总磷总氮超标的坑塘地表水体生物治理研究

总磷总氮超标的坑塘地表水体生物治理研究

张,洋，李先瑞

天津华北地质勘查局核工业二四七大队，天津301800

摘 要：本次研究表明狐尾藻对流速缓慢的地表水体中总磷、总氮、氨氮具有较好的治理效果，对于富营养化水平低的水体通过单一的狐尾藻治理，可以达到IV类水标准。对于生活污水造成的总磷、总氮超标的坑塘地表水体（富营养化水平较低），单一的狐尾藻生物治理方法完全能够达到治理的目标，也是狐尾藻主要治理的目标。

关键词：坑塘水体；总磷总氮；生物治理

0 引言

氮磷是水体中常见的污染物，氮磷含量过高会导致水体富营养化，富营养化是导致黑臭水体的重要原因。全国29%的湖泊处于不同程度的富营养化状态，这已经成为我国突出环境问题之一。国家明确要求在“十四五”期间，基本消除劣V类水体和黑臭水体。因此治理水体富营养化刻不容缓，城市及农村劣Ⅴ类水体治理具有广阔的市场前景。

1 治理方法比选

1.1治理方法选择

目前，国内外对坑塘富营养化治理与维护的方法大致可以归类为物理法、化学法、生物—生态法等。

通过国内外对河流富营养化治理与维护的方法物理法、化学法、生物-生态法等方法进行对比，发现生物修复治理总磷、总氮超标的坑塘地表水体，是一种绿色环保的水体污染治理方法，具有成本低，操作简单，不造成二次污染，适合规模化、模式化操作等优点，长期运行有助于改善坑塘生态系统，提高水体自净能力，是一种可持续发展的技术，是目前国内外河流治理的主要技术，具有很好的应用前景。因此本次选择生物治理地表水的方法作为本次研究的对象（表1）。

表1  治理方法优缺点对比表

1.2 治理生物选择

根据《粉绿狐尾藻浮床对富营养化水体的净化效果、机制研究及工程示范》等相关研究，本研究以粉绿狐尾藻作为浮床植物，开展水培试验和现场试验，对几种常见的地表水治理植物凤眼莲、空心菜、野生水芹菜、空心莲子菜、黄菖蒲、粉绿狐尾藻等，对比研究富营养化水体水质净化能力差异和去除机制。

通过实验，粉绿狐尾藻对TN的去处率提高了44.73%，去除率达到81.48%，与空心菜和野生水芹菜较为接近，粉绿狐尾藻对NH4+-N去除效果仅次于凤眼莲，优于空心菜和野生水芹菜，去除率为80.13%；几种浮床植物对NO3-N的去除效果差异不明显；浮床植物对TP的去除效率小于对TN的去除效率，6种水生植物中空心菜、凤眼莲、野生水芹菜和粉绿狐尾藻的去除效果最好，分别达到69.74%、66.85%、64.16%和59.28%，黄菖蒲和空心莲子菜处理效果相对较差。试验结果表明，粉绿狐尾藻浮床可以可以显著提高处理组污染物去除率，可以有效地缓冲水池pH的变化，并将其维持在7.5至7.0之间。

综上，狐尾藻的综合生态修复能力较强，兼具水生植物技术和人工浮岛技术的双重优势，对水中的总磷、总氮、氨氮具有较强的去除作用，而且能起到为水体输送氧气，成本低，操作简单，是一种合理又绿色环保的水体污染治理方法，长期运行有助于改善坑塘生态系统，提高水体自净能力，是一种可持续发展的技术，具有很好的应用前景。因此本次选择狐尾藻作为本次生物治理坑塘地表水的试验的植物。

2 水体治理试验

为了初步探索利用狐尾藻对总磷、总氮超标的地表水进行治理的效果，建设2m（宽）×9m（长）×0.6m（高）的试验水池，并从某地坑塘运输10.8t总氮超标的地表水做为治理水源，投放30kg狐尾藻，开展治理实验。通过采样监测和日常管护，对狐尾藻治理效果和狐尾藻生长特征及影响因素有了初步了解。

2.1水质超标情况

通过对坑塘水体中的总磷、总氮、氨氮、CODMn、铜、锌、硒、砷、汞、镉、六价铬、铅、PH等13项指标进行测试，与《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）进行对比，治理水源超标指标为总氮，含量为4.3mg/L，属劣Ⅴ类（表2）。

表2  水质情况一览表

2.2狐尾藻生长特征

试验过程中为了解不同长度狐尾藻生长情况，设置四个对照组，分别选取主枝长度为20~30cm、50~70cm、100~130cm、180~200cm的健康狐尾藻各5支进行对比实验，每周各组对狐尾藻生长分枝数进行观测。各组随时间变化分枝情况见表3。

表3  不同长度分组分枝情况观测表

图1  不同长度分组狐尾藻生长情况

从表3、图1可知：在相同的水质情况下，第三组和第四组的植株分枝明显比第一组和第二组的植株快；第三组和第四组的植株分枝速度相当；长度180~200cm多出现溃烂现象。因此在进行治理试验过程中，选用长度100~130cm的植株，生长速度和活力更好。

2.3 狐尾藻生长影响因素

为了初步查明水温、气温等对狐尾藻生长的影响，每日对当日气温、水温进行观测记录，统计周平均气温和水温，对气温、水温与狐尾藻生长分枝情况进行分析（图2）。

图2  狐尾藻生长与气温水温关系图

从图2可知：第1~2周植物生长缓慢，主要是气温和水温较低所致；第3~5周，水温波动不大且在10℃以上，但气温波动较大，植物生长速度较快；第6~8周，水温在13~15℃，气温18~23℃之间，适合植物生长，生长速度最快；第9~10周，虽然水温和气温均较高，且在适宜生长的范围内，但是因水中总氮等营养物质处于缺乏状态，因此生长速度很慢，甚至出现植物发黄的现象。

因此，狐尾藻生长情况，同时受到水温、气温及水中营养物质多少的影响，水温在10℃以上，气温18℃以上适合植物生长。

2.4 治理效果评价

通过日常水质监测结果（表4）可知，累计治理25天水质达到Ⅳ类水，总氮去除率达到72.7%；累计治理33天，达到Ⅲ类水水质，总氮去除率达77.8%；累计经过62天，总氮去除率达到86.1%，圆满完成试验工作。

水质中总氮达到Ⅲ类水后，为了初步查明，狐尾藻治理总磷超标水质的速率，向水中投放磷酸二氢钾，经过一个月的治理，总磷去除率达到19.1%。在2个月的治理过程中，氨氮去除率达到了70%。

由此可见，狐尾藻治理地表水中的总磷、总氮、氨氮具有很好的治理效果，且治理总氮速度明显快于总磷。

表4  试验过程水质监测情况

3 结论及建议

（1）本次研究表明狐尾藻对流速缓慢的地表水体中总磷、总氮、氨氮具有较好的治理效果，对于富营养化水平低的水体通过单一的狐尾藻治理，可以达到IV类水标准。

（2）对于生活污水造成的总磷、总氮超标的坑塘地表水体（富营养化水平较低），单一的狐尾藻生物治理方法完全能够达到治理的目标，也是狐尾藻主要治理的目标。

（3）本次研究受降雨、水流、底泥补给等自然条件的影响较小，需要继续开展研究工作，进一步查明狐尾藻治理地表水及底泥的效果。

参考文献：

[1]汤同欢，粉绿狐尾藻浮床对富营养水体的净化效果、机制研究及工程示范[D]. 苏州科技大学

[2]刘锋、罗沛、刘新亮等， 绿狐尾藻生态湿地处理污染水体的研究评述[J]. 农业现代化研究，2018,39(06).

[3]厉金炳，徐小燕，袁金钱等，利用狐尾藻综合治理规模养殖场污水的原理及效果分析[J]. 浙江畜牧兽医，2014,39(05)

基金项目：天津华北地质勘查局科研项目（HK2021-C1）

第一作者简介：张洋（1987- ），男，硕士，工程师，主要从事科技工作。E-mail: 408065516@qq.com。

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