塘西河人工湿地对再生水厂出水水质净化效果研究

张金流，王洪洁莹，崔梦琴，孙　鹏

(合肥学院 生物与环境工程系，安徽 合肥 230601)



塘西河人工湿地对再生水厂出水水质净化效果研究

张金流，王洪洁莹，崔梦琴，孙鹏

(合肥学院 生物与环境工程系，安徽 合肥 230601)

摘要：为研究人工湿地对塘西河再生水厂排放水的净化效果，对湿地进出水水质进行监测。结果发现，湿地对水中的磷酸盐、硝酸盐均具有一定的净化效果，A区、B区磷酸盐、硝酸盐平均去除率分别为27.3%、40.93%和35.99%、41.47%。对于磷酸盐，B区去除效果要好于A区，这主要是B区配置有几种植物的结果；对于硝酸盐，A、B区净化效果无太大差异，说明植物配置还需要进一步优化。

关键词：净化；人工湿地；磷酸盐；硝酸盐；塘西河

近年来，随着巢湖水体富营养化形势的日益严峻及区内水体的严重污染，合肥市滨湖新区已呈现出水质型缺水状态，开源节流将是解决这一问题的重要措施之一，而污水再生利用则是这一措施的具体体现。正是在这一背景下，塘西河再生水厂于2011年建成，城市污水经再生水厂处理后，经由人工景观湿地进一步净化后排入塘西河，作为其生态水补给源；同时经湿地净化后的再生水也可用于娱乐景观用水及市政用水，可以有效缓解滨湖新区水资源紧缺形势。

1研究区概况

塘西河人工湿地位于庐州大道与方兴大道交叉口西北角，湿地内种植有芦苇、菖蒲及少量的莲花、美人蕉、鸢尾等植物。经处理后的再生水厂出水由A进水口和B进水口排入湿地(图1)，A区水流沿着自然坡度流入B区，在湿地内经净化处理后排入塘西河或用于市政用水。B区面积稍大于A区，A1与A2采样点之间种植有荷花、菖蒲，A2到A3区域全部是菖蒲；B区种植有芦苇、菖蒲、美人蕉、鸢尾等植物。

图1　采样点示意图

2样品采集及样品室内分析

(1)采样点设置。沿着水流流动方向，分别在湿地A区设置3个采样点，分别编号为A1、A2、A3；在B区设置4个采样点，分别编号为B1、B2、B3、B4，如图1所示；A1、B1处水样代表湿地进水口水质；A3、B4处水样代表湿地出水口水质。

3结果与讨论

3.1A区磷酸盐浓度的时空变化

图2显示了人工湿地A区采样期间各采样点水体中磷酸盐浓度时空变化及总的去除率。由图可以看出，3月底到4月初，再生水厂排水中磷酸盐浓度较高，湿地净化效果较差，体现在磷酸盐的去除较低(3月22日去除率只有15.41%)；但随着气温逐渐上升，再生水厂排水中磷酸盐浓度趋于下降，而湿地净化效果则逐渐提高并于4月12日达到整个监测时段的最大值(41.34%)；4月26日之后再生水厂排水磷酸盐趋于稳定，湿地净化效果则随着水体中磷酸盐浓度的变化而波动，表现出排水磷酸盐浓度升高，则湿地净化效果下降，但总的去除效果是趋于稳定。同时由图2可以看出，在A区，湿地对磷酸盐平均去除率达到27.3%，其中A1～A2段要好于A2～A3段，平均去除率分别是16.68%，10.62%。这可能是因为A1～A2段种植有荷花、菖蒲，而A2～A3只种植菖蒲，而据研究[6-7]，同时种植有多种植物的湿地其净化效果要优于单一植物湿地。另外，由图2可以看出，在3月22日左右，湿地净化磷酸盐效果不好，这是因为此时湿地水生植物还没有生长起来，生物量极少。

图2　A区磷酸盐浓度时空变化及去除率

3.2A区硝酸盐浓度时空变化

图3显示了人工湿地A区水体中硝酸盐浓度的时空变化及其去除率。同样由图3可以看出，在4月19日之前，随着再生水厂排水硝酸盐浓度的逐渐下降，湿地对硝酸盐的去除效果逐渐上升，但是总的去除效果不好。4月26日，水体中硝酸盐浓度较高，导致去除效果下降，这可能是因为水体中硝酸盐浓度较高，超过整个水生生物能力[6]。5月10日之后，湿地对硝酸盐的去除效果基本趋于稳定。

图3　A区硝酸盐浓度时空变化及去除率

从图3可以看出，在A区，湿地对硝酸盐的平均去除率达到40.93%，好于磷酸盐的去除率；其中A1～A2段、A2～A3段平均去除率分别是21.08%和19.85%，这两段湿地对硝酸盐的去除率相似，说明湿地对磷酸盐、硝酸盐去除起主要作用的植物可能不同。另外，由图3同样可以看出，在3月22日前后，湿地对硝酸盐的去除效果不好，这同样是因为此时段湿地植物还没有生长起来，生物量较小的原因。

3.3B区磷酸盐浓度时空变化

图4显示人工湿地B区各采样点水体中磷酸盐浓度的时空变化及其去除率。从中同样可以看出，在3月22日前后，再生水厂排水中磷酸盐浓度较高，湿地对磷酸盐的去除率较差。之后随着气温逐渐升高，湿地植物生物量逐渐增大，湿地对水体中磷酸盐的去除率也逐渐提高。从图中可以看出，随着水体中磷酸盐浓度的波动，湿地对其去除效果也呈现同样的波动趋势，说明水体中磷酸盐浓度超过水生植物的利用范围，水生植物将无法对其进行代谢利用。另外，从图中可以看出，B区湿地对水体中磷酸盐的利用率要好于A区，其平均去除率达到35.92%，这是两方面原因造成的结果，一是因为B区面积大于A区，污水在湿地中的水力停留时间较A区长；其二是因为B区是多种植物配置的湿地，其净化效果较A区单一植物好。这一点从图4中B区各区段去除效果相似也可以看出。

图4　B区磷酸盐浓度时空变化及去除率

3.4B区硝酸盐浓度时空变化

由图5可以看出，在4月5日之前，随着水体中硝酸盐浓度的升高，湿地对其净化效果呈下降趋势，这是因为此时湿地植物还没有生长起来，其后，随着水体中硝酸盐浓度的下降，湿地对硝酸盐的去除效果逐渐上升并最终趋于稳定。从图中可以看出，在监测期间，湿地B区对水体中硝酸盐的平均去除率达到41.47%，稍好于A区，但并不明显，说明增加植物种类配置对硝酸盐的去除并没有起到明显的作用，这一点与磷酸盐不同。

图5　B区硝酸盐浓度时空变化及去除率

4结论

通过对塘西河人工湿地各采样点水质监测后发现，塘西河人工湿地对再生水厂排水具有较好的净化效果，其A区磷酸盐、硝酸盐平均去除率达到27.3%、40.93%，B区磷酸盐、硝酸盐平均去除率达到35.99%、41.47%；对于磷酸盐，B区净化效果明显好于A区，这一方面是B区水力停留时间增长，另一方面是B区种植多种植物；对于硝酸盐，A、B区去除效果并无太大差异，说明塘西河人工湿地B区植物配置对硝酸盐净化效果并没有起到作用。由上述分析可知，在利用湿地植物去除污水中的营养盐时，由于没有形成周年高效的水体植物净化体系，导致湿地净化效果出现季节性动态变化，特别是冬季，这一点在本研究中也表现的特别明显(如图2～图5)。因此合理配置湿地植物，使湿地终年保持较高的去污效果是目前急需加以研究的课题；其次，利用湿地净化污水时，要合理配置多种植物，以发挥各种植物协同净化作用，这一点在本研究中也有所体现。

参考文献:

[1] 吴建强，丁玲. 不同植物的表面流人工湿地系统对污染物的去除效果[J].环境污染与防治，2006, 28(6):432-434.

[2] 陈秋夏，郑坚，金川,等.水生植物对N、P的富集作用研究[J].江西农业大学学报，2008,30(3):437-442.

[3] 崔丽娟，李伟，张曼胤,等.不同湿地植物对污水中氮磷去除的贡献[J].湖泊科学，2011,23(2):203-208.

[4] 陈志超，张志勇，刘海琴，等.4种水生植物除磷效果及系统磷迁移规律研究[J].南京农业大学学报，2015,38(1):107-112.

[5] 戢小梅，许林，谢焰锋,等.水生植物对富营养化程度不同水体氮磷去除效果的研究[J].西南农业学报，2015,28(2):809-814.

[6] 李燕，刘剑飞，刘吉振,等.水生植物配置与水体净化的研究进展[J].中国农学通报，2015,31(15):175-179.

[7] 戢小梅，许林，谢焰锋,等.水生植物对富营养化程度不同水体氮磷去除效果的研究[J].西南农业学报，2015,28(2):809-814.

Study on the Effect of Tangxihe Wetland Purification Recycled Water

ZHANG Jin-liu, WANNG Hong-jie-ying, CUI Meng-qin, SUN Peng

(Department of Biological and Environmental Engineering,Hefei University, Hefei,Anhui 230601,China)

Abstract:To study the purification effect of artificial wetland on Tangxihe recycling plant drainage, the wetland water quality is monitored in this paper, and the result shows that wetland has some purification effect on phosphate and nitrate in water, the average removal rates of phosphate and nitrate at A area, B area are 27.3%, 40.93% and 35.99%, 41.47%, respectively. For phosphate, the removal rate at B area is higher than that at A area, this is mainly because that B area has several plants but A area has not. For nitrate, the purification effect has no too much difference at A, B area, this suggests that wetland plant need to be further optimized.

Key words:purification, artificial wetland, phosphate, nitrate, Tangxihe

文章编号：1007-4260(2016)01-0115-04

中图分类号：X522;Q89

文献标识码：A

DOI：10.13757/j.cnki.cn34-1150/n.2016.01.029

作者简介：张金流，男，安徽巢湖人，博士，合肥学院生物与环境工程系讲师，研究方向为环境地球化学。E-mail: zhanggolden@163.com

基金项目：安徽高校省级自然科学研究重点项目(KJ2014A214)，合肥学院人才基金(13RC04)，高校优秀中青年骨干人才国内外访学研修重点项目(gxfxZD2016212)，合肥学院学科带头人培养对象项目(2014dtr02)和大学生创新训练项目(AH201411059004)。

*收稿日期：2015-07-27

网络出版时间：2016-03-15 17:05网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/34.1150.N.20160315.1705.029.html