3種挺水植物對農村生活污水的凈化效果比較

郭杏妹 王代容 曾春山

摘要[目的]篩選對農村生活污水凈化效果較好的挺水植物。[方法]選用花葉蘆竹（Arundo donax）、翠蘆莉（Ruellia brittoniana）、水蔥（Scirpus tabernaemontani）3種挺水植物模擬潛流人工濕地處理生活廢水，研究3種植物對氨氮（NH4+-N）、總磷（TP）、化學需氧量（COD）的凈化效果。[結果]花葉蘆竹、翠蘆莉、水蔥對水體中NH4+-N、TP、COD的去除效果明顯，168 h后3種植物對NH4+-N的去除效率達到94.6%，而最低的COD的去除效率也達到89.8%。[結論]采用濕地植物處理農村生活污水具有投資成本少、處理效果好、出水水質好等特點。

關鍵詞生活廢水；挺水植物；去除效率；凈化效果

中圖分類號S181文獻標識碼

A文章編號0517-6611（2017）20-0070-03

Abstract[Objective] To screen the emergent plants which have better purifying effect on rural sewage.[Method] Subsurface flow constructed wetland for treatment of domestic wastewater by simulation of Arundo donax，Ruellia brittoniana，Scirpus validus

.The purification effects of three plants on NH4+-N，TP and COD were studied.[Result] The results showed that the removal rate of NH4+-N，TP and COD in the water of the three plants was obvious.After 168 hours，the removal rate of ammonia nitrogen for the three plants reached 94.6%，while the minimum COD removal rate was 89.8%.[Conclusion] The treatment of rural domestic sewage with wetland plants has the characteristics of low investment cost，good treatment effect and good effluent quality.

Key wordsDomestic sewage；Emergent plants；Disposal rate；Cleansing effect

在社會經濟迅猛發展的背景下，農村水污染問題日益突出[1]。近年來，伴隨一系列環境問題的出現，全社會的環境意識隨之加強，我國大力加強環境保護工作的力度取得了一定成效，但由于種種因素制約，農村水污染問題不容樂觀[2-3]。農村水污染影響環境的同時，還嚴重損害了群眾的身體健康和農村經濟的可持續發展。因此，解決農村水環境現狀成為刻不容緩的問題。目前，國內應用于生活污水的處理技術大致可歸為2類，第一類是“污水處理廠”工藝，第二類是“自然處理系統”[4-5]，如土壤滲濾、生物濾池和人工濕地技術。另外，還有一些示范工程采用2種工藝混合技術。人工濕地技術處理農村生活污水具有廣泛的應用前景[6-7]，其中，植物是人工濕地的核心。因此，尋找生長快、生物量大、去污能力強的挺水植物是人工濕地技術處理農村生活污水的重要環節[8-9]。目前，國內應用于實際濕地工程的植物種類較少。筆者通過靜態試驗，篩選具有較高污水凈化能力的濕地植物，研究植物密度和停留時間對污染物去除率的影響，旨在為今后的實際應用提供參考。

1材料與方法

1.1系統組成

該試驗采用自制的栽培箱，規格為65 cm×46 cm×40 cm，每個箱子的同一側在23 cm×25 cm處（進水口）和底部（出水口）均開孔，安裝可開關控制的水龍頭。試驗裝置如圖1所示。試驗采用的模塊化人工生態填料是一種多孔透水混凝土，主要是粗骨科、粉煤灰、水泥、化學添加劑和水等攪拌而成，是一種不含細骨科，表面包裹一層膠結材料的緊密鑲嵌、隨機堆疊、相互粘結而成的均勻連續分布的蜂窩狀沙琪瑪結構，為10 cm×10 cm×10 cm的立方體模具。每個培養箱整齊均勻置入12塊人工生態填料，把10個培養箱分為4組，前3組培養箱每組分別栽種3種挺水植物，即花葉蘆竹（Arundo donax）[10]、翠蘆莉（Ruellia brittoniana）[11]、水蔥（Scirpus tabernaemontani）[12]。3種植物均來源于中山綠草原花木場，平均株高8～15 cm，栽種密度分別為每槽4、6、8株。最后1組只放模擬濕地材料，作為空白對照（CK）。

1.2試驗材料和原水水質

試驗原水主要是人工配水，取自然污水作為實際研究，人工配水為實驗室配水，配制方法：往300 L清水中加入硝酸銨42.70 g、磷酸二氫鉀5.27 g、鄰苯二酸氫鉀102.00 g，以及一定量的硝酸鉀和硝酸鎂。自然污水取自華南師范大學大學城校區理一棟附近水閘前，該處污水主要來源為大學城校區的部分生活污水。試驗期間模擬潛流人工濕地系統進水水質指標見表1。

1.3試驗方法

1.3.1植物適應性培養。

每個培養箱中加入約20 L清水進行適應性培養，培養時間約30 d，每5～7 d更換1次水，以保持水質清潔。30 d后將培養箱中的清水完全傾倒干凈后，向每個培養箱加入約20 L人工污水。

1.3.2污水處理。人工污水處理過程中，每隔24 h取1次水樣，并分析污水中各種污染物的含量，得出模擬潛流人工濕地系統處理結果。試驗水質常規檢測項目的測定方法參照《水和廢監測分析方法（第4 版）》。

2結果與分析

2.1模擬潛流人工濕地系統對污水中NH4+-N、TP、COD的凈化效果在人工濕地系統中，NH4+-N的去除途徑主要有揮發氨化、硝化、反硝化、植物攝取和基質吸附[13]。由圖2可知，3種植物對NH4+-N的去除率隨著停留時間的延長而增大，符合正常規律。在144 h以內，3種植物對NH4+-N的去除率相當，當停留時間達到168 h時，翠蘆莉比另外2種植物的去除率稍高，達到94.6%，花葉蘆竹和水蔥為92.0%。花葉蘆竹處理效果稍差的原因是其根系活力相對較低，導致其吸收與轉化污染物的能力較弱[14]。

對于3種植物對TP的去除率， 72 h以內從大到小依次為水蔥、花葉蘆竹、翠蘆莉。水蔥有較高去除率的原因可能是其莖具有蠟質，能吸附較多的磷[15]。

人工濕地對CODCr的去除主要是依靠污水中有機物的沉淀、基質吸附和植物根系微生物的降解作用[16]。在120 h內3種植物對COD的去除率相當，但停留時間為120～168 h時，3種植物對COD的去除率從大到小依次為翠蘆莉、花葉蘆竹、水蔥。

水蔥對COD的去除率低于前兩者的原因是試驗過程中水蔥的生物量并未明顯增大，可判斷其對水中有機污染物的吸收量較少，且生長周期較短[17]，枯萎脫落的器官使污染物容易返回水中。因此，應定期對水蔥采取收割措施，以防凈化的污水被重新污染。

2.2株數對3種挺水植物去除污水中NH4+-N、TP和COD的影響

水生植物對水體環境中污染物的富集量和凈化效率與植物生物量密切相關， 因而提高水生植物凈化效率的一個重要途徑就是提高植物密度量[18]。由圖3可知，3種植物的株數對NH4+-N去除率的影響在前72 h有較為明顯的規律，從大到小依次為8株、6株、4株，但是72 h以后3種植物的株數對NH4+-N去除率的影響明顯變小。這說明植物對于NH4+-N的去除效果主要在試驗前期，隨著停留時間的延長，植物對NH4+-N的吸附和吸收逐漸飽和，并且其飽和值相當接近。

不同株數的花葉蘆竹、翠蘆莉和水蔥對TP的去除率不是隨生物量增多而增高的一般規律，花葉蘆竹、翠蘆莉對TP的去除率從大到小依次為8株、4株、6株，這說明并非株數栽種與去除率一定成正比，還與植物本身凈光合速率有關，株數越多，同等空間占比較小，影響光合作用導致降低凈化作用。3種植物對污水中TP的去除效果以水蔥為最佳，停留時間為168 h，去除率達到93.8%，而花葉蘆竹、翠蘆莉的處理效果次之。對于TP的去除主要是化學吸附和沉積去除兩者的結合，并在過程中伴隨植物本身釋放的磷酸酶產生抑制作用。

試驗過程中，停留時間96 h以內不同株數的3種植物對COD的去除率基本符合“8株>6株>4株”的一般規律。而96 h之后，3種植物的株數對COD去除率的影響小。3種植物對COD的去除能力從大到小依次為翠蘆莉、花葉蘆竹、水蔥，株數為8時，去除率分別為89.8%、81.7%、78.7%。通過構建微型潛流人工濕地，發揮挺水植物和濕地基質的共同凈污效應，發現3種植物中翠蘆莉對污水中COD總體表現出較高的凈污能力。

2.3停留時間對3種挺水植物去除污水中NH4+-N、TP、COD的影響由圖4可知，168 h內3種植物對NH4+-N、COD、TP的去除率總體呈前期上升、后期平緩趨勢，這符合一般規律。污水進入反應系統初期，基質和根系的吸附作用、微生物的分解作用及植物的吸收作用三者共同存在，且植物與微生物均處于快速生長或繁殖階段，利用了大量污染物，使得污染物的去除速率較大。后期因為基質和根系的吸附作用已經逐漸飽和，根系生長也趨于成熟，微生物由于最大生物量的限制，其繁殖速率也有所減慢，這些因素均導致污染物的去除速率有所減慢。污水處理后的水質可以滿足廣東省水污染物排放限（DB 44/26—2001）第2時段一級標準，說明該研究具有良好的實際應用前景。

3結論

（1）該研究結果表明，翠蘆莉、花葉蘆竹、水蔥3種挺水植物對水中污染物的去除率均較高，但是對不同污染物的處理能力不盡相同，植物株數為8時，3種植物對NH4+-N的去除能力從大到小依次為翠蘆莉、水蔥、花葉蘆竹，去除率分別為94.6%、91.9%、91.4%；3種植物對TP的去除能力從大到小依次為水蔥、翠蘆莉、花葉蘆竹，去除率分別為93.8%、92.0%、91.3%；對COD的去除能力從大到小依次為翠蘆莉、花葉蘆竹、水蔥，去除率分別為89.8%、81.7%、78.7%。通過構建微型潛流人工濕地，發揮挺水植物和濕地基質的共同凈污效應，發現3種挺水植物中翠蘆莉對污水中NH4+-N、TP、COD總體表現出較高的凈污能力[19]。

（2）當種植株數為8時，植物對污染物的去除率總體最高，這表明污染物的去除率一般隨植物株數的增多而增大。

（3）污染物的去除率隨停留時間的延長而增大，且前96 h的去除速率明顯比后72 h要大，這與介質的吸附和植物與微生物的生長有關。

（4）2種污水處理后的水質均滿足廣東省水污染物排放限（DB 44/26—2001）第2時段一級標準，說明該研究具有廣闊實際應用前景。

參考文獻

[1]

高松.農村水污染特征及治理分析[J].綠色科技，2016（24）：55-56.

[2] 嚴巖，孫宇飛，董正舉，等.美國農村污水管理經驗及對我國的啟示[J].環境保護，2008（15）：65-67.

[3] 中國人民共和國環境保護部，中華人民共和國國家統計局，中華人民共和國農業部.第一次全國污染源普查公報[R].2010.

[4] 李娟，張龍莊，段亮，等.人工濕地廢水處理技術的研究現狀及展望[J].南方農業學報，2011，42（1）：69-73.

[5] 徐德福，李映雪.用于污水處理的人工濕地的基質、植物及其配置[J].濕地科學，2007，5（1）：32-38.

[6] 何云曉，陳娟，艾明.農村污水治理中人工濕地植物系統的研究[J].江蘇農業科學，2010（5）：498-500.

[7] 劉曉璐，牛宏斌，閆海，等.農村生活污水生態處理工藝研究與應用[J].農業工程學報，2013，29（9）：184-191.

[8] 裴亮，孫莉英.水生植物在人工濕地處理農村生活污水中的應用研究[J].中國農村水利水電，2014（10）：26-29.

[9] 高廷耀，顧國維，周琪.水污染控制工程：下冊[M].北京：高等教育出版社，2007：267.

[10] 謝龍，汪德爟.花葉蘆竹潛流人工濕地處理生活污水的研究[J].中國給水排水，2009，25（5）：89-91.

[11] 蔡漢，王小明.園林新優宿根花卉——翠蘆莉[J].中國花卉園藝，2008（10）：24-25.

[12] 劉旭富，石青.五種水生植物對富營養化水體凈化能力的研究[J].北方園藝，2012（22）：54-56.

[13] 劉文杰，許興原，何歡，等.4種濕地植物對人工濕地凈化生活污水的影響比較[J].環境工程學報，2016，10（11）：6313-6319.

[14] 任照陽，鄧春光.生態浮床技術應用研究進展[J].農業環境科學學報，2007，26（S1）：261-263.

[15] 胡勇有，王鑫，張太平，等.用低濃度生活污水篩選適于華南人工濕地的植物[J].華南理工大學學報（自然科學版），2006，34（9）：111-116.

[16] 李龍山，倪細爐，李志剛，等.5 種濕地植物生理生長特性變化及其對污水凈化效果的研究[J].農業環境科學學報，2013，32（8）：1625-1632.

[17] 張曉斌.植物修復在水環境污染治理中的研究[D].金華：浙江師范大學，2007.

[18] 聶磊，賀漫媚.觀賞挺水植物在河涌污水中的生長及凈化效果研究[J].江西農業大學學報，2012，34（4）：832-838.

[19] 聶磊，賀漫媚，代色平.十種濕地挺水植物凈化廣州河涌污水的生理生態效應分析[J].湖北農業科學，2011，50（9）：1776-1780.