全 文 ：太湖入湖河道污染物控制生态
工程模拟研究3
戴全裕　 (中国科学院南京地理与湖泊研究所, 南京 210008)
蒋兴昌　 (江南大学应用化学系, 无锡 214063)
汪耀斌　黄卫良　成　新　(水利部太湖流域水资源保护局, 上海 200434)
　　3 国家自然科学基金和水利部太湖流域水资源保护
局资助项目.
　　1994 年 7 月 25 日收到, 11 月 15 日改回.
【摘要】　于 1993 年采用水培经济植物对太湖入湖河道污染物的控制作了生态工程动态
模拟试验. 结果表明, 生态工程对 TN、T P、N H +4 2N、COD 和浊度的平均去除率分别为
84. 17、83. 75、87. 99、71. 86 和 86. 53%. 这为有效地控制太湖入湖河道污染物提供了一条
新的途径.
关键词　太湖　污染物　水培经济植物　生态工程
Eco-eng ineer ing simulation on pollutan t con trol in r iver courses of Ta ihu Lake. D ai
Q uanyu (N anj ing Institu te of Geog rap hy and L im nology , A cad em ia S in ica , N anj ing
210008) , J iang X ingchang (J iang nan U niversity , W ux i 214063). 2Ch in. J . A pp l. E col. ,
1995, 6 (2) : 201- 205.
A n eco2engineering sim ulation test w ith hydropon ic econom ic p lan ts w as m ade in 1993 to
con tro l the po llu tan ts in river courses of T aihu L ake. T he resu lts show that w ith these
p lan ts, the removal ra tes of TN , T P, N H +4 2N , COD and turb idity are respectively
84. 17, 83. 75, 87. 99, 71. 86 and 86. 53% , w h ich supp lies effective w ay to con tro l the po l2
lu tan ts in river courses of T aihu L ake.
Key words　T aihu L ake, Po llu tan t, H ydropon ic econom ic p lan t, Eco2engineering.
1　引　　言
太湖是我国著名的淡水湖. 面积
2425km 2, 容积 51. 5×108m 3, 不仅具有蓄
洪、防涝、工农业用水、旅游、航运及水产养
殖之功能, 而且是沿岸居民及上海市的重
要水源. 她对该区的政治、经济及文化的发
展起着举足轻重的作用. 因此, 太湖的水质
状况如何? 国内外都很关注.
　　然而, 由于太湖四周的陆源污染物没
有得到有效的控制, 致使太湖富营养化程
度日益加重和蓝藻的不断暴发, 仅 1990 年
7- 8 月一次蓝藻“水华”的暴发, 就影响到
无锡市 30 万居民的饮用水供应问题, 迫使
116 个工厂停产, 造成了大批鱼类死亡.
入湖河道是湖泊的“咽喉”, 很多污染
物是从入湖河道流入湖泊的. 因此, 为减轻
太湖污染, 控制太湖入河道污染物就显得
特别重要. 据调查, 太湖入湖河道污染物,
其平均 TN 含量已超过目前太湖水质平均
含量的 2. 66 倍, 最高超过了 10. 38 倍, T P
平均含量超过了 11. 26 倍, 最高者超过了
40 倍之多. 由此可见, 如何控制太湖入湖
河道污染物是搞好太湖水源保护的重要环
应 用 生 态 学 报　1995 年 4 月　第 6 卷　第 2 期　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CH IN ESE JOU RNAL O F A PPL IED ECOLO GY,A p r. 1995, 6 (2)∶201—205
节. 为此, 于 1993 年在太湖西部的无锡市
化工局职工疗养院内 (以下简称化工疗养
院) 作了“入湖河道污染物控制”的生态工
程动态模拟试验, 其结果报告如下.
2　材料与方法
2. 1　试验条件
动态试验选择的是与太湖入湖河道连通的
一条排污渠道, 全长 200m , 宽 5m , 平均水深1. 2
m. 污染源为化工疗养院的生活污水, 每日总排放
量约 75t, 停留时间 16 天. 以前污水不作任何处
理流入环湖河道, 然后用机泵抽入太湖 (图 1).
图 1　太湖入湖河道水质净化生态工程动态试验图
F ig. 1 D ynam ic sim ulation test of eco2engineering fo r
purifying w ater quality in river course of T aihu L ake.
1. 水蕹菜净化区 Ip om oea aqua tica, 2. 水培金针菜净化
区 H em eroca llis f u lva, 3. 水培丝瓜净化区 L uf f a cy lin2
d rica , 4. 凤眼莲+ 水稻净化区 E ichhorn ia crassip es+ O 2
ry z a sa tiva.
2. 2　研究方法
为了能有效地净化水质, 首先对选用的植物
进行了静态试验, 然后再做动态试验 [4 ]. 试验的主
要植物种类有: 蕹菜 ( Ip om oea aqua tica)、金针菜
(H em eroca llis f u lva )、丝瓜 (L uf f a cy lind rica )、
水 稻 (O ry z a sa tiva )、凤 眼 莲 ( E ichhorn ia
crassip es)等.
　　静态试验: 选择若干清洁的塑料大盆 (直径
×高= 80×20cm ) , 分别放入 15kg 入湖河道污
水. 称取试验植物样 1. 0kg 左右, 分别放入盛有
污水的试验容器中, 其中一只不放植物 (作对
照). 试验期限为 120h, 在不同时间内测定其水体
中污染物浓度的变化.
　　动态试验: 在 200m 排污渠道内, 分 4 级进
行: 第 1 级栽培蕹菜, 面积 350m 2; 第 2 级为金针
菜, 面积 350m 2; 第 3 级水培丝瓜, 面积 100m 2; 第
4 级为凤眼莲和部分水稻, 面积 200m 2. 每隔 15
天采集 1 次水样进行分析. 实验期为 5- 11 月.
测定的项目有气温、水温、pH、TN、T P、
N H +4 2N、COD、浊度及植物的生长状况等. TN 用
过硫酸钾高温氧化紫外分光光度法, T P 用过硫
酸钾高温氧化分光光度法, N H 4+ 2N 用纳氏比色
法, COD 用重铬酸钾氧化法, 浊度用比浊法.
3　结果与讨论
3. 1　不同经济植物及饲草类对入湖河道
污水的净化能力
蕹菜对入湖河道污水的净化能力较显
著. 当污水起始浓度为 TN 8. 351m g·L 21、
T P0. 745m g·L 21、N H +4 2N 3. 986m g·L 21、
COD 81. 34m g·L 21和浊度 47°, 停留 120h
时, 其净化率分别可达 88. 2、98. 7、99. 7、
69. 6 和 90. 4%.
金针菜的净化能力, 其实验条件与蕹
菜相同, 当污水停留时间为 120h 时, 其
TN 的净化率为 88. 2% , T P 为 86. 8% ,
N H +4 2N 为 98. 5% , COD 为 54. 8% 和浊度
为 94. 7%.
丝瓜经水培后, 在污染性入湖河道内,
也能较好地生长和净化水质, 而且其根系
特别发达, 这有利于对营养盐的吸收. 据试
验, 当丝瓜的试验条件与上述相同时, 其对
TN、T P、N H +4 2N、COD 和浊度的净化率分
别为 89. 5、94. 5、99. 6、70. 3 和 90. 4%.
表 1　不同植物对太湖入湖河道污染物的去除3 (mg·
kg-1d-1)
Table 1 Removal of pollutan ts in r iver course of Ta ihu
Lake by differen t aquatic plan ts
植物名称 TN T P N H +4 2N COD 浊　度
Species T urb idity
水蕹菜
Ip om oea
aqua tica
11. 99 0. 915 2. 535 145. 2 99. 0
金针菜
H em erocallis
fu lva
11. 97 0. 645 2. 385 109. 2 105. 0
丝 瓜 L uffa
cylindrica 37. 26 2. 505 7. 725 451. 1 303. 8
凤眼莲
E ichho rn ia
crassipes
16. 80 1. 020 2. 235 164. 4 144. 3
喜旱莲子草
A lternan thera
ph iloxero ides
13. 55 1. 005 2. 025 125. 7 95. 33 以污水停留时间 120h 计.
　　凤眼莲是对污水净化的常用生物材
202 应　用　生　态　学　报 6 卷
料, 其对入湖河道污水的净化率分别为:
TN 88. 3◊ (起始浓度为 7. 335m g ·L 21 ) ,
T P 94. 2◊ (起始浓度为 0. 825m g ·L 21 ) ,
N H +4 2N 99. 0◊ (起始为 2. 907m g ·L 21 ) ,
COD 71. 6◊ (起始为 76. 56m g ·L 21) 和浊
度 96. 2◊ (起始为 50°).
若按植物对污染物的去除负荷计算
(即每天每 kg 植物对污染物去除的量) ,
从表 1 可见, 蕹菜、丝瓜、凤眼莲可有效去
除河道污水中的污染物, 其中净化效果以
丝瓜和凤眼莲为最好.
3. 2　水生 (或水培) 植物对入湖河道水质
净化的动态模拟试验
3. 2. 1 对 TN 的去除率　当排污口 TN 平
均总浓度为 8. 48m g ·L 21, 停留时间为 16
天时, 经第 1 级蕹菜净化区的降解平均为
4. 21m g ·L 21, 去除率达 50. 62◊ , 经第 2
级水培金针菜净化区降解平均为 3. 60m g
·L 21, 去除率 57. 33◊ , 经第 3 级水培丝瓜
净化区降解平均为 2. 76m g ·L 21, 去除率
65. 0◊ , 再经第 4 级凤眼莲和水稻净化区,
其 TN 总浓度平均已降解为 1. 30m g ·
L 21, 其总去除率已达 84. 17◊ .
3. 2. 2 对 T P 的去除率　水生 (或水培) 植
物在动态试验中对 T P 的去除率也很明
显. 当排污口 T P 总浓度为 1. 027m g ·
L 21, 停留时间 16 天时, 则第 1 级的平均去
除率为 63. 39◊ , 第 2 级的为 59. 46◊ , 第
3 级的为 76. 23◊ , 第 4 级的 T P 平均总浓
度已降至 0. 139m g ·L 21, 总去除率达
83. 75◊ , 其出水口浓度与排污口相比, 先
后降低了 6. 39 倍.
3. 2. 3 对 N H +4 2N 的去除率　当排污口
N H +4 2N 平均总浓度为 3. 170m g ·L 21, 停
留时间同上, 则经第 1 级的平均去除率为
51. 86◊ , 第 2 级的为 60. 64◊ , 第 3 级的
为 75. 49◊ , 再经第 4 级的平均去除率达
87. 99◊ . 此时N H +4 2N 平均出水浓度已
降低为 0. 342m g·L 21.
3. 2. 4 对COD 的去除率　当排污口COD
平均总浓度为62. 47m g ·L 21, 停留时间同
上, 则经第 1 级的平均去除率为 45. 20◊ ,
第 2 级 的 为 56. 06◊ , 第 3 级 的 为
62. 22◊ , 第 4 级的为 71. 86◊ , 其出水平
均 COD 浓度已为 15. 98m g ·L 21. 这一数
值已低于目前太湖平均 COD 浓度 (太湖
1990 - 1991 年的平均 COD 浓度为19. 5
m g·L 21).
3. 2. 5 对浊度的去除率　浊度是表明水体
的混浊度, 是水质污染状况的一个重要指
标, 同时它也是水质透明度表示的一种方
法. 水体浊度越大, 其透明度越小. 反之, 浊
度越小, 则透明度越高. 动态试验表明, 水
生 (或水培)植物栽种后对太湖入湖河道的
水质透明度有明显的改善.
当排污口浊度平均为 15. 76°, 停留时
间为 16 天时, 则第 1 级浊度的平均去除率
为 48. 56◊ , 第 2 级的为 65. 02◊ , 第 3 级
的为 73. 26◊ , 第 4 级的为 86. 53◊ , 而出
水浊度已为 1. 4°, 这时水质已相当清沏.
据试验, 水质透明度的提高是与净化植物
的根系有密切的关系, 因为植物的水下根
系有对水体中悬浮物及营养盐有很强的吸
附和吸收作用, 而且也有一定的脱色作
用[1- 3, 6 ].
3. 3　植物净化效果与串联级数的关系
在动态试验中, 植物净化效果与串联
级数的关系如何, 至今还有不同的看法.
B oy d [7 ] 认为, 在总净化水面积相同情况
下, 多级串联要比单个氧化圹效果好. 张甬
元等[5 ]也认为串联级数越多, 处理效果愈
接近理想状态. 而本次动态试验也证明了
这一点, 即串联级数的总效果是: 第 4 级>
第 3 级> 第 2 级> 第 1 级 (表 3).
　　但是在此应该指出的是, 串联级数并
不是愈多愈好. 实践证明, 在动态污水净化
3022 期　　　　　　　　戴全裕等: 太湖入湖河道污染物控制生态工程模拟研究　　　　　　
表 2　生态工程对太湖入湖河道污染物的去除效果
Table 2 Removal rates of pollutan ts in r iver course of Ta ihu Lake by the eco-eng ineer ing with hydropon ic econom ic
plan ts
项 目
Item
进水 Influen t
C1) t (d) 2)
第 1 级
1st stage
(% ) 3) R
第 2 级
2nd stage
(% ) R
第 3 级
3rd stage
(% ) R
第 4 级 (出水)
4th stage (effluen t)
(% ) R
TN (m g·L 21) 8. 48 16 50. 62 57. 33 65. 0 84. 17
T P (m g·L 21) 1. 027 16 63. 39 59. 46 76. 23 83. 75
N H +4 2N (m g·L 21) 3. 170 16 51. 86 60. 64 75. 49 87. 99
COD (m g·L 21) 62. 47 16 45. 20 56. 06 62. 22 71. 86
浊度 T urb idity (°) 15 16 48. 56 65. 02 73. 62 86. 53
1)平均浓度A verage concen tration, 2)停留时间D eten tion tim e (d) , 3)平均去除率A verage removal rate.
表 3　在动态试验中串联级数与去除率关系
Table 3 Rela tion ship between ser ies- stages and removal rates in dynam ic simulation test
项　目
Item
进水 Influen t
C1) t (d)
第 1 级
1st stage
R (% ) 2)
第 2 级
2nd stage
R (% )
第 3 级
3rd stage
R (% )
第 4 级 (出水)
4th stage (effluen t)
R (% )
TN (m g·L 21) 8. 48 16 50. 62 6. 71 7. 67 19. 70
T P (m g·L 21) 1. 027 16 63. 39 23. 93 16. 77 7. 52
N H +4 2N (m g·L 21) 3. 170 16 51. 86 8. 78 14. 85 12. 50
COD (m g·L 21) 62. 47 16 45. 20 10. 86 6. 16 9. 64
浊度 T urb idity (°) 15 16 48. 56 16. 46 8. 6 12. 91
1)平均浓度A verage concen tration, 2)占总去除率% of to tal removal rate.
系统中, 其起主要作用的是前级, 约占
50% 以上, 而后几级所起的作用并不大, 不
过它可以进一步提高水质标准. 如在本次
动态模拟试验中, 其 TN 在第 1 级的去除
率占系统总去除率的 50. 62% , 而第 2 级
仅占 6. 71% , 第 3 级占 7. 67% , 第 4 级占
19. 70% ; T P 也一样, 第 1 级占总去除率
的 63. 39% , 而第 2 级至第 4 级分别仅占23. 93、16. 77 和 7. 52% , 其中第 2 级还出
现了负值 (表 3). 由此可知, 串联级数过
少, 其水质标准难以提高, 但是串联级数过
多, 又会产生另一弊病, 即后级常因水体中
营养盐不足而导致植物生长不良, 甚至萎
缩或死亡, 容易引起 2 次污染. 因此, 对某
一污水净化系统, 串联级数究竟采取多少
为宜, 这要根据原污水浓度和处理后所要
求达到的水质标准而定, 而且也与在试验
中所采用的植物种类和串联形式有关[3 ].
3. 4　生态工程对太湖入河道水质处理前、
后的比较
通过上述试验证明, 生态工程对太湖
入湖河道水质净化的效果是很显著的. 其
TN、T P、N H +4 2N、COD 和浊度的降解已接
近或低于目前 (1990- 1991)太湖平均水质
浓度. 例如处理后水质指标为: TN 1. 30
m g ·L 21, T P 0. 139m g ·L 21, N H +4 2N
0. 342m g·L 21, COD 15. 98m g·L 21和浊度
1. 4°, 而太湖水质平均浓度: TN 1. 44m g·
L 21, T P 0. 061m g·L 21, N H +4 2N 0. 210m g
·L 21和COD 19. 50m g·L 21 (表 4).
表 4　太湖入湖河道水质处理前后的比较
Table 4 Compar ison of water qual ity in r iver course of Ta ihu Lake before and af ter treatmen ts
项 目
Item
TN
(m g·L 21) T P(m g·L 21) N H +4 2N(m g·L 21) COD(m g·L 21) 浊度T urb idity (°)
原污水浓度
Befo re treatm en t 8. 48 1. 027 3. 170 62. 47 15. 76
处理后浓度
A fter treatm en t 1. 30 0. 139 0. 342 15. 98 1. 4
平均浓度 (1990- 1991)
A verage concen tration 1. 44 0. 061 0. 210 19. 50 2
402 应　用　生　态　学　报 6 卷
4　结　　语
4. 1　在污染性入湖河道内, TN 含量在
2m g·L 21左右, T P 含量在 0. 2m g·L 21左
右, 采用水生 (或水培) 植物生态工程方法
来控制和治理入湖河道污染物是行之有效
的, 其 TN、T P 的去除率可达 80% 以上, 同
时水生 (或水培) 植物生长正常. 该法可以
作为太湖入湖河道污染物控制和治理的主
要措施之一.
4. 2　采用水生或水培经济植物来净化水
质较应用一般水生杂草优越. 因为它不仅
可以得到一定的经济效益 (水蕹菜产量达
45000kg·ha21 以上, 价值达 2000 - 3000
元) , 而且可以避免因植物残体腐烂引起的
2 次污染问题.
4. 3　由于太湖水面较大, 污染后难于治
理, 至今未找到其它更好的方法来控制, 而
生态工程方法简单、易行、成本低, 适合于
太湖部分河道及湖湾、湖荡应用.
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5022 期　　　　　　　　戴全裕等: 太湖入湖河道污染物控制生态工程模拟研究