水生植物对城市污水的生物净化效果研究

摘要

随着社会经济的快速发展和城市人口的迅速增长，城市污水排放量日益增大。由于环境基础设施建设跟不上城市发展速度，很大部分城市的污水未经处理就直接排放，城市污水成为环境污染的重要来源。城市污水中含有大量COD、NH3-N、重金属等污染成分，这些污染物质很容易通过食物链进入人体，给人民身体健康造成危害。传统的城市污水治理方法存在投资大、成本高、工艺复杂、很难大面积推广、易造成二次污染等缺点。因此筛选出治理成本低和效果好的城市污水治理技术已成为城市发展过程中急需解决的重大课题。 本研究采用全面踏查和典型调查相结合的研究方法，对福建主要城市(包括福州、厦门、泉州、漳州、莆田、龙岩、南平)污水污染现状进行详细调查，分别从日处理量、服务面积、服务人口、占地面积、SS、TN、NH3-N、TP、COD及重金属污染等方面分析福建主要城市污水的处理现状和污染；在对福建主要城市污水污染状况全面掌握基础上，选择福建生长的9种水生植物(美人蕉、凤眼莲、空心莲子草、鸭跖草、风车草、长鬃蓼、荷花、茭白、短叶茳芏)为研究材料，通过室内污水模拟试验，在不同污染物胁迫条件下进行9种水生植物对模拟污水SS、1N、NH3-N、TP、COD及重金属等污染物的吸附效果比较，同时利用现实生活污水进行室内胁迫试验，比较不同水生植物对不同污染物的吸附效果，试图从中筛选出具有较高富集能力并适合福建城市污水治理的水生植物，供福建城市污水植物净化上应用。主要研究结果如下： 1、对福建7个城市生活污水污染状况的调查表明：福建不同城市生活污水的污染状况存在较大差异。根据国家《污水综合排放标准》(GB8978-1996)二级标准，福建不同城市生活污水TP和COD均超标，7种重金属含量较低。与国家地面水环境质量标准V类标准(GB3838-2002)相比，福建不同城市生活污水TN、NH3N、TP、COD均超标，Cu、Zn未超标，Cd、Cr、Mn、Ni、Pb均有不同程度超标，其中漳州、厦门、莆田、泉州的Cd超标1倍；厦门、泉州的Cr分别超标0.2、0.6倍；漳州、厦门、莆田、泉州、龙岩、南平的Pb分别超标1.8、1.4、2.9、1.7、1.6、1.6倍。 2、对福州市6个污水处理厂污水污染状况的调查发现：根据国家《污水综合排放标准》(GB8978-1996)二级标准，福州市各污水处理厂污水中的TP均超标：除祥坂污水处理厂外，其它污水处理厂COD均超标；大学城污水处理厂、快安污水处理厂的NH3-N超标；7种重金属含量较低，未发现超标。与国家地面水环境质量标准V类标准(GB3838-2002)相比，福州市各污水处理厂生活污水的TN、NH3-N、TP、COD均超标，Cu、Zn未发现超标，其它5种重金属均超标，其中马尾、快安的Cd分别超标2、1倍；金山、大学城、马尾、快安的Cr分别超标0.2、0.1、3、2.2倍；祥坂、大学城、马尾、快安的Pb分别超标1、1.2、2.4、1.5倍。 3、在对福建水生植物资源全面调查基础上，选择美人蕉、凤眼莲、空心莲子草、鸭跖草、风车草、长鬃蓼、荷花、茭白、短叶茳芏9种植物为供试植物，进行3种不同浓度模拟污水条件下氮、磷吸附能力的比较，结果表明：不同水生植物对模拟污水均有一定吸附效果，不同植物对氮、磷的吸附能力表现出一定差异。在轻度胁迫下，空心莲子草对NH3-N吸附率最高(53.79％)，荷花对TN吸附率最高(48.75％)，凤眼莲对TP吸附率最高(70.10％)；在中度胁迫下，凤眼莲对NH3-N吸附率最高(61.39％)，茭白对TN吸附率最高(52.23％)，凤眼莲对TP吸附率最高(80.15％)；在重度胁迫下，茭白对NH3-N吸附率最高(55.70％)，凤眼莲对TN和TP吸附率都最高(分别为40.42％和69.58％)。因此凤眼莲、空心莲子草、茭白3种植物适合福建城市污水污染的治理。 4、不同浓度污水胁迫下对9种水生植物氮的测定表明：在不同胁迫条件下不同水生植物的氮浓度存在较大差异。均以荷花地上和地下部分氮浓度均最大，在轻度胁迫下分别达到25.85g·kg-1和23.90g·kg-1，在中度胁迫下分别达到26.41g·kg-1和24.09g·kg-1，在重度胁迫下分别达到25.53kg-1和26.18kg-1，因此荷花对氮有很强富集能力。在轻度胁迫下美人蕉、凤眼莲、空心莲子草、鸭跖草、长鬃蓼、荷花、短叶茳芏地上部分与地下部分氮比值均大于1；在中度胁迫下除风车草和茭白外，其它7种水生植物地上部分与地下部分氮比值大于1；在重度胁迫下除风车草和荷花，其它7种水生植物地上部分与地下部分氮比值大于1。说明这些水生植物吸收的氮能更多地向地上部分迁移，有利于城市污水氮污染的治理。 5、对不同胁迫条件下9种水生植物磷含量测定发现：在轻度胁迫下美人蕉地上部分含磷量最高，空心莲子草次之，除鸭跖草和短叶茳芏外，其它7种水生植物地上部分与地下部分磷比值大于1，短叶茳芏地下部分磷含量最高，凤眼莲磷含量最低；在中度胁迫下美人蕉地上部分含磷量最高，空心莲子草次之，美人蕉、凤眼莲、空心莲子草、风车草、长鬃蓼地上部分与地下部分磷比值大于1，美人蕉地下部分磷含量最高，凤眼莲磷含量最低；在重度胁迫下美人蕉地上部分含磷量最高，风车草地上部分含磷量最低，美人蕉地下部分磷含量最高，凤眼莲磷含量最低，凤眼莲、空心莲子草、长鬃蓼、荷花地上部分与地下部分磷比值大于1。地上部分与地下部分磷比值大于1，表明这些水生植物吸收的磷能很快从根系向茎叶转移。因此美人蕉对磷有很强富集能力，最适合城市污水磷污染的治理。 6、通过9种水生植物对模拟污水重金属的吸附结果表明：美人蕉、短叶茳芏对Cu的吸附在第7天达最低值，长鬃蓼、空心莲子草、鸭跖草对Cu的吸附在第10天达最低值，凤眼莲对Cu的吸附在第5天达最低值，其中长鬃蓼对Cu的吸附率最高，达68.78％；美人蕉、短叶茳芏、长鬃蓼对Pb的吸附均在第7天达最低值，空心莲子草、鸭跖草对Pb的吸附在第3天达最低值，凤眼莲对Pb的吸附在第5天达最低值，其中长鬃蓼对Pb的吸附率最高；美人蕉、长鬃蓼、空心莲子草、鸭跖草、凤眼莲对Zn的吸附均在第10天达最低值，短叶茳芏对Zn的吸附在第1天达最低值，其中凤眼莲对zn的吸附率最高；美人蕉、短叶茳芏、长鬃蓼、空心莲子草对Cr的吸附在第10天达最低值，鸭跖草、凤眼莲对cr的吸附在第7天达最低值，其中长鬃蓼对cr的吸附率最高。 7、不同水生植物对重金属的吸收富集能力存在明显差异。除美人蕉地上部分Pb富集系数小于1外，其它植物不论地上部分和地下部分富集系数均大于1，说明它们对4种重金属均有较强的富集能力。Pb吸收富集能力最强的是凤眼莲(地上部分15.38，地下部分40.82)；Cu吸收富集能力最强的是风眼莲(地上部分69.23，地下部分114.33)；Zn吸收富集能力最强的是空心莲子草地上部分(地上部分8.84)和凤眼莲地下部分(地下部分18.96)；Cr富集能力最强的是空心莲子草地上部分(地上部分27.39)和凤眼莲地下部分(地下部分81.41)。 8、通过7种水生植物对现实城市污水氮、磷去除能力的比较结果表明：在试验15d内7种水生植物对生活污水氨氮有很好吸附效果，对NH3-N吸附能力的大小排序为凤眼莲>短叶茳芏>美人蕉>风车草>空心莲子草>鸭跖草>长鬃蓼；对TN吸附能力大小排序为美人蕉>短叶茳芏>凤眼莲>长鬃蓼>风车草>鸭跖草>空心莲子草；对TP吸附能力大小排序为美人蕉>风车草>凤眼莲>长鬃蓼>鸭跖草>短叶茳芏>空心莲子草。 9、对现实城市污水模拟条件下不同水生植物氮、磷的测定结果表明：凤眼莲地上部分氮含量最高，风车草最低；凤眼莲地下部分氮含量最高，长鬃蓼最低。除风车草外，不同植物地上部分与地下部分氮的比值均大于1；凤眼莲地上部分磷含量最高，为11.35g·kg-1，风车草最低，为1.82g·kg-1；凤眼莲地下部分磷含量最高，为7.63 g·kg-1，长鬃蓼最低，为2.76g·kg-1。除短叶茳芏、空心莲子草、风车草外，不同植物地上部分与地下部分磷的比值均大于1，说明这些种植物对现实污水中氮、磷有较好的吸附能力，其中凤眼莲最适合城市污水治理。

目录

声明

摘要

1前言

2国内外研究动态

2.1城市污水处理技术研究进展

2.1.1传统污水处理技术

2.1.2生态修复技术

2.2城市污水重金属污染处理技术研究进展

3研究地区自然概况

4研究方法

4.1福建不同城市污水污染现状的调查方法

4.2水生植物对模拟污水氮磷及重金属吸附的研究方法

4.2.1水生植物选择

4.2.2水生植物对模拟污水氮磷吸附的研究方法

4.2.3水生植物对模拟污水重金属吸附的研究方法

4.3水生植物对现实生活污水中氮磷吸附的研究方法

4.4分析方法

4.4.1城市污水污染成分分析方法

4.4.2植株氮磷分析方法

4.4.3污水重金属分析方法

4.4.4植侏重金属分析方法

4.5评价方法

4.5.1城市污水污染的评价方法

4.5.2水生植物富集重金属能力的评价方法

4.6数据统计分析方法

5结果与分析

5.1福建不同城市生活污水的污染特征分析

5.1.1福建不同城市污水处理厂现状

5.1.2福建不同城市生活污水污染状况

5.1.3福州不同污水处理厂污水的污染状况

5.2水生植物对模拟污水氮磷及重金属吸附效果的比较

5.2.1水生植物对模拟污水中氮磷的吸附效果

5.2.2水生植物对重金属的吸附效果

5.3水生植物对现实污水氮磷吸附效果的比较

5.3.1水生植物在污水中的生长状况

5.3.2水生植物对污水氮的吸附效果

5.3.3水生植物对生活污水磷的吸附效果

5.3.4植物体内氮磷含量

6讨论

6.1福建主要城市水体污染成因分析

6.2水生植物对重金属的吸附

7结论

参考文献

致谢