幾種濕地植物凈化生活污水的效果比較

許巧玲 崔理華

摘要[目的]比較幾種濕地植物對(duì)生活污水的凈化效果。[方法]通過(guò)水培試驗(yàn)，研究了水葫蘆、美人蕉、花葉芋、劍蘭和萬(wàn)壽菊5種植物對(duì)生活污水的凈化效果。[結(jié)果]5種植物對(duì)污水都有一定的處理效果，其中水葫蘆和萬(wàn)壽菊的處理效果最好。在人工土柱運(yùn)行試驗(yàn)中，水葫蘆對(duì)COD、BOD5、NH+4N、TN、TP的去除率比對(duì)照分別提高了12.7%、10.9%、11.5%、4.1%和15.7%；萬(wàn)壽菊對(duì)COD、BOD5、NH+4N、TN、TP的去除率比對(duì)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(yùn)行方式更經(jīng)濟(jì)，更符合對(duì)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(yíng)養(yǎng)化提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞濕地植物；生活污水；凈化效果；人工土柱

中圖分類(lèi)號(hào)S181.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2014）01-00204-03

基金項(xiàng)目國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41071214）。

作者簡(jiǎn)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(fù)技術(shù)，Email：amy.198510@163.com。*通訊作者，教授，博士，博士生導(dǎo)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(fù)處理技術(shù)，這種技術(shù)可利用土壤、植物、微生物來(lái)降解廢水中的污染物[1-2]。近年來(lái)，大量的人工濕地被成功地應(yīng)用在處理生活污水方面[3]。人工濕地的處理機(jī)理比較復(fù)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(jī)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(shí)，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(lèi)大大增加[4]，而好氧區(qū)和厭氧區(qū)的交替促進(jìn)濕地生態(tài)系統(tǒng)的硝化和反硝化作用進(jìn)行，強(qiáng)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(xué)者認(rèn)為，選擇當(dāng)?shù)貎?yōu)勢(shì)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(rèn)為，廢水處理系統(tǒng)植物的選擇應(yīng)考慮耐水性強(qiáng)和高氮負(fù)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(duì)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(duì)氮磷的處理[10]；袁東海等發(fā)現(xiàn)石菖蒲對(duì)污水凈化的效果較好[11]。該試驗(yàn)在前人的基礎(chǔ)上選擇5種常見(jiàn)的均有喜肥耐水特性及一定觀賞價(jià)值的植物：水葫蘆、美人蕉、花葉芋、劍蘭和萬(wàn)壽菊，通過(guò)水培試驗(yàn)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(yíng)養(yǎng)化提供理論基礎(chǔ)。

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(wàn)壽菊。供試污水：華南農(nóng)業(yè)大學(xué)5號(hào)教學(xué)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(yáng)離子交換量0.065 3 meq/g，有機(jī)質(zhì)3.79%，全氮0.126%，全磷0.151%。

1.2試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)挑選5種植物個(gè)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(cè)定COD、NH+4N、TN、TP。試驗(yàn)天數(shù)為10 d，對(duì)照為自然降解狀況下的原污水，每種植物設(shè)置3個(gè)重復(fù)。

篩選出對(duì)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(yùn)行周期運(yùn)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(yùn)行周期每次灌水均為8 h，灌水速率為2.5 L/h，水力負(fù)荷分別為88.5和59.0 cm/d。設(shè)置2個(gè)空白對(duì)照，運(yùn)行6個(gè)月，每半個(gè)月測(cè)定出水水質(zhì)：COD、NH+4N、TN、TP。

1.3分析方法水質(zhì)采用國(guó)家環(huán)保局標(biāo)準(zhǔn)分析方法測(cè)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(guò)硫酸鉀紫外分光光度法，TP用過(guò)硫酸鉀鉬藍(lán)比色法。采用Excel 2003和SPSS 16.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)分析。

2結(jié)果與分析

2.1植物的篩選試驗(yàn)期間為了觀察植物對(duì)污水的降解能力，同時(shí)設(shè)置了自然降解情況下的原污水做對(duì)比。經(jīng)過(guò)10 d的水培試驗(yàn)，5種植物對(duì)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(wàn)壽菊、美人蕉對(duì)COD的降解效果明顯，尤其是水葫蘆和萬(wàn)壽菊與對(duì)照有顯著差異，去除率分別可高達(dá)920%和77.9%。這是因?yàn)閮煞N植物的根系都很發(fā)達(dá)，能夠較大吸收和同化水中的有機(jī)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(wàn)壽菊對(duì)TN的去除率分別為34.1%、297%、28.2%、30.2%、33.1%，比對(duì)照分別提高了16.4%、12%、10.5%、14.5%、15.4%，其中水葫蘆和萬(wàn)壽菊去除TN的能力最強(qiáng)。

植物對(duì)氮磷的吸收比例通常為6∶1[13]。該試驗(yàn)的原污水的氮磷比例較高，約為16∶1，因而植物對(duì)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(duì)TP的去除效果最顯著，分別可高達(dá)49.3%、47.6%。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，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(duì)COD的去除效果不明顯，而有機(jī)物中含有大量的氮磷；另一方面，試驗(yàn)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(duì)污水中污染物的降解情況及其降解規(guī)律，試驗(yàn)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(wàn)壽菊污水中的COD不斷降低。在試驗(yàn)前4 d，每2 d水葫蘆對(duì)COD的降解增量分別為37.4%、25.8%；試驗(yàn)的第5～6天，水葫蘆對(duì)COD的降解能力下降，對(duì)COD的去除率僅比第4天多了3.5%；10 d后，其對(duì)COD的降解率可高達(dá)89.9%。和水葫蘆相似，其他植物萬(wàn)壽菊、花葉芋、美人蕉、劍蘭對(duì)污水中COD的降解情況也是相似的規(guī)律，對(duì)COD的降解能力前4 d后4 d較強(qiáng)，在試驗(yàn)的第4～6天，對(duì)COD的降解緩慢，甚至幾乎不降解?？赡苁且?yàn)樵囼?yàn)中期為植物的適應(yīng)時(shí)期，植物吸收有機(jī)物質(zhì)的能力相對(duì)較弱，同時(shí)植物根細(xì)胞部分死亡也可造成水中的COD增加。由表3可知，試驗(yàn)期間對(duì)TN的降解情況和對(duì)COD的降解規(guī)律相似，在試驗(yàn)的前4 d和后4 d降解能力較強(qiáng)，中間降解速率最低，甚至幾乎不降解。由表4可知，除了萬(wàn)壽菊對(duì)TP的降解率每天增加的幅度較大以外，其他植物對(duì)TP的降解規(guī)律和對(duì)COD和TN的降解規(guī)律是相似的。

2.2植物對(duì)人工土柱出水水質(zhì)的影響經(jīng)過(guò)6個(gè)月的運(yùn)行試驗(yàn)，對(duì)人工土柱出水水質(zhì)進(jìn)行定期分析（表5）。結(jié)果表明，種植植物可以提高系統(tǒng)對(duì)污水的處理效果。在干濕比為1∶5時(shí)，種植水葫蘆土柱的出水COD、BOD5、NH+4N、TN、TP去除率比對(duì)照提高了12.7%、10.9%、11.5%、4.1%、15.7%，而種植萬(wàn)壽菊土柱的出水COD、BOD5、NH+4N、TN、TP去除率比對(duì)照提高了16.2%、8.9%、9.2%、7.4%、11.7%。在干濕比為1∶8時(shí)，萬(wàn)壽菊土柱可獲得相對(duì)較好的出水水質(zhì)，說(shuō)明萬(wàn)壽菊在長(zhǎng)的運(yùn)行周期下能發(fā)揮其對(duì)污水的凈化能力。

比較兩種運(yùn)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(yùn)行方式下均可以獲得較好的出水水質(zhì)。兩種運(yùn)行方式處理COD、BOD5的效果相當(dāng)；在對(duì)TN的去除上，干濕比為1∶8的土柱則相對(duì)較差，因?yàn)閷?duì)TN的去除是由硝化和反硝化兩種反應(yīng)共同完成的，干濕比為1∶8的干化時(shí)間較長(zhǎng)，相應(yīng)的厭氧持續(xù)時(shí)間沒(méi)有干濕比為1∶5的長(zhǎng)，所以對(duì)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(yùn)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(shí)用。

3結(jié)論

（1）5種植物對(duì)污水都有一定的處理效果，其中水葫蘆和萬(wàn)壽菊的效果最好。

（2）人工土柱中種植水葫蘆和萬(wàn)壽菊可以明顯提高土柱出水水質(zhì)，種植植物對(duì)土柱中氮的反硝化和磷的固定作用有積極作用，對(duì)COD、NH+4N、BOD5的去除率可高達(dá)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(yùn)行方式更經(jīng)濟(jì)，更符合對(duì)水污染的處理要求。

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