全 文 ：　　＊福州大学校基金项目(JB03021)资助
收稿日期:2005-10-29　改回日期:2006-01-18
陆生植物 菜用于有机废水的生态治理研究＊
孟　春　石贤爱　陈剑锋　柯秀兴　郭养浩
(福州大学生物科学与工程学院　福州　350002)
摘　要　试验研究了陆生植物 菜对有机废水的治理效果 ,结果表明: 菜在水体中可有效降解 COD、有机氨氮;
在曝气 、进料 COD浓度为 1300mg/ L条件下 , COD 降解率达 90%以上 , 而进料 COD 浓度为 2600mg/ L 时 , COD最
大处理能力达 10.56g/ L·d; 菜对无机氨氮降解率达 94%, 有机氨氮降解率达 73%以上。与水葫芦废水处理过程
相比 , 菜具有较广泛的水体环境适应性 , 对猪场废水具有一定处理效果。
关键词　陆生生态体系　 菜　有机废水　曝气　生物降解
Ecological treatment of organic wastewater by terraneous Ipomoea aquatica Forsk.M ENG Chun , SHI Xian-Ai , CHEN
Jian-Feng , KE Xiu-Xing , GUO Yang-Hao (College of Biological Sciences and Bio technology , Fuzhou University , Fuzhou
350002 , China), CJEA , 2007 , 15(5):160 ～ 162
Abstract　The effect of wastew ater treatment by terraneous Ipomoea aquatica Forsk was studied.I pomoea aquatica
Forsk show s positive removal effect on org anic nitro gen and COD.Under aerating conditions , Ipomoea aquatica Fo rsk can
remove 90% o r mo re COD when feeding COD concentration is 1300mg/ L , with a maximum removal capacity of
10.56g/ L·d when feeding COD concentration is 2600mg/ L.Ino rganic and organic nitrogen removal rate can reach , re-
spectively 94% and 73% or more.Compared with Eichhornia crassipes So lms , Ipomoea aquatica Fo rsk has better ac-
climatization and is more efficient fo r biodeg radation of piggery wastewaters.
Key words　Terraneous ecosystem , Ipomoea aquatica Forsk , Organic w astew ater , Aeration , Biodeg radation
(Received Oct.29 , 2005;revised Jan.18 , 2006
利用植物修复富营养化水域是近年来环境领域的研究热点之一[ 1 , 2] ,该技术具有低投资 、低能耗等
优点 。水生植物如水葫芦应用于植物修复的研究已取得一定成果 ,但由于水葫芦繁殖不易控制 ,极易
形成 100%的单一群落 ,破坏水体的生态环境 ,且水葫芦无直接经济价值 ,已被国家环保总局列为破坏
生态的十大境外入侵植物之一 。陆生植物应用于植物修复的报道较少 ,近年来利用水稻和香根草成功
应用于植物修复的研究已见诸报道[ 3] ,而对蔬菜等经济作物应用于修复的研究尚较少 。经济类植物与
水生植物相比具有更高的经济效益 ,收获的蔬菜可作为人类的食品或作为动物饲料 。在对污水进行深
度处理的同时 ,还可回收资源和固定能源 ,加之处理过程基本不使用化学品 ,不会产生有害副产物 ,是
一种非常有潜力的“绿色”处理技术[ 3 ,4] 。本研究主要采用经济价值较高的 菜(俗称空心菜)进行有
机废水治理 。
1　试验材料与方法
试验材料为市售的 菜种子和水塘中的水葫芦 。人工合成废水分别采用蔗糖 、(NH4)2SO4 、蛋白胨
0.1g/L 、K2HPO4 等配置。猪场废水取自福州市郊区某猪场 。无土栽培装置采用自制温控玻璃室 ,蠕动泵连
续进水 ,采用市售鱼泵曝气。温室规格 150cm×50cm ×100cm ,由有机玻璃板制成培养箱 ,外罩塑料薄膜 ,恒
温控制。蔬菜培养水槽规格 50cm×40cm×20cm ,每个玻璃柜可放置两个水槽 。水槽在 10cm 高处开有出水
口 ,水槽内通过鱼泵通入 O2 。 菜液体培养时在厚度为 5cm 的塑料泡膜板上凿适宜的孔径 ,将试验 菜固
定在泡膜上 ,间距约为 5cm×5cm ,泡膜漂浮在水槽 ,蔬菜根系以 2/3浸入溶液中为宜 。溶解氧采用溶氧电
极测定(Mettler Toledo),水样 COD 、溶氧 、P 、N的测定见文献[ 5 ,6] 。
第 15 卷第 5 期 中 国 生 态 农 业 学 报 Vol.15　No.5
2 0 0 7 年 9 月 Chinese Journal of Eco-Agriculture Sept., 　2007
2　结果与分析
2.1　水体中 菜根系生物滤网的形成
菜是典型的须根系植物 ,在陆地上从靠近地面的茎基部长出不定根 ,伸入土中 ,起支持作用的同时 ,
还负责对相关营养物质的吸收 。 菜茎部存在空腔 ,与其他实心茎的陆地生植物相比 ,可有效在不同部位
保持 O2 的输送 ,在水体中更易生长。试验结果表明 ,27℃下 ,1个月后水体中生长的 菜比陆生 菜具有更
发达的根系 ,湿重是陆生根系的10倍 ,强大的根系扩大了其在水体中对营养物质的吸收面积 ,保证了营养物
质的吸收 。水体中 菜根系交织在一起 ,根部富集了大量微生物群系 ,形成网状的生物滤网 ,可有效沉积和
吸附水中的颗粒及有机物 。
图 1　不同 pH对 菜 、水葫芦生长的影响
Fig.1　Effect of pH on growth of Ipomoea aquatica
Forsk and Eichhornia crassipes Solms
2.2　 菜对有机废水的处理效果
27℃、pH 3.0 ～ 9.0 范围内 , 采用人工合成废水(蔗糖 1
g/L ,蛋白胨 0.1g/ L)研究了 菜 、水葫芦生长状况。1 周后的
结果表明 , 菜对 pH 变化有很强的适应能力 ,在 pH 4.0 ～ 9.0
范围内均能生长(图 1),其最适生长 pH 为 6.0 ～ 8.0 ,表明 菜
有潜力处理 pH 不固定的生活或工业排放污水 。而水葫芦最适
生长 pH 为中性 ,在 pH 8.5及 4.5条件下 ,3h后叶片出现严重
枯萎现象 ,随后出现根系发臭 ,茎叶枯萎 ,并最终死亡。
在陆生生长环境中 ,根系生长在多孔的土壤中 ,可保持根部
对氧的吸收。而在水体中 ,氧的溶解度较低 ,且微生物群系对氧
的利用速度较高 ,在高浓度 COD 条件下易造成水体缺氧 ,可能
影响植物的生长及生态体系的形成 。为进一步研究水体中氧对 菜根系生态体系治理废水的效果 ,分别在
通气(通气比为 1∶1VVM)及未通氧两种条件下 ,采用蔗糖配制废水 ,进行 菜生长及废水降解的研究 。
表 1　 菜对不同 COD浓度的降解效果比较
Tab.1　Effects of Ipomoea aquatica Forsk on COD biodegradation in
different COD concentrations
进样 COD/mg·L -1
Feeding COD
降解率/ %
Biodegradat ion
rate
出样 pH
pH of exported
water
处理能力/ g·L -1·d-1
Biodegradation
act ivi ty
出水状况
S tatus of
exported water
200 53 8.93 0.53 正常 ,无异味
500 81 8.35 2.02 微黄色 ,无异味
厌氧 500 70 5.77 1.75 酸臭 ,絮状膜
1300 93 6.30 6.04 微酸味
2600 　81.2 5.29 10.56 出现酸臭
　　27℃下运行的试验结果表明 ,
菜在通氧及未通氧条件下 ,生长
无明显差异 。但在供氧条件下 ,水
体中微生物种群与未供氧样品中的
种群可能有较大差异 ,因此其水质
的处理效果有一定程度的提高(表
1)。在进水浓度 500mg(COD)/L 、
进水负荷 2.5g(COD)/L·d条件下 ,
供氧样品的出水 COD 去除率达
81%,而未供氧样品仅有 70%。当
　　样品进水 COD达 1000mg/ L时[进水负荷 5g(COD)/L·d] ,未供氧样品出水有明显酸臭味道 ,而供氧样品
COD升至 1300mg/ L时降解率达 93%,出水水质良好 ,无明显异味。进样 COD达到 2600mg/ L 时 , 菜处
理达到最大负荷 ,叶片出现萎焉状态 ,且出水带有酸臭味。进样 COD超过 3000mg/L 时 ,随进样糖浓度的提
高 , 菜叶片出现萎焉状态 ,出水带有酸臭味 ,pH 下降 。与好氧条件相比 ,厌氧过程的降解率下降 ,且在低
负荷条件下出水带有酸臭 。
研究发现通氧在一定程度上抑制水葫芦的生长。在通氧条件下 ,水葫芦一部分茎叶会出现老化 、死亡 ,
且新个体生长延缓 ,而未通氧时无烂叶现象 ,且新个体多。可能在通氧条件下 ,水体中的微生物种群发生变
化 ,进而影响水葫芦的生长。具体原因有待于进一步研究。
2.3　 菜对废水中氨氮 、P的降解效果
采用(NH4)2SO4 配置无机氨氮废水 ,研究 菜生态体系对无机氨氮的降解效果 。结果表明 ,在进水氨
氮浓度为 60mg/ L时 , 菜对无机氨氮有极高的降解效率 ,出水浓度降到 3.7mg/ L ,去除率维持在 94%左
右。采用蛋白胨稀释成不同梯度 ,配置有机氮废水 ,研究 菜对有机氮废水的处理特性 。在水力停留时间
为 2d条件下 , 菜在不同浓度蛋白胨废水中生长良好 ,对氨氮有较好的处理效果。在 0.25g/L 、0.50g/L 、
1g/ L蛋白胨有机氮废水进料情况下 ,氨氮去除率分别达 73.2%、60.5%、36.3%,出水 pH 维持在 8.0左右 ,
叶面呈现深绿色 ,生长状况良好。
第 5 期 孟　春等:陆生植物 菜用于有机废水的生态治理研究 161　
在 0.25g/L 蛋白胨溶液中 ,水葫芦培养 1d后即发生死亡现象 ,其原因可能与 pH 上升等有关。在 1g/L
蛋白胨溶液中培养 4h后 ,水葫芦叶片边缘出现灼烧 ,随后由于微生物的生长代谢 ,水葫芦体系的溶液 pH 上
升到 8.4以上 ,水葫芦出现根系发臭 、茎叶枯萎 、气囊萎软 ,并最终死亡 。表明水葫芦对高浓度有机氮污染物
耐受性差 , 菜对有机氮耐受强度高 ,可用于富含有机氮废水水体的修复。
对无机磷的处理试验表明(水力停留时间为 2d),在 菜早期生长过程中(前 1个月),P 的去除率较高。
在进样 P 浓度分别为 5.29mg/ L 、10.65mg/L 条件下 ,出水浓度降至 1.79mg/ L 和 5.40mg/L。 菜生长后
期生长开始停滞 , 菜烂叶 、烂根腐烂分解 ,导致水体的总 P 浓度升高 。
图 2　 菜对猪场废水的处理效果
Fig.2　Biodeg radation of pig wastewater by
Ipomoea aquatica Forsk
在进样 P 浓度分别为 5.29mg/L 、10.65mg/L 条件下 ,水葫
芦体系处理后出水P 浓度降至 3.04mg/L 和4.35mg/L。在低 P
浓度下 , 菜对 P的处理效果优于水葫芦 。在较高 P 进样浓度
下 ,水葫芦具有更高的 P 利用率。水葫芦的 P 利用率较高 ,这也
许是水葫芦蔓延疯长 、破坏生态的重要原因 。
2.4　 菜对猪场废水的降解效果
猪场废水 COD 、氨氮及 P 浓度高 , 组成为 COD 1600 ～
2000mg/L ,氨氮 280 ～ 1000mg/ L ,P 50 ～ 220mg/L。采用上述系
统直接处理猪场废水 ,水力停留 2d ,在连续进料 1 个月的情况
下 , 菜体系运行稳定 ,对猪场废水具有较好的降解效果(图 2),
COD去除率稳定在 80%以上 ,氨氮废水处理效率维持在 40%左
右 ,有机磷去除率约为 30%。与进水时的混浊水样相比 ,出水相对澄清 ,肉眼几乎观察不到悬浮物 ,系统还
具有良好的过滤性能 。
3　小　结
与水葫芦相比 , 菜具有较广的 pH耐受范围 ,pH 4.0 ～ 9.0范围内均能生长 。以 菜为主形成的生态
体系对有机物有较强的处理效果 ,供氧条件下 ,进料 COD浓度为 1300mg/ L 时 COD 降解率达 90%以上 ,
COD浓度为 2600mg/L 的糖类废水中 ,COD降解率达 78%以上 ,处理速率达 10.56g(COD)/L·d。 菜可有
效处理有机和无机氨氮废水 ,进水无机氨氮浓度为 60mg/ L 下 ,氨氮去除率维持在 94%左右。在 0.25g/L 、
0.50g/L 、1g/L 蛋白胨有机氮废水进料情况下 ,氨氮去除率分别达 73.2%、60.5%、36.3%,出水 pH 维持在
8.0左右 ,生长状况良好 ,明显优于水葫芦的处理效果。在进样 P 浓度分别为 5.29mg/ L 、10.65mg/ L 条件
下 , 菜处理 2d后出水浓度降至1.79mg/L 和 5.40mg/L。 菜体系对猪场废水具有一定的处理效果 ,运行
1个月后废水 COD去除率稳定在 80%以上 。
参　考　文　献
1　王剑虹 ,麻　密.植物修复的生物学机制.植物学通报 , 2000 , 17(6):504～ 510
2　杨柳春 ,郑明辉 ,刘文彬 ,等.有机物污染环境的植物修复研究进展.环境污染治理技术与设备 , 2002 , 3(6):1～ 7
3　马立珊 ,骆永明 ,吴龙华 ,等.浮床香根草对富营养化水体氮磷去除动态及效率的初步研究.土壤 , 2000 , 32(2):99～ 101
4　骆永明.污染土-水环境的植物修复———一种绿色净化技术.迈向 21世纪的土壤科学(综合卷).北京:中国土壤学会 , 1999
5　黄君礼.水分析化学(第 2版).北京:中国建筑工业出版社 , 1997
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162　 中 国 生 态 农 业 学 报 第 15 卷