塘西河人工濕地對再生水廠出水水質(zhì)凈化效果研究

張金流，王洪潔瑩，崔夢琴，孫　鵬

(合肥學(xué)院 生物與環(huán)境工程系，安徽 合肥 230601)

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塘西河人工濕地對再生水廠出水水質(zhì)凈化效果研究

張金流，王洪潔瑩，崔夢琴，孫鵬

(合肥學(xué)院 生物與環(huán)境工程系，安徽 合肥 230601)

摘要：為研究人工濕地對塘西河再生水廠排放水的凈化效果，對濕地進(jìn)出水水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，濕地對水中的磷酸鹽、硝酸鹽均具有一定的凈化效果，A區(qū)、B區(qū)磷酸鹽、硝酸鹽平均去除率分別為27.3%、40.93%和35.99%、41.47%。對于磷酸鹽，B區(qū)去除效果要好于A區(qū)，這主要是B區(qū)配置有幾種植物的結(jié)果；對于硝酸鹽，A、B區(qū)凈化效果無太大差異，說明植物配置還需要進(jìn)一步優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：凈化；人工濕地；磷酸鹽；硝酸鹽；塘西河

近年來，隨著巢湖水體富營養(yǎng)化形勢的日益嚴(yán)峻及區(qū)內(nèi)水體的嚴(yán)重污染，合肥市濱湖新區(qū)已呈現(xiàn)出水質(zhì)型缺水狀態(tài)，開源節(jié)流將是解決這一問題的重要措施之一，而污水再生利用則是這一措施的具體體現(xiàn)。正是在這一背景下，塘西河再生水廠于2011年建成，城市污水經(jīng)再生水廠處理后，經(jīng)由人工景觀濕地進(jìn)一步凈化后排入塘西河，作為其生態(tài)水補(bǔ)給源；同時(shí)經(jīng)濕地凈化后的再生水也可用于娛樂景觀用水及市政用水，可以有效緩解濱湖新區(qū)水資源緊缺形勢。

1研究區(qū)概況

塘西河人工濕地位于廬州大道與方興大道交叉口西北角，濕地內(nèi)種植有蘆葦、菖蒲及少量的蓮花、美人蕉、鳶尾等植物。經(jīng)處理后的再生水廠出水由A進(jìn)水口和B進(jìn)水口排入濕地(圖1)，A區(qū)水流沿著自然坡度流入B區(qū)，在濕地內(nèi)經(jīng)凈化處理后排入塘西河或用于市政用水。B區(qū)面積稍大于A區(qū)，A1與A2采樣點(diǎn)之間種植有荷花、菖蒲，A2到A3區(qū)域全部是菖蒲；B區(qū)種植有蘆葦、菖蒲、美人蕉、鳶尾等植物。

圖1　采樣點(diǎn)示意圖

2樣品采集及樣品室內(nèi)分析

(1)采樣點(diǎn)設(shè)置。沿著水流流動方向，分別在濕地A區(qū)設(shè)置3個(gè)采樣點(diǎn)，分別編號為A1、A2、A3；在B區(qū)設(shè)置4個(gè)采樣點(diǎn)，分別編號為B1、B2、B3、B4，如圖1所示；A1、B1處水樣代表濕地進(jìn)水口水質(zhì)；A3、B4處水樣代表濕地出水口水質(zhì)。

3結(jié)果與討論

3.1A區(qū)磷酸鹽濃度的時(shí)空變化

圖2顯示了人工濕地A區(qū)采樣期間各采樣點(diǎn)水體中磷酸鹽濃度時(shí)空變化及總的去除率。由圖可以看出，3月底到4月初，再生水廠排水中磷酸鹽濃度較高，濕地凈化效果較差，體現(xiàn)在磷酸鹽的去除較低(3月22日去除率只有15.41%)；但隨著氣溫逐漸上升，再生水廠排水中磷酸鹽濃度趨于下降，而濕地凈化效果則逐漸提高并于4月12日達(dá)到整個(gè)監(jiān)測時(shí)段的最大值(41.34%)；4月26日之后再生水廠排水磷酸鹽趨于穩(wěn)定，濕地凈化效果則隨著水體中磷酸鹽濃度的變化而波動，表現(xiàn)出排水磷酸鹽濃度升高，則濕地凈化效果下降，但總的去除效果是趨于穩(wěn)定。同時(shí)由圖2可以看出，在A區(qū)，濕地對磷酸鹽平均去除率達(dá)到27.3%，其中A1～A2段要好于A2～A3段，平均去除率分別是16.68%，10.62%。這可能是因?yàn)锳1～A2段種植有荷花、菖蒲，而A2～A3只種植菖蒲，而據(jù)研究[6-7]，同時(shí)種植有多種植物的濕地其凈化效果要優(yōu)于單一植物濕地。另外，由圖2可以看出，在3月22日左右，濕地凈化磷酸鹽效果不好，這是因?yàn)榇藭r(shí)濕地水生植物還沒有生長起來，生物量極少。

圖2　A區(qū)磷酸鹽濃度時(shí)空變化及去除率

3.2A區(qū)硝酸鹽濃度時(shí)空變化

圖3顯示了人工濕地A區(qū)水體中硝酸鹽濃度的時(shí)空變化及其去除率。同樣由圖3可以看出，在4月19日之前，隨著再生水廠排水硝酸鹽濃度的逐漸下降，濕地對硝酸鹽的去除效果逐漸上升，但是總的去除效果不好。4月26日，水體中硝酸鹽濃度較高，導(dǎo)致去除效果下降，這可能是因?yàn)樗w中硝酸鹽濃度較高，超過整個(gè)水生生物能力[6]。5月10日之后，濕地對硝酸鹽的去除效果基本趨于穩(wěn)定。

圖3　A區(qū)硝酸鹽濃度時(shí)空變化及去除率

從圖3可以看出，在A區(qū)，濕地對硝酸鹽的平均去除率達(dá)到40.93%，好于磷酸鹽的去除率；其中A1～A2段、A2～A3段平均去除率分別是21.08%和19.85%，這兩段濕地對硝酸鹽的去除率相似，說明濕地對磷酸鹽、硝酸鹽去除起主要作用的植物可能不同。另外，由圖3同樣可以看出，在3月22日前后，濕地對硝酸鹽的去除效果不好，這同樣是因?yàn)榇藭r(shí)段濕地植物還沒有生長起來，生物量較小的原因。

3.3B區(qū)磷酸鹽濃度時(shí)空變化

圖4顯示人工濕地B區(qū)各采樣點(diǎn)水體中磷酸鹽濃度的時(shí)空變化及其去除率。從中同樣可以看出，在3月22日前后，再生水廠排水中磷酸鹽濃度較高，濕地對磷酸鹽的去除率較差。之后隨著氣溫逐漸升高，濕地植物生物量逐漸增大，濕地對水體中磷酸鹽的去除率也逐漸提高。從圖中可以看出，隨著水體中磷酸鹽濃度的波動，濕地對其去除效果也呈現(xiàn)同樣的波動趨勢，說明水體中磷酸鹽濃度超過水生植物的利用范圍，水生植物將無法對其進(jìn)行代謝利用。另外，從圖中可以看出，B區(qū)濕地對水體中磷酸鹽的利用率要好于A區(qū)，其平均去除率達(dá)到35.92%，這是兩方面原因造成的結(jié)果，一是因?yàn)锽區(qū)面積大于A區(qū)，污水在濕地中的水力停留時(shí)間較A區(qū)長；其二是因?yàn)锽區(qū)是多種植物配置的濕地，其凈化效果較A區(qū)單一植物好。這一點(diǎn)從圖4中B區(qū)各區(qū)段去除效果相似也可以看出。

圖4　B區(qū)磷酸鹽濃度時(shí)空變化及去除率

3.4B區(qū)硝酸鹽濃度時(shí)空變化

由圖5可以看出，在4月5日之前，隨著水體中硝酸鹽濃度的升高，濕地對其凈化效果呈下降趨勢，這是因?yàn)榇藭r(shí)濕地植物還沒有生長起來，其后，隨著水體中硝酸鹽濃度的下降，濕地對硝酸鹽的去除效果逐漸上升并最終趨于穩(wěn)定。從圖中可以看出，在監(jiān)測期間，濕地B區(qū)對水體中硝酸鹽的平均去除率達(dá)到41.47%，稍好于A區(qū)，但并不明顯，說明增加植物種類配置對硝酸鹽的去除并沒有起到明顯的作用，這一點(diǎn)與磷酸鹽不同。

圖5　B區(qū)硝酸鹽濃度時(shí)空變化及去除率

4結(jié)論

通過對塘西河人工濕地各采樣點(diǎn)水質(zhì)監(jiān)測后發(fā)現(xiàn)，塘西河人工濕地對再生水廠排水具有較好的凈化效果，其A區(qū)磷酸鹽、硝酸鹽平均去除率達(dá)到27.3%、40.93%，B區(qū)磷酸鹽、硝酸鹽平均去除率達(dá)到35.99%、41.47%；對于磷酸鹽，B區(qū)凈化效果明顯好于A區(qū)，這一方面是B區(qū)水力停留時(shí)間增長，另一方面是B區(qū)種植多種植物；對于硝酸鹽，A、B區(qū)去除效果并無太大差異，說明塘西河人工濕地B區(qū)植物配置對硝酸鹽凈化效果并沒有起到作用。由上述分析可知，在利用濕地植物去除污水中的營養(yǎng)鹽時(shí)，由于沒有形成周年高效的水體植物凈化體系，導(dǎo)致濕地凈化效果出現(xiàn)季節(jié)性動態(tài)變化，特別是冬季，這一點(diǎn)在本研究中也表現(xiàn)的特別明顯(如圖2～圖5)。因此合理配置濕地植物，使?jié)竦亟K年保持較高的去污效果是目前急需加以研究的課題；其次，利用濕地凈化污水時(shí)，要合理配置多種植物，以發(fā)揮各種植物協(xié)同凈化作用，這一點(diǎn)在本研究中也有所體現(xiàn)。

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[7] 戢小梅，許林，謝焰鋒,等.水生植物對富營養(yǎng)化程度不同水體氮磷去除效果的研究[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2015,28(2):809-814.

Study on the Effect of Tangxihe Wetland Purification Recycled Water

ZHANG Jin-liu, WANNG Hong-jie-ying, CUI Meng-qin, SUN Peng

(Department of Biological and Environmental Engineering,Hefei University, Hefei,Anhui 230601,China)

Abstract:To study the purification effect of artificial wetland on Tangxihe recycling plant drainage, the wetland water quality is monitored in this paper, and the result shows that wetland has some purification effect on phosphate and nitrate in water, the average removal rates of phosphate and nitrate at A area, B area are 27.3%, 40.93% and 35.99%, 41.47%, respectively. For phosphate, the removal rate at B area is higher than that at A area, this is mainly because that B area has several plants but A area has not. For nitrate, the purification effect has no too much difference at A, B area, this suggests that wetland plant need to be further optimized.

Key words:purification, artificial wetland, phosphate, nitrate, Tangxihe

文章編號：1007-4260(2016)01-0115-04

中圖分類號：X522;Q89

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.13757/j.cnki.cn34-1150/n.2016.01.029

作者簡介：張金流，男，安徽巢湖人，博士，合肥學(xué)院生物與環(huán)境工程系講師，研究方向?yàn)榄h(huán)境地球化學(xué)。E-mail: zhanggolden@163.com

基金項(xiàng)目：安徽高校省級自然科學(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目(KJ2014A214)，合肥學(xué)院人才基金(13RC04)，高校優(yōu)秀中青年骨干人才國內(nèi)外訪學(xué)研修重點(diǎn)項(xiàng)目(gxfxZD2016212)，合肥學(xué)院學(xué)科帶頭人培養(yǎng)對象項(xiàng)目(2014dtr02)和大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目(AH201411059004)。

*收稿日期：2015-07-27

網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2016-03-15 17:05網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/34.1150.N.20160315.1705.029.html