不同植物人工濕地凈化模擬生活污水效果

2014-07-11 08:05白曉龍等

江蘇農(nóng)業(yè)科學 2014年4期

白曉龍等

摘要：研究鳶尾、吊蘭、馬蹄蓮3種不同植物模擬人工濕地系統(tǒng)對模擬生活污水的凈化效果。結果表明：3種植物濕地系統(tǒng)對模擬生活污水中COD、NH+4-N、TP去除效果均較好，其中鳶尾濕地系統(tǒng)對模擬生活污水的凈化效果最好。

關鍵詞：植物；人工濕地；生活污水；凈化效果

中圖分類號： X703 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2014）04-0326-03

收稿日期：2013-08-09

基金資助：江蘇省農(nóng)村環(huán)境污染防治工程技術研究開發(fā)中心項目（編號：HJZX2012003）；江蘇省南通市社會事業(yè)科技創(chuàng)新與示范項目（編號：HS2013034）。

作者簡介：白曉龍（1980—），男，山東莒縣人，博士研究生，講師，從事水處理技術及環(huán)境化學教學與科研工作。E-mail：waitting2001@163.com。人工濕地是由基質、植物、微生物組成的通過物理、化學、生物作用對污水進行處理的人工生態(tài)系統(tǒng)。濕地植物是人工濕地的重要組成部分，濕地植物的篩選對濕地系統(tǒng)除污效果起著非常重要的作用[1]。目前，眾多學者對人工濕地植物的篩選及除污機理等方面開展了深入細致的研究，篩選出諸如蘆葦、菖蒲、美人蕉、水葫蘆等一系列濕地植物[2-4]。濕地植物通過吸收、吸附、富集、攔截等方式實現(xiàn)污水處理[5-6]。濕地植物的篩選除了要考慮其污水處理能效外，還要綜合考慮其地域性、環(huán)境適應性、經(jīng)濟性、生態(tài)安全性等[7]。本研究選取了馬蹄蓮、吊蘭、鳶尾等3種植物，監(jiān)測這幾種植物對模擬生活污水中污染物的去除效果，旨在為選出合適的濕地植物提供參考。

1材料與方法

1.1試驗裝置

模擬人工濕地試驗裝置如圖1所示，裝置為PVC材質，直徑為40 cm，高60 cm，該裝置的底層鋪設厚5 cm的碎石，中層鋪設厚50 cm的沙子，上層鋪設厚5 cm的土壤，裝置底部有出水檢測口。

1.2方法

將已長出幼苗的馬蹄蓮、吊蘭、鳶尾分別移栽到試驗裝置中，密度均為8株/m2，每個裝置設1個重復，穩(wěn)定1周后，采用間歇進水方式進水，每次進水前將裝置內污水排空，進水量為4 L/d，水力停留時間為1 d。試驗周期約30 d，同時監(jiān)測進、出水水質變化情況。采用重鉻酸鉀消解分光光度法檢測化學需氧量（COD），采用過硫酸鉀消解-鉬銻抗分光光度法測定總磷含量（TP），采用納氏試劑分光光度法測定氨氮（NH+4-N）含量。

2結果與分析

2.1不同濕地植物對COD的去除效果

人工濕地的顯著特點之一是對有機污染物有較強的降解能力，污水中的不溶性有機物通過濕地的沉淀、過濾作用，可以很快被截留，進而為微生物所利用。污水中的可溶性有機物可通過植物根系生物膜的吸附、吸收作用及生物代謝降解過程而被分解去除[8]。由圖2至圖4可知，鳶尾、吊蘭、馬蹄蓮3種植物對模擬生活污水COD的去除效果均較好，3種植物構成的模擬人工濕地系統(tǒng)對COD的凈化過程基本相同。鳶尾系統(tǒng)出水COD值基本穩(wěn)定在10 mg/L，吊蘭、馬蹄蓮系統(tǒng)出水COD值均基本穩(wěn)定在20～30 mg/L。鳶尾系統(tǒng)的凈化效果最好，COD平均去除率達90.2%，其次是吊蘭、馬蹄蓮，分別達87.8%、86.5%。

2.2不同濕地植物對NH+4-N的去除效果

氮元素是植物生長繁殖的必需元素之一，濕地植物在生長過程中通過根系從污水中吸收氮素，另外，濕地植物根系的輸氧功能為濕地中的微生物提供了硝化環(huán)境條件，連同濕地基質間的反硝化環(huán)境條件，促進了污水脫氮反應的進行，從而去除污水中的氮[9]。由圖5至圖7可知，鳶尾、吊蘭、馬蹄蓮3種植物模擬人工濕地系統(tǒng)對NH+4-N的去除率隨著系統(tǒng)運行時間的增加而增加，系統(tǒng)運行后期鳶尾濕地系統(tǒng)出水NH+4-N 的濃度穩(wěn)定在5 mg/L以下，鳶尾系統(tǒng)對NH+4-N的平均去除率達88.8%，吊蘭、馬蹄蓮系統(tǒng)對NH+4-N的去除率分別達87.3%、85.3%。

2.3不同濕地植物對TP的去除效果

人工濕地對磷的去除方式包括化學吸附、物理過濾、層積物形成、微生物同化、植物吸收等[10]。有學者指出，濕地系統(tǒng)中基質對磷的去除速度最快，水生植物最慢[11]。有人認為，植物根際微環(huán)境以及植物與微生物的耦合作用對人工濕地除磷有重要作用[12]。植物床人工濕地對污水中磷的去除效果明顯優(yōu)于無植物的人工濕地[13-14]。由此可見，植物在人工濕地系統(tǒng)中對污水磷的去除有重要作用。由圖8至圖10可知，3種不同植物濕地模擬系統(tǒng)對TP的去除效果均較好，其中鳶尾濕地系統(tǒng)對TP的去除效果最好，平均去除率達90.4%，系統(tǒng)運行濕地系統(tǒng)后期出水TP濃度穩(wěn)定在0.5 mg/L以下，其次是吊蘭、馬蹄蓮濕地系統(tǒng)，平均去除率分別達88.6%、87.3%。

3結論

本研究表明，鳶尾、吊蘭、馬蹄蓮3種不同植物人工濕地系統(tǒng)對模擬生活污水凈化效果均較好。3種植物中對COD、NH+4-N、TP去除效果最好的是鳶尾，其次是吊蘭、馬蹄蓮。在系統(tǒng)運行后期，鳶尾系統(tǒng)出水COD穩(wěn)定在10mg/L左右，NH+4-N、TP的出水濃度分別穩(wěn)定在5、0.5 mg/L以下，達到了GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級A標準。從環(huán)境適應性以及美化效果來看，3種植物均適宜在本區(qū)域栽培。

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