基于垒土基质的生态浮床对富营养化水体的净化效果研究

蔡秋鹏

摘要：有研究表明，在水面搭建运行生态浮床可有效减少水中的氮磷污染，改善水环境；浮床的运作是由浮床植物、浮床基质、水中微生物协同进行的。本文提出了一种以垒土为浮床基质、以绿萝为浮床植物的新型生态浮床，并研究了其对水体富营养化污染的净化效果。

关键词：生态浮床、垒土

1.研究背景

在经济高速发展，工农业生产模式粗放的当下，生产过程中大量排放的氮与磷流入江河湖泊中，使得水体出现富营养化现象。于上个世纪70年代提出的生态浮床技术，因同时具有净化水质和良好的观赏性而被广泛运用，该技术于80年代传入我国，经历了几十年，从传统生态浮床发展至如今的复合型生态浮床，期间成果累累，但仍存在着许多漏洞缺点，为了进一步改善生态浮床技术，本文运用了一种新型浮床基质——垒土。

2.试验的材料与方法：

2.1试验材料

2.1.1试验植物

试验选用西安花卉市场购买的绿萝作为浮床植物，通过扦插法栽种至浮床基质上。绿萝又名黄金葛、魔鬼藤等，因其根系发达，具有顽强的生命力，对生长环境要求不高，遇水即活，选其作为浮床植物，既可以吸收水体中污染物质，净化水质，作为一种观赏性植物，还可美化环境。

2.1.2试验基质

试验选择新型材料垒土作为实验组浮床的基质。垒土是由日本国立冈山大学环境学博士戚智勇团队研发的，是以秸秆、棉花杆等农林废弃物为主要原料，根据植物普遍特性制做的培养土；其具有固化可塑成型、轻量化、透气性、保湿性和排水性等特点。所采用的垒土尺寸为10cm×10cm×5cm。

2.1.3试验用水

试验用水为实验室配制，模拟受污染水体，其污染程度根据《地表水环境质量标准》，界定为劣V类水体。配制过程所需药物成分与浓度如下：

碳源醋酸钠（CH₃COONa）浓度为102.5mg/L；氮源氯化铵（NH₄Cl）浓度为22.93mg/L；磷源磷酸二氢钾（KH₂PO₄）浓度为6.14mg/L；无机元素七水合硫酸镁（MgSO₄·7H₂O）浓度为24.6mg/L。

由于试验过程中浮床植物需要生长，水中微生物也需繁殖，所以配置试验用水时水中加入少量微量元素。所加微量元素的药物成分与浓度如下：

乙二胺四乙酸二钠（C₁₀H₁₄N₂O₈Na₂）浓度为0.063mg/L；硫酸亚铁（FeSO₄）的浓度为0.005mg/L；钼酸铵（（NH₄）₆Mo₇O₂₄）浓度为0.0011mg/L；硫酸锌（ZnSO₄）浓度为0.022mg/L;硫酸铜（CuSO₄）浓度为0.0018mg/L;氯化钙（CaCl₂）浓度为0.0082mg/L；氯化锰（MnCl₂）浓度为0.0051mg/L；氯化铬（CoCl₂）浓度为0.0016mg/L。

2.1.4试验装置

试验在大小尺寸为35cm×25cm×20cm的塑料制水箱中进行，进水孔设置于水箱一侧的底部，出水孔设置于另一侧距离上部5cm的位置；进水孔与出水孔各接一条塑料软管，通过蠕动泵吸水至水箱中。选用轻质塑料格网、塑料扎带和PVC球组合，裁剪轻质塑料格网，再通过折叠和塑料扎带扎绑成长方体半包围状（里面刚好可放置2块垒土基质），最后用扎带将4个PVC球绑在长方体格网周围，成为浮床漂浮载体;紫外分光光度计（NACH 哈希-DR6000）;COD快速消解仪；电子天平；台式pH计；蠕动泵（BT100-2J/YZ 1515X）；灭蚊灯；植物光合作用光照灯。

2.2试验方法

在试验水箱中放置装有垒土基质的漂浮载体，载体中放置4株绿萝。植物光合作用光照灯每日开启8小时。试验运作开始后，每周对2个水箱的出水和进水水样进行采集，测定水样的总氮（TN）、总磷（TP）、氨氮（NH⁺₄-N）、COD、水温、pH值等指标。具体的测定方法为：①总氮（TN）：碱性过硫酸钾消解氧化与紫外分光光度法测定；②总磷（TP）：钼锑抗分光光度法测定；③氨氮（NH⁺₄-N）：纳氏试剂分光光度法测定；④COD：COD快速消解仪快速消解与紫外分光光度计测定；⑤水温：温度计法；⑥pH值：玻璃电极法。

试验结果与分析

实验装置运行一个月，分别在第7、14、21、28天进行测量，实验数据如表1所示：

	第7天			第14天			第21天			第28天
	进水	出水	差值	进水	出水	差值	进水	出水	差值	进水	出水	差值
COD	61.28	44.36	16.92	63.87	36.18	27.69	62.37	28.33	34.04	61.18	22.76	38.42
总氮	8.55	7.58	0.97	8.37	6.44	1.93	8.61	7.22	1.39	8.49	6.88	1.61
总磷	2.12	1.96	0.16	2.04	1.56	0.48	2.01	1.43	0.58	1.99	1.20	0.79
氨氮	6.92	6.18	0.74	6.63	4.97	1.66	6.60	5.41	1.1	6.74	5.41	1.33

表1：COD、总氮、总磷、氨氮的浓度变化（单位：mg/L）

由表1可以看出，出水的COD浓度呈现递减趋势，出水COD浓度与进水COD浓度的差值呈现先快速递增后趋于平缓的趋势。由此可见，新型浮床装置对COD净化的效率在27%~63%，装置稳定后净化效率在60％左右，净化效果良好。进水的总氮浓度与出水的总氮浓度差值呈现先上升后下降的趋势，其浓度上升的原因是垒土中含有一定量的氮元素化合物，装置运行过程中溶解于运行装置的水中，装置运行稳定后，对总氮的净化效率在23%左右，装置对总氮具有一定的净化效果。出水的总磷浓度呈现下降趋势，出水总磷浓度与进水总磷浓度的差值呈现先快速增长后趋于平缓的趋势，装置稳定后，对水体总磷的净化效率在40%左右，净化效果显著。进水的总氮浓度与出水的氨氮浓度差值呈现先上升后下降的趋势，其原因和总氮浓度差值的变化有关，装置稳定后，对水体氨氮的净化效率在19%左右。

4.结论

新型垒土基质生态浮床对水体COD、总氮（TN）、总磷（TP）、氨氮（NH⁺₄-N）四项指标的平均净化效率分别为60％、23%、40%、19%，其中对于COD和总磷（TP）的净化效果较好，对于总氮（TN）和氨氮（NH⁺₄-N）的净化效果较弱；浮床植物绿萝通过半个月的时间，便在垒土基质上生根穿透；通过本次试验可知，垒土基质和绿萝配合组成生态浮床系统对水体富营养化污染现象具有较好的净化效果，但是垒土本身含有些许氮元素化合物，可通过多次清洗与浸泡来去除垒土含有的大部分的氮化合物。

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