库、湖泊和河流等受到不同程度的污染。因此，我国乡村河道的水污染形势仍然较为严峻，亟需加强治理。

　　生态浮床作为原位控制和生态修复水体的实用技术，因具有改善景观、恢复生态、净化污染等优点而被广泛应用于富营养化水体的综合治理。然而，不同植物种类生态浮床均影响水体污染物的去除，郭岩岩等以静态污水和实地水塘为研究对象，研究了5种不同植物型生态浮床对八干渠水体污染物的去除效果，发现慈姑、美人蕉和旱伞草对污染水体中NH+4-N、TN、COD的去除效果较好，杨清辉等研究发现，香根草浮床对TN、TP、COD的平均去除率分别为38.6%、45.82%和42.34%，菖蒲对TN、TP、COD的平均去除率分别为44.8%、45.46%、8.9%。基于此，本文采用生态浮床技术，以美人蕉、再力花、风车草、千屈菜、象草、芦苇、水葫芦、香根草和黄菖蒲为试验供试植物，构建了植物型生态浮床，试验研究了单一型植物生态浮床对上夹河退水渠的河道微污染水体的影响，以期为生态浮床技术更好地应用于乡村微污染河道提供借鉴。

　　一、试验材料与方法

　　1.1 试验材料

　　选择根系较发达、耐污能力强、生长良好且具有观赏价值的美人蕉、再力花、风车草、千屈菜、象草、芦苇、水葫芦、香根草、黄菖蒲作为浮床供试植物。

　　1.2 试验设计

　　上夹河水渠发源于新宾满族自治县境内分水岭，由东向西流经5个乡镇，由于沿渠工农业的发展，建筑垃圾与生活垃圾越来越多，水资源污染日益严重。试验周期共为82天，植物预培养周期28天。设置风车草、千屈菜、象草、芦苇、水葫芦、香根草、黄菖蒲、再力花、美人蕉共10组处理水平，空白对照组不种任何植物，每组实验设置三个重复。经过预培养后正式开始试验，试验水温23~25℃，取样频率每周1次。

　　1.3 指标测定

　　从2019年6月20日开始每7天取样1次。取水样100mL于聚乙烯塑料瓶，参照《水和废水监测分析方法》对水质情况进行监测。观察植株的生长情况，对试验前后植物的株高进行测量，pH值用便携式pH计测定，NH+4―N采用纳氏试剂比色法测定，COD含量采用重铬酸钾氧化消解光度法测定，水样TP采用钼酸铵分光光度法测定。

　　1.4 数据处理方法

　　植物株高相对增长率按下式计算：

　　乡村微污染河道水体污染物去除率按下式计算：

　　二、浮床植株生长状况分析

　　由于水葫芦是漂浮植物，所以不记录水葫芦的高度。不同种浮床植物在河道污水中的适应力存在差异，8种试验浮床植物的株高变化见图1。可以看出，在河道污水中随着试验时间的增加，各浮床植物的生长态势均呈明显的增长趋势，但略有差异。其中，香根草、美人蕉、再力花长势最为明显，植株相对增长率分别为288%、230%和240%。美人蕉的生长速度最快，茎秆粗大，植株叶片较大，颜色翠绿。试验后期，美人蕉生长速度小于再力花，其他植物均呈增长趋势，生长良好。试验后期，各浮床植物的生长势减缓。主要原因是试验前期供试水样中的营养盐含量较为充足，能够为植物提供足够的营养，试验后期营养盐逐渐减少，再加上植物所需要的营养物质更多，导致植物生长停滞或减缓。由此可见，生态浮床对处理乡村河道污水十分适用。

　　三、结果与分析

　　3.1 不同生态浮床植物对NH+4-N的去除效果研究

　　从不同植物生态浮床对水体NH+4-N的去除效果(见图2)可以看出，在试验初期，NH+4-N去除率较快，9种植物生态浮床对水样中NH+4-N的去除率的变化趋势基本一致。试验水体氨氮的初始浓度为0.9633mg/L，试验结束后，香根草、千屈菜、再力花、风车草、美人蕉、黄菖蒲、象草、芦苇、水葫芦的氨氮浓度分别为0.8276mg/L、0.7258mg/L、0.6466mg/L、0.5562mg/L、0.5166mg/L、0.4714mg/L、0.4375mg/L、0.3753mg/L、0.3131mg/L，氨氮浓度分别降低了0.1357~0?6502mg/L，对氨氮的去除率分别为14.09%、24.65%、32.88%、42.26%、46.37%、51.06%、54.58%、61.04%、67.50%，不同植物对氨氮的去除率也不一样，其中对氨氮去除效果最好的是水葫芦，其次是芦苇和象草，各植物组生态浮床对氨氮的平均去除率达到43.83%，而空白对照水箱中，氨氮浓度为0.8841mg/L，平均去除率为8.22%，结果表明，使用植物型生态浮床对污染水体中的氨氮有较好的去除效果。对各种不同植物生态浮床对水体中氨氮去除率数据进行组间差异性分析，与对照组相比，美人蕉、风车草、再力花、千屈菜、香根草对污染水体中氨氮的去除效果差异性不显著(P<0.05)，其余各组差异性显著。从对比分析可以看出，各种植物对污染水体中氨氮的去除率为：香根草<千屈菜<再力花<风车草<美人蕉<黄菖蒲<象草<芦苇<水葫芦。

　　3.2 不同生态浮床植物对TP的去除效果研究

　　从不同植物的生态浮床对河道水质中TP的去除效果(见图3)可以看出，空白水样的去除率变化较缓慢，在试验初期，不同浮床植物的TP去除率曲线变化趋势大致相同，试验7天后去除率开始下降，之后缓慢上升并趋于稳定。试验结束时，9种浮床植物对水样中TP的去除率较为接近。试验水体TP初始浓度为0.3684mg/L，试验结束后，香根草、芦苇、千屈菜、风车草、象草、再力花、黄菖蒲、美人蕉、水葫芦的TP浓度分别为0.1429mg/L、0.1236mg/L、0.1043mg/L、0.0828mg/L、0.0721mg/L、0.0699mg/L、0.0592mg/L、0.0506mg/L、0.0399mg/L。TP浓度分别降低了0.2255~0.3285mg/L，对TP的去除率分别为61.21%、66.46%、71.70%、77.52%、80.23%、81.02%、83.93%、86.26%、89.17%。而空白对照水箱中，TP浓度为0.1966mg/L，平均去除率仅为46.65%，植物生态浮床对TP的平均去除率达到83.3%，其中对TP去除率最高的是水葫芦，其次是美人蕉和黄菖蒲。整个试验过程中，各种不同植物生态浮床对TP的去除率均高于空白对照组。对各种不同植物生态浮床对水体中TP去除率数据进行组间差异性分析，与对照组相比，风车草、千屈菜、芦苇和香根草对污染水体中TP的去除效果差异性不显著(P<0.05)。从对比分析可以看出，各种植物对污染水体中TP的去除率为：香根草<芦苇<千屈菜<风车草<象草<再力花<黄菖蒲<美人蕉<水葫芦。

　　3.3 不同生态浮床植物对COD的去除效果研究

　　从不同浮床植物对乡村微污染河道水质中COD的去除效果(见图4)可以看出，试验过程中COD呈现出先快后慢的下降趋势，9种植物对COD的去除率变化趋势基本一致。水体初始COD浓度为142.30mg/L，试验结束后，空白对照水箱中，COD浓度为110.02mg/L，去除率为15.04%。再力花、香根草、千屈菜、象草、美人蕉、芦苇、黄菖蒲、风车草、水葫芦COD浓度分别为103.45mg/L、99.15mg/L、97.89mg/L、95.36mg/L、92.58mg/L、91.32mg/L、88.29mg/L、88.28mg/L和86.26mg/L。对COD的去除率分别为20.11%、23.43%、24.41%、26.36%、28.51%、29.48%、31.82%、31.83%、33.39%。各植物组生态浮床对COD的平均去除率达到29?38%，其中对COD去除率最高的是水葫芦。对不同植物生态浮床对水体中COD去除率数据进行组间差异性分析，与对照组相比，9种生态浮床植物对污染水体COD的去除效果差异不显著(P<0.05)，但各种不同植物生态浮床对水体中COD去除率均高于对照组，说明植物型生态浮床对河道污水中COD有一定的去除效果。从对比分析可以看出，各植物对COD的去除率为：再力花<香根草<千屈菜<象草<美人蕉<芦苇<黄菖蒲<风车草<水葫芦。

　　四、结语

　　9种植物生态浮床可明显降低乡村微污染水体的NH+4-N、TP和COD含量，对NH+4-N、TP和COD的平均去除率分别达到43.83%、83.3%和29.38%。对水体中各指标的变化情况进行综合比较认为水葫芦、风车草、美人蕉、芦苇对水质的净化效果最好，生长情况明显好于其他植物，也最适合应用于乡村河道污水净化。然而，使用单一型植物对水体修复效果不够理想，建议采用多种植物组合并添加基质、微生物制剂以及使用能源曝气装置等，以效提高水体中污染物的去除率。(来源：新宾县水务局)