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石菖蒲对富营养化水体的净化效应



第 12 卷第 1 期

环  境  与  开  发

1997

The Effect Purification

洪瑞川 段小兰 陈欣虹 肖志刚  ( 南昌大学生物系 南昌  330047 )
摘 要 石菖蒲的生态地理分布十分局限, 曾被认为是清洁水的指示植物. 但经实验发现, 该水生维

管束植物可在污水中 正常生长. 通过测定石菖蒲的植株总氮、 总磷以及养植石菖莆的富营养化水体的氯化物、 有机物耗氧量、 生化需氧量、 溶解 氧、 铵氮、 总磷、 总氮等项指标, 说明石菖蒲对富营养化水体具有良好的净化效应. 关键词 石菖蒲 富营养化水体 净化

Abstract  The ecological and geographic distribution of Acorus tatarinowii is limitary. The plant was regarded as the indi2 cator of the clean water . Through experiment , the author finds that the aquatic vascular plant can normally grow in the sewage. By the determining of the following items: the total - N value of the plant , the total - P value of the plant and the chloride value , the COD value , the BOD 5 value , the DO value , the total - N value , the total - P value of the eutrophic wa 2 Key words Acorus tatarinowii  Eutrophic water Purification

Ξ 江西省自然科学基金和南昌大学科研基金资助项目 ( 部分)    洪瑞川, 南昌大学生化教研室主任, 教授

Ξ

   石 菖 蒲 (Acorus tatarinowii Schott ) 为 天 南 星 科, 菖蒲属的多年生根茎性挺水植物, 分布于中国黄 河以南各省区, 常见于海拔 2000 m 以下的湿地或 山溪中有水花飞溅的石面上. 印度东北部至泰国北 部也有分布. 石菖蒲曾被认为是清洁水的指示植物, 后发现 该种植物在污水中也可正常生长, 说明其抗性和忍 耐性强 [1]. 前项工作 [2] 证明, 石菖蒲对重金属铜离子 有富集作用. 为了探寻净化污水的新植物种, 并试图 进一步验证水生维管束植物可净化水域的普遍性, 作者于 1995 年 3 月至 1996 年 8 月进行了石菖蒲净 化富营养化水体的研究工作. 其过程和结果如下.

1 实验设计

生长的石菖蒲整株. 挑选生活力强的健壮植株, 去除 杂物, 摘除枯叶, 冲洗干净. 用自来水养植 2 3 d, 使 ~ 其适应新环境.

石菖蒲对富营养化水体的净化效应 3
on Eutrophic Waters
ter.

by Acorus tatarinowii

ter planted Acorus tatarinowii , this paper prove that Acorus tatarinowii has a good pruification effect on the eutrophic wa 2

( 2)  从青山湖排污口取污水, 静置后去除沉淀

污泥. 取水样测定氯化物 、 有机物耗氧量 (COD ) , 生 化需氧量 (BOD 5 ) 、 溶解氧 (DO ) 、 铵态氮、 总氮、 总 磷. 然后将澄清的污水分装于 4 个玻璃缸中, 每缸中 的污水均为 3000 mL. 向缸内移植已适应环境的石 菖蒲 ( 鲜重均为 220 g ) , 定期以蒸馏水补足缸内因蒸 发蒸腾而失去的水分. 每隔 10 d 左右取样测水化指 标. 同时取出石菖蒲植株, 将其切碎、 烘干、 碾碎, 测 定其总氮、 总磷含量.

2 实验方法

( 1 )  从南昌市湾里太平乡的溪水中采集正常

( 1)  氯化物用 K 2CrO 4 - AgNO 3 滴定法; COD 用碱性高锰酸钾法; BOD 5 和 DO 用碘量法; 铵氮用 奈氏试剂比色法; 总磷用钼蓝比色法. 植株经消化 后, 用凯氏定氮法测总氮; 钼蓝比色法测总磷. ( 2 )  实验所用比色仪器为上海第三分析仪器 厂生产的 721 型分光光度计.

2

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3 实验结果
( 1)  水样中各项指标的变化见表 1, 图 1.
    表 1 水样中各项指标的变化     mg L 日 期
1995.4.6 4.11 ~ 4.16 4.18 4.19 ~ 4.24 4.27 4.28 ~ 5.4 5.11 5.13 ~ 5.18 5.23 5.22 ~ 5.27

表 2 植株总氮、 总磷及水样总氮、 总磷的变化 水样 植株 水样 植株 富集 富集 日 期 总氮 总氮 总磷 总磷 系数 系数
mg L % mg L % 8.16 0.36 4.69 1.58 3369 0.26 2.52 1.60 6349 0.20 1.62 1.63 10087 0.13 1.26 1.64 13016 0.08 (- ) (+ ) (- ) 变化率 (% ) 84.7 3.8 77.8 注: (+ ) 增加, (- ) 降低 1995.4.6 4.18 4.27 5.11 5.23

氯化物
37.3 24.1 10.5 5.9 3.9

COD 45.5 34.1 29.4 26.6 25.5

DO 5.78 6.30 6.52 7.29 7.32 (+ ) 26.6

铵氮
4.30

BOD 5 55.9

2.50 30.7 0.98 19.1 0.62 8.9 0.45 (- ) 89.5 3.5 (- ) 93.7

0.023 0.025 0.026 0.027 (+ ) 17.4

884.6 1250.0 2019.2 3359.4

(- ) (- ) (% ) 89.5 43.9 注: (+ ) 增加, (- ) 降低.

变化率

图 2 植株总氮、 总磷及水样总氮、 总磷的变化

由图 2, 表 2 可知, 石菖蒲对 N , P 的富集能力是 很强的. 它吸收 N , P 进行同化, 除用以维持植株生 命活动外, 还可将多余部分贮存在组织内, 且石菖蒲 对 N , P 的富集系数随养植天数的增加而增大.

4 讨 论
图 1 水样各项指标的变化

由图 1, 表 1 可见, 氯化物、 COD , BOD 5 铵氮均 呈下降趋势. 幅度均较大, 尤为铵氮最为明显. 说明 石菖蒲对营养物质有较好的富集效果, 对铵氮的富 集效果更加显蓍; 溶解氧呈上升趋势. 是因为水体中 有机物质被石菖蒲大量吸收, 生化需氧量下降, 所以 水中溶解氧增加. ( 2 )  植株总氮、 总磷与水体总氮、 总磷的变化 趋势见图 2, 表 2. 测定水体总氮时, 取 10 mL 水样; 测定植株总 氮时称取 1 g 烘干、 粉碎的材料. 测定水体总磷时, 取 5 mL 水样; 测定植株总磷 时称取 0.2 g 烘干、 粉碎的材料.

江河湖泊的富营养化是世界性的严重问题. 富 营养化水体的营养物质, 特别是 N , P 含量过多, 将 导致藻类大量繁殖. 由于有机物质的分解和藻类在 呼吸过程中大量消耗氧气, 使水体中溶解氧的含量 逐渐减少, 最后威胁水中生物的生存, 而造成 “水域 [3] 沙漠” . . 治理水体的富营养化, 有化学的、 物理学的和生 物学的方法, 常用的是化学方法. 但使用化学物质治 理的效果是短暂的治标不治本, 而且它本身也是一 种污染物, 因此不是治理污水的长远之计. 环境污染 的化学治理转向生物治理是未来世界的必然趋势. 随着环境科学的兴起, 高等水生植物在水质净化方 面的作用逐渐受到人们的重视. 自 70 年代中期以来 ( 下转第 12 页)

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粉末碳—— 活性污泥法实质上是一种以活性污 泥形式的活性碳吸附、 生物氧化的综合处理法. 其特 点是: ①提高了活性污泥的净化能力; ②提高对有毒 物质和重金属等冲击负荷的稳定; ③具有较好的脱 色、 除臭、 消减泡沫的效果. 国外已用于合成纤维、 化 工、 印染、 炼油、 炼焦等工业生产的污水处理. 213 培养专用微生物, 活性污泥法向多功能方面发 展 借助于专用细菌, 活性污泥法的处理对象不仅 仅是一般有机物, 还可以处理一些含毒有机废水及 一些无机物, 象镰刀菌、 放线菌等微生物能有效地分 解剧毒的无机氰化物, 含酚极毛杆菌、 解酚极毛杆菌 等具有强大的氧化分解酚类物质的能力. 214 活性污泥用于脱磷、 脱氮 活性污泥脱磷、 脱氮系统的生产性实例目前还 很少, 多数是半生产性试验装置, 尚处于积累资料的 阶段. 目前开发和各种脱磷、 脱氮工艺, 均属于 A O [4] 系统的修正和改良 . 脱磷工艺主要包括厌氧 (anaerobic ) 脱磷反应器, 需氧 (oxic ) 反应器和沉淀 池; 脱氮工艺主要包括缺氧 ( anoxic ) 脱氮反应器, 需 氧反应器和沉淀池. 活性污泥脱氮系统最具典型是 A - A O (Auaerobic - Anoxic Oxic ) 流程. 见图 8.

图 8 A - A O 脱磷脱氮流程

1  顾夏声. 废水生物处理数学模式. 北京: 清华大学出版

社版,1982

2 Chemical Abstracts ,1991-1995 Deign for Wastewater

3  L. D. Benefield and C. W. Randall : Biological Process Treatment ,1980.

4  许保玖. 当代给水与废水处理原理. 北京: 高等教育出

版社,1990

( 上接第 2 页) 以, 国外许多学者进曾进行了水生维管束植物净化 污 水 的 研 究, 国 内 近 年 来 也 开 展 了 这 方 面 的 工 作 [4,5] . 据资料记载, 民办上研究得较多的水生维管 束植物是水葫芦 ( Eichhornia crassipes ) 、 水花生 (Al 2 ) 、 鱼 藻 (Leratophyllum 金 ternantera philoxcroides demersum ) 、 水 鳖 ( Gydrocharis dubia ) 、 荇 菜 (Nymphoides peltata ) 、 江 红 (Asolla imbricata ) 满 等, 而利用石菖蒲净化富养化水的研究尚未见报道. 生物法净化污水, 投资省、 见效快、 效果好, 同时 具有美化水面、 美化环境和避免再污染的生态、 社会 效益. 利用水生维管束植物将大量营养物质带出水 体从而减轻富养化程度, 是一条事半功倍的切实可 和的途径. 人们应该探寻净化水质的多种植物, 以建 立具有生物多样性的相对平衡的水生生态系统. 本次实验证明, 石菖蒲对富营养化水体的净化 能力是很强的. 在 40 多天的滞留时间里, 水体总氮 去除率达 84 17%, 总磷去除痃达 77 18%, 氯化物去 除率达 89 15%, B 0D 5 降低率达 93 17%, COD 降低 率达 43 19%, 溶解氧增加 26 16%, 如净实验时间延 长, 预计能达到更好的效果. 与凤眼莲、 水花生等植

1  杨海龙, 洪瑞川. 石菖蒲对污水适应性的研究. 南昌大 学学 ( 理科版) ,1994.18 (1)

2  洪瑞川, 邹利军, 杨海龙, 何淑琴. 石菖蒲对铜离子的富 集. 环境与开发,1996.11 (1) 3  叶居新.20 世纪大觉醒—— 地球, 生态坐标上的孤舟. 南昌:21 世纪出版社,1992 4  胡肄慧等. 凤眼莲等水生植物对重金属污水监测和净 化作用的研究. 植物生态学与地植物学丛刊,1981.5 (3) 5  叶志鸿等. 宽叶香蒲净化塘系统净化铅、 锌废水效应的 研究. 应用生态学报,19923 (2) ( 收稿日期:1996.11.4 )

215 与化学法结合起来使用, 提高某些难降解化合

物的去除效果 活性污泥法对多氯联苯一类的有机化合物以及 有机磷等去除效果都比较差, 但如能与化学法结合 起来使用, 则可提高净化效果.

参考文献

( 收稿日期:1996.10.5 )

物种相对 [4] , 净化能力亦较可观, 且石菖蒲覆盖面积 小, 繁殖慢, 不影响水道畅通及生活用水. 石菖蒲分布局限, 然而其成株却能在污染水域 正常生长、 发育, 具有有富集重金属污染物及对过剩 营养物质的能力, 如此, 则令人对制约该种广泛分布 的因素, 如影响受粉、 受精、 繁殖体传播、 种子萌发和 幼苗生长的有机、 无机及生物环境条件等产生不趣. 在今后若能有效地进行探索, 则可为石菖蒲的引种、 养植和环保实践中推广、 应用提供参考.

参考文献



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