总氮和氨氮的去除能力

静态条件下五种沉水植物对污水厂尾水总氮和氨氮去除能力研究
赵健艾
（云南大学生命科学学院，云南昆明650091）
静态
赵健艾
（云南大学生命科学学院，云南昆明650091）
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、金鱼藻、马来眼子菜、苦草、菹草五种沉水植物，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，菹草＞金鱼藻＞马来眼子菜＞苦草＞浮叶眼子菜。菹草和金鱼藻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，菹草、苦草最强，马来眼子菜、金鱼藻次之，浮叶眼子菜最弱。菹草和苦草对水体TN去除率分别为76.05%和74.60%。综合水质物理指标、藻类爆发程度及TN、氨氮去除效果等多种因素，得到菹草和苦草净化效果最好。实验中底泥选择、藻类爆发、水下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 offivesubmerged macrophytes’ abilityin removing total nitrogenand ammonia nitrogen of the sewage farm’s tail water in static conditions
Zhao jianai
(School ofLife Sciences Yunnan University,YunnanKunming650091)
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 demersum, Potamogeton malaianus,Vallisneris spiralis , Potamogeton crispus Linn, ofLakeDian, to the sewage farm’s tail water in the static conditions. . The result showed that 5 submerged macrophytes all have ammonia, nitrogen and the total nitrogen (TN) removal efficiencies. The ammonia and nitrogen removal efficiencies order of the submerged macrophytes wasPotamogeton crispus Linn>Ceratophyllum demersum>Potamogeton malaianus>Vallisneris spiralis>Potamogeton natans. The ammonia and nitrogen removal rate ofPotamogeton crispus LinnandCeratophyllum demersumcome to 98.72 and 92.31% respectively, which has the high efficiencies of removal. When it comes to the removal efficiencies of the tail water,Vallisneris spiralisandPotamogeton crispus Linnwere the highest,Potamogeton malaianusandCeratophyllum demersumwere at the second place, thePotamogeton natanswas the last one. The TN removal rate ofPotamogeton crispus LinnandVallisneris spiraliswere 76.05% and 74.60% respectively.We 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 thatVallisneris spiralisandPotamogeton crispus Linnwere have high efficiency. In this test, the choice of the sediments, the extent ofCyanobacteria boom, the illumination underwater and other factors, to some extent, have considerable effect on the ability of submerged macrophytes in removing TN, ammonia and nitrogen. The result has some instructed significance to submerged macrophytes’ choice of rebuilding the aquatic ecosystem of rivers entering intoYunnan.
Key words:Submerged macrophytes；Nitrogen removal performance；Sediments；Cyanobacteria boom
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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[1]。河流本身具有很好的净化能力，能降低水体污染物的含量。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。近年来，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[3]。
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、菹草）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。
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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[4]，选取浮叶眼子菜(Potamogeton natans)、金鱼藻(Ceratophyllum demersum)、马来眼子菜(Potamogeton malaianus)、苦草( Vallisneris spiralis)、菹草(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）一级A标的污水处理厂尾水TN和氨氮的净化效果。
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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1000mm）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。采用污水处理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。
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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，正式实验研究过程中，采取在处理时间（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（除马来眼子菜外）在距水面10cm处采集水样，同时采取植物样和底泥样。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。
种植马来眼子菜的装置在处理时间第9d发生漏水后，重新注水。因此，马来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为马来眼子菜处理时间第1d。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、88d。其他环境条件与方法同上述四种植物。
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检测项目包括水体中TN、氨氮及照度。
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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50ml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120-124℃下加热30min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，在紫外分光光度计中，分别在220nm和275nm处测定吸光度；分别吸取硝酸盐标准使用溶液0，0.50，1.00，5.00，7.00，8.00ml。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。
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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滴亚硝基铁氰化钠溶液，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。至少在60min后，采用10mm光程的比色皿，以水为参比，在697nm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。
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采用ZDS-10F-2D多探头型照度计测定水面、水下20cm、40cm、60cm的照度。
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水体中的氨氮是指以氨(NH3)或铵(NH4＋)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几个方面：氨氮作为水体中主要耗氧污染物，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，其毒性比铵盐大几十倍；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几率。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[5]。因此，本实验将氨氮作为独立的水质检测项目。