水葫芦处理生活污水试验研究
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摘要：研究了水葫芦对生活污水的静态处理效果。结果表明，实验初始10天，植物生长旺盛，净重增加150g，CODCr浓度下降较快，由初始浓度164.00mg/L降为72.00mg/L，去除率达56.10％；实验后期，植物生长缓慢并逐渐枯萎，对CODCr的去除无明显效果，最终CODCr降为24.80mg/L，总去除率达84.88％。TN、NH3-N、TP的变化趋势与CODCr相似，实验表明了水葫芦对生活污水具有较好的处理效果。
关键词：生活污水；水葫芦；CODCr
中图分类号： U664 文献标识码： A 文章编号：
随着城市人口的骤增、乡村的城镇化和人民生活水平的提高，人均需水量和总需水量不断增加，城镇污水总排放量也随之相应增加。2010年我国生活污水排放总量为379.8亿ｍ3，其中生活污水的绝大部分没有经过处理直接排放，已成为我国区域水环境的重要污染源，现状47％的河道受污染。因各种条件限制，无法将生活污水纳入市政管网，因此利用水生植物处理生活污水引起了人们的关注，我国在70年代中期开始进行水葫芦的水质净化研究，80年代以后迅速发展,以其为主体的生态工程建设取得了很大的成绩[1]。
而水葫芦在生长过程中能够吸收大量的营养物质，所以在实际废水的处理中得到了较为广泛的应用，特别是对于有机废水的处理取得了很好的效果[2]。在适宜条件下，一公顷水葫芦能将800人排放的氮、磷元素当天吸收掉，在富营养化水体中水葫芦的生长速度更快，能大量吸收水体中的营养成分而净化污水，在污水治理技术的研究中得到了广泛的应用[3-6]。
江干区河道现有52条，其中有40条是未整治河道。未整治河道位于城郊结合部，截污纳管仅少量到位，生活污水仍直排河道，导致河道富营养化程度严重，水质处于劣五类。因水葫芦有较好的净化能力，本次研究主要验证水葫芦对本地区河道污水的净化能力，为下一步大规模种植提供依据。为了探索水葫芦对生活污水的处理效果，采取杭州市江干区茶花港（断头，相对静止）河道水体，并在其中种植生长旺盛、根系发达的水葫芦，每隔5天取水样测其pH值、CODCr、NH3-N、TN、TP，从而了解水葫芦净化生活污水的效果。
1材料与方法
1.1实验材料与设备
1.1.1实验植物
实验所用植物取自杭州市江干区丁桥一号港，取部分生长旺盛的植株去除黄叶、腐根和根部附着物后移入试验桶。
1.1.2实验用水
实验用水取自杭州市江干区茶花港（断头，相对静止）河道污水，水质初始各参数值如表1。
表1 实验用水水质数据
Tab.1 Characteristics of waste water
1.1.3实验药品
实验药品：重铬酸钾（GR）、硫酸亚铁铵（AR）、浓硫酸、硫酸银（AR）、碘化钾（AR）、碘化汞（AR）、氢氧化钠（AR）、酒石酸钾纳（AR）、氯化铵（GR）、过硫酸钾（AR）、盐酸（AR）、硝酸钾（GR）、抗坏血酸（AR）、钼酸铵（AR）、酒石酸锑氧钾（AR）、磷酸二氢钾（GR）。
1.1.4实验设备
实验采用两个40.8cm×64.0cm×18.0cm的塑料水箱栽培植物，每个水箱盛有50L生活污水。
实验所用仪器：PHS-3C式酸度计，江苏分电分析仪器有限公司生产；752型紫外可见分光光度计，上海光谱仪器有限公司生产；LDZX-40BI型立式自动电热压力汽灭菌器，上海申安医疗器械厂。
1.2实验方法
实验在室外自然条件下进行，无保暖措施，平均温度为25℃。实验用水采用杭州市江干区茶花港（断头，相对静止）河道污水，每个试验水箱中水样体积为50L，从丁桥一号港中采取5株总净重为1.7斤的水葫芦栽植于实验桶中。试验时间共持续35天，以不种植物的生活污水为参照组，每隔五天取水样测其pH值、CODCr、NH3-N、TN、TP。
各指标按照《水和废水监测分析方法》规定方法测定，pH值采用pH计测定；CODCr采用重铬酸钾法；NH3-N采用纳氏试剂比色法；TN采用过硫酸钾氧化－紫外分光光度法；TP采用过硫酸钾氧化－钼锑抗分光光度法。
2结果与讨论
2.1CODCr的动态变化
水葫芦对生活污水CODCr的去除曲线如图１所示，在实验第５天CODCr的浓度从164.00mg/L降为108.00mg/L，去除率为34.15%；第10天，CODCr浓度降为72.00mg/L，去除率达56.10%，相邻周期之间的去除速率较快；实验后期，CODCr的去除率仍呈增长趋势但速率较慢并逐渐趋于平缓，最后一次取样测定时CODCr浓度降低到24.80mg/L，去除率达到了84.88%。对照组原水CODCr总的去除效果相对降低，5天后CODCr去除率为36.42%，在实验第15天其CODCr浓度比水葫芦处理的浓度低并逐渐增大，25天后浓度开始下降，CODCr浓度从原始浓度196.00mg/L降低到48.00mg/L，总去除率为75.51%。
图1 CODCr的变化曲线
水葫芦在净化污水的同时吸收了营养物质为自身的生长提供了条件，生物量不断增加。实验初期水葫芦长势较好，5天后水葫芦净重增加50g，污水CODCr的去除率达34.15%。水葫芦具有庞大的根系，污水的净化主要依赖于水葫芦根系的吸附作用[11]，原始污水浓度较高限制了水葫芦根系的生长但在其根部吸附了许多污染物质。实验第10天，水葫芦根系最发达，CODCr浓度明显降低，去除率达56.10%。实验时间的增加使得水中缺少供植物生长的营养物质，水葫芦根系发白呈现枯萎状态，CODCr去除率达到83.41%后趋于稳定。
原水中CODCr的去除作用主要是微生物作用，实验初期水中含有丰富的营养物质，微生物生命活动旺盛，对CODCr的去除效果较明显；15天时其CODCr浓度比水葫芦略低，可能是操作误差及水样保存时间不同的原因。微生物具有一定的生命周期，当处理到一定阶段后部分微生物因为不适应环境而死亡，同时新的环境又引发了其他微生物的生长，因此，实验15天后CODCr出现了先上升又下降的变化。
2.2TN的动态变化
图2显示，实验5天后TN浓度由71.41mg/L下降为58.26mg/L，去除率为18.41%，曲线变化幅度较小；在第二个周期，水葫芦对TN吸收速率最高达88.21%，总氮浓度从58.26mg/L降为6.87mg/L；第三个周期后，TN浓度下降缓慢并趋于稳定，最终浓度降为0.87mg/L，总去除率为98.78%。对照组中TN的去除效果也较好，10天的去除率可达95.23%；十天后TN的浓度开始上升，浓度从3.35mg/L增加到6.05mg/L，之后浓度又下降并在零附近趋于稳定，最终浓度降为2.04mg/L，TN的总去除率为97.10%，相对比水葫芦处理效果较小。
图2 TN的变化曲线
水中TN指标是反应水体富营养化的重要指标，通过测定水中TN含量可知水体的污染程度，污水中丰富的氮含量同时为植物的生长提供了营养条件。由于植物在新的水体环境中需要有一个适应过程，同时水体混合未达到足够的均匀状态，因此实验前5天TN浓度下降较慢，去除率为18.41%；在第二个周期，污水浓度降低到了植物生长的最佳阶段，水葫芦根系最发达，此时水葫芦对污水具有最大去除速率88.21%，浓度降低到3.35mg/L；实验后期，水葫芦生长受营养物质限制处于停滞状态，对污水的净化效果不明显，TN浓度稳定在1.00mg/L左右，最终腐烂的叶被水体中的微生物分解促使TN浓度略有上升，这主要是微生物降解作用释放磷的结果。