1. 引言
随着时代的进步，经济水平也有大幅度增速，人们加大城市土地面积的使用，扩大住宅面积，自然环境受到极大地破坏，最后城市人口明显上升，以至于生活污水直接排放入江河湖海。先破坏后治理的过程尤为艰辛，原因是我国保护自然环境的意识不够，再者加大修复能力不强，按照平均每天进行处理的进程还是无法赶上人们破坏的速度，致使大量未经处理的生活污水大量排放到河流湖泊里。未经过处理的水质中含有大量的污染物含量，最主要污水中含有大量的氮、磷等营养物质，最终引起水体富营养化。针对水体富营养化处理环境问题迫在眉睫。水利部水资源司副司长于琪洋介绍，2010年检测评价的3902个水功能区，水质达标率仅为46;17.6万公里河流中，38.6%的河水水质劣于三类水；339个省界断面中，有48.7%的劣于三类，直接威胁城乡饮水安全[1]。氮、磷的多种形态是导致水体富营养化的根本因素，是生物生命发展的重要化学组成元素，通常以化合物存在于废水中而引起水体的富营养化，它们不仅破坏水质，而且影响水环境自然循环功能，甚至威胁到人类生存的环境，最终长期以来污水中去除氮、磷两种元素一直是污水处理的一项重要任务[2]。生活中我们提倡使用无磷洗衣粉，目的就是防止水环境中藻类植物的疯涨。因此目前改善水环境不仅仅去除有机物，还必须达到脱氮除磷的效果。人类制造的生活污水怎样才能得到有效的处理是一个非常重要的研究以及急待解决的课题。特别是城市生活污水，生活污水的有效处理应有一道行之有效的方案。本文针对不同酸碱度对漂浮植物的脱氮除磷的效果我们应该充分利用。
1.1 水环境污染
⑴水环境污染是指人类不加控制的破坏水环境或大自然自身变化所引起的水体中的污染物在数量上超过了该物质本应在水体中的含量，水体本身失去自净能力，破坏了水体原来的生态循环系统，影响人类进行正常生活，降低了人类对水资源的需求和应用的现象。
⑵我国是一个没有丰富的水环境、水资源未能达到充分利用的国家，水资源总量居世界第六位，人均占有量只有2500立方米，约为世界人均水量的1/4，在世界排地110位，以被联合国列为13个贫水国家之一。目前全世界有14亿人生活在缺少洁净饮用水的地区，全国每年有700万人因缺水或引用不卫生的水而治病死亡，并且居民所患的疾病中，大约80%直接或间接与饮用水不合格有关[3]。
1.2 水体富营养化的原理及其影响
所谓水体富营养化是指水环境污染的其中之一，人类在繁衍和生存中，不断向大自然索取一切所需，其中最重要的是水，被污染的水质中含有大量氮、磷的藻类植物的营养物质，并且未加处理直接排放，引起藻类和漂浮植物的生长迅猛，从而水质浑浊，阳光不能照射到水中，会引起水底的生物不能进行生物循环，最终水质中生物腐烂，变成一滩死水。
水体富营养化的影响主要表现在四个方面。
（1） 水质浑浊。在富营养水体中，湖泊表面被藻类植物覆盖，使得水质下降，透明度不高，浮游植物的大量繁殖消耗大量的氧，鱼类无法生存，水生植物无法生长。
（2） 富营养水底长年累月的堆积在厌氧的条件下发生化学反应的有害气体，以及一些破坏环境的生物毒素。
（3） 富营养化水中含有亚硝酸盐和硝酸盐，这些化学物质对于没能完善处理直接进入到人体中产生很大的危害，甚至会中毒致病。
（4） 影响旅游和航运。目前我国提倡建设美丽城市，水环境的保护情况刻不容缓，水质的健康是其中不可忽视的生态问题之一，它不仅是当代人的责任，而且是为了下一代的生存努力改善的义务，不能让我们的后代为上一代人“买单”。
美国的2084个湖泊、河流中由于氮磷营养盐浓度超标而不能达标的水体占61%[1]，
我国富营养化和超营养化湖泊亦达湖泊总量的66%和22%[4]。
1.3 大薸
大薸（PistiastratiotesL）别名水芙蓉，在平静的淡水繁殖能力很强。在平静的淡水湖泊、水库、沟渠中极易繁殖，大面积聚集水面时，会堵塞航道，影响水产养殖，导致沉水植物死亡，危害水生生态系统。太湖、滇池等都发生过灾害性爆发，治理上不但需要投入很大的经历还有精力，单纯依靠人工打捞或者采用化学方法解决，因此充分了解生物的本性才能很好的利用为生活提供帮助 [5]。
通过漂浮植物净化富营养化水体的应用非常广泛，其中包括主要有大薸PistiastratiotesL和水鳖，大薸在不同酸碱度情况下繁殖能力不一样，且其繁殖能力速度快，能够吸收水质中污染物，被认为是良好的净化水质植物。蒋艾青把大漂应用城郊污水鱼塘中的NH4-N、NO3-N、COD、TN去除率分别为70%、88.1%、56%、73.1%[6]。
漂浮植物生长于湖面，在光照作用下生长率旺盛， 能够充分吸收水体中的各种氮、磷的盐类化合物。在最适生长条件下, 每天大薸能吸收氮3.4kg/hm2,磷0.43kg/hm2[28]。邵林广应用大漂对富营养化湖泊进行净化试验,BOD5的去除率在70%以上,总氮去除率60%以上,总磷去除率70%以上[7]。
1.4漂浮植物在净化水质中的作用
通过种植漂浮植物净化水质，是利用许多漂浮植物尤其是维管束发达的植物能够大量吸收氮、磷的盐类物质，或发生化学反应变成有害的化学成分或者无毒的化学成分的性质。在污水和受到破坏的水资源中种植大量耐污染净化较强的水生高等植物，使其通过自身的生命活动将水中的污染物质发生化学反应或者生命现象，然后吸收，改善水环境的自然循环，同时通过植物的光合作用进行释放出大量的氧气，增加水中溶解氧含量，从而改善水质，减轻或消除水污染[8]。
富营养化根本问题是水体中氮、磷含量增多, 在生物自然规律过程中引起水体生物群落中种群的多样性减少,草型水体向藻型水体转化。在水体生态环境中, 高等水生植物与浮游藻类同属于初级生产者, 二者竞争营养、光照和生长空间等生态资源, 高等水生植物能释放化学物质, 抑制浮游藻类生长, 同时吸收水体中氮、磷等营养物质, 从而达到净化水体的效果[9]。漂浮植物修复富营养化水体的机理就是利用这种“竞争”关系, 使藻型水体向草型水体转化, 丰富水生物多样性，恢复水体生态系统。
2. 材料与方法
2.1 材料
2.1.1 材料与试剂
（1）大薸（PistiastratiotesL），湖州师范学院长兴广场湖边。
（2）氯化钾(Potassium chloride)：分析纯(AR)购于上海振兴试剂厂。
（3）盐酸(Hydrochloric acid)： 分析纯(AR)购于杭州萧山化学试剂厂。
（4）氢氧化钠(Sodium hydroxide)：1mol/L溶液和6mol/L溶液。
（5）丙酮(Acetone)：90%，购于杭州萧山化学试剂厂。
（6）乙醇(thanol)：95%。
(7) 浓硫酸，密度为1.84 g／ml.
（8）钼酸盐溶液：分析纯(AR)，溶解13g钼酸铵于100mL水中。溶解0.35g酒石酸锑钾于100mL水中。在不算搅拌把钼酸铵液徐徐加到300mL硫酸中，加酒石酸锑钾溶液并且混合均匀。
(9) 抗坏血酸：分析纯(AR)，100g/L溶液。
（10）碱性过硫酸钾：分析纯(AR)，50g/L溶液。
（11）磷酸二氢钾：优级纯，购于杭州萧山化学试剂厂。
(12 ) 污水：取自湖州市区富营养化河流，除去水中大型杂质。
(13) 高氯酸（HClO4）,优级纯，密度为1.68g／ml.
（13）硝酸，密度为1.4 g／ml.
（14）酚酞，10g/L溶液。
（15）硝酸钾标准溶液。
2.1.2 实验仪器与设备
具塞玻璃磨口比色管(25 mL 和50mL)、UV-7502 PC紫外可见分光光度计、电子天平TG328B、医用手提式蒸汽消毒器、10mm石英比色皿、便携式pH计、移液枪（规格100100μl，1000μl）、抽滤器，大烧杯、锥形瓶、乙酸纤维滤膜（孔径0.45um）纸、绳、皮筋、玻璃棒、容量瓶、胶头滴管、毛刷、标签纸、PH试纸。
2.2 方法
水体富营养化主要是指水中无机态总氮总磷的含量超过一定值，因此本实验以测定水体中总氮总磷的含量变化情况来说明漂浮植物的脱氮除磷效果。
2.2.1大漂的预处理
大薸在清水中预培养两天后洗净杂质，挑选长势相近、大小相似的植物作为实验材料。
2.2.2 设置培养条件
用塑料水桶(10L)作培养皿。取5个水桶按顺序标号，在每个培养皿的壁面画上5L的标线，并依次贴上标签纸，进行区分（pH=3，pH=5，pH=7，pH=8，pH=10），分别取原污水放入水桶中至原先所做的标线处，即5L污水。之后沿着烧杯内壁缓慢加入酸碱调节剂，调节污水pH分别为3、5、7、8、10。再各取2株大漂加入各个调节好酸碱度的污水水桶中，选择在25-30℃的室内，并且保持水桶中通入氧气，防止烂根。每次去水样选择在固定的时间点，同时每天使用酸碱试剂调节水样pH，使水样的pH值与原始pH值一致。并且每天观察水样的体积，在水样蒸发后及时补上去离子水。
2.2.3 水质总氮的测定方法
在120oC~124oC的碱性介质条件下，用过硫酸钾作氧化剂，将水样中的氨氮和亚硝酸盐氮氧化为硝酸盐，同时将水样中大部分有机氮化合物氧化为硝酸盐。为消除碳酸盐及碳酸氢盐对测定的影响，需加入一定的盐酸。然后用紫外分光光度法分别在波长220nm与275nm处测定其吸光度。
⑴ 绘制氮标准曲线
① 取7支50mL具塞玻璃磨口比色管，加盐酸（1+9）浸泡半小时后，用去离子水洗涤。取25mL硝酸钾标准储备液（此标准溶液浓度为400mg/L）于250mL的容量瓶中，定容。
② ②从而制得硝酸钾标准使用液。用不同标度的移液管分别吸取硝酸钾标准使用溶液0.00mL，0.10mL，0.30mL，0.50mL，0.70mL，1.00mL，3.00 mL,5.00 mL，7.00 mL,10.00 mL。2.40mL于各比色管中，分别加去离子水稀释，各自加至40.00mL。
③ 向各试管中分别加入5ml碱性过硫酸钾溶液(40.0000g过硫酸钾粉末+15.0000g氢氧化钠固体在烧杯中加水稀释，并移至1000mL容量瓶中定容)，塞紧磨口塞，用布及绳等方法扎紧瓶塞以防高温消解时瓶口弹出。
④ 将比色管放入医用手提蒸汽灭菌器中加热，使压力表指针指向1.1～1.4kg/cm2 ，当温度达到120～124℃时，开始计时。保持温度上下波动不大，在此温度区间下加热30分钟，然后等到灭菌器冷却后开阀放气，拿起外盖并取出所有的比色管，并冷却至常温。然后加盐酸（1+9）1mL，用无氨水稀释至25ml标线，混均。
⑤ 移取部分溶液到10mm石英比色皿中，在紫外分光光度计上，以无氨去离子水作参比，分别在波长为220nm和275nm处测定吸光度，并计算校正吸光度Ar。绘制以氮含量(mg/L)对校正吸光度(Ar)的校准曲线。
⑵ 校正吸光度计算：
Ar= As – Ab
As= As220 – 2 As275
Ab= Ab220 – 2 Ab275
式中 As220——标准液在220nm 波长的吸光度；
As275——标准液在275nm 波长的吸光度；
Ab220——空白溶液在220nm 波长的吸光度；
Ab275——空白溶液在275nm 波长的吸光度。
⑶水样中氮的测定
取6支25mL比色管，加盐酸(1+9)浸泡半小时，用去离子水洗涤。一支取10mL原污水，一支取10mL去离子水做对比试验，分别从不同酸碱度的实验样品中取10mL水样，并按上述步骤操作，得到相应的校正吸光度，从标准曲线上查得相对应的总氮含量。
3.2 讨论
3.2.1 不同酸碱度下大薸叶绿素a含量的影响
（1）第一，本实验采用的是湖州生活小区的富营养化污水，根据湖州冬寒夏热的气温，为藻类植物创造生长的条件，在湖面上的漂浮植物吸收了日照减少水体的强度，预制水质下的植物的生命生长循环，所以有效的防止其大面积的生长，破坏水质，同时漂浮植物贮存和剩余许多营养盐，生命周期比藻类长的多，只有在本体发生萎蔫条件下时才会释放氮、磷等营养物质。
（2）第二，可以阻止藻类生长的原因是因为漂浮植物可以产生化感物质(如酚、生物碱等)。这种化感物质可以使藻类的细胞膜被损坏，从改变光合作用速率和细胞还原能力[9]。
(3)第三，影响藻的细胞的酶活性，从漂浮植物中分离的化感组分能够降低细胞内超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶(POD)的活性，引起某些脂类的过氧化[11]。
3.2.2 不同酸碱度下大薸除磷的影响和原因分析
(1)磷是控制富营养化水体的关键性营养元。一般富营养化污水中存在着有机磷，正磷酸盐和聚合磷等。这几种磷的化合物，只有被水解成正磷酸盐时，在大薸净化污水时，才能被同化。同化是除磷的唯一有效方法。大薸除磷是通过聚磷菌（包括60多种细菌和真菌）的释磷和吸磷两个相反过程完成的。
(2)其反应过程为：在缺氧状态下，聚磷菌吸收污水中的乙酸、甲酸、丙酸和乙醇等极易生物降解的有机物质，储存在体内作为营养物，同时将体内存储的聚磷酸盐以PO43–P形式释放出来，以便获得能量。
4. 总结和展望
4.1 总结
经过20天的试验处理，5种不同酸碱度下大漂植物对污水中总氮、总磷和叶绿素a都有不同程度的吸收净化作用，水体中总氮的去除率为PH=8 (70.01%) >PH=10 (63.78%)>PH=7 (58.25%)>PH=5(56.51%)>PH=3(55.71%), 总磷的去除率为PH=8 (34.19%)> PH=10 (29.75%)> PH=5 (23.05%)> PH=7 (18.60%)>PH=3(14.36%)，叶绿素a的去除率为PH=10 (96.11%)> PH=7 (95.80%)> PH=8 (93.58%)> PH=5 (90.56%)>PH=3(83.06%)。
结果表明，PH为中性或者偏碱性对大薸去除总氮、总磷能力比较有效，而酸性条件下对大薸效果不为明显，综合比较可以得出，温度适宜，光照适宜，偏碱性处理下大薸对水体中总氮和总磷的去除效果良好。
4.2 展望
本研究表明, 单纯地从降低营养盐水平来看, 漂浮植物大漂能起到很好的降低氮、磷水平的作用：在不同酸碱度条件下，大薸对高浓度氮、磷耐受能力好，生长迅速，在其生物量积累的同时会大量吸收水体中的营养物质，能够抑制浮游藻类的生长，改善水体的水质状况，减轻富营养化程度。 但是对于一些富营养化程度很高的水体来说，单单种植漂浮植物来改善水质还远远不够，还需要综合其它措施, 如不同的湿地条件、微生物和种植沉水植物等方法来协助漂浮植物控制藻类的生长, 治理的同时必须重视对飘浮植物的及时收割与管理, 以增加生物营养元素的输出,避免因凋落物腐烂分解引起的二次污染。
