不同水生植物及基质对生活污水净化效果的影响

王 冰

（潍坊市诸城生态环境监控中心，山东诸城 262200）

近年来，污水治理一直是研究的热点，传统的污水处理技术很难兼顾污水处理效率及经济效益，目前处理污水的方法对污水中的化学物质都能部分去除，但城市生活污水中化学需氧量、总磷及总氮污染物用传统的污水处理技术难以全面去除。而人工湿地污水处理技术成本低，处理效率也高，运行费用低，其湿地具有观赏性和美学功能，逐渐成为现代生活污水处理技术主要手段之一，而基质和水生植物是人工湿地污水处理中最重要的两种介质[1]。

基质是人工湿地最基本组成，在湿地系统中基质为各种微生物的生长提供载体，基质能通过吸附或者氧化作用去除生活污水中的有机污染物、重金属、油脂及氮和磷等污染物。人工湿地中的基质主要由不同种类的非黏性土组成，其介质的粒径大小不一，按一定的组合及配比混合而成。其中砾石、炉渣、土壤及矿物岩石是目前应用最为广泛的基质，但是单一的基质的应用具有局限性，不能全面地去除污染物，基质的选择应根据不同的条件加以利用，生活污水的处理效果很大程度决定于基质的种类及组合配比，目前，基质的研究已成为污水处理领域国内外学者的研究热点[1]。而水生植物在人工湿地污水的作用同样重要，植物不仅能吸收一部分污水中的富营养物，还能进行光合作用为人工湿地提供氧气丰富的环境，能促进原生动物和微生物的生长，而这些微生物对污水中的有机污染物有较强的去除分解能力，其中硝化细菌的生长能有效去除污水中的总氮和总磷。而且水生植物的根系能疏通基质，与基质产生协同作用去除污水中的污染物，形成良性的生态污水处理系统。同时，不同水生植物的污水净化能力不同，不同地区不同气候条件的植物种类选择也不同，基于基质与水生植物的生态污水处理是一种具有广阔发展前景的生活污水处理技术[2-3]。本文分别选取炉灰渣，砾石，沸石3种单一基质，及炉灰渣+土壤、砾石+土壤和沸石+土壤3种组合基质，选取美人蕉、黄菖蒲、芦苇、香蒲、凤眼莲5种水生植物，通过盆栽实验模拟小型人工湿地，考察了不同基质和水生植物的组合对城市生活污水中化学需氧量、总氮和总磷污染物的去除效果。

1 实验部分

1.1 实验装置

实验装置为模拟小型人工湿地的塑料桶，塑料高40cm，上直径34cm，下底直径27cm，在距离其底部3cm 处凿一个孔，控制污水的进出。塑料桶底部铺设15cm 厚的砾石，砾石上面铺设实验基质，水生植物栽植于基质中。

1.2 实验材料

实验用生活污水取自某小区下水管道，采用100目筛网筛除大颗粒杂质。

实验用水生植物选取5种对污水处理效果较好的水生植物，为美人蕉、黄菖蒲、芦苇、香蒲、凤眼莲。

实验用单一基质选取为炉灰渣，砾石，沸石，组合基质为炉灰渣+土壤、砾石+土壤以及沸石+土壤（均按1 ∶1体积比混合）。

1.3 实验方法

将采集回来的水生植物健壮植株移栽到塑料桶实验装置中，待水生植物生长情况较好时开始实验。实验当天将塑料桶装置中的水全部排空，重新对实验装置注水，检测记录每个实验装置的水质情况。本文考察的实验污水停留时间为5d，5d 后检测每个实验装置进水的水质。

1.4 水质的测定及去除率计算

水质检测：水质指标分析主要包括检CODCr、TN 和TP。CODCr采用重铬酸钾法，TN 采用碱性过硫酸盐消解法，TP 采用钼酸铵盐分光光度法。使用多参数水质检测仪测定污水的 pH、溶解氧及电导率。

去除率计算：对每个实验装置的进水和出水浓度计算去除率。某一实验装置的污水污染物出水浓度的平均值Co（mg/L）的计算公式为：

式中，C1、C2、C3分别为同一实验装置的污染物出水重复测定三次的浓度值

某一实验装置污染物（CODCr、TN 和TP）去除率λ（%）的计算公式为

式中，Ci为污染物进水浓度（mg/L-1）

2 结果与分析

2.1 化学需氧量去除结果分析

考察了不同水生植物及不同基质的组合对实验装置COD 去除率的影响。实验当天各装置的COD浓度如表1所示，其COD 的浓度均在463～504mg/L，化学需氧量处于较高的水平。实验进行5d 后，不同实验装置的COD 浓度值，如表2所示，从表2可以看出其COD 浓度均有明显下降。其中不同水生植物对COD 的去除率效果不一，其平均处理率为：美人蕉59.2%，黄菖蒲65.7%，芦苇76.7%，香蒲86.3%，凤眼莲62.6%。其中香蒲的去除率为86.3%，香蒲在不同基质条件下对COD 去除效果最佳。可能原因为香蒲的根系和通气组织发达，有利于根系微生物的生存，所以其COD 去除效果较好。

表1 实验进水当天COD浓度均值 mg/L

从表2看出，实验进行5d 后，不同基质对COD的去除率也有一定的差异，但差异较小，其COD 平均去除率为：沸石68.6%，砾石69.3%，炉灰渣71%，沸石+土壤68.9%，砾石+土壤69%，炉灰渣+土壤70.2%。其中炉灰渣和炉灰渣+土壤对生活污水中的COD 去除效果最佳，其次为砾石和沸石，可能原因为炉灰渣比表面积大，吸附能力强。污水中的化学需氧量影响主要是氧，其主要的去除途径还是要通过植物的吸收以及微生物的代谢。其基质和水生植物的根系是微生物生长的载体，数量不断增长的微生物将污水中的有机污染物分解为水和二氧化碳，其对COD的去除至关重要。

表2 实验进水5d后COD浓度与去除率 mg/L

2.2 总氮去除效果分析

本文考察了不同水生植物及不同基质的组合对实验装置TN 去除率的影响，实验当天各装置的TN 浓度如表3 所示，从表3 看出：TN 的浓度均在44.8～50mg/L，其生活污水的TN 值较大。实验进行5d 后，不同实验装置的TN 的浓度值如表4 所示，可以看出TN 的浓度值均有明显下降。其中5种不同水生植物对TN 的浓度值去除率表现如下：美人蕉59.6%，黄菖蒲69.9%，芦苇76.8%，香蒲82.3%，凤眼莲54.9%。其中香蒲对污水中的总氮去除率达82.3%，去除效果最佳。

表3 实验进水当天TN浓度均值 mg/L

表4 实验进水5d后TN浓度与去除率 mg/L

同时，实验5d 后，不同基质对总氮去除效果也有一定的差异，其总氮的去除率表现如下：沸石67.9%，砾石68.1%，炉灰渣69.5%，沸石+土壤67.6%，砾石+土壤67.6%，炉灰渣+土壤70.2%。3种基质及其组合间的TN 去除效果差异不显著，其中炉灰渣和炉灰渣+土壤对生活污水中的TN 去除效果最佳。结果表明基质对TN 的去除作用差异不显著，TN 的去除主要依靠植物的吸收及微生物的反硝化作用，因此，基质的选择应遵循材料成本、安全及利于水生植物生长等原则。

2.3 总磷去除效果分析

探究了不同水生植物及不同基质的组合对实验装置TP 去除率的影响，实验当天各装置的TP浓度，如表5 所示，从表5 看出，TP 的浓度均在12.5～13.2mg/L，其生活污水的TP 值较大。实验进行5d 后，5种不同水生植物对TP 浓度去除率表现如下：美人蕉66.6%，黄菖蒲72.9%，芦苇76.4%，香蒲82.4%，凤眼莲72.0%。其中香蒲对污水中的总磷去除率达82.4%，去除效果最佳。

表5 实验进水当天TP浓度均值 mg/L

同时，实验5d 后，不同基质对总氮去除效果表现如下：沸石73.9%，砾石73.9%，炉灰渣75.5%，沸石+土壤73.2%，砾石+土壤73.7%，炉灰渣+土壤74.0%。其中炉灰渣对生活污水中的TP去除效果最佳。其可能原因为炉灰渣中的氧化钙能与污水中的磷酸盐发生反应，形成磷酸钙沉淀，从而达到去除污水中的总磷。

3 结束语

选取炉灰渣，砾石，沸石3种单一基质，及炉灰渣+土壤、砾石+土壤和沸石+土壤3种组合基质，选取美人蕉、黄菖蒲、芦苇、香蒲、凤眼莲5种水生植物，通过生态盆栽实验模拟小型人工湿地，研究了不同水生植物和基质对城市生活污水中的COD、TP、TN 的去除效果，结果表明，香蒲的表现最佳，COD去除率为84.3%，TP 去除率为82.4%，TN 的去除率为82.3%。基质种的炉灰渣净化效果最佳，其COD去除率为71.0%，TP 去除率为75.5%，TN 的去除率为69.5%。