几种湿地植物净化生活污水的效果比较

许巧玲 崔理华

摘要[目的]比较几种湿地植物对生活污水的净化效果。[方法]通过水培试验，研究了水葫芦、美人蕉、花叶芋、剑兰和万寿菊5种植物对生活污水的净化效果。[结果]5种植物对污水都有一定的处理效果，其中水葫芦和万寿菊的处理效果最好。在人工土柱运行试验中，水葫芦对COD、BOD5、NH+4N、TN、TP的去除率比对照分别提高了12.7%、10.9%、11.5%、4.1%和15.7%；万寿菊对COD、BOD5、NH+4N、TN、TP的去除率比对照分别提高了16.2%、8.9%、9.2%、7.4%和11.7%。在种植植物的人工土柱中，选择干湿比为1∶5，配水周期为2 d的运行方式更经济，更符合对水污染的处理要求。[结论]该研究可为控制水体污染和水体富营养化提供理论基础。

关键词湿地植物；生活污水；净化效果；人工土柱

中图分类号S181.3文献标识码A文章编号0517-6611（2014）01-00204-03

基金项目国家自然科学基金项目（41071214）。

作者简介许巧玲（1985- ），女，山东泰安人，博士研究生，研究方向：污水处理与修复技术，Email：amy.198510@163.com。*通讯作者，教授，博士，博士生导师，从事人工湿地研究。

收稿日期20131204人工湿地是一种很有前景的废水修复处理技术，这种技术可利用土壤、植物、微生物来降解废水中的污染物[1-2]。近年来，大量的人工湿地被成功地应用在处理生活污水方面[3]。人工湿地的处理机理比较复杂，其中水生植被系统起着很重要的作用。植物根系的新陈代谢作用产生的残留物提高了土壤的有机质，为土壤微生物提供充足的养分，使微生物大量繁殖；同时，植物根系的呼吸作用使根际小环境既有好氧区又有厌氧区，使得微生物种类大大增加[4]，而好氧区和厌氧区的交替促进湿地生态系统的硝化和反硝化作用进行，强化去净化能力[5-6]。早期湿地植物的研究主要是芦苇、香蒲等生物量较大的水生植物。有学者认为，选择当地优势植物，突出生物多样性是提高湿地净化能力的关键措施[7]。刘建彤等认为，废水处理系统植物的选择应考虑耐水性强和高氮负荷，通常选用芦苇、香蒲、灯芯草、田矛等植物[8]；日本的田佃真佐子研究了湿地栽植芦苇对河流的脱氮除磷效果[9]；崔理华等在人工湿地上栽植水花生和紫云英，两种植物都能增加对氮磷的处理[10]；袁东海等发现石菖蒲对污水净化的效果较好[11]。该试验在前人的基础上选择5种常见的均有喜肥耐水特性及一定观赏价值的植物：水葫芦、美人蕉、花叶芋、剑兰和万寿菊，通过水培试验筛选出处理污水效果较好的两种植物，然后结合人工土柱模拟人工湿地，净化生活污水，为控制水体污染和水体富营养化提供理论基础。

1材料与方法

1.1供试材料供试植物：水葫芦、美人蕉、花叶芋、剑兰、万寿菊。供试污水：华南农业大学5号教学楼的化粪池出水模拟城市生活污水，主要水质：COD 116～597 mg/L，BOD5 54～155 mg/L，NH+4N 52～157 mg/L，SS 93 mg/L，TN 70～166 mg/L，TP 6～25 mg/L，pH 6～7。供试土柱：草炭、砂和耕层土以一定的配比混合，分别装入6根15.24 cm的PVC管，土层厚度为80 cm，土柱体积为9.04 L，底部为10 cm的砾石层，将土柱竖直放入铁架中固定。人工土柱的主要性状：pH 6.7～7.1，容重1.26 g/cm3，比重2.47 g/cm3，含水率1.71%，阳离子交换量0.065 3 meq/g，有机质3.79%，全氮0.126%，全磷0.151%。

1.2试验方案设计挑选5种植物个体重量接近的植株固定插入盛有1.5 L生活污水的塑料盆中，每2 d取20 ml水测定COD、NH+4N、TN、TP。试验天数为10 d，对照为自然降解状况下的原污水，每种植物设置3个重复。

筛选出对污水COD、NH+4N、TN、TP去除率较高的植物，将其种植到人工土柱中。以两种运行周期运行：①干湿比为1∶5，配水周期为2 d；②干湿比为1∶8，配水周期为3 d。两种运行周期每次灌水均为8 h，灌水速率为2.5 L/h，水力负荷分别为88.5和59.0 cm/d。设置2个空白对照，运行6个月，每半个月测定出水水质：COD、NH+4N、TN、TP。

1.3分析方法水质采用国家环保局标准分析方法测定[12]。COD采用重铬酸钾法，NH+4N用半微量凯氏蒸馏酸滴定法，TN用过硫酸钾紫外分光光度法，TP用过硫酸钾钼蓝比色法。采用Excel 2003和SPSS 16.0软件对数据进行检验分析。

2结果与分析

2.1植物的筛选试验期间为了观察植物对污水的降解能力，同时设置了自然降解情况下的原污水做对比。经过10 d的水培试验，5种植物对污水中COD、TN、TP的降解能力如表1所示。用于处理污水的水葫芦、万寿菊、美人蕉对COD的降解效果明显，尤其是水葫芦和万寿菊与对照有显著差异，去除率分别可高达920%和77.9%。这是因为两种植物的根系都很发达，能够较大吸收和同化水中的有机物。5种植物在处理TN 的效果上也有很大的提高，水葫芦、美人蕉、花叶芋、剑兰和万寿菊对TN的去除率分别为34.1%、297%、28.2%、30.2%、33.1%，比对照分别提高了16.4%、12%、10.5%、14.5%、15.4%，其中水葫芦和万寿菊去除TN的能力最强。

植物对氮磷的吸收比例通常为6∶1[13]。该试验的原污水的氮磷比例较高，约为16∶1，因而植物对污水中的磷的去除率高于氮的去除率。从表1可知，水葫芦和美人蕉对TP的去除效果最显著，分别可高达49.3%、47.6%。试验结束时，花叶芋和剑兰污水中的TP含量反而高于自然降解下的污水中的TP含量，这是由于花叶芋和剑兰对COD的去除效果不明显，而有机物中含有大量的氮磷；另一方面，试验期间花叶芋和剑兰的根部部分死亡腐败，造成植物中的一部分磷释放到污水中。

为了了解各种植物对污水中污染物的降解情况及其降解规律，试验期间每隔2 d取一次样。由表2可知，随天数的增加，水葫芦和万寿菊污水中的COD不断降低。在试验前4 d，每2 d水葫芦对COD的降解增量分别为37.4%、25.8%；试验的第5～6天，水葫芦对COD的降解能力下降，对COD的去除率仅比第4天多了3.5%；10 d后，其对COD的降解率可高达89.9%。和水葫芦相似，其他植物万寿菊、花叶芋、美人蕉、剑兰对污水中COD的降解情况也是相似的规律，对COD的降解能力前4 d后4 d较强，在试验的第4～6天，对COD的降解缓慢，甚至几乎不降解。可能是因为试验中期为植物的适应时期，植物吸收有机物质的能力相对较弱，同时植物根细胞部分死亡也可造成水中的COD增加。由表3可知，试验期间对TN的降解情况和对COD的降解规律相似，在试验的前4 d和后4 d降解能力较强，中间降解速率最低，甚至几乎不降解。由表4可知，除了万寿菊对TP的降解率每天增加的幅度较大以外，其他植物对TP的降解规律和对COD和TN的降解规律是相似的。

2.2植物对人工土柱出水水质的影响经过6个月的运行试验，对人工土柱出水水质进行定期分析（表5）。结果表明，种植植物可以提高系统对污水的处理效果。在干湿比为1∶5时，种植水葫芦土柱的出水COD、BOD5、NH+4N、TN、TP去除率比对照提高了12.7%、10.9%、11.5%、4.1%、15.7%，而种植万寿菊土柱的出水COD、BOD5、NH+4N、TN、TP去除率比对照提高了16.2%、8.9%、9.2%、7.4%、11.7%。在干湿比为1∶8时，万寿菊土柱可获得相对较好的出水水质，说明万寿菊在长的运行周期下能发挥其对污水的净化能力。

比较两种运行周期下人工土柱出水水质。种植植物后的人工土柱在两种运行方式下均可以获得较好的出水水质。两种运行方式处理COD、BOD5的效果相当；在对TN的去除上，干湿比为1∶8的土柱则相对较差，因为对TN的去除是由硝化和反硝化两种反应共同完成的，干湿比为1∶8的干化时间较长，相应的厌氧持续时间没有干湿比为1∶5的长，所以对TN的去除能力较低。从处理量考虑，选择周期为2 d，干湿比为1∶5的运行方式不仅可以获得较好的处理效果，而且处理量更大，更为实用。

3结论

（1）5种植物对污水都有一定的处理效果，其中水葫芦和万寿菊的效果最好。

（2）人工土柱中种植水葫芦和万寿菊可以明显提高土柱出水水质，种植植物对土柱中氮的反硝化和磷的固定作用有积极作用，对COD、NH+4N、BOD5的去除率可高达80%左右。

（3）在种植植物的人工土柱中，选择干湿比为1∶5，配水周期为2 d的运行方式更经济，更符合对水污染的处理要求。

参考文献

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