总氮和氨氮的去除能力文档格式.docx

1、5展望 11致谢 12参考文献 12摘要：利用沉水植物重建河道水生生态系统是目前河道修复的方向之一。本实验研究滇池流域常见 的浮叶眼子菜、金鱼浹、马来眼子菜、苦草、苕草五种沉水植物，在静态条件下净化污水厂尾水的 能力。研究表明，五种沉水植物对尾水中TN和氨氮均有一定的净化去除效果。对于水体中氨氮的 去除效果从高到低依次为，苕草金鱼浹马来眼子菜苦草浮叶眼子菜。苕草和金鱼浹对氨氮 的去除率分别达到98.72%和92.31%,去除效果明显。而对尾水TN去除效果，苕草、苦草最强，马 来眼子菜、金鱼涣次之，浮叶眼子菜最弱。范草和苦草对水体TN去除率分别为76.05%和74.60%。 综合水质物理指标、浹

2、类爆发程度及TN、氨氮去除效果等多种因素，得到范草和苦草净化效呆最好。 实验中底泥选择、涣类爆发、水卜照度等多种因素在一定程度上影响了沉水植物去除水体氨氮和总 氮的能力。研究成果对重建入滇河流水生生态系统沉水植物选择有一定的指导意义。关键词：沉水植物；除氮能力；底质；藻类爆发Study of five submerged macrophytes5 ability in removing total nitrogen and ammonia nitrogen of the sewage farm，s tail water in static conditionsZhao jianai（Schoo

3、l of Life Sciences Yiuman University, Yunnan Kunming 650091）Abstract: Employing submerged macrophytes to rebuilt the river aquatic ecosystem is one of the direction to rebuilt the river channel. The test studied the purification ability of 5 submerged macrophytes, Potamogeton natans,Ceratophyllum de

4、meisum. Potamogeton nialaianusA aliisneris spiralis , Potamogeton crispus Linn, of Lake Dian, to the sewage farms tail water in the static conditions. . The result showed that 5 submerged maciophytes all have ammonia, mtrogen and the total mtiogen （TN） removal efficiencies. The ammonia and niuogen r

5、emoval efficiencies order of the submerged macrophyles was Potamogeton crispus Linn Ceratophyllum deniersum Potamogeton malaianus Vallisneris spiralis Potamogeton natans. The ammonia and niuogen removal rate of Potamogeton crispus Linn and Ceratophyllum demersum come to 98.72 and 92.31% respectively

6、, which has the high efficiencies of removal. When it comes to the removal efficiencies of the tail water, Vallisnens spiralis and Potamogeton crispus Linn were the highest. Potamogeton malaianus and Ceratophyllum demersum were at the second place. the Potamogeton natans was the last one. The TN rem

7、oval rate of Potamogeton crispus Linn and Vallisneris spiralis were 76.05% and 74.60% respectively. Wb synthesized the physical index of the water equality, the type of the boom algae, the equality of removal efficiency and the other factors; we find that Vcillisneris spiralis and Potamogeton crispu

8、s Linn were have high efficiency. In this test, the choice of the sediments, the extent of Cyanobacteria boom、the illumination undenvatei and other factors, to some extent, have considerable effect on the ability of submerged macrophytes in removing TN. ammonia and mtrogen. The result has some instr

9、ucted significance to submerged macrophytes choice of rebuilding the aquatic ecosystem of rivers entering into Yunnaii.Key words: Submerged maciophytes； Niuogen removal peifoiiiiaiice； Sedunents： Cyanobacteria boom1前沿入滇河流是滇池污染的主要来源，其每年携带着大量的COD、TN、TP汇入滇池， 使得滇池富营养化逐年加重，导致蓝藻暴发。河流本身具有很好的净化能力，能降低 水体污染物的

10、含量。当污染物过量排入，超过河流所能承受的负荷时，会导致河流生态 系统破坏，净化能力下降。以盘龙江为例，生活污水和垃圾的排放，使得盘龙江水体可 见度和DO下降，水生植物大量死亡，生态系统遭到破坏，水体自净能力降低，水质停 留在劣五类水1】。盘龙江为入滇河流中最重要的河流，其水质直接影响到滇池水质。近 年來，虽然政府投入大量的人力物力整治盘龙江，清除河道淤泥，减少入江污染物，但 效果并不明显2】。因此，重建河道的水生生态系统成为河道治理的方向之一，也是滇池 治理的重要组成部分。水生高等植物作为河流生态系统结构和功能的重要组成部分，是保持水生生态系统 良性运行的关键类群，是良性河流生态系统的必要组

11、成部分。水生高等植物包括水生维 管束植物和高等藻类。水生维管束植物通常有四种生活型：挺水、漂浮、浮叶和沉水。 其中，沉水植物对水质的净化能力最强卩】。本实验利用污水处理厂尾水，在静态条件下初步构建河道水生生态系统。研究滇池 流域五种常见的沉水植物（浮叶眼子菜、金鱼藻、马来眼子菜、苦草、范草）的生长状 况及其对水质的净化作用，通过讨论五种沉水植物对水体TN和氨氮的去除效果，为重 建河道水生生态系统遴选合适的沉水植物物种提供依据。2材料与方法2.1沉水植物的选择在前人研究基础上，依据本土性、适应性好、容易栽培、对氮磷富集效果好、泌氧 性能好、美观等原则141,选取浮叶眼子菜（Potamogeton

12、 natans）、金鱼藻（Ceratophylluni demersum） 马來眼子菜（Potamogeton malaianus） 苦草（Valiisnens spiralis ）、苕草 （Potamogeton crispus Linn ）作为供试植物，研究其对达到城市污水处理厂污染物排放 标准（GB18918-2002） 级A标的污水处理厂尾水TN和氨氮的净化效果。2.2实验设计将五种沉水植物分别种植于5个有效容积为1200L （长1200mm*宽1000mm*高 lOOOnmi） ppc材料做成的装置中。每个装置种植单一植物90株，3株合种为一组，组 距20cm,共30组。釆用污水处理

13、厂未加絮凝剂的浓缩剩余污泥与红壤混合物作为底泥, 底泥的厚度为17cm。加入昆明市第五污水处理厂达到城市污水处理厂污染物排放标 准（GB18918-2002） 一级A标的尾水，有效水深为60cm。将装置置于室外的大棚中， 研究在静态实验条件下5种沉水植物对污水处理厂尾水TN和氨氮的净化能力。在正式实验开始前，进行为期30d的预实验。根据预实验的情况和结果对正式实验 设计做了稍许调整，底质由盘龙江底泥和红壤变为污水处理厂浓缩剩余污泥与红壤的混 合物，量增加一倍，其他未变。2.3采样时间和频率研究起止时间为2010年11月23日2011年3月8日，共历时106d。根据预实验 水质的变化趋势，正式实

14、验研究过程中，釆取在处理时间（处理时间从系统稳定，即加 水第 3d 算起,也就是 2010 年 11 月 31 日）第 1、3、12、19、26、53、99d 上午 9:00-10:00 （除马來眼子菜外）在距水面10cm处采集水样，同时釆取植物样和底泥样。在室内实 验室中，测定水体TN、TP、氨氮的浓度和COD含量及底泥中有机质、全氮、全磷的 含量，测定植物株高、枝长、分枝数及叶绿素含量。同时测定水体的可见度、水量及不 同水层的照度。种植马來眼子菜的装置在处理时间第9d发生漏水后，重新注水。因此，马來眼子 菜处理时间与其他植物略有不同，即其他四种植物处理时间第12d为马來眼子菜处理时 间第I

15、d。马来眼子菜实验装置取样时间为其处理时间的第1、2、3、8、15、42、88do 其他环境条件与方法同上述四种植物。2.4测定项目与方法检测项目包括水体中TN、氨氮及照度。2.4.1水体TN测定方法采用国标碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法，具体操作步骤如下：吸取5.00ml水样加5.00ml无氨水至50nil比色管中；加入5.00ml碱性过硫酸钾溶 液后，将具塞刻度管的盖塞紧，用一小块布和线将玻璃塞扎紧，放入大烧杯中并置于高 压灭菌锅里，在120-124C下加热30mm后冷却至室温；加盐酸1.00ml,用无氨水稀释 至25ml标线，混匀。以无氨水作为参比，用10mm石英比色皿，在紫外分光光度计

16、中， 分别在2201UH和275nm处测定吸光度；分别吸取硝酸盐标准使用溶液0, 0.50, 1.00, 5.00, 7.00, &00mlo加水稀释至10.00ml。重复上述水样处理测定操作步骤测定吸光度, 绘制校准吸光度对TN浓度的标准曲线；根据标准曲线算出待测水样中TN的浓度。2.4.2水体氨氮测定方法采用国标水杨酸-次氯酸盐分光光度法测定，具体操作步骤如下：分取不同浓度标准溶液和5.00ml经预处理的水样（氨氮的含量不超过8ug）至10ml 比色管中，用无氨水稀释至8ml；加入1.00ml显色剂和2滴亚硝基铁鼠化钠溶液，混匀。 再滴入2滴次氯酸钠溶液并混匀。加水稀释至标线，充分混匀。至

17、少在60mm后，釆用 10mm光程的比色皿，以水为参比，在6971UH吸收波长处测定溶液的吸光度。各个标准 溶液测得吸光度值扣除空白实验的吸光度，绘制吸光度对氨氮浓度的标准曲线；根据标 准曲线算出待测水样中氨氮的浓度。2.4.3水下照度采用ZDS-10F-2D多探头型照度计测定水面、水下20cm、40cm、60cm的照度。3 结果与分析3.1沉水植物对水体中氨氮去除效果及分析3.1.1水体中氨氮含量变化趋势水体中的氨氮是指以氨（NH3）或钱（NH/）离子形式存在的化合氨。氨氮是各类型氮 中危害影响最大的一种形态，是水体受到污染的标志。其对水生生态环境的危害表现在 以下儿个方面：氨氮作为水体中主

18、要耗氧污染物，氧化分解会大量消耗水中的溶解氧； 氨氮中的非离子氨是引起水生生物毒害的主要因子，其毒性比钱盐大儿十倍；在氧气充 足的情况下，氨氮可被微生物氧化为亚硝酸盐氮，其与蛋白质结合生成亚硝胺，具有致 癌和致畸作用；另外，氨氮是水体中的营养素，可为藻类生长提供营养，能增加水体富 营养化发生儿率。氨氮是TN在自然水体中存在形式之一，控制氨氮能有效减轻河流氨 氮和TN的负荷Pl。因此，本实验将氨氮作为独立的水质检测项目。通过测定不同处理时间不同沉水植物水体中氨氮含量，得出氨氮含量随处理时间的 延长的变化规律，详见图1。图1水体中氨氮含量变化趋势由图1可见，水体经过四种沉水植物99d的处理，氨氮含

19、量均呈现先升高后降低的 趋势，并在处理时间第12d含量达到最大，其中培养浮叶眼子菜的水体氨氮含量为最大 值，达到3.26mg/l，培养殖草的水体氨氮含量最低为2.12mg/Lo随后，水体氨氮含量 下降。在第26d以后，殖草、苦草、金鱼藻装置中水体氨氮含量趋于稳定，浮叶眼子菜 水体氨氮含量在第53d以后也趋于稳定。四种沉水植物水体氨氮含量在处理第99d均达 到最小值，在O.Olmg/10.51mg/l范围内。在实验开始阶段，水体中氨氮升高可能是底质中以氨氮为主要形式的氮元素向外扩 散所致。另外，有机氮的分解也能增加水体中氨氮含量。有机氮要先分解为氨氮，然 后才能通过硝化与反硝化去除。随着处理时间

20、的延长，到处理第12d,水体氨氮的浓度达到最大值，随后呈下降趋 势。下降原因可能是：氨氮转化为氨气直接挥发；水生植物的吸收和吸附作用% 研究发现对于无机氮而言，植物优先吸收氨氮和硝态氮刃；水体中的氨氮在微生物的 作用下转化为硝态氮。氨氮发生硝化作用转化为硝态氮是氨氮去除的最重要的途径，如 果硝化作用和反硝化作用受到影响，氨氮的去除效果就不明显卩。另外，氨氮可能沉降 至底泥或者是吸附到装置侧壁上，从而导致水体中氨氮含量降低。由于马来眼子菜实验处理时间与其他植物略有不同，所以单独列出，其变化曲线见 图2。图2马来眼子菜缸水体氨氮含量变化由图2可见，马來眼子菜实验装置中水体氨氮含量先升高到最高值，随

21、后降低到 最低值，再升高乂降低，其水体氨氮变化趋势与其他四种沉水植物略有不同。马来眼子 菜实验装置在实验处理时间第10d只重新更换了水，植物和底泥未更换，水泄露可能会 带走底泥中部分氮、磷和有机质，使得其实验状态略有不同。另外，重新更换培养水会 推迟藻类爆发时间、减少藻类爆发量，对水质和植物有重大影响。上述原因，造成了马 來眼子菜实验缸中氨氮变化趋势不同于其他四种植物的变化趋势。在处理时间第8d氨氮含量达到最大，为1.22mg/L。底质向外释氮、水体有机氮的 分解可能是产生上述现象的原因。在处理时间第15d到第19d,达到最小值，为0.05mg/Lo 该试验阶段，可能是由于藻类爆发，从水体中吸

22、收大量营养物质，使得水体氨氮维持低 浓度。随后，氨氮含量乂略有上升，可能原因是藻类的死亡或马來眼子菜枝叶的腐烂。3.1.2沉水植物对水体中氨氮去除效果本实验采用，氨氮进水浓度与最终测定浓度之差比上进水浓度（即0.78mg/l）得到 不同沉水植物对水体氨氮的去除率，见表1。表1沉水植物对氨氮的去除率沉水植物范草苦草浮叶眼子菜金鱼藻马來眼子菜去除率98.72%50.00%34.62%92.31%83.33%从表1可见，沉水植物对水体中氨氮均具有一定的去除能力，在去除效果方面：M 草金鱼藻马來眼子菜苦草浮叶眼子菜，所以范草和金鱼藻的去除效果较好。金送笛 对范草的研究叨和任文君对金鱼藻的研究也发现范草

23、和金鱼藻对水体氨氮的净化效 果较好。3.2沉水植物对水体TN去除效果及分析3.2.1水体中TN含量变化趋TN包括有机氮、硝态氮、氨氮等多种氮形态。通过测定不同处理时间不同沉水植 物水体中TN含量，得出TN含量随处理时间延长的变化规律，见图3.图3水体中TN含量变化由图3可见，四种沉水植物水体TN含量均呈现先下降后上升再下降的趋势。在处 理第19d,浮叶眼子菜水体TN含量达到测试阶段最大值，为9.19mg/L,殖草、苦草及 金鱼藻水体中TN含量虽有上升，但均未超过测试第Id水体TN含量。随后，水体含氮 量大幅下降。第26d,殖草水体氮含量降到测试阶段最低点，为1.35mg/L此后，水体 TN含量

24、趋于稳定。实验结束前，植物水体TN含量变化范围为2.06mg/l到3.51mg/l。水体中TN含量首次降低可能是由于以下几方面的原因：（1）硝态氮含量降低。研究 表明，水生植物对硝态氮的去除效果最明显，因为水生植物优先吸收硝态氮。同时由于 硝态氮是氮循环中微生物作用的直接底物，是最活跃的氮形态，可以通过反硝化的过程 被去除所以水生植物对硝态氮的去除效果同时受微生物和植物吸收的影响。（2） 有机氮含量降低。有机氮的汇可能有两种，一种是直接被沉水植物和浮游植物所利用国, 另外一种是转化为氨氮，进而通过硝化作用和反硝化作用去除。（3）底质或侧壁对水 体中氮元素具有吸附作用，可以使水体中TN含量降低。

25、底泥中氮元素的释放可能是导致随后TN的含量出现上升的原因。有研究表明，蓝 藻水华的爆发和衰亡会引起水体极度缺氧，使底质中的钱态氮和正磷酸根大量释放，导 致水体中TN和TP含量的升高卩】。在该实验阶段，藻类爆发，DO值下降迅速，使底泥中 氨氮等物质释放。另外，分析此实验阶段的植物样，发现植物叶绿素含量降低，叶片己 经部分脱落腐烂。植物腐烂可向外释放氮、磷等营养物质，在一定程度上造成了水体TN含量上升的现象。随后TN含量再次下降，造成此现象的原因可能是藻类的吸收。藻类生长需要大量 的氮元素，特别是有机氮。在实验时间第25d左右，藻的生物量达到最大。从第26d到实验结束，实验水体TN的含量趋于稳定，

26、说明TN的去除速率与其生成速 率基本相等。在该处理时间内，水体中TN的汇可能是微生物的分解和底质的吸收。藻 类死亡、植物的腐烂可能是水体TN的源。植物死亡在一定程度上会造成水体污染物含 量的上升，但是对水体的污染只会持续很短的时间，污染物会通过底质的吸附或者微生 物的转化分解作用去除，所以在第26d以后水体TN含量波动较小。对比水体中氨氮和TN含量变化图，发现在实验前期氨氮的含量上升，但是TN的 含量在此阶段在下降。说明其他形式的氮被利用或者部分发生沉降及吸附。+马来眼子菜图4马来眼子菜缸水体TN含量变化马來眼子菜供试水体TN含量先升高，到实验处理时间第8d达到最大，随后大幅 降低，第19d以

27、后趋于稳定。测试阶段，水体TN含量最高值为10.99mg/l,最低值为 3.00mg/l,最低值出现在实验结束前。实验开始阶段，底质中氮的释放或植物部分腐烂 可能是造成水体TN含量上升的原因。随后，由于藻类生长需从水体中吸收大量氮元素, 因此导致水体TN含量下降。3.2.2沉水植物对水体TN的去除效果进水的TN浓度为8.6mg/l,通过TN的进水浓度减去最后测定浓度比上进水浓度，得 到不同沉水植物对水体中TN的去除率，见表2.表2沉水植物对TN的去除率植物物种TN去除率76.05%71.40%59.19%65.35%65.91%对于水体中TN的去除效果，从高到低依次为范草苦草马来眼子菜金鱼藻

28、浮叶眼子菜。宋福等人的研究结果为，苦草对水体TN去除效果最好，金鱼藻次之，M 草相对较差。这与本研究结果略有不同，可能是由于本实验底泥不同和实验持续时间较长叭有研究者指出，沉水植物对水体中氮的直接去除率只有10%左右，细菌的降解作用 才是主要原因。沉水植物为细菌提供良好的氧环境，有助于硝化作用的进行，硝化作 用产生硝态氮，进而通过反硝化作用产生氮气，挥发除去1819o所以清除水体TN含量 不仅仅是通过植物吸收，更是依赖于植物对水生生态系统的优化，使生态系统整体发挥 强大作用。3.3影响沉水植物对水体中TN和氨氮去除效果的因素3.3.1底泥对水体中TN和氨氮去除效果的影响本实验所用底泥为污水处理

29、厂的活性污泥与红壤混合物。选择其作为底泥，是因为 该底泥作为河道恢复使用的底泥之一。本实验从一定程度上说明该混合物不适合作为重 建河道水生生态系统的底泥。该底泥中含有一部分未加絮凝剂的剩余污泥，在实验开始一周左右发生污泥上浮。 上浮的污泥会影响水体的透明度，并且易向水体中释放营养元素，增加水体TN、TP及 有机物的负荷。另外，该底泥本身含有大量的有机质、TN、TP,如若重建后的河道水 生生态系统不能正常运行，该底泥可能会向外释放大量污染物，造成二次污染2021o3.3.2藻类对水体中TN和氨氮去除效果的影响在实验进行到第12d左右，浮叶眼子菜、殖草、金鱼藻实验水体开始变混，水面 漂浮大量的气泡

30、，但未见明显的藻类；到第15d,藻类己肉眼可见；第19d藻类基本将 水面覆盖，水体可见度下降显著；第24d左右，藻类生物量达到最大，水面漂浮有植物 脱落的枝叶；随后藻类生物量下降，到40d左右，水面漂浮的藻类形态发生改变。70d 左右藻类消失，水面漂浮一层油状物。上述三种植物实验装置中藻类变化规律推后10d 即是马來眼子菜实验水体发藻的规律。与浮叶眼子菜、马來眼子菜、金鱼藻、范草比较, 苦草藻类爆发程度弱，在第19d左右肉眼可见，在第30d左右即消退，持续时间短。通过测定实验处理时间第12d的水质，得出水体中氮磷比为7:lo研究表明水体氮、 磷比在5:1-15:1下有利于藻类爆发22】。本实验装置虽设在室外，实验期处于冬季，但该 阶段昆明平均温度在15C以上，给藻类爆发提供了良好的外界条件。另外，虽然上述的 五种植物均具有抑藻的功能23判，但是由于实验开始前期沉水植物还未适应该环境，抑 藻功能下降，在与藻类的竞争中处于劣势。所以造成藻类的大爆发。藻类的爆发给水