低温下水芹对生活污水中氨氮、正磷酸盐的去除效果

摘要：通过设置3组不同浓度（100%、75%、50%）的生活污水，考察水芹（Oenanthe javanica）对污水中氨氮与正磷酸盐的去除效果。结果表明，在9～12 ℃的低温下，培养6 d时水芹对3种不同浓度污水中的氨氮和正磷酸盐的去除率分别为47.86%、59.34%、55.56%和44.42%、41.74%、32.95%。表明低温下水芹对生活污水中氨氮和正磷酸盐均有较好的去除效果。

关键词：水芹（Oenanthe javanica）；生活污水；低温；氨氮；正磷酸盐；去除效果

中图分类号：X799.1；S912 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）01-0043-03

DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2016.01.013

近年来，随着中国经济社会的快速发展，水体富营养化危害日益严重。通常采用物理法、化学法和生物调控法进行富营养水体的治理。由于化学和物理调控方法成本较高，效用时间短，对生态环境本身具有潜在的威胁[1]，生物调控方法受到越来越多的关注和重视。水生高等植物可有效去除污染水体中的氮、磷等营养元素，从而达到净化水体的目的[2]。近年来，一些科研工作者在利用水培植物的吸收作用来净化污水等研究方面取得了诸多成果，证明水生植物在最终修复水生生态系统方面具有很高的实践意义[3]。

水芹（Oenanthe javanica）为伞形花科水生植物，别名楚葵、药芹菜、蜀芹、紫堇，是中国传统水生蔬菜中的重要种类[4]。水芹性喜凉爽，忌炎热干旱，25 ℃以下母茎开始萌芽生长，15～20 ℃生长最快，5 ℃以下停止生长，能耐-10 ℃低温。水芹为《本草纲目》收录品种，并作为贵州苗族、仡佬族的药用材料，具有清热解毒和利水的功能，常用于治疗水肿、黄疸等疾病[5]。研究表明，水芹不仅具有降血压、降血糖和抗糖尿病、抗肝炎的药用效果，还具有明显的减肥功能和防肠癌、防肺癌、防便秘等功能[6]。水芹的传统消费主要以嫩茎和叶柄为食用器官[7]。水芹叶片具有较高的营养保健价值，可在日常饮食消费中推广食用[8]。近年来国内市场水芹消费量呈逐年上升的趋势，北方城市也开始大量消费[9]，具有较为广阔的发展前景。

目前，对水芹净化作用的研究较多。周元清等[10]研究表明，在污水氮素去除中，水芹吸收的贡献率最高为76.7%，是去除污水氮素的重要途径；徐晓锋等[11]研究表明，水芹对污水中总磷的去除率高达95.7%，其吸收作用是主要的去磷机制；另外，有研究[12]表明，不同留茬高度、不同栽种面积的水芹对氮、磷的去除效果不同。由于水芹具有相对较好的低温耐受力，因此其作为水生蔬菜或者水体净化植物都有较好的经济价值和生态价值。对于低温环境下水芹对氨氮、正磷酸盐等营养盐的利用研究还未见报告，因此本试验通过在冬季低温下定量测定污水中氨氮和正磷酸盐的含量，探讨水芹对生活污水中氮、磷的吸收去除效果，旨在为冬季富营养化水体处理、水生生态修复和水生植物栽培提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

试验用水：供试水体采自贵州省铜仁市民族风情园内东面水沟（27°45′20″N，109°12′03″E），主要为酒店及家庭生活污水。

试验水芹选择：水芹采自铜仁市民族风情园水沟内，用清水洗净后在自然曝气自来水中进行适应性培养，培养时间为6 d，除去黄叶和腐根，选取株高9～12 cm、质量（2.0±0.5） g、发育健壮的植株作为试验材料。

1.2 方法

1.2.1 试验装置 试验采用人工模拟的室内试验，在铜仁学院生化系人体解剖实验室内进行。试验共设置总容积为7 L的塑料培养箱12个，其长、宽、高分别为34.0、24.5、18.5 cm，所有试验装置置于室内，光照采用实验室窗户射入的自然光，选用塑料泡沫作为定植板，均匀打孔待用。

1.2.2 试验方法 试验设置3种不同浓度污水，分别为A、B、C 3组，其浓度配比见表1。每组均设置4个重复，其中无水芹对照培养箱1个，有水芹平行试验培养箱3个。向所有试验装置中加入5 L各浓度试验污水，并用记号笔做上标记，先将试验水体静置1 d使试验系统初始状态基本一致，用去离子水补充蒸发的水量后测定各试验装置内水体的初始水质指标浓度。选取经适应性培养后的水芹植株并进行清洗和消毒，用吸水纸吸去根部水分之后进行初始鲜重测量，以每箱（26±1）g的水芹定植于塑料泡沫板上，水芹根部没入污水中。试验时间为2013年12月31至2014年1月6日，试验期间采用自然光照，无调温装置，用去离子水补充蒸发的水量，水温在9～13 ℃，气温在9～16 ℃。试验开始后每天早上9：00对试验水体进行一次采样，测定其水质。

2 结果与分析

2.1 水芹在3组污水中的生长情况

将正常生长、健壮均匀的水芹植株在3组污水中进行培养，试验结束后水芹植株全部存活且均能正常生长，在培养0 d和6 d时测量各组水芹鲜重，结果见表2。由表2可知， B组水芹生长速率最快，培养6 d时鲜重为33.97 g，比初始鲜重增重7.93 g，增长率为30.45%。

2.2 水芹对3组污水中氨氮的去除效果

由图1可知，水芹对各处理组的氨氮吸附效果明显，随着时间的推移各处理组与其对照相比均呈现明显下降的趋势。

3组水体中氨氮去除率见表3，其中水芹对B组水体中氨氮的去除率最高，为59.34%。

2.3 水芹对3组污水中正磷酸盐的去除效果

由图2可知，水芹对各处理组的正磷酸盐吸附效果与氨氮趋势一致，吸附效果明显，随着时间的延长各处理组与其对照相比均呈现明显下降的趋势。

水芹对3组污水水体中正磷酸盐的去除率见表4。由表4可知，水芹对A组水体中正磷酸盐的去除率最高，达44.42%。

3 讨论

在9～12 ℃冬季低温下，水芹在生活污水中均能存活并正常生长，水芹在不同浓度污水中对氨氮和正磷酸盐的最高去除率分别达到59.34%和44.42%，能有效去除污水中氨氮和正磷酸盐的含量，表现出很好的耐污性，对生活污水有一定的净化能力。

3.1 水芹对氨氮的去除效果

氨氮是以游离氨态氮或铵盐态氮形式广泛存在于地下水和地表水中，水体中氨氮的含量是评判水体污染程度的重要监测指标，其来源主要是生活污水中含氮的有机物受微生物的分解作用而生成。水体中氨氮去除的主要途径为植物的吸收和微生物的脱氮作用[15]。本试验中3组浓度污水中对照组氨氮含量趋于不变，说明对照组生活污水中微生物对氨氮的作用效果不明显，与曾爱平等[16]试验时空白组氨氮含量在前期时变化不大的试验结果相一致。试验组氨氮含量与对照相比明显下降，这是由于水芹植株生长时对营养的大量需求，导致氨氮被快速吸收利用。试验中水芹对B组污水的氨氮去除率最高，而余世金等[17]试验时则表现出试验组氨氮去除率随污水浓度增加而增大，形成这种差异的原因可能是除了有水芹的吸收作用外，还有一部分微生物参与到氮素循环之中。水芹改变了水体环境如温度、溶氧量、pH等，同时改变了微生物的生长状态。水芹根部为微生物提供附着场所，水芹根系分布密度、多少影响了水体中微生物的生长繁殖及活性。

3.2 水芹对正磷酸盐的去除效果

废水中的磷包括有机磷和无机磷，无机磷可分为正磷酸盐和缩合磷酸盐两大类，其中正磷酸盐也称活性磷酸盐，通常磷呈正磷酸盐的形式被植物吸收[18]，植物根系吸收正磷酸盐来进行自身组织合成和生长。在本次试验中，对照组正磷酸盐的含量趋于不变，而试验组的含量均有明显下降，且浓度越高去除率越高，与黄田等[19]的试验结果相一致。水芹根部呼吸作用需要大量的磷，水芹通过根系不断吸收正磷酸盐，水体浓度越高，其去除率越高，综合推断水体中正磷酸盐含量下降的主要原因是水芹的吸收作用。

此次试验中，水体中微生物的数量、活性未能被有效地测定，水芹吸收和微生物作用对去除氮、磷的贡献率，水芹的生长发育、生理指标、具体吸收作用机理和过程以及微生物的作用还有待进一步试验研究。

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