芦苇、香蒲等湿地植物对总磷去除效率的比较

刘 阳

(山东省环境保护科学研究设计院有限公司，山东 济南 250013)

1 简介

1.1 我国在污水处理面临的问题

目前随着工业的发展，在带来巨大的经济效益的同时也对环境造成了不可小视的破坏，水质的不断恶化引起了政府的高度重视，在最近的20多年，各级政府建立了数量众多的污水处理厂用于治理污水，水质恶化问题在一定程度上得到了缓解，但就目前的处理情况看，水体污染的形势依旧严峻，水体污染主要表现在以下三个指标，CODcr、N、P的超标，引起水体富营养化等重大环境事故频繁发生，对社会、经济、环境的影响较大[1]。针对目前的现状，治理水环境的侧重点在于对工艺的优化以及改善，控制水体中氮磷的含量，从而逐步对整体的水体进行改善，提高水体质量。

生活污水深度处理再利用不仅有利于缓解水资源的紧缺的现状，也有利于对水资源综合整治，达到节省新鲜水资源且获取一定的环境效益[2]，二级生化处理后排放的水可用于农业灌溉，以减少对地下水的抽取，把节约出来的水供给水资源匮乏的城市用水，解决水资源匮乏地区的用水问题，由此可见，研究发展深度处理技术是很有必要的。

目前现有的深度处理技术足够解决传统污水引起的N、P超标对水体的污染问题，同时高昂的运营费用也制约了现有的工艺技术很难大面积进行推广，同时效果也达不到最理想的状态。由此，迫切需要新的工艺来技术来解决上述面临的问题，用什么样的技术，怎样的工艺组合更适合运用于污水的深度处理是非常值得研究的[3]。

1.2 人工湿地技术

人工湿地是通过人为创造的一种适合水生植物生长，控制其中某些条件用于处理污水的新技术[4]，人工湿地具有建造以及运行费用低、后期维护简单、适用范围广，抗污性高、处理污染物范围广泛，不仅对氮磷有很明显的去除效果，而且对重金属以及酸性的有机物无机矿物质也就有不错的去除能力。

1.3 不同植物对总磷的去除效果

大量研究证明，在选择湿地中植物的种类对整个系统及其重要，在选择植物时应该遵循以下原则：①适应当地气候环境；②耐污性强；③根系发达④植物间的合理搭配；⑤具有较高的观赏价值。本试验由于试验环境为北方地区，北方冬季气温低，因此在选择植物方面优先考虑具有生长周期长，耐冻、扛逆型的植物，比如芦苇、香蒲、水烛等，本试验研究选择了芦苇与香蒲，由于芦苇中空、有利于氧气传输，根系发达分泌氧气的能力较强，光合速率也高于其他植物，香蒲生长速度快，根部生物数量较多，抗污性较强，同时具有观赏性美化环境的作用，芦苇与香蒲对恶劣水质具有较强的适应能力。

2 试验装置与方法

2.1 试验方法

人工湿地由于要进行栽种植物，所以湿地系统之前就开始准备，包括植物的栽培，四套人工湿地系统，试验用水为长清西区污水处理厂二级出水。试验期间，正值春夏季，气温高，植物生长旺盛，污水厂二级出水进入到配水箱，再经过配水槽进入湿地反应区，最后出水进行检测后达标排放至河里。

2.2 试验装置

图1 湿地装置整体构造图

人工湿地反应装置采用PVC材料加工制成，装置规格为长70 cm，宽25 cm，高15 cm，进水方式为装置前端进水，末端出水，分别设置进水区和出水区，反应区间为60 cm，为了保证试验的结果的准确性，本次试验将进行平行试验，试验装置如图1所示。

本套试验装置在进水与反应区和反应区隔板上打孔是为了使布水更加均匀，进出水能够保持均衡不出现死水区和短流，这样可以通过进水区水位控制反应区内的水位。本试验模拟的湿地为水平潜流湿地。反应区的容积为70 cm×25 cm×15 cm=26.25 L，人工湿地试验模型具体装填分为：

(1)芦苇潜流式人工湿地；

(2)香蒲潜流式人工湿地。

湿地模拟系统反应区分为湿地植物与土壤层，土壤厚度10 cm，土壤层包括了少量的沙石和湿地旁边的土壤。

试验流程：二沉池出水→配水箱→配水槽→湿地反应区→集水槽(检测)。

2.2.1 试验进水

本试验采用长清污水处理厂二沉池出水，长清污水处理厂主要处理济南市生活污水，二沉池出水具体水质指标如表1所示。

表1 二沉池进水各项指标

2.2.2 湿地试验植物

本试验选择芦苇和香蒲作为本次试验中的水生植物，芦苇根茎十分发达，能长到高3 m以上，直径1～5 cm，芦苇生于江河湖泽，池塘沟渠，芦苇可以造纸，建材，根部也可以入药，有利尿解毒清凉等价值。

香蒲属于水生或沼生草本植物，根状乳白色，叶片条形，叶鞘抱茎，香蒲经济价值较高，花粉可入药，叶片用于编织，幼叶基部和根状茎先端可作蔬菜食用，香蒲生长温度在15～30 ℃时候生长最为迅速，当温度降到10 ℃以下时候，生长基本停止，香蒲抗冻，根系发达。

2.3 总磷的检测方法(钼锑抗分光光度法)

在试验过程中主要对湿地系统的进出水进行取样检测，每隔2天取一次样，检测项目为pH值，CODcr，TP。并观察水生植物在人工湿地中的长势。CODcr，TP、pH值的检测方法以《水和废水监测分析方法》为准。如表2所示。

表2 水质指标检测方法

2.3.1 方法原理

在酸性条件下，正磷酸盐与钼酸铵、酒石酸锑氧钾反应，生成磷钼杂多酸，被还原剂抗坏血酸还原，则变成蓝色络合物，通常即称为磷酸蓝。

2.3.2 干扰及消除

磷含量大于2 mg/L有干扰，可用硫代硫酸纳除去，硫化物含量大于2 mg/L有干扰，在酸性条件下通氯气可去除，六价铬大于50 mg/L有干扰，用亚硫酸纳法去除，亚硝酸盐大于1 mg/L有干扰，用氧化消解或者加氨磺酸均可以消除，铁的浓度为20 mg/L会使结果偏低5%，铜的浓度达10 mg/L不干扰，氟化物小于70 mg/L也不干扰。

2.3.3 方法适用范围

本方法最低检测浓度0.01 mg/L，测定浓度上限为0.6 mg/L。适用于地表水，生活污水等污水中正磷酸盐分析。

2.3.4 仪器与试剂

仪器：分光光度计。

试剂：① (1+1)硫酸；② 10%抗坏血酸溶液：溶解10 g抗坏血酸于水中，并稀释至100 mL/L，该溶液存于棕色瓶中，在约4 ℃可稳定保存几周，如颜色变黄，则丢弃重新配；③ 酸盐溶液：溶解13 g钼酸铵于100 mL水中，溶解0.35 g酒石酸锑氧钾于100 mL。在不断搅拌下，将钼酸铵溶液徐徐加到300 mL(1+1)硫酸中，加酒石酸锑氧钾溶液并且混合均匀，储存在棕色瓶中于4℃保存；④ 浊度-色度补偿液：混合两份体积(1+1)硫酸和一份体积10%的抗坏血酸，当天用当天配制；⑤ 酸盐储备液：将优级磷酸氢二钾于110 ℃下干燥2 h，在干燥箱中放冷，称取0.2197 g溶于水，移入1000 mL容量瓶，加(1+1)硫酸5 mL，用水稀释至标线，此溶液每毫升含2.00 μg磷。

2.3.5 试验步骤

标准曲线绘制，显色，测量。

2.3.6 计算

磷酸盐(P，mg/L)=m/v

以上公式中m-由校准曲线查的磷含量(μg)；

V-水样体积(mL)。

3 试验过程以及试验结果

3.1 芦苇潜流人工湿地、香蒲潜流式人工湿地对总磷的去除效果

本组试验主要土壤基质相同，植物不同对总磷的去除效果影响，去除效果由图2所示。

图2 芦苇、香蒲对总磷的去除效果

由图2可知，当土壤基质相同时，水生植物为芦苇时对水体中总磷的去除效果略大于香蒲对总磷的去除，通过图表也得知总磷的去除主要依赖湿地的物理化学生物协同作用得以去除。对于总磷的含量，前五天的去除总量达到了全部进水总磷的40%左右。

3.2 土壤基质对总磷的去除

当无水生植物时，土壤基质对总磷的去除效果如图3所示。

由图3可知，无水生植物时，系统对总磷的去除效率在5%～7%之间，通过以上试验数据初步得出结论，整体而言，人工湿地的除磷主要依靠植物物理化学生物作用。

图3 土壤基质对总磷的去除效果

不同植物的人工湿地对总磷的去除不同，芦苇潜流湿地对磷的去除效率达到了本次试验最高。不同植物对总磷的去除效果差异明显，具体试验数据如图4所示。

图4 不同植物对总磷的去除效果

3.3 试验结果分析

由以上试验可以看出芦苇对总磷的去除能力是高于香蒲对总磷的去除能力的。在人工湿地系统中，选择合适的植物是极其重要的，目前有大量研究表明水生植物直接具有相生相克的特性，相生相克主要体现在：①生化克制，一些水生植物在生长过程中根部会分泌某些物质对其他的物种进行抑制或者杀死[5]。②资源的争夺，植物都需要吸收光能和吸收二氧化碳以及营养物质来维持自身的生长，生长速度快，生命力旺盛的植物在营养竞争方面占有具有巨大优势[6]。人工湿地根系附近有氧区和缺氧区的存在为好氧厌氧以及兼氧微生物的活动提供了各自的生活区使得根系周围有明显的好氧菌和厌氧菌[7]。根系发达，植物也可向土壤中释放糖类、酚类和酸类分泌物，以此来影响对污染物的处理效率。

据参考文献表明，芦苇和香蒲中的微生物也不同，导致了芦苇对总磷的去除效率高于香蒲对总磷的去除效率。

4 结论与建议

在人工湿地中，进水浓度一致时，芦苇人工潜流湿地对总磷的去除能力强于香蒲潜流人工湿地。每天都有新的总磷进入到水体之中，所以试验只能以一段时间的总磷去除率来判断湿地对总磷的去除效果。

在本次试验中有新的发现，在今后关于人工湿地的试验过程中可以尝试把水力负荷考虑进去；对湿地进行分段，尝试设置曝气管，通过是否曝气来探究充氧对人工湿地除磷效果的影响。

[1]夏汉平.人工湿地处理污水的机理与效率[J].生态学杂志,2002,21(4):51-59.

[2]刘学功,李金中,李学菊.人工湿地填料结构刘水质净化效果影响研究[J].海河水利，2008,22(4):40-42.

[3]李捍东,朱 健,王 平,等.曝气/微生物/人工湿地组合工艺处理黑臭河水[J].中国给水排水,2009,25(11):22-24.

[4]王世和.人工湿地污水处理理论与技术[M].北京:科学出版社,2007.

[5]戈舒显,万红友.人工湿地植物及其去污效果研究进展[J].环境保护科学,2012,38(1):19-22.

[6]Hans Brix.Use of constructed wetland in water pollution control; his torical development, present status, and future perspectives[J].Wat Tech,1994,30(8):209-223.

[7]徐丽花，周 琪.不同填料多级人工湿地渗滤床处理系统的净化能力研究[[J].上海环境科学,2002,21(10):603-605.