4種濕生植物對城市生活污水中氮磷去除效果的研究

摘 要：選取城市生活污水排污口至污水流入汾河的緩沖地帶作為研究區域，以生長狀況良好、生物量大的4種濕生植物作為研究材料，研究其對城市污水中氮磷的去除效果。試驗結果表明，與植物的平均氮磷含量相比，4種濕生植物的總氮及總磷濃度明顯偏高，其中總氮濃度尤其突出；經過密集植物群落過濾后的污水樣中總氮和總磷濃度與未經過植物群落的污水樣中的總氮和總磷濃度相比，有明顯的下降趨勢，說明所測的植物群落對緩沖地帶的污水中總氮、總磷去除效果顯著。該試驗可為構建汾河流域生態治理污水的設想提供一定的參考依據。

關鍵詞：濕生植物；城市污水；氮磷去除效果；汾河臨汾段

中圖分類號 Q948 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2013）12-19-03

目前國內外對濕生植物凈化污水的相關研究較多[1-2]，如蔣躍平[3]等通過構筑復合垂直流人工濕地對杭州17種常見濕生植物的氮磷去除效果進行了研究；Chris[4]對投配污水流經種植燈芯草植物群落的濕地與流經未種植植物的濕地出水水中的總氮、總磷濃度進行了比較研究；蔡佩英[5]等對福建地區常見的7種濕生植物去除生活污水中總氮、總磷的效果差異進行了試驗研究。綜上可見，濕地植物在凈化污水中起著非常重要的作用，但不同植物對污水中的氮磷去除貢獻率卻不盡相同，因而在不同地區選擇適合本地區的最佳濕生植物對去除污水氮磷顯得尤為重要。目前針對汾河臨汾段流域植物去除城市生活污水中總氮、總磷的研究尚未見報道，本試驗擬通過對臨汾汾河沿線區域進行調查，并選取典型區域內的植物優勢種作為試驗材料，研究其對城市生活污水中總氮、總磷的同化吸收能力，從而篩選出抗污去污能力強的濕生植物，為臨汾汾河沿岸村鎮生活污水凈化提供一定的參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗設計 在排污口至汾河河道這一緩沖地帶，研究濕生植物凈化污水中的氮磷效果，構建經濟濕生植物群落防護網，并對濕生植物進行梯度開發，取得生態經濟綜合效益。筆者對區域的濕生植物群落進行了調查，并選取4種優勢種作為室內實驗材料，分析其對污水中總氮和總磷的去除效果（圖1）。

1.2 試驗操作

1.2.1 設置對照組 （1）在排污口處設置分流：在污水自然分流的基礎上，借用其地理環境對試驗區域進行適當處理，使污水分流：一處污水分別流經試驗區域設定的4種密集的植物群落，記為污水點A；而另一部分則沒有或很少流經植物，記為對照點B（2部分水流不接觸，并進行人為干預保證污水流經濕地系統試驗時間）。（2）植物對照組：①測定所采集植物樣品不同處理的TN、TP含量。②測定與采集植物樣品相同的植物在自來水水培狀況下不同處理的TN、TP含量，形成對照組。③植物水培：在容積為10L的圓形塑料桶中分別裝有6L采自汾河堯都區段河水，將供試植物移栽至以3kg細沙為基質的水桶中，固定植株，進行水培。試驗共設4個處理，每個處理設3個重復，共計12個水桶。放置：應保證其采光、通風條件一致。

水培用水水質狀況：pH值為8.1～8.4，TN為0.84～1.57mg/L，TP為0.04～0.14mg/L。

1.2.2 試驗樣品采集 （1）采集水樣：每次采集分時段進行：在上午10時和下午3時分別在污水點A和對照點B的排污口附近和其相對應的出水口處進行多次平行采樣（分別對其進行編號）。（2）采集植物樣：采用樣方法進行植物采集。在排污口附近至入河口處這一段距離由近及遠設置X1、X2、X3、X4共4個5m×5m的樣方，在上述4個樣方內對優勢種進行采集（分類標號）。

1.3 試驗材料 通過在汾河臨汾段內選取侯馬、襄汾、堯都區、洪洞、霍州五地十余處選點調查發現羊蹄酸模（Rumex japonicus）、風花菜（Rorippapalustris（Loyss.）Bess.）、蒲草（Typha angustifolia L.）、水蔥（Scirpus validus）這4種植物群落分布廣泛，分布密集，且這4種植物種群生物量大、長勢良好。在試驗區域按照試驗方案對其它植物進行了清理。

1.4 試驗方法 植物地上部和地下部的總磷和總氮含量分別采用鉬銻抗分光光度法和半微量蒸餾法；污水樣中的總磷和總氮含量分別采用半微量法和鉬酸銨抗分光光度法。

2 結果與分析

2.1 4種濕生植物對污水中氮的去除效果 由表1可知，所測植物樣品的TN平均含量明顯高于水培狀況下植物的TN平均含量，其中水蔥差異最為明顯，所測樣品地上部分和地下部分的TN平均含量分別是水培狀況下植物TN平均含量的3.40倍和2.65倍，地上部分和地下部分差異倍數均為最大。地上部分TN含量差異倍數由大到小依次為水蔥>羊蹄酸模>風花菜>蒲草；地下部分TN含量差異由大到小依次為水蔥>風花菜>蒲草>羊蹄酸模。從所測植物樣品的TN平均含量來看，羊蹄酸模的地上部分TN平均含量最高，為76.74g/kg；蒲草最低，為46.71g/kg。所測濕生植物的地上部分TN含量由高到低依次為羊蹄酸模>風花菜>水蔥>蒲草。風花菜的地下部分TN平均含量最高，為59.13g/kg；蒲草最低，為37.92g/kg。地下部分TN含量由高到低依次為風花菜>羊蹄酸模>水蔥>蒲草。所測植物樣品TN平均含量倍數差異大小排序與其具體含量差異大小排序存在明顯差異，主要是與其生物量大小及其植物群落的分布密度相關。數據顯示所測的4種濕生植物的地上部分與地下部分的氮比值均大于1，表明氮可以從根系向莖葉轉移，說明植物可以吸收轉化水中部分氮含量，這與陽承勝[8]等人研究的水生植物N的積累規律相符合。

濕生植物在濕地系統污水凈化過程中起主導作用，降低污水中氮的濃度，達到凈化污水的目的[8]。如表2所示，通過數據分析比較得出，污水中TN含量明顯降低，綜合去除率達到43.80%，底部基質去除率達到9.13%，差值達34.67%。說明濕生植物群落對污水中氮的去除效果明顯，自然狀態下對污水中TN的去除率達34.67%。

2.2 4種濕生植物對污水中磷的去除效果 由表3可知，所測植物樣品中的TP平均含量明顯高于水培狀況下植物的TP平均含量，其中地上部分的植物樣品TP平均含量蒲草倍數差異最大，為2.37倍，按差異倍數大小排序依次為蒲草>風花菜>羊蹄酸模>水蔥；地下部分的TP平均含量差異倍數最大的是蒲草，為1.82倍，所測植物樣本TP平均含量差異倍數由大到小依次為蒲草>羊蹄酸模>風花菜>水蔥。從所測植物樣品的TP平均含量來看，羊蹄酸模的地上部分TP含量最高，為1.23mg/L；風花菜最低，為0.97mg/L。所測濕生植物的地上部分TP含量由高到低依次為羊蹄酸模>水蔥>蒲草>風花菜。羊蹄酸模的地下部分TP含量最高，為1.09mg/L；風花菜最低，為0.62mg/L，地下部分TP含量由高到低依次為羊蹄酸模>蒲草>水蔥>風花菜。所測植物樣品TP平均含量倍數差異大小排序與其具體含量差異大小排序較為接近，說明與該區域的水環境相關。實驗所測濕生植物的地上部分與地下部分的磷比值均大于1，表明磷能從根系向莖葉轉移，說明植物可以吸收轉化水中部分P含量，這與陽承勝[8]等人研究的水生植物P的積累規律相符合。

污水中磷的去除，一種是以磷酸鹽沉淀并通過基質的吸附作用去除，另一種是可給性磷被植物吸收轉化利用，從而達到對水環境中脫磷的效果[10]。如表4所示，經過濕生植物群落過濾后，污水中的磷含量下降了8.94%；同時可以通過數據得出，與氮含量的去除不同的是，通過沉淀和底質吸附作用去除磷的作用較明顯，這一結果可能同濕地系統的基質或水環境以及污水流的停滯時間影響相關。

3 結論與討論

（1）經檢測，所測濕生植物的TN、TP含量明顯高于水培狀況下所生長的植物；且測得在濕地系統出水口處經過植物群落的水樣中的TN、TP含量比未經植物群落過濾的水樣中的TN和TP含量明顯偏低，其中水蔥和羊蹄酸模對氮的去除貢獻最為突出。

（2）該調查區域內的主要污染物中氮含量遠遠大于磷含量，其中植物中氮含量明顯處于高位狀態，所測污水水樣中氮濃度高而磷濃度相對較低，說明這與該區域的水環境相關。通過數據分析，所測濕生植物的地上部分氮磷濃度明顯高于地下部分，說明所測濕生植物在該水域環境中莖葉對氮磷的吸收要好于根部的吸收。

（3）在今后的研究中，應側重研究所測植物在不同水質、水流停滯時間長短以及濕地系統的不同基質條件下對污水的脫氮除磷效果，以明確所測濕生植物的去污抗污特性，提升濕地處理系統的去除氮磷效率。

致謝：本論文是在我指導老師張永清教授的親切關懷和悉心指導下完成的，在此向張永清老師致以崇高的敬意。

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