几种水生植物净化城市污水能力比较研究

张志敏，朱 祥，丁新泉，王 锐

(1. 铜仁学院；2.铜仁市创建国家环境保护模范城市办公室，贵州 铜仁 554300；3.杨凌职业技术学院，陕西 杨凌 712100)

几种水生植物净化城市污水能力比较研究

张志敏1,2，朱 祥3，丁新泉1，王 锐1,2

(1. 铜仁学院；2.铜仁市创建国家环境保护模范城市办公室，贵州 铜仁 554300；3.杨凌职业技术学院，陕西 杨凌 712100)

为了给选择优良净化城市污水植物提供依据，采用城市污水模拟和盆栽试验，对玉带草、千屈菜、菖蒲、石菖蒲、黄花鸢尾、香蒲、水芹、水葫芦等8种常见水生植物净化城市污水TN、TP、BOD5、COD能力进行了比较研究，结果为，供试8种水生植物后第5～20d，TN的去除率为(54.45±1.62)%～(95.45±1.47)%，在第20d，TN去除率黄花鸢尾最高，石菖蒲次之，它们显著高于其他6种植物(P\%<0.05)；TP去除率为(50.24±1.87)%～(96.27±2.46)%，在第20d黄花鸢尾最高，水芹和石菖蒲较高, 它们显著高于其他5种植物(P\%<0.05)；COD去除率为(59.34±1.37)%～(93.27±2.36)%，黄花鸢尾最高，玉带草最低，8种植物之间差异不显著(P\%>0.05)；BOD5去除率为( 64.48±1.16)%～(92.98±1.23)%,水芹最高，黄花鸢尾、石菖蒲次之，它们3个显著高于其它5种植物(P\%<0.05)；试验期内，每种水生植物对每种污染物的去除率随时间的延长而升高。应优先选用黄花鸢尾、石菖蒲。

水生植物；栽植；城市污水；净化；功效

随着经济的快速发展、城镇化建设的加剧，城市废水排放量与日俱增，而由于污水处理设备及环境保护设施不健全，大量城市污水处理效果不佳甚至未经处理直接排放，造成水体污染，使水体富营养化程度逐渐增加[1-2]，严重影响人类的健康和社会的可持续发展。如何有效地治理水体污染，已成为国内外专家研究的重点。目前，我国广泛采用化学、物理的方法处理城市污水，这些方法存在诸多缺点，比如：费用高、运行慢、易造成二次污染、工艺复杂等[2-3]。

植物修复技术作为一项高效、经济、持久的水体净化绿色修复技术，在城市污水治理方面具有广阔的发展前景。它利用植物的吸收和固定的生理生化特点及对某些化学元素的忍耐和超量积累特性，通过固定、吸收、转化、降解等过程，部分或完全消除和修复水体有毒物质[4-7]。学界还把植物修复分为植物萃取、植物讲解、植物根际降解、植物根系过滤、植物稳定作用、植物挥发等6种类型[6]，但植物修复治理水污染过程中最关键的技术是筛选出净化效果好、适应强的植物种类[8-10]。因此，为了给城市污水治理过程中的植物选择提供依据和参考，我们对几种常见水生植物净化城市污水主要成分TN、TP、BOD5、COD等的能力进行了比较研究，结果如下。

1 材料与方法

1.1 材料

在对贵州省铜仁市水生植物资源、气候特征进行详细调查的基础上，并结合植物的观赏及经济价值，选取以下8种水生植物为试验材料：玉带草(Phalaris arundinacea var.picta)、千屈菜(Lythrum salicaria)、菖蒲(Acorus calamus)、石菖蒲(A. tatarinowii)、黄花鸢尾(Iris wilsonii )、香蒲(Typha orientalis)、水芹(Oenanthe javanica)、水葫芦(Eichhornia crassipes)。供试植物材料来自铜仁市水生植物基地及某水生植物公司。

试验水样采自铜仁市某下水道出口，其TN、TP、COD、BOD5浓度分别为42.56、5.32、387、264mg·L-1，水质劣于《地面水环境质量标准GB3838-88》第V类水。

1.2 试验设计与布置

试验设为实验组、CK组，实验组每桶种植4株，3次重复，CK组不种植植物。在试验期间每天保持桶中水位(实验组、CK组分别加同种方法同一时间处理过的污水)，试验第5、10、15、20d时对植物和污水进行采样测定。

在试验前将植物幼苗移入自来水中驯养4d，使移栽过程中受损的根系得以恢复。4d后选取生长健壮、无枯叶、长势基本一致、苗高在40cm左右的植株，用去离子水冲洗干净幼苗根系后，放置于直径、25cm、高40cm特制的黑色塑料桶内，每桶底部铺10cm厚、经盐酸浸泡16h消毒和用超离子水漂洗4次的粗砂基质，用打孔塑料板将基质和桶底隔开。

1.3 测定方法

水中TN含量用碱性过硫酸钾紫外分光光度法测定，TP采用钼酸铵分光光度法测定(GB1189-89)[11]，COD用HH-6化学耗氧量测定仪测定，BOD5用890型微机测定仪测定。

1.4 修复结果评价指标

植物净化污水效果用去除率表示。去除率R\%(%)=(W初-W测)/W初×100。式中W初、W测分别表示试验初期和测定期污水中某物质的含量浓度(mg·L-1)。

1.5 数据统计与分析

试验数据采用SAS软件GML过程进行方差分析，图表使用Origin8.5绘制。

2 结果与分析

2.1 水生植物对城市污水中TN(总氮)的净化效果

从表1可以看出，处理5d，对照对TN的去除率为(48.24±1.42)%，8种试验水生植物去除率为(54.45±1.62)%～(74.34±2.1)%，高于对照，除玉带草、千屈菜与对照差异不显著(P\%>0.05)外，其他6种水生植物与对照的差异均显著(P<0.05)，石菖蒲、黄花鸢尾去除效果最好；处理10d，8种试验水生植物去除率为(76.12±0.79)%～(90.21±0.89)%，都显著高于对照的(59.56±2.15)%(P\%<0.05)，黄花鸢尾最高(与石菖蒲、香蒲差异不显著，P\%>0.05)，水葫芦、玉带草最低(分别与千屈菜、菖蒲、水芹差异不显著，P\%>0.05)，最高者与最低者之间差异显著(P\%<0.05)；处理15d，8种试验水生植物去除率为(80.45±1.03)%～(92.14±1.87)%，都显著高于对照的(63.23±1.80)%(P<0.05)，黄花鸢尾最高(与石菖蒲差异不显著，P>0.05)，千屈菜最低(分别与水葫芦、玉带草、菖蒲、香蒲、水芹差异不显著，P>0.05)，最高者与最低者之间差异显著(P\%<0.05)；处理20d,8种试验水生植物去除率为(84.12±2.67)%～(95.45±1.47)%，都显著高于对照的(67.18±2.15)%(P<0.05)，黄花鸢尾最高(与石菖蒲、菖蒲差异不显著，P>0.05)，玉带草最低(分别与千屈菜、香蒲、水葫芦、水芹差异不显著，P>0.05)，最高者与最低者之间差异显著(P\%<0.05)；黄花鸢尾、石菖蒲、菖蒲清除TN的效果最好。

随着处理时间延长，在对照因自我修复对TN的去除率上升的同时，8种水草对TN的去除率也都呈上升趋势，且在第15d以后都达到了80%以上，表明在一定时段内延长处理时间可以提高对TN的去除效果。

表1 不同水生植物不同时间内对城市污水中TN的去除率 %

注：同列中不同字母表示差异显著(P<0.05)，下同。

2.2 水生植物对城市污水中TP(总磷)的净化效果

由表2看出，处理5d，对照对TP的去除率8种试验水生植物去除率为(50.24±1.87)%～(61.05±2.75)%，高于对照的(45.12±1.57)%，除玉带草与对照差异不显著外(P\%>0.05)，其他7种水生植物与对照的差异均显著(P\%<0.05)，黄花鸢尾去除效果最好；处理10d，8种试验水生植物去除率为(69.34±2.76)%～(76.43±2.87)%，都显著高于对照的(59.47±2.05)%(P\%<0.05)，黄花鸢尾最高(与石菖蒲、菖蒲差异不显著，P>0.05)，水葫芦最低(分别与千玉带草、千屈菜、香蒲、水芹差异不显著，P\%>0.05)，最高者与最低者之间差异显著(P\%<0.05)；处理15d，8种试验水生植物去除率为(82.17±2.27)%～(93.04±1.67)%，都显著高于对照的(68.46±3.04)%(P\%<0.05)，石菖蒲最高(与黄花鸢尾、水芹差异不显著，P\%>0.05)，水葫芦最低(分别与玉带草、千屈菜、菖蒲、香蒲差异不显著，P>0.05)，最高者与最低者之间差异显著(P\%<0.05)；处理20d，8种试验水生植物去除率为(84.37±1.38)%～(96.27±2.46)%，都显著高于对照的(71.28±1.58)%(P<0.05)，黄花鸢尾最高(与石菖蒲、水芹差异不显著，P>0.05)，水葫芦最低(分别与玉带草、千屈菜、菖蒲、香蒲、水葫芦差异不显著，P>0.05)，最高者与最低者之间差异显著(P\%<0.05)；黄花鸢尾、石菖蒲、水芹清除TP的效果最好。

表2 不同水生植物不同时间内对城市污水中TP的去除率 %

随着处理时间延长，在对照因自我修复对TP的去除率上升的同时，8种水草对TP的去除率也都呈上升趋势，且在第15d以后都达到了80%以上，表明在一定时段内延长处理时间可以提高对TP的去除效果。

2.3 水生植物对城市污水中化学需氧量(COD)的净化效果

从表3可以看出，处理5d，对照对COD的去除率为(50.23±2.37)%，8种试验水生植物去除率为(59.34±1.37)%～(68.23±1.54)%，高于对照，除菖蒲与对照差异不显著外(P>0.05)，其他7种水生植物与对照的差异均显著(P\%<0.05)；处理10d，8种试验水生植物去除率为(70.18±2.62)%～(83.25±1.75)%，都显著高于对照的(58.98±2.14)%(P<0.05)，石菖蒲最高(与黄花鸢尾差异不显著，P>0.05)，水葫芦最低(分别与千玉带草、千屈菜、菖蒲、香蒲、水芹差异不显著，P>0.05)，最高者与最低者之间差异显著(P\%<0.05)；处理15d，8种试验水生植物去除率为(80.24±2.56)%～(91.25±1.31)%，都显著高于对照的(65.56±2.45)%(P<0.05)，黄花鸢尾最高(与石菖蒲、香蒲、水芹差异不显著，P>0.05)，玉带草最低(分别与千屈菜、菖蒲、水葫芦差异不显著，P>0.05)，最高者与最低者之间差异显著(P\%<0.05)；处理20d，8种试验水生植物去除率为(86.19±1.13)% ～(93.27±2.36)%，都显著高于对照的(67.28±1.45)%(P<0.05)，黄花鸢尾最高(与石菖蒲、香蒲、水芹差异不显著，P>0.05)，玉带草最低(分别与千屈菜、菖蒲、水葫芦差异不显著，P>0.05)，最高者与最低者之间差异显著(P\%<0.05)；黄花鸢尾、石菖蒲、香蒲、水芹清除COD的效果比较好。

随着处理时间延长，在对照因自我修复对COD的去除率上升的同时，8种水草对COD的去除率也都呈上升趋势，且在第15d以后都达到了80%以上，表明在一定时段内延长处理时间可以提高对COD的去除效果。

表3 不同水生植物在不同时间内对城市污水中COD的去除率 %

2.4 水生植物对城市污水中生化需氧量(BOD5)的净化效果

处理5d，对照对BOD5的去除率为(62.12±1.56)%(表4)，8种试验水生植物去除率为(64.48±1.16)%～(72.45±2.18)%，高于对照，除玉带草、水葫芦与对照差异不显著外(P>0.05)，其他6种水生植物与对照的差异均显著(P\%<0.05)；处理10d，8种试验水生植物去除率为(70.48±1.89)%～(83.43±2.56)%，除玉带草外，都显著高于对照的(67.34±2.15)%(P\%<0.05)，黄花鸢尾最高(与菖蒲、石菖蒲差异不显著，P>0.05)，千屈菜、菖蒲、香蒲、水芹、水葫芦之间差异不显著，P>0.05，最高者与最低者之间差异显著(P\%<0.05)；处理15d，8种试验水生植物去除率为(78.64±1.88)%～(91.23±1.64)%，都显著高于对照的(71.23±2.46)%(P<0.05)，黄花鸢尾最高(与石菖蒲、水芹差异不显著，P>0.05)，玉带草最低，千屈菜、菖蒲、香蒲、水葫芦之间差异不显著，P>0.05，最高者与最低者之间差异显著(P\%<0.05)；处理20d，8种试验水生植物去除率为(82.14±2.13)%～(93.27±2.86)%，都显著高于对照的(73.45±1.58)%(P<0.05)，黄花鸢尾最高(与石菖蒲、香蒲、水芹、水葫芦、千屈菜差异不显著，P>0.05)，玉带草最低，与菖蒲差异不显著，P>0.05，最高者与最低者之间差异显著(P\%<0.05)；在处理期间黄花鸢尾、石菖蒲、水芹清除BOD5的效果比较好。

随着处理时间延长，在对照因自我修复对BOD5的去除率上升的同时，8种水草对BOD5的去除率也都呈上升趋势，且在第15d以后都达到了75%以上，表明在一定时段内延长处理时间可以提高对BOD5的去除效果。

表4 不同水生植物不同时间内对城市污水中BOD5的去除率 %

3 结论与讨论

本试验结果为，用TN、TP、COD、BOD5浓度分别为42.56、5.32、387、264mg·L-1的污水，栽植玉带草、千屈菜、菖蒲、石菖蒲、黄花鸢尾、香蒲、水芹、水葫芦等8种水生植物后第5～20d，TN的去除率为(54.45±1.62)%～(95.45±1.47)%，TP的去除率为(50.24±1.87)%～(96.27±2.46)%，COD去除率为(59.34±1.37)%～(93.27±2.36)%，BOD5去除率为(64.48±1.16)%～(93.27±2.86)%；8种水生植物对城市污水中TN、TP、COD、BOD5去除率明显高于CK，净化效果良好，尤其是黄花鸢尾、石菖蒲，在8种植物中对TN、TP、COD、BOD5净化效果优于其它植物;在试验期内，每种水生植物对每种污染物的去除率随时间的延长而升高，随后趋于平稳，去除率达到最大值。这些结果与前人研究结果一致[7,10]。在栽植条件允许的情况下，为净化城市污水中这4种污染物可优先选用黄花鸢尾、石菖蒲。

本研究中水生植物表现出很好的去磷效果，去除率达(96.27±2.46)%，这可能由于磷与污水中金属离子结合形成稳定的化合物[13]，或者与植物根系的吸收能力有关，被根系微生物同化的结果[7,13]。李科德等人研究表明，COD的去除率与水体中的微生物数量、活动呈明显的正相关；微生物数量大，水体温度适宜，COD的去除率就高[14]。另外，TN、TP、COD、BOD5的去除率还与根系的组织结构有很大的关系，因为根系生物膜、导管等组织能吸附、过滤、沉淀污水中的可溶性物质和不溶性物质[9-10]。本试验只筛选出在城市污水治理中比较理想的水生植物种类，至于水生植物对污水的净化机理有待进一步的研究。

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Study on Phytoremediation of Urban Wastewater by Hydrophytes

ZHANGZhi-min1,2,ZHUXiang3,DINGXin-quan1,WANGRui1,2

(1.Tongren University, Tongren, Guizhou 554300;2.Tongren Office for Establishing National Environmental Protection Model City, Tongren,Guizhou 554300; 3.Yangling Vocational & Technical College, Yangling, Shaanxi 712100)

Phytoremediationofurbanwastewaterwasstudiedbyusing8kindsofhydrophytesnamely,Phalarisarundinaceavar.picta,LythrumsalicariaL.,Acoruscalamus,Acorusgramineus,Iriswilsonii,TyphaorientalisPresl,Oenanthejavanica(Blume)DC,Eichhorniacrassipes(Mart.)Solmsastheobjects.Whenthesehydrophytesgrewfor5d, 10d, 15dand20d,theindexofTN,TP,COD,BOD5andwastewatertransparencywasdetermined.TheresultshowedthattheTNremovalratefrom5dto20dinthewastewaterbyallthehydrophytesrangedfrom(54.45±1.62)%to(95.45±1.47)% .At20d,TNremovalbyIriswilsoniiishighest,followedbyAcorusgramineus,bothhigherthantherestofsixplantsinremovalofTN.RemovalofTPrangedfrom(50.24±1.87)%～(96.27±2.46)%andat20d,TPremovalbyIriswilsoniiishighestfollowedbyOenanthejavanica\%(Blume)DCandAcorusgramineus,bothhigherthanrestoffiveplants.RemovalofCODrangedfrom(59.34±1.37)%～(93.27±2.36)%andCODremovalbyIriswilsoniiishighestandtheleastbyPhalaris?arundinacea?var.?picta,slightdifferenceamong8plants.RemovalofBOD5rangedfrom( 64.48±1.16)%～(92.98±1.23)%,highestremovalbyOenanthejavanica\%(Blume)DCfollowedbyIriswilsoniiandAcorusgramineus,threeofthemhigherthantherestoffiveplants.The8kindsofhydrophytesshowedagoodpurificationeffectonurbanwastewater,especiallyIriswilsoniiandAcorusgramineus..Fromtheanalysisofstudy,IriswilsoniiandAcorusgramineus\%areidealplantspeciesinthephytoremediationforurbanwastewater.

Hydrophytes;urbanwastewater;phytoremediation;purificationeffect

2016-09-08 基金项目：铜仁市环保局专项(TRCMB16-3)；贵州省教育厅特色重点实验室项目(黔教合KY字[2011]005)。

张志敏(1981-)，女，河南周口人，博士研究生，副教授，主要从事植物生理、栽培及育种研究。

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