不同植物人工濕地對污水的凈化效果

1、孫光等：不同植物人工濕地對污水的凈化效果 2193不同植物人工濕地對污水的凈化效果孫光1，馬永勝*，趙冉東北農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與建筑學(xué)院，黑龍江 哈爾濱150030摘要：通過對栽種蘆葦(phragmites australis)、香蒲(typha latifolia)和菖蒲(acorus calamus)3種植物的潛流人工濕地進(jìn)行試驗(yàn)研究，分析3種植物對污水的凈化效果，及在不同水力停留時間下的變化規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明，在最佳運(yùn)行條件下，cod、tn、tp的去除率分別在50%、75%和65%以上；3種植物對比可以看出，香蒲的凈化效果明顯好于蘆葦和菖蒲，香蒲對cod、tn、tp的去除率分別達(dá)到67.2%、

2、89.7%、88.9%。關(guān)鍵詞：濕地植物；人工濕地；污水凈化；水力停留時間中圖分類號：x703.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a 文章編號：1672-2175（2008）06-2192-03 人工濕地在污水處理、污染物控制和改善環(huán)境方面已經(jīng)得到各國的普遍重視和應(yīng)用1-3。這種技術(shù)與傳統(tǒng)污水生化處理技術(shù)相比，具有建設(shè)成本與運(yùn)行成本低、處理效果好、兼有生態(tài)修復(fù)功能與營造生態(tài)景觀等特點(diǎn)4。在人工濕地污水處理系統(tǒng)中，植物床起著非常重要的作用。但是人工濕地作為一種新型污水處理技術(shù)，在我國的研究時間較短，在濕地植物選擇方面缺乏相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)，特別是我國東北地區(qū)又有著與南方地區(qū)顯著不同的地域、氣候、植被等特點(diǎn)，因此，開展東北

3、地區(qū)人工濕地植物的篩選與配置技術(shù)研究對于拓展人工濕地技術(shù)在我國東北地區(qū)的應(yīng)用有著重要的意義。本試驗(yàn)通過構(gòu)建3種不同植物的潛流濕地系統(tǒng)，研究了濕地在不同水力停留時間對cod、tn、tp的去除效果，為人工濕地的構(gòu)建提供理論依據(jù)。1 材料與方法1.1 人工濕地的設(shè)計(jì)人工濕地建立在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)露天實(shí)驗(yàn)場地，采用潛流型人工濕地系統(tǒng)，試驗(yàn)的人工濕地模型如圖1所示。人工濕地床體由磚砌成，單個床體長4 m，寬1.7 m，深1 m，共3池，底部與四周以水泥墻封閉，并進(jìn)行防滲處理。每個系統(tǒng)分為進(jìn)水段、處理段、出水段。濕地床體底部鋪兩根排水管，內(nèi)部填充基質(zhì)為48 mm粒徑的碎石10 cm，上層覆蓋10 cm細(xì)沙和4

4、0 cm土壤，土壤取自東北農(nóng)業(yè)大學(xué)露天實(shí)驗(yàn)場地。1.2 人工濕地植物圖1潛流式人工濕地構(gòu)造fig.1 the structure of subsurface flow constructed wetland水生植物的選型必須遵循耐污能力強(qiáng)、去污效果好、適合當(dāng)?shù)丨h(huán)境、根系發(fā)達(dá)、抗病蟲害能力強(qiáng)、具備美觀和經(jīng)濟(jì)價值等原則5。濕地植物吸收營養(yǎng)物質(zhì)的能力與植物的種類、污水性質(zhì)、當(dāng)?shù)貧夂?、土壤性質(zhì)等有關(guān)，與其根系的長勢和生長深度也有關(guān)，且濕地植物對土壤的輸氧能力和根系導(dǎo)水作用也與根系的發(fā)達(dá)程度有關(guān)6。2007年4月，從哈爾濱市郊外采集濕地植物蘆葦(phragmites australis)、香蒲(typh

5、a latifolia)和菖蒲(acorus calamus)，向濕地土壤中植入帶有芽抱的植物根。每種植物種1池。植物生長初期做到經(jīng)常除草，防止迅速生長的雜草抑制蘆葦、香蒲和菖蒲的生長。濕地植物生長至6月末基本布滿整個池子成為優(yōu)勢種。1.3 進(jìn)水水質(zhì)供試污水根據(jù)綏化市秦家灌溉試驗(yàn)站水稻稻田排放污水指標(biāo)用化肥（磷酸二銨）進(jìn)行模擬配比，其中的氮主要以氨氮形式存在，磷主要以磷酸根po43-形式存在。進(jìn)水水質(zhì)條件如表1所示。1.4 分析方法（1）氨氮的測定：水楊酸法。（2）全氮的測定：過硫酸鉀氧化紫外分光光度法。（3）全磷的測定：鉬銻抗比色法。（4）cod的測定：重鉻酸鉀法。表1 人工濕地進(jìn)水水質(zhì)ta

6、ble 1 the water quality of constructed wetland inletcodc/(mgl-1)nh4+-nc/(mgl-1)tnc/(mgl-1)tpc/(mgl-1)ph7612844.681.247.680.032.752.97.28.2試驗(yàn)儀器：德國羅威邦et99731微電子多參數(shù)cod/toc測定儀。2 結(jié)果與分析2.1 3種植物濕地對污水中cod的去除效果圖2 3種植物濕地對cod的去除效果fig. 2 the cod removal efficiency of the three constructed wetlands with plants人工

7、濕地對cod的去除主要是依靠附著在基質(zhì)和植物根系上的微生物的降解作用7。我們對栽種有蘆葦、香蒲和菖蒲的三塊濕地進(jìn)行了試驗(yàn)研究。隨運(yùn)行時間的進(jìn)行，人工濕地出水cod去除率的變化曲線如圖2所示。本研究表明，各植物人工濕地對codcr的去除率隨停留時間的延長而增大，植物對codcr的去除發(fā)揮了一定的作用，各植物人工濕地對codcr的去除效果最好在第3天，去除率均在54.9%以上，表現(xiàn)出顯著的去除效果，在第4天和第5天去除率開始減小。不同植物相比較，以香蒲的去除效果較高。2.2 3種植物濕地對污水中nh4+-n和tn的去除效果圖3 3種植物濕地對nh4+-n的去除效果fig. 3 the nh4+-n

8、 removal efficiency of the three constructed wetlands with plants圖5 3種植物濕地對tp的去除效果fig. 5 the tp removal efficiency of the three constructed wetlands with plants人工濕地系統(tǒng)對氮的去除依靠微生物的硝化、反硝化；植物的吸收和氨氮的揮發(fā)作用8。我們比較了蘆葦、香蒲和菖蒲濕地nh4+-n、tn的去除效果，如圖3、圖4所示。nh4+-n的去除效果也是衡量污水處理效果的重要指標(biāo)。氨氮的去除主要取決于植物的供氧能力，研究結(jié)果表明，供試植物人工濕地對氨

9、氮的去除與停留時間并不成正比，以第3天的去除效果最好，去除率在54.890.0，以香蒲濕地的去除效果最好，去除率達(dá)90.0%，顯著高于蘆葦和菖蒲濕地，如圖3。圖4 3種植物濕地對tn的去除效果fig. 4 the tn removal efficiency of the three constructed wetlands with plants由圖4可以看出，對tn的去除與對nh4+-n的去除趨勢相似，隨著水力停留時間的增加，tn的去除率升高，在3 d時達(dá)到最大值后，去除率開始下降。去除率在61.3%89.7%。分析認(rèn)為因?yàn)榛|(zhì)吸附的部分氮在較長停留時間里重新向系統(tǒng)釋放，以及基質(zhì)中加入的有機(jī)

10、堆肥里的氮營養(yǎng)物質(zhì)的釋放對出流也有一定影響。較長的停留時間使系統(tǒng)缺氧狀態(tài)加劇，抑制了氨氮向硝氮轉(zhuǎn)化，使除氮的主要過程反硝化反應(yīng)受阻，造成了系統(tǒng)較低的除氮效率。2.3 3種植物濕地對污水中tp的去除效果人工濕地對tp的去除是植物吸收、微生物的積累及基質(zhì)的物理化學(xué)作用等三個方面協(xié)同作用的結(jié)果9-10。3種植物濕地對tp的去除效果如圖5所示。由圖5可以看出，此人工濕地系統(tǒng)具有較好的磷去除能力，不同植物濕地情況下，tp的去除率為35.5%88.9%。農(nóng)田排水中的磷主要以p043-的形態(tài)存在，磷負(fù)荷在濕地中通過顆粒形態(tài)運(yùn)移，進(jìn)入濕地中的磷多數(shù)沉積在土壤中，因此控制污水在濕地的滯留時間能達(dá)到持留磷的目的。

11、但是這種持留是可逆的過程，土壤吸附的一部分磷可能會重新釋放到水中，或者可能在濕地的進(jìn)入水流的沖擊擾動下，使原先吸附的磷隨水流流出。因此，過長的停留時間以及較大的水流流速可能會造成磷滯留的負(fù)面效果。對磷的去除最佳水利停留時間為5 d。選用磷吸收能力較強(qiáng)的植物和吸附能力較好的基質(zhì)，對磷的去除有積極的作用。3 結(jié)論（1）3種植物中以香蒲的去除效果最為顯著，這與3種植物的生長狀態(tài)有密切的關(guān)系，3種植物中以香蒲生長最為旺盛而且覆蓋度大，蘆葦與菖蒲生長狀況及覆蓋度基本一致。系統(tǒng)中氮的去除主要是通過植物的吸收利用和微生物的硝化與反硝化反應(yīng)，由于植物生長狀況不同導(dǎo)致了根系微生物的數(shù)量的差異，以及根系向系統(tǒng)內(nèi)部

12、輸氧的作用，導(dǎo)致去除效果上的差別，另外由于植物的密集度不一樣，香蒲濕地中對污水的截流作用也要大于蘆葦和菖蒲濕地，因此才會出現(xiàn)圖中的結(jié)果。（2）在考察不同水力停留時間，對污水中cod、氮、磷的去除效果的影響中發(fā)現(xiàn)，大多呈現(xiàn)出去除曲線先升后降的趨勢，在對cod、氮的去除中表現(xiàn)得更為顯著，因此本濕地系統(tǒng)對cod、氮的凈化存在著最佳的水力停留時間3 d，在此水力停留時間下，cod、nh4+-n和tn的去除達(dá)到最高水平，去除率最高分別達(dá)到67.2%、90.0%和89.7%。對磷的去除最佳水利停留時間為5 d。這些是由濕地的構(gòu)造、運(yùn)行方式以及污染物去除機(jī)理的共同影響的結(jié)果。參考文獻(xiàn)：1 王全金, 李麗,

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