沉水植物在农村分散生活污水处理方面的研究进展与工程案例

苏蕾　乔毅　林涛

摘 要：沉水植物塘作为生态处理工艺，对推进农村分散生活污水处理有重要意义。现阶段，沉水植物系统在污水处理上的研究取得了一定进展，特别是污染物去除机理研究，同时也筛选了一批能用作污水处理的沉水植物种类。在实际运用中，以沉水植物稳定塘为主体工艺的农村分散生活污水处理项目能有效的处理受纳的污水，处理后水质指标达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准。

关键词：沉水植物；稳定塘；农村分散生活污水；污水处理；生态处理

引言

随着社会发展和环保意识的提升，对农村水环境污染问题的关注日益提高，治理农村污水的需求也越来越迫切。当前，中国大部分农村地区污水收集系统不完善，废水处理设施缺乏，污水任意排放，导致农村周边水环境污染严重，水体氮、磷超标出现富营养化的问题[1]。有研究表明生活污水和农田的氮、磷流失是造成水体富营养化的主因，而工业废水对总氮（TN）、总磷（TP）的贡献率仅占10%-16%[2]。针对农村污水排放量小、波动大、可生化性好等特点，借鉴国外经验，我国采用了农村分散生活污水处理方式，推进农村污水治理[3]。

稳定塘作为一种常用的生态处理工艺，在农村分散生活污水处理中具有建设费用低、出水水质较稳定、运行费用低廉和维护管理较常规处理容易的优点，同时，在许多村落中普遍存在一些接纳污水的鱼塘，污水通过原有的沟渠排放到鱼塘，因此可以利用、改造这些鱼塘而不需要额外的用地和管网建设。

然而，采用稳定塘作为主体技术在农村分散生活污水处理应用方面有其不足之处，主要是稳定塘的污染负荷低。这导致稳定塘需要占用较多的面积，同时，也导致了污染物的去除能力也较低，所以实际处理效率较常规处理技术要低[3]。因此，如何提高稳定塘的处理效率是当前研究的重要课题之一，也对推进农村生活污水的分散处理有重要意义[4]。

沉水植物在水体净化领域应用广泛，研究也较多，许多研究[5-7]表明沉水植物在水体净化中起到了重要的作用，对透明度的维持、水质的稳定有重要作用。因此，以沉水植物为主导的沉水植物系统较多的应用在受污染水体的富营养化的修复，并且取得了不错的效果[8-11]。

因此，不少研究[1，5，12-14]尝试将沉水植物引入到稳定塘中，构建沉水植物稳定塘来处理农村污水，取得了一定的进展。

1 沉水植物系统污染物去除机理

农村生活污水主要特点是COD含量低而氮、磷等营养物质含量相对较高。沉水植物主要通过光合作用增加水体的溶氧量，为水体中好氧微生物提供呼吸作用所需要的氧气，促进好氧微生物降解水体中的氮、磷和有机营养物。除此之外，沉水植物还能直接吸收水体中的营养物质，有效降低污水中的氮、磷等营养物质含量水平[15]。

1.1 氮去除机理

研究表明，沉水植物系统的氮去除过程与自然界氮循环中氮从水体中输出过程类似[1]，主要是靠微生物的硝化作用和反硝化作用，其他途径还包括氨氮挥发、沉积和植物吸收。赵安娜等人研究显示，虽然种植了沉水植物的氧化塘处理能力较好，但是沉水植物植物吸收的总氮量仅占试验氧化塘总氮量的1.54%，表明沉水植物吸收并不是沉水植物在氮去除过程中起到的最重要的作用[13]。朱平等用沉水植物塘处理生活污水的试验发现，沉水植物塘去除率与对照塘接近，但对照塘实际为一个藻糖，故其认为沉水植物塘与藻糖的氮去除机制相近[14]。一般认为，沉水植物提供的大量氧气、栖息场所以及一些促进微生物活动的分泌物，有助于间接提高微生物的硝化与反硝化能力，提高氮的去除效率[1，15]，但也有试验研究认为沉水植物对氮去除的方式因种类不同而分为直接吸收为主和沉降吸附为主两种类型[16]。

1.2 磷去除机理

与氮去除过程类似，磷的去除与自然过程类似，主要是依靠化学的沉淀作用，而植物吸收的作用不明显，赵安娜等对沉水植物氧化塘处理污水厂尾水的机制小试研究[13]发现，沉水植物对磷的直接吸收量只占到氧化塘总磷量的1.77%，而通过化学沉淀和基质吸附进入基质而去除的总磷量达到氧化塘总磷量的70%以上。朱平等[14]研究发现，对照藻塘磷去除率与沉水植物塘去除率接近。Gao等对东湖的沉水植物系统的磷去除过程研究也发现了类似的结果，有沉水植物组磷去除率介于70%到90%，但是对照组也有50%左右的去除率，表明磷的去除更多的依赖于非植物参与的过程，同时Gao等也推测，即使有植物参与，磷得去除也是依赖于共沉淀，植物主要起到间接加强这一过程的作用[17]。但是，任文君等试验发现，沉水植物系统磷去除机制与植物种类有关，一类植物以植物吸收为主要去除途径（金鱼藻和黑藻），一类植物以沉淀吸附为主要去除方式（马来眼子菜和篦齿眼子菜）[16]。

1.3 对DO的影响机理

现有研究均显示沉水植物对水体的DO提高有显著作用，主要是因为沉水植物能够进行光合作用，产生氧气释放到水中，使得水体的溶解氧得到提高[12-14，16，18]。

1.4 对COD的去除机理

研究认为，COD的去除主要是依靠沉水植物提高水体中的溶解氧，促进水体中的好氧微生物氧化分解有机物，沉水植物再将产生的二氧化碳吸收用作光合作用，合成为自身的物质，使水体中的有机物发生转移[12-14，16，18]。因此，实际上，水体中的COD并没有完全去除，而是转移到植物体内。

1.5 对SS的去除机理

研究证实，沉水植物能够分泌助凝物质，促进水体中悬浮藻类和颗粒的沉降，这种现象主要是沉水植物为了提高透明度，增加光照强度的与藻类竞争的手段，但是间接促进了SS的去除[13，16，18，19]。

2 运用于污水处理的沉水植物种类

经过大量研究和实际案例运用筛选，能用于污水处理的沉水植物主要有黑藻、金鱼藻、苦草、伊乐藻、菹草及其他一些眼子菜属的植物。

2.1 轮叶黑藻

轮叶黑藻分类上属于水鳖科黑藻属黑藻的变种。一些实验室研究表明，种植了轮叶黑藻的水体比不种植沉水植物的水体氮、磷的去除率分别提高了11.98%-84.15%和15%-39.41%[13，14，16，18]；但是轮叶黑藻根部为假根，所以其主要作用在水体，而对底泥影响小，同时，轮叶黑藻生长至水面上时会形成遮蔽带，对其他沉水植物形成遮蔽，抢夺光照[20]。任文君等研究表明，黑藻对氮的去除方式主要是依靠植物吸收[16]，对磷的去除方式主要是依靠沉降吸附。但赵安娜等试验结果显示，黑藻直接吸收的氮、磷量只占氮、磷去除总量的一小部分[13]。

2.2 金鱼藻

金鱼藻分类上属于金鱼藻科金鱼藻属。试验研究表明，相对于对照无植被水体，金鱼藻水体的氮、磷去除率提高了4.98%-93.75%和2.98%-37.37%[13，14，16，18]；与黑藻类似，金鱼藻没有真正意义上的根，因此对水体的作用大于对底泥的作用。金鱼藻对氮、磷的去除方式均以吸收为主，但不同实验结果显示出来的去除方式有差异[13，16，18]。

2.3 苦草

分类学上，苦草系水鳖科苦草属一种。使用苦草进行的水质净化实验显示，苦草的存在能使水体的氮磷去除率比对照组分别提高1.74%-52.39%和13.01%-29.29%[13，14，18]；苦草与金鱼藻和黑藻相反，苦草根系和地下茎发达，对底泥和水质都有直接作用；研究显示苦草对氮的去除方式是以植物吸收为主，而磷则是依靠吸附沉降，但也有研究显示，苦草对氮、磷均是以吸附沉降为主[13，14，18]。

2.4 篦齿眼子菜

篦齿眼子菜系眼子菜科眼子菜属鞘叶亚属植物。净化实验证明，篦齿眼子菜能够将水体氮、磷去除率提高21.2%-32.06%和1.67%-33.12%[13，16]，植物根茎发达，对水体和底泥都有效果，去除方式主要依靠沉降吸附。

2.5 竹叶眼子菜（马来眼子菜）

竹叶眼子菜在分类学上属于眼子菜科眼子菜属眼子菜亚属。植物根茎发达，对底泥和水体均能其作用，实验证明竹叶眼子菜能有效提高水体的氮、磷去除能力，达到30%-90%左右[13，16]。其去除机制与篦齿眼子菜类似[13，16]。

3 在污水处理领域的实际运用（以佛山市南庄镇邓岗村农村生活污水处理项目为案例）

沉水植物系统在实际运用中主要用作水体的生态修复，用作污水处理的沉水植物系统还处于实验室研究阶段，尤其是农村生活污水处理上，试验研究主要是用作后续的深度处理（沉水植物塘），并没有作为主体工艺使用。

最近，佛山市南庄镇邓岗村农村生活污水处理项目，主体工艺采用沉水植物稳定塘工艺，稳定塘原是村里纳污鱼塘，面积3200平方米，水深1.2-1.5米。村内人口接近2000人，鱼塘每天受纳生活污水约120吨，污水水质波动较大，但总体符合《广东省农村生活污水处理技术指引》中农村污水水质指标（见表1）。

项目于2013年12月开始实施，2014年1月底完工，在鱼塘内种植了黑藻、苦草、金鱼藻、篦齿眼子菜等形成了一个沉水植物塘，塘前增加简单的预处理设施（格栅），污水经过稳定塘处理后排入河涌，要求水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准，而经过处理后，水质基本控制指标达到要求（见表2）。并且水体透明度达到1.5米。

工程案例表明，沉水植物稳定塘确实能够有效处理中、低浓度农村分散生活污水，并且水质能够达到污水排放标准。

4 结束语

将沉水植物应用到污水处理领域，有一定的实验研究基础，具有一定的可行性。现有的工程案例也表明，沉水植物塘能够有效的处理中低浓度的农村生活污水，结合稳定塘在农村分散生活污水处理上的优势，沉水植物塘对现有农村分散生活污水生态处理技术是一种很好的补充和发展，能够有效推进农村污水治理，改善农村水环境。

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