紅楓湖流域農(nóng)村生活污水污染特征及植物凈化

摘要：通過對紅楓湖流域農(nóng)村生活污水的調(diào)查分析顯示，生活污水中COD含量為77.35～693.81 mg/L，TP為0.52～6.37 mg/L，NH4+-N為1.04～17.12 mg/L，TN為5.48～28.55 mg/L；7種濕地植物（菖蒲、藨草、香蒲、水蓼、茭白、水芹和慈姑）對生活污水中的COD、TP、NH4+-N和TN去除效果良好，其中菖蒲的性能最佳，對COD、TP、NH4+-N、TN的去除率分別達到96.1%、88.1%、90.4%和93.1%。

關(guān)鍵詞：農(nóng)村生活污水；污染特征；植物凈化；紅楓湖流域

中圖分類號：X799.3 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）13-3018-03

近年來，隨著點源污染得到有效控制，農(nóng)業(yè)面源污染已上升為水環(huán)境污染的最主要來源。我國受農(nóng)業(yè)面源污染影響的農(nóng)田有2 000萬hm2，中國地下水有將近50%被農(nóng)業(yè)面源污染[1]。農(nóng)業(yè)面源污染日益惡化已成為當前水體污染中最主要的問題，嚴重影響農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展[2-5]。我國農(nóng)村地區(qū)的生活污水大部分未經(jīng)任何處理直接排入河流、水庫和湖泊，導致河流、湖庫富營養(yǎng)化問題突出，自然環(huán)境、生態(tài)環(huán)境以及飲用水安全遭到嚴重破壞，因而日益受到人們的關(guān)注。紅楓湖是貴陽市的飲用水源地，流域人口眾多，為了給治理紅楓湖流域農(nóng)村面源污染提供科學依據(jù)和保障未來濕地修復工程的順利開展，對紅楓湖流域農(nóng)村生活污水水質(zhì)特征進行調(diào)查并就相關(guān)污染指標進行植物凈化效果[6-8]研究。

1 研究內(nèi)容與方法

1.1 農(nóng)村生活污水水質(zhì)特征調(diào)查

調(diào)查于2011年10月在貴陽市紅楓湖鎮(zhèn)扁山村進行。農(nóng)村生活廢水水質(zhì)特征具體調(diào)查方法如下：①收集資料、走訪調(diào)研。②每個點監(jiān)測7 d，每天6：00～22：00，每2 h（T1代表6：00～8：00，T2代表8：00～10：00，T3代表10：00～12：00，T4代表12：00～14：00，T5代表14：00～16：00，T6代表16：00～18：00，T7代表18：00～20：00，T8代表20：00～22：00）取1次樣，根據(jù)實際情況平均取8個水樣。

1.2 植物凈化效果研究

選取8個規(guī)格（300 mm×200 mm×220 mm）相同的植物培養(yǎng)箱，依次標記為1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#和8#。為穩(wěn)定進水水質(zhì)，系統(tǒng)進水采用模擬的農(nóng)村生活污水。將菖蒲、藨草、香蒲、水蓼、茭白、水芹和慈姑依次放入1#～7#培養(yǎng)箱進行培養(yǎng)；8#培養(yǎng)箱僅盛生活污水作為對照。

1.3 研究方法

水質(zhì)指標COD采用重鉻酸鉀法； TP采用鉬銻抗分光光度法；TN采用堿性過硫酸鉀消解-紫外分光光度法；NH4+-N采用納氏試劑比色法[9]。

2 結(jié)果與分析

2.1 農(nóng)村生活污水中的COD特征及植物去除COD的效果

2.1.1 農(nóng)村生活污水中的COD特征 從圖1可以看出，生活污水中的COD在上午、中午和晚上各有高峰，不同時間段生活污水的COD范圍不一樣，調(diào)查點的COD范圍為77.35～693.81 mg/L，平均值為267.65 mg/L，波動較大。最大值出現(xiàn)在每天8：00～10：00，可能在該時間段，居民較為集中洗菜、洗衣等，污水排放量較大，水質(zhì)復雜；最小值出現(xiàn)在每天16：00～18：00，這可能與當?shù)鼐用竦纳詈惋嬍沉晳T有關(guān)，該時間段大部分居民在準備晚餐，較少有生活污水發(fā)生。

2.1.2 植物去除COD的效果 從圖2可以看出，菖蒲、藨草、香蒲、水蓼、茭白、水芹和慈姑均能有效降低污水中的COD。在培養(yǎng)25 d時COD的濃度均小于50 mg/L，此時對COD的去除率依次為96.1%、95.0%、94.2%、94.8%、92.3%、95.5%和88.5%，其中菖蒲處理效果最佳，慈姑最差，各種有濕地植物的培養(yǎng)箱中COD的去除率明顯高于對照培養(yǎng)箱，表明濕地植物對COD有一定的去除效果。

2.2 農(nóng)村生活污水中的TP特征及植物去除TP的效果

2.2.1 農(nóng)村生活污水中的TP特征 磷是生物生長的必需元素之一，但若水體中磷含量過高，藻類過度繁殖，會造成水體富營養(yǎng)化。污水中TP較大值出現(xiàn)在每天早上、晚上，較小值出現(xiàn)在每天中午，TP的范圍為0.52～6.37 mg/L，平均值為2.73 mg/L。該農(nóng)村生活污水TP濃度稍低于城鎮(zhèn)生活污水TP濃度，這可能與該地區(qū)政府宣傳鼓勵居民使用各種無磷清洗劑、洗滌劑有關(guān)。

2.2.2 植物去除TP的效果 由圖4可知，菖蒲、藨草、香蒲、水蓼、茭白、水芹和慈姑均能去除TP，但效果差異較大。在培養(yǎng)25 d時對TP的去除率依次為88.1%、87.4%、48.5%、35.6%、56.2%、85.4%、26.1%。其中菖蒲去除效果最好，而水蓼和慈姑的去除效果相對較差，各種植有濕地植物的培養(yǎng)箱中TP的去除效果明顯好于對照，表明所選的濕地植物對污水中的TP有較好的吸收效果。

2.3 農(nóng)村生活污水中的NH4+-N特征及植物去除NH4+-N的效果

2.3.1 農(nóng)村生活污水中的NH4+-N特征 NH4+-N以游離氨或銨鹽的形式存在于水中。水中NH4+-N的來源主要為生活污水中含氮有機物受微生物作用分解的產(chǎn)物。測定水中NH4+-N的含量有助于評價水體被污染和“自凈”狀況。從圖5可以看出，NH4+-N變化有較強的規(guī)律性，較大值出現(xiàn)在每天8：00～10：00和20：00～22：00，較小值出現(xiàn)在16：00～18：00。范圍為1.04～17.12 mg/L，平均值為7.34 mg/L。污水中NH4+-N變化較大，不同時段的NH4+-N差別較大。

2.3.2 植物去除NH4+-N的效果 7種濕地植物每天均處于淹水狀態(tài)，裝置內(nèi)溶解氧為0.2～4.2 mg/L， NH4+-N的去除主要是植物的吸收。由圖6可知，種植有植物的培養(yǎng)箱中NH4+-N含量隨著培養(yǎng)時間先上升后持續(xù)下降，在培養(yǎng)25 d時，菖蒲、藨草、香蒲、水蓼、茭白、水芹和慈姑對NH4+-N的去除率依次為90.4%、89.2%、89.5%、87.4%、77.4%、89.9%和84.0%，而對照的去除率僅為13.8%。從圖6可以看出，從第15天開始，處理效果變化明顯，可能是由于根系輸氧的作用，發(fā)生硝化反應。對NH4+-N的去除率與植物生長情況成正相關(guān)，生長情況好的植物對NH4+-N的吸收量也高。7種濕地植物對NH4+-N的去除效果也有一定的差別，去除效果由高到低依次為菖蒲、水芹、香蒲、藨草、水蓼、慈姑、茭白。

2.4 農(nóng)村生活污水中的TN特征及植物去除TN的效果

2.4.1 農(nóng)村生活污水中的TN特征 水體中含有一定量的氮時，會造成浮游生物繁殖旺盛，出現(xiàn)富營養(yǎng)化狀態(tài)。因此，TN是衡量水質(zhì)的重要指標之一。從圖7可以看出，較大值出現(xiàn)在每天早上和晚上，較小值出現(xiàn)在每天下午，范圍為5.48～28.55 mg/L，平均值為17.75 mg/L。

2.4.2 植物去除TN的效果 由圖8可知，菖蒲、藨草、香蒲、水蓼、茭白、水芹和慈姑能有效去除TN，隨著培養(yǎng)時間的延長，TN含量持續(xù)下降，在培養(yǎng)25 d時對TN的去除率分別為93.1%、92.6%、78.9%、93.9%、85.1%、95.3%、91.3%，平均去除率為89.9%，對照的TN含量變化較小，去除率僅為4.3%。說明篩選的濕地植物對TN的去除效果較為理想，其中水芹的去除效果最佳，香蒲的去除效果略差。

3 結(jié)論

通過對紅楓湖流域農(nóng)村生活污水污染特征分析和植物凈化效果研究試驗，結(jié)果表明：①該流域農(nóng)村生活污水中COD為77.35～693.81 mg/L，TP為0.52～6.37 mg/L，NH4+-N為1.04～17.12 mg/L，TN為5.48～28.55 mg/L；②菖蒲、藨草、香蒲、水蓼、茭白、水芹和慈姑對COD、TP、NH4+-N和TN均具有良好的去除效果，其中菖蒲的性能最佳，對COD、TP、NH4+-N、TN的去除率分別達到96.1%、88.1%、90.4%和93.1%。

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