挑战成就你我

刘红美

    仍然记得成功申请第二期上海大学生活动设计项目时的那种激动与兴奋，以及当时对自己的研究课题充满想法和展望那份心情。然而研究之路并非我们想象的那么简单，除了要有不断创新的思维，还要付诸于实践，实验研究难免有失败，面对重重困难，仍然要秉持良好的心态，努力克服，并且在各种挑战中寻找新的突破。参加了此次项目之后，我不仅在学术研究上有了一定的提高，也让我的学习态度发生了改变：不是被给予，而是主动探索发掘。

    近年来，以植物浮岛技术和人工湿地技术为代表的生态工程技术被广泛地应用到了湖库富营养化防治中来，成为最重要的主流技术之一，取得了较大的成功。但在多年的科学研究和工程应用中，生态技术的缺点也逐渐暴露出来，其中显著的问题是“较高的水力负荷、污染负荷与较低的氮磷去除效率之间存在矛盾”：生态工程技术利用植物的生物吸收作用和基质的物化吸附去除水中氮、磷。采用像植物浮岛这样的原位技术防治湖库富营养化时，所需处理的水量极大，水力负荷很高，污染物浓度却很低，另一方面植物对氮磷的吸收能力却极为有限，且吸收速率较慢，对于低浓度的污染水体的处理效果不可能在短时间内显现，而目前所采用的基质也多为普通土壤、砾石等，对氮磷的去除效能也很低，远远难以满足水质净化的需要；采用人工湿地技术处理农村污水、农业面源废水时，由于来水氮、磷负荷一直较高，植物和基质的吸收吸附作用虽然能够在短时间内发挥出来，但长期运行时往往很快就出现“饱和”现象，导致系统丧失除磷脱氮能力。

我们的创新项目题目为“营养盐富集型人工湿地除磷能力的研究”。之所以选择这样一个课题，是因为我之前做的PRP项目是研究利用植物和水化硅酸钙对富营养水体进行修复，发现其的确存在一定程度的修复效果，且能促进植物的生长。这个实验结果让我感到非常兴奋，并且想在其他地方继续进行尝试，最终运用到工程中。PRP答辩结束后，我便与我的PRP伙伴门振宇同学商量，并跟我们的PRP指导教师亦此创新项目指导教师李春杰老师探讨，是否能将我们的实验方法运用到其他不同的载体上，此时我们想到了植物浮岛技术和人工湿地技术。由于之前已有学长对植物浮岛技术有过一些研究，而人工湿地这一较特别的载体还未曾有人尝试过，我们便决定将对人工湿地进行除磷能力的研究，最终解决水体富营养化问题。正值此时，第二期上海大学生活动设计项目开始在学校吸引各专业同学们参与，于是，我跟门振宇，还有同样来自于环境科学与工程专业的施良晶同学一起申请了此次项目，最终我们成功申请并确定了湿地的课题。

人工湿地技术，是重要的水体污染生态修复方法, 其投资省，工艺简单，耗能低，维护管理方便，在非点源污染控制、水体富营养化问题的治理等方面,具有显著的优点，受到各国的普遍重视和关注。但植物自然吸收磷的效果存在一定的局限性，尤其是在工程处理上，它是一个长期的修复的过程，除磷效果比较缓慢。因此，我们的研究方法在原有湿地生态修复法上作出改进，在湿地基质中加入水化硅酸钙，利用其结晶法除磷作用，先将磷富集起来，进而将磷转移至湿地植物中，然后通过收割植物，将吸收了磷的植物转移出湿地，最终达到强化湿地除磷的目的。而且，目前还未见人工湿地采取类似的研究报道。而我们的研究内容也是主要分为以下三大部分：

一、研究在不同磷浓度下，水化硅酸钙的投加量、粒径等因素对除磷效率的影响。

二、设计建造人工湿地模型，进行实验室研究。

三、对比研究在有无植物的不同情况下，水化硅酸钙对湿地除磷效率的促进作用。

如果以后还有机会进行更加深入地研究，我们希望能够将我们的实验方法运用到真正的湿地中并验证其对富营养化水体的生态修复效果。

在整个实验过程中，我发现困难是无处不在的。说到这里，我们要特别感谢已经毕业的马威学长和我院研究生万明辉学长，他们不仅在课题建立初期便与我们一同讨论和研究，在我们确定实验方法上给予了莫大的帮助，还在之后的实验中也不断的为我们指导，除了我们的指导老师李春杰老师，他们两个是我们此次项目能够顺利完成的重要帮手。在确定课题后，我们三个人开始查阅文献，了解国内外关于人工湿地的各种研究方法，对所获取的信息进行分析整理，最终制定了我们自己的一套研究方案，当然，方案的细节需要在尝试中不断的修改和完善。确定实验方案后，我们便开始实验材料和设备的准备，此时我们遇到了第一个难题：湿地如何来模拟呢？由于实验场地的限制，我们不可能使用大型模型，但是我们还是需要一个能够种植植物且可以让水流通的载体，大家不停地提着想法，但大多又被否决，就在这种建议和否决的矛盾中，我们最终终于一致通过了一个方案：采用花盆实验。就这样，我们跟学长一起去花鸟市场去选择花盆，最后我们买了10个大小基本相同的花盆，由于花盆底部有出水孔，而我们的实验中有按水力停留时间条件不同而进行的测定，因此，我们又设计了一个可以控制出水的塞子，利用带孔橡皮塞、玻璃管、皮管和铁夹制作了一个简易但却实用的出水控制塞。解决了花盆问题后，我们又要去寻找适合栽种的植物，而湿地上最常见的植物当然就是芦苇了。于是，我们一行人带着铁铲、挖掘刀等工具，骑着车去挖闵行区吴泾镇的野生芦苇苗。由于芦苇生长地的泥土水分含量极高，芦苇的根又非常深，需要费极大力气才能将芦苇连根从泥土里铲出，我们甚至还挖断了一把铁铲。但是，花了几个小时的时间后，看着几十株新鲜芦苇被我们带回，我们还是相当兴奋并充满成就感。之后，由于我们实验中还包括磷富集材料-水化硅酸钙的粒径实验，因此需要将水化硅酸钙敲碎并且筛成不同目数的颗粒。每次筛分颗粒后，粉尘都会乱飞，手上和身上均是白色的粉末，弄得大家异常狼狈，经过连续好几天的筛分才得到了足够作为花盆填充物的不同粒径的水化硅酸钙颗粒。在整个实验过程中，这种类似的挑战性任务不断的上演，比如：每天需要给花盆换水、定期要对花盆内的水进行测定、不间断查看植物的生长情况等等，虽然有时候感觉很辛苦，但每次看到所测得的数据呈现预期的规律性或者植物生长出现区分，我们都会觉得值得。

实验已进入收尾阶段，回看我们一路走来，发现自己不管是在实验研究还是学习态度上均发生了不小的改变。在实验上，我们学会了用自己的思路和想法并自行查阅资料来制定方案、解决实验中的难题。在学习态度上，我懂了什么叫自我钻研、什么叫主动获取。当然，我更加学会了团队合作。在整个创新实验期间，与门振宇和施良晶同学一起讨论、一起做实验、有时一起苦恼于碰到的难题、有时又一起因为克服困难而兴奋，这不仅是一个互相学习的机会，也更增进了同学间的友谊。

最后，再次感谢我们的实验指导教师李春杰老师还有林燕老师。我相信，通过此次创新项目的经历，我们对于将来的研究之路会更加充满自信！

【刘红美，上海交通大学环境科学与工程学院2006级环境科学与工程专业，第二期“上海大学生创新活动计划”——“营养盐富集型人工湿地除磷能力的研究”项目参与人；指导老师：李春杰副教授，上海交通大学环境科学与工程学院】