許巧玲 崔理華

摘要[目的]比較幾種濕地植物對生活污水的凈化效果。[方法]通過水培試驗，研究了水葫蘆、美人蕉、花葉芋、劍蘭和萬壽菊5種植物對生活污水的凈化效果。[結(jié)果]5種植物對污水都有一定的處理效果，其中水葫蘆和萬壽菊的處理效果最好。在人工土柱運行試驗中，水葫蘆對COD、BOD5、NH+4N、TN、TP的去除率比對照分別提高了12.7%、10.9%、11.5%、4.1%和15.7%；萬壽菊對COD、BOD5、NH+4N、TN、TP的去除率比對照分別提高了16.2%、8.9%、9.2%、7.4%和11.7%。在種植植物的人工土柱中，選擇干濕比為1∶5，配水周期為2 d的運行方式更經(jīng)濟，更符合對水污染的處理要求。[結(jié)論]該研究可為控制水體污染和水體富營養(yǎng)化提供理論基礎。

關(guān)鍵詞濕地植物；生活污水；凈化效果；人工土柱

中圖分類號S181.3文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）01-00204-03

基金項目國家自然科學基金項目（41071214）。

作者簡介許巧玲（1985- ），女，山東泰安人，博士研究生，研究方向：污水處理與修復技術(shù)，Email：amy.198510@163.com。*通訊作者，教授，博士，博士生導師，從事人工濕地研究。

收稿日期20131204人工濕地是一種很有前景的廢水修復處理技術(shù)，這種技術(shù)可利用土壤、植物、微生物來降解廢水中的污染物[1-2]。近年來，大量的人工濕地被成功地應用在處理生活污水方面[3]。人工濕地的處理機理比較復雜，其中水生植被系統(tǒng)起著很重要的作用。植物根系的新陳代謝作用產(chǎn)生的殘留物提高了土壤的有機質(zhì)，為土壤微生物提供充足的養(yǎng)分，使微生物大量繁殖；同時，植物根系的呼吸作用使根際小環(huán)境既有好氧區(qū)又有厭氧區(qū)，使得微生物種類大大增加[4]，而好氧區(qū)和厭氧區(qū)的交替促進濕地生態(tài)系統(tǒng)的硝化和反硝化作用進行，強化去凈化能力[5-6]。早期濕地植物的研究主要是蘆葦、香蒲等生物量較大的水生植物。有學者認為，選擇當?shù)貎?yōu)勢植物，突出生物多樣性是提高濕地凈化能力的關(guān)鍵措施[7]。劉建彤等認為，廢水處理系統(tǒng)植物的選擇應考慮耐水性強和高氮負荷，通常選用蘆葦、香蒲、燈芯草、田矛等植物[8]；日本的田佃真佐子研究了濕地栽植蘆葦對河流的脫氮除磷效果[9]；崔理華等在人工濕地上栽植水花生和紫云英，兩種植物都能增加對氮磷的處理[10]；袁東海等發(fā)現(xiàn)石菖蒲對污水凈化的效果較好[11]。該試驗在前人的基礎上選擇5種常見的均有喜肥耐水特性及一定觀賞價值的植物：水葫蘆、美人蕉、花葉芋、劍蘭和萬壽菊，通過水培試驗篩選出處理污水效果較好的兩種植物，然后結(jié)合人工土柱模擬人工濕地，凈化生活污水，為控制水體污染和水體富營養(yǎng)化提供理論基礎。

1材料與方法

1.1供試材料供試植物：水葫蘆、美人蕉、花葉芋、劍蘭、萬壽菊。供試污水：華南農(nóng)業(yè)大學5號教學樓的化糞池出水模擬城市生活污水，主要水質(zhì)：COD 116～597 mg/L，BOD5 54～155 mg/L，NH+4N 52～157 mg/L，SS 93 mg/L，TN 70～166 mg/L，TP 6～25 mg/L，pH 6～7。供試土柱：草炭、砂和耕層土以一定的配比混合，分別裝入6根15.24 cm的PVC管，土層厚度為80 cm，土柱體積為9.04 L，底部為10 cm的礫石層，將土柱豎直放入鐵架中固定。人工土柱的主要性狀：pH 6.7～7.1，容重1.26 g/cm3，比重2.47 g/cm3，含水率1.71%，陽離子交換量0.065 3 meq/g，有機質(zhì)3.79%，全氮0.126%，全磷0.151%。

1.2試驗方案設計挑選5種植物個體重量接近的植株固定插入盛有1.5 L生活污水的塑料盆中，每2 d取20 ml水測定COD、NH+4N、TN、TP。試驗天數(shù)為10 d，對照為自然降解狀況下的原污水，每種植物設置3個重復。

篩選出對污水COD、NH+4N、TN、TP去除率較高的植物，將其種植到人工土柱中。以兩種運行周期運行：①干濕比為1∶5，配水周期為2 d；②干濕比為1∶8，配水周期為3 d。兩種運行周期每次灌水均為8 h，灌水速率為2.5 L/h，水力負荷分別為88.5和59.0 cm/d。設置2個空白對照，運行6個月，每半個月測定出水水質(zhì)：COD、NH+4N、TN、TP。

1.3分析方法水質(zhì)采用國家環(huán)保局標準分析方法測定[12]。COD采用重鉻酸鉀法，NH+4N用半微量凱氏蒸餾酸滴定法，TN用過硫酸鉀紫外分光光度法，TP用過硫酸鉀鉬藍比色法。采用Excel 2003和SPSS 16.0軟件對數(shù)據(jù)進行檢驗分析。

2結(jié)果與分析

2.1植物的篩選試驗期間為了觀察植物對污水的降解能力，同時設置了自然降解情況下的原污水做對比。經(jīng)過10 d的水培試驗，5種植物對污水中COD、TN、TP的降解能力如表1所示。用于處理污水的水葫蘆、萬壽菊、美人蕉對COD的降解效果明顯，尤其是水葫蘆和萬壽菊與對照有顯著差異，去除率分別可高達920%和77.9%。這是因為兩種植物的根系都很發(fā)達，能夠較大吸收和同化水中的有機物。5種植物在處理TN 的效果上也有很大的提高，水葫蘆、美人蕉、花葉芋、劍蘭和萬壽菊對TN的去除率分別為34.1%、297%、28.2%、30.2%、33.1%，比對照分別提高了16.4%、12%、10.5%、14.5%、15.4%，其中水葫蘆和萬壽菊去除TN的能力最強。

植物對氮磷的吸收比例通常為6∶1[13]。該試驗的原污水的氮磷比例較高，約為16∶1，因而植物對污水中的磷的去除率高于氮的去除率。從表1可知，水葫蘆和美人蕉對TP的去除效果最顯著，分別可高達49.3%、47.6%。試驗結(jié)束時，花葉芋和劍蘭污水中的TP含量反而高于自然降解下的污水中的TP含量，這是由于花葉芋和劍蘭對COD的去除效果不明顯，而有機物中含有大量的氮磷；另一方面，試驗期間花葉芋和劍蘭的根部部分死亡腐敗，造成植物中的一部分磷釋放到污水中。

為了了解各種植物對污水中污染物的降解情況及其降解規(guī)律，試驗期間每隔2 d取一次樣。由表2可知，隨天數(shù)的增加，水葫蘆和萬壽菊污水中的COD不斷降低。在試驗前4 d，每2 d水葫蘆對COD的降解增量分別為37.4%、25.8%；試驗的第5～6天，水葫蘆對COD的降解能力下降，對COD的去除率僅比第4天多了3.5%；10 d后，其對COD的降解率可高達89.9%。和水葫蘆相似，其他植物萬壽菊、花葉芋、美人蕉、劍蘭對污水中COD的降解情況也是相似的規(guī)律，對COD的降解能力前4 d后4 d較強，在試驗的第4～6天，對COD的降解緩慢，甚至幾乎不降解。可能是因為試驗中期為植物的適應時期，植物吸收有機物質(zhì)的能力相對較弱，同時植物根細胞部分死亡也可造成水中的COD增加。由表3可知，試驗期間對TN的降解情況和對COD的降解規(guī)律相似，在試驗的前4 d和后4 d降解能力較強，中間降解速率最低，甚至幾乎不降解。由表4可知，除了萬壽菊對TP的降解率每天增加的幅度較大以外，其他植物對TP的降解規(guī)律和對COD和TN的降解規(guī)律是相似的。

2.2植物對人工土柱出水水質(zhì)的影響經(jīng)過6個月的運行試驗，對人工土柱出水水質(zhì)進行定期分析（表5）。結(jié)果表明，種植植物可以提高系統(tǒng)對污水的處理效果。在干濕比為1∶5時，種植水葫蘆土柱的出水COD、BOD5、NH+4N、TN、TP去除率比對照提高了12.7%、10.9%、11.5%、4.1%、15.7%，而種植萬壽菊土柱的出水COD、BOD5、NH+4N、TN、TP去除率比對照提高了16.2%、8.9%、9.2%、7.4%、11.7%。在干濕比為1∶8時，萬壽菊土柱可獲得相對較好的出水水質(zhì)，說明萬壽菊在長的運行周期下能發(fā)揮其對污水的凈化能力。

比較兩種運行周期下人工土柱出水水質(zhì)。種植植物后的人工土柱在兩種運行方式下均可以獲得較好的出水水質(zhì)。兩種運行方式處理COD、BOD5的效果相當；在對TN的去除上，干濕比為1∶8的土柱則相對較差，因為對TN的去除是由硝化和反硝化兩種反應共同完成的，干濕比為1∶8的干化時間較長，相應的厭氧持續(xù)時間沒有干濕比為1∶5的長，所以對TN的去除能力較低。從處理量考慮，選擇周期為2 d，干濕比為1∶5的運行方式不僅可以獲得較好的處理效果，而且處理量更大，更為實用。

3結(jié)論

（1）5種植物對污水都有一定的處理效果，其中水葫蘆和萬壽菊的效果最好。

（2）人工土柱中種植水葫蘆和萬壽菊可以明顯提高土柱出水水質(zhì)，種植植物對土柱中氮的反硝化和磷的固定作用有積極作用，對COD、NH+4N、BOD5的去除率可高達80%左右。

（3）在種植植物的人工土柱中，選擇干濕比為1∶5，配水周期為2 d的運行方式更經(jīng)濟，更符合對水污染的處理要求。

參考文獻

[1] KADLEC R H，KNIGHT R L，VYMAZAL J，et al. Constructed Wetland for pollution control processes performance design and operation[R]. IWA Publ.，London，IWA Scientific and Technical Rep，2000.

[2] VYMAZAL J. Removal of nutrients in various types of constructed wetlands[J]. Sci Total Environ，2007，380：48-65.

[3] SCHOLZ M. Wetland systems—storm water management control[M]. Berlin： Springer Verlag，2010.

[4] 金賢國，張莘民.植物根圈污染生態(tài)研究進展[J].農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，2000，16（3）：46-50.

[5] 吳曉磊.污染物質(zhì)在人工濕地中的流向[J].中國給水排水，1994，10（1）：40-43.

[6] 成水平，吳振斌，況琪軍.人工濕地植物研究[J].湖泊科學，2002，14（2）：179-184.

[7] BRIX H. Do macrophytes play a role in constructed treatment wetlands[J]. Water Sci technol，1997，35（5）：11-17.

[8] 劉建彤，丘昌強，陳珠金，等.復合生態(tài)系統(tǒng)工程中高效去除磷氮植被植物的篩選研究[J].水生生物學報，1998，22（1）：1-8.

[9] DONG Y，WILINSKI P，DZAKPASU M. Impact of hydraulic loading rate and season on water contaminant reductions within integrated constructed wetlands[J].Wetlands，2011，31：499-509.

[10] 崔理華，朱夕珍，湯連茂，等.城市污水人工快濾床與水生植物復合處理系統(tǒng)[J].中國環(huán)境科學，2000，20（5）：432-435.

[11] 袁東海，任全進，高世祥，等.幾種濕地植物凈化生活污水COD、總氮效果比較[J].應用生態(tài)學報，2004，15（12）：2337-2341.

[12] 國家環(huán)保局.水和廢水監(jiān)測分析方法[M].北京：中國環(huán)境科學出版社，2002.

[13] 傅金祥，馬黎明，金成清，等.污水土地處理除磷脫氮原理探討[J].沈陽建筑工程學院學報，1994，10（1）：30-35.