水葫芦治理瘦西湖污染可行性分析

摘要介绍了水葫芦生物学特性及净化水质的作用,对瘦西湖水质污染情况进行了分析,估算了瘦西湖引种水葫芦改善水质的效果,并指出其风险及规避方法,旨在为瘦西湖污染的生物治理提供参考。

关键词水葫芦;净化作用;治理;水污染;瘦西湖;江苏扬州

中图分类号 D922.6;X524 文献标识码A文章编号 1007-5739(2010)05-0265-02

水葫芦在原产地巴西由于受生物天敌的控制,仅以一种观赏性种群零散分布于水体,1844年在美国的博览会上曾被喻为“美化世界的淡紫色花冠”。1901年作为花卉引入中国,20世纪30年代作为畜禽饲料、观赏和净化水质的植物推广种植,后逃逸为野生。由于其无性繁殖速度极快,现已广泛分布于华北、华东、华中、华南和西南的19个省市,尤以昆明、江苏、浙江、福建、四川、湖南、湖北、河南等省的最为严重,造成水运河道堵塞,水体污染。据有关资料统计,我国每年因打捞水葫芦的费用就高达5~10亿元,由于水葫芦造成的直接经济损失也接近100亿元。笔者通过研究认为,水葫芦在大面积水域中由于缺乏管理,任其泛滥造成灾害。但水葫芦作为一种水生植物有良好的净水能力,又有观赏价值,用于城市小面积景观河流、湖泊水体净化可发挥其有利的作用。针对瘦西湖水质生态治理进行研究,为国内旅游景区用生态方法水治理污染提供参考,也为相关部门进行城市美化等提供科学依据。

1水葫芦生物学特性

水葫芦(Eichhornnia crassipe),属于雨久花科水葫芦属,是多年生宿根浮水草本植物。花为多棱喇叭状,花色艳丽美观。叶色翠绿偏深,叶全缘,光滑有质感。须根发达,分蘖繁殖快,管理粗放,是美化环境、净化水质的良好植物。水葫芦十分喜肥,尤其是氮肥,水层养分含量高时,则植株高大,根系较短,开花少,繁殖快而产量高。在0~40℃的范围内均能生长,13℃以上开始繁殖,20℃以上生长加快,25~32℃生长最快,35℃以上生长减慢,43℃以上则逐渐死亡。每年4月底至5月初在老根上发芽,至年底霜冻后休眠。

2水葫芦净化水质的作用

水葫芦发达的根系如同一部大功率的吸尘器,专门吸附水中的氮和磷作为自己的养料,同时它还会分泌出杀菌因子,令腐生菌、大肠杆菌的数量大大降低。经计算,1.5个的标准足球场面积的水葫芦就能把当天800个人排放的氮、磷等元素吸收干净[1]。水葫芦飘浮在水上的“葫芦”部分,就是一个绝妙的净水器,它能吸附电厂排放的放射性废水,除去废水中的锆、铅、汞、铂、银、镉、钴等重金属元素,同时将氰等有毒物质分解成无毒物质。归纳起来水葫芦有如下良好作用。

2.1良好的吸收作用

在戴全德等利用水生经济植物对太湖入湖河道污染的控制进行生态工程模拟试验结果表明,水葫芦净化水质效果最好,对氨氮、总氮和总磷的净化率分别达到99.0%、88.3%、94.2%。张志勇等采用人工模拟试验方法,比较研究了水葫芦对4种不同程度富营养化水体氮、磷的净化效果和去除能力得出,经过21d的净化,去除总氮、铵态氨、总磷分别为55.82%～86.55%、78.15%～93.54%和76.01%～92.53%[2]。高运强在自然状态下,30d内水葫芦对水中CODCr的去除率在66%~90%[3]。

2.2良好的富集作用

水葫芦对重金属离子、农药和其他人工合成化合物等有极强的富集能力、富集系数和净化作用。在适宜条件下,黄泱等在实验室静态模拟试验条件下,研究水葫芦的生长及对水体水质的影响。试验结果表明:在20d内,水葫芦数量增加了97%,每增殖1g水葫芦可以分别去除氮、磷和CODCr 6.62、0.55、55.84mg[4]。在24h内每1kg水葫芦能从污泥中除去铬0.67mg、铅0.176mg、汞0.150mg、银0.65mg、钴0.57mg、锶0.54mg。据陈留根等采用的自然水体养殖和农田施用试验结果显示,水葫芦对氮、磷、钾的富集系数分别达到6 641、16 667、6 560倍,42d对氮、磷、钾的吸收量分别可高达40.57、6.59、81.14g/m2。

2.3良好的降解作用

水葫芦根部能分泌微生物生长所必需的有机和无机物质,其中部分是微生物生的促进剂,可促使多种微生物种属和群落的发育。另外,水葫芦具有发达的根系,根须长达40~50cm,飘散在水中,成为各种微生物理想的栖息场所,形成了“根际区”,这样吸附在水葫芦根部的污染物质可通过根系微生物的净化而得到降解。水葫芦通过根、茎、叶输送氧到根区的独特功能也使其根区的好氧细菌对污染物的降解起着重要作用。研究结果证明,水葫芦对酚、毒杀酚、灭蚊灵、氰等多种有机毒物具有较强的降解能力。

2.4良好的过滤、凝集、沉淀作用

水葫芦发达的根系与水体接触面积大,形成了一道密集的过滤层,当水流经过时,水中的悬浮物易沉降下来;不溶性胶体为根系粘附和吸附;细菌菌体进入内源生长阶段后发生凝集,一部分也为根系所吸附,一部分凝集的菌胶团则把悬浮性的有机物和新陈代谢产物沉降下来[5,6]。

2.5对藻类良好的抑制作用

水葫芦通过遮光、对营养物质的竞争和根系分泌出克藻物质,达到抑制藻类生长的作用。因此,在富营养化的水体中放养就会达到抑制藻类生长、防治水华、处理水质富营养化的目的。

2.6有效降低水中的BOD、COD的作用

据研究,水葫芦的水面覆盖度在20%以上时,能有效降低水体中的BOD,最适宜的覆盖度为40%,其次为50%,主要是通过抑制水中内源性有机物生产量作用。周春祥通过实践证明,水葫芦在静态污水中14d后对COD降解率为75%,5～10d BOD降解率为90%,对铅、锌、铜的去除效果也非常明显。对悬浮物净化效果日平均为39%,嗅阈直径10d可由35趋于0 [5]。同时,吸收营养盐抑制藻类的生长,人为捞取水葫芦可减少水中的有机物量,降低水体中BOD含量。从已有研究结果看,水葫芦是治污能手,因此从物种学的角度来看,水葫芦不是害草。

3瘦西湖水质污染情况

瘦西湖为城市景观湖泊,是扬州市著名风景区,位于市区西北郊,水域面积约35hm2,系封闭浅水小型湖泊。水源主要由古运河和天然降水供给,河道窄、河床浅、进出水量较小,在非人工补水情况下,瘦西湖湖水基本处于静止状态。瘦西湖周边也是人口居住密集区域,每年向湖内排放废水量约50万t,其中化学需氧量为100t,使湖水富营养化日趋严重。瘦西湖基本不承担水上运输任务,并定期清理水面杂物。根据2008~2009年对瘦西湖水质调研测定[6],参照地表水环境质量标准(GB/T3838-2002),比较主要污染物指标结果如表1所示。

由表1可知,瘦西湖为Ⅳ—Ⅴ水质,以CODMn、生化需氧量、总磷、总氮超标较为严重,生活污水、含磷工业、食品加工企业、化肥生产企业等工业废水是瘦西湖水体污染的来源,并且加重了瘦西湖水体富营养化。

4瘦西湖引种水葫芦改善水质估算

据研究,只有水葫芦的水面覆盖度在20%以上时,才能有效降低水体中的BOD,最适宜的覆盖度为40%,其次为50%。由此推断瘦西湖水域种植水葫芦的净化效果:在瘦西湖引种水葫芦的水面覆盖度为30%,不影响旅游观光,对水体净化效果计算公式为:

降低污染指标值=实测指标×资料降解率(%)×种植的水葫芦水面覆盖度(%)

上式中氨氮、总氮和总磷的净化率分别为93.54%、86.55%、92.53%[2],COD降解率为75%;BOD降解率为90%[5]。

计算出年降低水体污染指标为:使水体COD由4.7mg/L降解为3.64mg/L,降低1.06mg/L;BOD由4.5mg/L降解为4.05 mg/L,降低0.45mg/L;氨氮由1.3mg/L降为0.94mg/L,降低0.37mg/L,每年可除氮约9.3t;磷由0.51mg/L降为0.37mg/L,降低0.14mg/L,每年可除磷约260kg。另外,水葫芦还可吸收水体中金属离子、过滤水体浮游颗粒物等。再考虑当年排污量对水体影响,总体上水葫芦每年可提高水质指标0.5~1.0级,如此连续种植数年,对富营养化的生活污水的净化效果就更为显著,可以完全改善瘦西湖水体。

5风险评估及规避方法

许多资料报道水葫芦的危害,归纳起来主要是:水葫芦在污染水体中生长迅速,成为优势物种,会降低光线对水体的穿透能力,影响水底生物生长,导致其他水生植物减少甚至灭绝。水葫芦生长量很大时造成水体流速下降,pH值和溶解氧浓度降低,水中CO2浓度增高,使水体变黑变臭,水生动植物大量死亡。另外,过多的水葫芦覆盖水面,为蚊类等害虫提供适宜的滋生场所,加剧了生物污染和病菌传播;水葫芦在水体中腐烂,导致水环境恶化。所有以上危害都是在大面积水域中对水葫芦不进行有效管理,任其泛滥所致。而对于瘦西湖而言,水域面积不大,又有良好的管理措施,水葫芦种植面积小,每年春天种植覆盖面为30%的水葫芦,到夏天水葫芦生长覆盖面增大过多影响观光船只时,可以适当打捞出部分,始终控制水葫芦覆盖面为30%~40%。到秋天水葫芦死亡时全部捞出,晾干可作饲料或肥料。这样投入成本不高,既净化了水体,又不污染环境,两全其美,不会产生失控的危害。

6建议

在城市污水治理方面,虽修建了许多污水厂集中处理,但在旅游风景区湖泊周边人口居住分散、污水难以回收。即便是污水回收,因为成本较高,所以向河流、湖泊中排放在所难免。因此,在小范围内采用适当的水生植物治理污水是经济可行的方法。这样既改善了环境,又节约成本,从多方面考虑都是可取的。水葫芦有许多优良特性,营养丰富,能够富集水体中的氮、磷和多种重金属。用于水质污染治理,能够带来净化重金属、氮、磷、有机废水,去除废水中的悬浮物等,具有积极的生态环境效应,在用于治理城市小范围内污水方面可起到重要作用。

水葫芦在污水中营养丰富时也有疯长的特性,如不及时加以管理控制,也会带来二次污染等生态环境负效应。因此,目前有效规避水葫芦危害的关键是引种前要全面认识水葫芦的特性,而引种后要有效监控与管理,强化水葫芦的生态效应,特别是控制负效应。瘦西湖水域小、水流缓慢,又是旅游景区,种植适当数量水葫芦治理污水效果好,不影响旅游,成本低、效率高,而水葫芦又是一种观赏花卉,又可美化环境,将产生良好的生态效应。

7参考文献

[1] 童昌华,杨肖娥,濮培民.富营养化水体的水生植物净化试验研究[J].应用生态学报,2004,15(8):1447-1450.

[2] 张志勇,刘海琴,严少华,等.水葫芦去除不同富营养化水体中氮、磷能力的比较[J].江苏农业学报,2009,25(5):1039-1046.

[3] 高运强,王荣富.水葫芦净化富营养化水体有机物的研究[J].安徽农学通报,2008,14(11),74,64.

[4] 黄泱,吴宏,许寿斌,等.水葫芦对三湘江漳州师范学院河段水质影响研究[J].漳州师范学院学报(自然科学版),2008,21(1):78-81.

[5] 周春祥,郞玉农,李海,等.水生植物净化污水与生态开发利用[J].农业环境与发展,2009,26(5):6-9.

[6] 张汾.现代水质监测分析技术[J].水处理技术2005,31(6):85.

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