李氏禾人工濕地對模擬生活污水的凈化修復

顧晨，李愷，王文萍，盧媛媛

（桂林理工大學環境科學與工程學院，廣西桂林 541004）

李氏禾人工濕地對模擬生活污水的凈化修復

顧晨，李愷，王文萍，盧媛媛

（桂林理工大學環境科學與工程學院，廣西桂林 541004）

人工濕地具有投資少、效果好等優點，得到國內外廣泛的關注。從利用李氏禾作為人工濕地植物，沸石和紅壤作為人工濕地基質，對人工濕地中氨氮及總磷的去除效果進行研究。采用連續進水的方式，得到結論為人工濕地中氨氮和總磷的去除率在80%左右，采用李氏禾作為人工濕地的植物是可行的，為我國人工濕地治理污染物的研究及實際工程應用提供有價值的理論參考。

李氏禾；人工濕地；氨氮；總磷；基質

20世紀60年代末，Kiekuthl與Seidel合作于1972年提出了“根區理論”，該理論極大地促進了人工濕地的研究與應用，從此人工濕地作為一類獨具特色的新型污水處理技術正式進入污水處理領域［1］。人工濕地具有投資少、效果好、運行維護方便、氮磷去除率高等優點，因此人工濕地的研究在國內外得到了迅速發展［2］。李氏禾，禾本科，多年生草本植物，是鉻超富集植物［3］。

本文利用鉻超富集植物李氏禾組建的人工濕地系統，采用人工模擬的生活污水，探討其對生活污水的凈化和修復，從而對其人工濕地凈化污水的修復效率進行總結。

1 材料與方法

1.1 人工濕地的基質和植物

人工濕地的基質是植物生長的重要載體，是濕地內所有生物和非生物的儲存庫。它把發生在濕地內部的過濾、沉淀和吸附污染物等作用連接成一個整體［4］。

本試驗基質采用沸石和紅壤土作為人工濕地基質，其投放比例為沸石∶紅壤土=1∶1。沸石采用人造沸石，紅壤土取自桂林市南郊。植物采用鉻超富集植物李氏禾。人工濕地運行之前，將在溫室內預培養的李氏禾采用1/2 Hoagland營養液（成分見表1）進行水培，15d后選取大小均勻一致的禾苗移栽，移栽至密度10cm×10cm的基質上種植李氏禾50～60株。

表1 Hoagland完全營養液配方

1.2 人工濕地的啟動

實驗裝置采用以PVC板材粘合而成的水平潛流人工濕地，面積為0.78m2（其中長×寬×高=1.3m×0.6m× 0.2m）。實驗裝置于2012年7月10日建成，7月15日完成填料敷設及植物栽種，進水采用60～100mm的礫石。7月16日向濕地內引入清水，水位控制在填料以上5～10mm。至8月8日濕地植物達到較高的成活率，開始正式啟動。啟動期間，采用連續進水的方式，水力負荷控制在0.04m3/（m2·d）。實驗廢水采用人工模擬生活污水［5］，其中氨氮控制在30mg/L，總磷控制在10mg/L。

1.3 測定方法和數據分析

試驗期間，上午11點取樣一次。氨氮采用鈉氏試劑分光光度法，總磷采用鉬酸銨分光光度法。數據分析采用Excel軟件。

2 實驗過程

2012年8月9日至2012年8月14日以3d為單位，逐漸增加水力負荷，將水力負荷由原來的0.04m3/（m2·d）逐漸過渡到0.10m3/（m2·d）。每日測定進出水氨氮及總磷的濃度。試驗期間8月至10月30日，歷時3個月，其氨氮及總磷濃度見圖1、圖2。

由圖1和圖2可以看出，人工濕地啟動期間（8月），人工濕地對氨氮及總磷的去除率一直出現波動。氨氮和總磷的去除率都在50%左右。9月中旬開始，人工濕地的出水中總磷和氨氮的去除率呈明顯上升穩定趨勢。說明人工濕地去除效果進入穩定成熟階段，前期人工濕地的啟動完成，歷時40d。

圖1 人工濕地氨氮變化情況

圖2 人工濕地總磷變化情況

10月份時，人工濕地中氨氮的去除率在98%左右，總磷的去除率在90%左右。說明人工濕地已經處于最佳生長狀態。隨著時間的推移，人工濕地中植物、基質和微生物的對污染物的去除效果降低。

3 討論

人工濕地啟動是指其由最初的進水直至達到所要求的運行負荷時的過程，是濕地內的微生物、微型動物及植物等逐步適應新的環境，伴隨著參與水質凈化的微生物的種群特征的變化，以及植物的生長、根系的發展而建立起新的生態系統的過程［6-7］。在實驗期間，人工濕地從啟動到穩定期，歷時40d左右。氮和磷是植物生長所必需元素，生活污水中含有大量的氮和磷，本實驗證明李氏禾對氨氮和總磷有明顯的去除作用。

一般情況下，污水中大部分有機氮被微生物分解為氨氮，氨氮一部分揮發到空氣中，一部分被微生物通過硝化和反硝化作用去除［8］。本文采用李氏禾作為人工濕地植物，其數據結果表明，李氏禾對于氨氮有明顯的去除效果。有資料表明［9-10］，人工濕地對磷的去除主要是通過填料的過濾、離子交換、吸附、共沉淀等作用、微生物的分解作用及植物的吸收作用共同完成。李氏禾對總磷的去除效果并沒有氨氮的去除效果高，但對于總磷的去除效果也很明顯。

4 結語

李氏禾人工濕地處理人工模擬生活污水，采用引入原水自然啟動的方式，漸漸增大水力負荷的方式來培養李氏禾、增強濕地微生物的適應能力及其生長速度。經過了40d的啟動時間，濕地植物生長茂盛，并未發現毒死癥狀，濕地出水達到穩定。其中李氏禾人工濕地系統對氨氮的去除率在80%～90%，對總磷的去除率在80%左右。因此，李氏禾可以作為人工濕地處理生活污水的選用植物。

［1］劉衍君.人工濕地在污水處理中的應用及其展望［J］.云南環境科學，2003，22（4）:42-45.

［2］Bhamidimarri R，Shilton A，Armstrong I，et al.Constructed wetlands for wastewater treatment:the New Zealand experience［J］.Water Science and Technology，1991，24（5）:247-253.

［3］陳俊.李氏禾對鉻、銅、鎳的富集特征及鉻污染水體的修復潛力研究［D］.桂林理工大學，2007:13-14.

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［5］何蓉，周琪，張軍.表面流人工濕地處理生活污水的研究［J］.生態環境，2004，13（2）:180-181.

［6］Hammer，D A.Constructed wetlands for wastewater treatment［M］.Michigan:Lewis Publishers Inc.，1989:5-20.

［7］王世和.人工濕地污水處理理論與技術［M］.北京:科學出版社，2007.95-96.

［8］趙佳瑜，楊永興，楊長明.人工濕地處理系統脫氮機理研究進展［J］.四川環境，2005，24（5）:64-67.

［9］徐偉偉，章北平，肖波，等.植物在人工濕地凈化污水過程中的作用［J］.安全與環境工程，2005，12（2）:41-44.

［10］夏宏生，湯兵.人工濕地除磷技術［J］.四川環境，2005，3（3）:210-215.

Studies on Purification and Repair on Artificial Analog Sewage of Constructed Wetland by Leersia Hexandra Swartz

GU Chen，LI Kai，WANG Wen-ping，LU Yuan-yuan
（School of Environmental Science and Engineering，Guilin University of Technology，Guilin 541004，China）

Constructed wetland has andvantages of less investment，good effect and so on，and so to get extensive attention at home and abroad.This paper mainly research from the use of Leersia Hexandra Swartz as artificial wetland plant，zeolite and red soil as artificial wetland matrix，studies on the artificial wetland of ammonia nitrogen and total phosphorus removal effects.Using the way of continuous，get the conclusion of the ammonia nitrogen and total phosphorus removal at approximately 80%，Leersia Hexandra Swartz as the artificial wetland plant is feasible，and that may provide certain of valuable theoretical support on research and application on the wetland for treating pollutions.

Leersia Hexandra Swartz；constructed wetland；ammonia nitrogen；total phosphorus；matrix

X529

A

1672-9900（2013）01-0027-03

2012-11-25

國家自然科學基金項目：草酸在超富集植物李氏禾鉻耐性中的作用及其代謝調控（41063004）

顧晨（1987-），男（漢族），遼寧臺安人，碩士，主要從事水污染控制工程研究，（Tel）15078347521。