3种挺水植物对农村生活污水的净化效果比较

郭杏妹 王代容 曾春山

摘要[目的]筛选对农村生活污水净化效果较好的挺水植物。[方法]选用花叶芦竹（Arundo donax）、翠芦莉（Ruellia brittoniana）、水葱（Scirpus tabernaemontani）3种挺水植物模拟潜流人工湿地处理生活废水，研究3种植物对氨氮（NH4+-N）、总磷（TP）、化学需氧量（COD）的净化效果。[结果]花叶芦竹、翠芦莉、水葱对水体中NH4+-N、TP、COD的去除效果明显，168 h后3种植物对NH4+-N的去除效率达到94.6%，而最低的COD的去除效率也达到89.8%。[结论]采用湿地植物处理农村生活污水具有投资成本少、处理效果好、出水水质好等特点。

关键词生活废水；挺水植物；去除效率；净化效果

中图分类号S181文献标识码

A文章编号0517-6611（2017）20-0070-03

Abstract[Objective] To screen the emergent plants which have better purifying effect on rural sewage.[Method] Subsurface flow constructed wetland for treatment of domestic wastewater by simulation of Arundo donax，Ruellia brittoniana，Scirpus validus

.The purification effects of three plants on NH4+-N，TP and COD were studied.[Result] The results showed that the removal rate of NH4+-N，TP and COD in the water of the three plants was obvious.After 168 hours，the removal rate of ammonia nitrogen for the three plants reached 94.6%，while the minimum COD removal rate was 89.8%.[Conclusion] The treatment of rural domestic sewage with wetland plants has the characteristics of low investment cost，good treatment effect and good effluent quality.

Key wordsDomestic sewage；Emergent plants；Disposal rate；Cleansing effect

在社會經济迅猛发展的背景下，农村水污染问题日益突出[1]。近年来，伴随一系列环境问题的出现，全社会的环境意识随之加强，我国大力加强环境保护工作的力度取得了一定成效，但由于种种因素制约，农村水污染问题不容乐观[2-3]。农村水污染影响环境的同时，还严重损害了群众的身体健康和农村经济的可持续发展。因此，解决农村水环境现状成为刻不容缓的问题。目前，国内应用于生活污水的处理技术大致可归为2类，第一类是“污水处理厂”工艺，第二类是“自然处理系统”[4-5]，如土壤渗滤、生物滤池和人工湿地技术。另外，还有一些示范工程采用2种工艺混合技术。人工湿地技术处理农村生活污水具有广泛的应用前景[6-7]，其中，植物是人工湿地的核心。因此，寻找生长快、生物量大、去污能力强的挺水植物是人工湿地技术处理农村生活污水的重要环节[8-9]。目前，国内应用于实际湿地工程的植物种类较少。笔者通过静态试验，筛选具有较高污水净化能力的湿地植物，研究植物密度和停留时间对污染物去除率的影响，旨在为今后的实际应用提供参考。

1材料与方法

1.1系统组成

该试验采用自制的栽培箱，规格为65 cm×46 cm×40 cm，每个箱子的同一侧在23 cm×25 cm处（进水口）和底部（出水口）均开孔，安装可开关控制的水龙头。试验装置如图1所示。试验采用的模块化人工生态填料是一种多孔透水混凝土，主要是粗骨科、粉煤灰、水泥、化学添加剂和水等搅拌而成，是一种不含细骨科，表面包裹一层胶结材料的紧密镶嵌、随机堆叠、相互粘结而成的均匀连续分布的蜂窝状沙琪玛结构，为10 cm×10 cm×10 cm的立方体模具。每个培养箱整齐均匀置入12块人工生态填料，把10个培养箱分为4组，前3组培养箱每组分别栽种3种挺水植物，即花叶芦竹（Arundo donax）[10]、翠芦莉（Ruellia brittoniana）[11]、水葱（Scirpus tabernaemontani）[12]。3种植物均来源于中山绿草原花木场，平均株高8～15 cm，栽种密度分别为每槽4、6、8株。最后1组只放模拟湿地材料，作为空白对照（CK）。

1.2试验材料和原水水质

试验原水主要是人工配水，取自然污水作为实际研究，人工配水为实验室配水，配制方法：往300 L清水中加入硝酸铵42.70 g、磷酸二氢钾5.27 g、邻苯二酸氢钾102.00 g，以及一定量的硝酸钾和硝酸镁。自然污水取自华南师范大学大学城校区理一栋附近水闸前，该处污水主要来源为大学城校区的部分生活污水。试验期间模拟潜流人工湿地系统进水水质指标见表1。

1.3试验方法

1.3.1植物适应性培养。

每个培养箱中加入约20 L清水进行适应性培养，培养时间约30 d，每5～7 d更换1次水，以保持水质清洁。30 d后将培养箱中的清水完全倾倒干净后，向每个培养箱加入约20 L人工污水。

1.3.2污水处理。人工污水处理过程中，每隔24 h取1次水样，并分析污水中各种污染物的含量，得出模拟潜流人工湿地系统处理结果。试验水质常规检测项目的测定方法参照《水和废监测分析方法（第4 版）》。

2结果与分析

2.1模拟潜流人工湿地系统对污水中NH4+-N、TP、COD的净化效果在人工湿地系统中，NH4+-N的去除途径主要有挥发氨化、硝化、反硝化、植物摄取和基质吸附[13]。由图2可知，3种植物对NH4+-N的去除率随着停留时间的延长而增大，符合正常规律。在144 h以内，3种植物对NH4+-N的去除率相当，当停留时间达到168 h时，翠芦莉比另外2种植物的去除率稍高，达到94.6%，花叶芦竹和水葱为92.0%。花叶芦竹处理效果稍差的原因是其根系活力相对较低，导致其吸收与转化污染物的能力较弱[14]。

对于3种植物对TP的去除率， 72 h以内从大到小依次为水葱、花叶芦竹、翠芦莉。水葱有较高去除率的原因可能是其茎具有蜡质，能吸附较多的磷[15]。

人工湿地对CODCr的去除主要是依靠污水中有机物的沉淀、基质吸附和植物根系微生物的降解作用[16]。在120 h内3种植物对COD的去除率相当，但停留时间为120～168 h时，3种植物对COD的去除率从大到小依次为翠芦莉、花叶芦竹、水葱。

水葱对COD的去除率低于前两者的原因是试验过程中水葱的生物量并未明显增大，可判断其对水中有机污染物的吸收量较少，且生長周期较短[17]，枯萎脱落的器官使污染物容易返回水中。因此，应定期对水葱采取收割措施，以防净化的污水被重新污染。

2.2株数对3种挺水植物去除污水中NH4+-N、TP和COD的影响

水生植物对水体环境中污染物的富集量和净化效率与植物生物量密切相关， 因而提高水生植物净化效率的一个重要途径就是提高植物密度量[18]。由图3可知，3种植物的株数对NH4+-N去除率的影响在前72 h有较为明显的规律，从大到小依次为8株、6株、4株，但是72 h以后3种植物的株数对NH4+-N去除率的影响明显变小。这说明植物对于NH4+-N的去除效果主要在试验前期，随着停留时间的延长，植物对NH4+-N的吸附和吸收逐渐饱和，并且其饱和值相当接近。

不同株数的花叶芦竹、翠芦莉和水葱对TP的去除率不是随生物量增多而增高的一般规律，花叶芦竹、翠芦莉对TP的去除率从大到小依次为8株、4株、6株，这说明并非株数栽种与去除率一定成正比，还与植物本身净光合速率有关，株数越多，同等空间占比较小，影响光合作用导致降低净化作用。3种植物对污水中TP的去除效果以水葱为最佳，停留时间为168 h，去除率达到93.8%，而花叶芦竹、翠芦莉的处理效果次之。对于TP的去除主要是化学吸附和沉积去除两者的结合，并在过程中伴随植物本身释放的磷酸酶产生抑制作用。

试验过程中，停留时间96 h以内不同株数的3种植物对COD的去除率基本符合“8株>6株>4株”的一般规律。而96 h之后，3种植物的株数对COD去除率的影响小。3种植物对COD的去除能力从大到小依次为翠芦莉、花叶芦竹、水葱，株数为8时，去除率分别为89.8%、81.7%、78.7%。通过构建微型潜流人工湿地，发挥挺水植物和湿地基质的共同净污效应，发现3种植物中翠芦莉对污水中COD总体表现出较高的净污能力。

2.3停留时间对3种挺水植物去除污水中NH4+-N、TP、COD的影响由图4可知，168 h内3种植物对NH4+-N、COD、TP的去除率总体呈前期上升、后期平缓趋势，这符合一般规律。污水进入反应系统初期，基质和根系的吸附作用、微生物的分解作用及植物的吸收作用三者共同存在，且植物与微生物均处于快速生长或繁殖阶段，利用了大量污染物，使得污染物的去除速率较大。后期因为基质和根系的吸附作用已经逐渐饱和，根系生长也趋于成熟，微生物由于最大生物量的限制，其繁殖速率也有所减慢，这些因素均导致污染物的去除速率有所减慢。污水处理后的水质可以满足广东省水污染物排放限（DB 44/26—2001）第2时段一级标准，说明该研究具有良好的实际应用前景。

3结论

（1）该研究结果表明，翠芦莉、花叶芦竹、水葱3种挺水植物对水中污染物的去除率均较高，但是对不同污染物的处理能力不尽相同，植物株数为8时，3种植物对NH4+-N的去除能力从大到小依次为翠芦莉、水葱、花叶芦竹，去除率分别为94.6%、91.9%、91.4%；3种植物对TP的去除能力从大到小依次为水葱、翠芦莉、花叶芦竹，去除率分别为93.8%、92.0%、91.3%；对COD的去除能力从大到小依次为翠芦莉、花叶芦竹、水葱，去除率分别为89.8%、81.7%、78.7%。通过构建微型潜流人工湿地，发挥挺水植物和湿地基质的共同净污效应，发现3种挺水植物中翠芦莉对污水中NH4+-N、TP、COD总体表现出较高的净污能力[19]。

（2）当种植株数为8时，植物对污染物的去除率总体最高，这表明污染物的去除率一般随植物株数的增多而增大。

（3）污染物的去除率随停留时间的延长而增大，且前96 h的去除速率明显比后72 h要大，这与介质的吸附和植物与微生物的生长有关。

（4）2种污水处理后的水质均满足广东省水污染物排放限（DB 44/26—2001）第2时段一级标准，说明该研究具有广阔实际应用前景。

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