銀川平原人工濕地水生植物去污能力研究

呂金虎，鐘艷霞，高 鵬

（1．銀川市濕地管理辦公室，寧夏 銀川750001；2．寧夏大學 資源環境學院，寧夏 銀川750021）

水生植物作為水生生態系統一個重要的組成成分，在水生生態系統各項功能的開展過程中充當著重要的作用。經濟高速發展，環境污染日益嚴重的今天，各類天然生態系統的污染治理能力得到了廣泛的開發和利用［1－5］，尤其是對于水生生態系統的凈化作用［6－7］。在水生生態系統的凈化過程中，水生植物的貢獻巨大［8－10］。不同地區的水生植物類型多樣，對水質的凈化能力也各不相同。西北干旱區水生植物類型相對單一，在有限的水生植物類型中，其對污水的處理效果如何，這對于西部地區水環境的治理、生態環境修復以及提升水資源利用效率［11］尤為重要。因此本文利用人工濕地模擬開展二級水的深度處理，同時對西部地區常見的6種水生植物開展水質凈化能力研究，確定人工濕地對二級水的處理效果以及對水質凈化能力最高的物種，為城市生活污水的深度處理以及水生植物水質凈化的推廣奠定基礎。

1 人工濕地模擬

1．1 人工濕地建設

人工濕地模型試驗選在銀川市第3污水處理廠廠區內西南角的一處空地，試驗工藝設計為水平潛流人工濕地、復合流人工濕地和表面流人工濕地結合的系統［12］。水平潛流人工濕地處理面積為450m2，共分為3級。復合流式人工濕地處理面積為300m2，共分為兩級，下行池和上行池。表面流濕地面積5 000m2。

本次人工濕地的填料［13］使用自制填料（甘溝碎石），分別填20cm厚0～4mm粒徑的礫石，55cm厚5～10mm粒徑的礫石和75cm厚10～30mm的礫石作為3種不同的基質。人工濕地的水源為第3污水處理廠二級出水。

1．2 水生植物的選擇

根據西部地區水生植物分布的調研，首先在天然水體中發現并能夠穩定成長的物種作為主要待選物種；其次考慮待選植物具有較大的地面生物量和根系生物量，以確保充分的水質凈化效率；第3所選物種具有生態可接受性，所有物種不是有害雜草，對周邊自然環境的生態遺傳整體性不會構成危害；第4待選物種具有一定的觀賞價值和經濟價值，利于推廣；第5所選物種具有較高的成活率以及較強的繁殖能力［14－16］。

根據綜合考慮選擇蘆葦（Phragmitesaustralisc（cav．）Trin）、香蒲（TyphaorientalisPresl）、菖蒲（AcoruscalamusLinn．）、茭白（Zizanialatifolia）、慈姑（Sagittariasagittifolia．）、水蔥（Scirpusvalidus）6種水生植物開展模擬試驗。

2 培養箱模擬試驗

由6個相同的模擬花壇的圓柱形塑料容器（直徑為28．5cm，高為55cm），添加細沙厚度15cm，夾砂石厚度30cm，碎石厚度5cm。設置水泵和間歇式噴頭聯合工作，將污水以水團的形式噴投到花壇上部的植物區域，水團散落后經過礫石基質、活性污泥、植物的代謝作用后，從花壇下部的出水管流出。注入城市生活污水處理后的二級水，定期補充水，逐月取樣。

6個箱體，分別種植蘆葦、香蒲、菖蒲、茭白、慈姑、水蔥6種水生植物。

3 結果與討論

3．1 人工濕地模擬水質凈化效率

首先對人工濕地試驗模型區內的蘆葦、香蒲、菖蒲、慈菇、茭白、水蔥6種植物按照株高、存活及萎蔫狀況、覆蓋度、地上生物量、地下生物量等指標進行監測。試驗區中的所有植物統一于4月上旬種植，溫度平均為9～19℃，栽種完畢即開始灌水。4月下旬作第1次觀察記錄，潛流人工濕地中的蘆葦長勢旺盛，株高平均約為15cm，覆蓋度達40%，未出現葉片枯黃，萎蔫的狀況；潛流人工濕地中的蘆葦、菖蒲、慈姑、茭白、水蔥長勢良好，株高平均約為18cm，覆蓋度達45%，也未出現葉片枯黃和萎蔫的狀況。潛流人工濕地中香蒲株高均為25cm，覆蓋度達45%，未出現生長不良的狀況，復合流人工濕地中香蒲株高平均為27cm，覆蓋度達50%，生長狀況良好，無死亡和萎蔫狀況。

表1數據顯示，城市生活污水處理后的二級水流經人工濕地后BOD5，COD，氨氮各項指標都發生了變化，其中氨氮的處理效率最高，全年的處理效率均在50%以上，最高可達70%。

表1 植物對污水中主要污染物的去除效果

不同月份的監測結果顯示，人工濕地在不同時期去除污染物的能力也表現出不同，8，9月的污染物去除能力最強，6，7，10月較之略弱一些，這與人工濕地中水生植物的生長狀況是一致的。水生植物的生長期，對營養物質的需求量大，對水體中氮、磷、有機物等具有很好的吸收作用，從而其對污水的處理效率更高。

此結論與前人利用水生植物開展污染水體、城市生活污水處理的結論相一致，均顯示水生植物對NH＋4—N，TP等均有很好的處理效率，不同植物類型顯示出不同的處理效果［10，17－18］，因此對于污染水體開展水生植物的凈化處理是可行的。目前城市生活污水的二級處理，雖然實現了部分污染物的削減，但是難以實現直接的重復利用，且已經不能夠滿足城市水資源循環利用的要求，因此面對水資源短缺的現狀，急需開展深度治理。城市生活污水工程性的深度治理投資加大，運行成本高，難以大范圍推廣。在城市生活污水深度治理過程中充分利用天然或人工濕地中水生植物的凈化效能，開展深度治理，不僅有利于提升水資源的品質，同時有利于節約成本，增加處理能力，提升城市生態環境效益。

3．2 箱體培養不同植物凈化能力分析

人工濕地對水質的凈化作用是顯著的，但是在人工濕地中開展的是多種植物的混合作用。為了更好地分析不同植物對水質的凈化作用，在箱體模擬中種植不同的水生植物開展水質凈化能力研究，結果見表2。

表2 不同水生植物對水體污染物的去除效率 %

研究表明，按照月份不同，不同植物表現出的去污能力明顯不同。4月份各水生植物處于生長初期，對污染物的去除效率整體相對較低，其中茭白的處理效率相對最高，在對3類污染物的處理能力方面，相對BOD5的處理效率最高，這一時期，北方地區氣溫相對較低，水生植物處于生長初期，生長能力較弱，吸收能力相對較低。5，6月，隨著溫度的逐步升高，水生植物的生長逐漸旺盛，葉片增多，桿莖增長，其對污染物的去除效率也逐步升高，茭白的去除率居首，然后依次為菖蒲、香蒲和蘆葦，各類污染物處理效率也普遍提高，其中BOD5提升速度最快。7，8月，各類水生植物去除效率達到最高，其中茭白仍為首位，依次為菖蒲、香蒲、蘆葦、慈姑和水蔥，各類污染物的去除效率也達到最高，此時氨氮相對變化明顯。9，10月，隨著溫度的逐步下降，水生植物的生長能力下降，其對污染物的去除效率有所下降，但其中茭白的去除率仍然較高，慈姑的去除率上升為第2位，然后依次為菖蒲、水蔥、香蒲、蘆葦，各類污染物的去除效率略有下降。

在6種水生植物的對比過程中發現，水生植物對污染物的去除效率與生長周期成正相關關系，不同的植物類型去除效率不同。在6種研究植物中，整個研究周期茭白的處理效果最佳（圖1），全年處理效率基本均在50%以上，7，8，9月均在75%以上，同時茭白具有很好的經濟價值，有利于推廣。菖蒲的去除效率也相對較高，此結論與前人模擬三峽庫區的結論相一致［19］，說明菖蒲不僅對污染水體具有很好的處理效率，對富營養化水體的凈化能力亦較高，菖蒲的普遍存在性，決定了其對水質凈化能力的貢獻前景會十分廣闊。同時發現西部地區常見的蘆葦的處理效率亦比較理想，尤其是生長旺盛的7，8，9月。蘆葦在西北地區為最常見種，分布廣泛，其經濟價值較高，不需要人工種植，管理簡單，因此在西北地區充分利用天然湖泊、沼澤中的蘆葦開展污染水體的處理和凈化，具有廣闊的前景，尤其是西部農村地區生活污水的處理處置。

4 結 論

在西部地區開展人工濕地或天然湖泊城市生活污水的深度治理工程，不僅能夠改善區域的生態環境，而且有利于提升地區水資源的利用效率。

在開展水生植物污水凈化過程中，水生植物的選擇十分必要，研究發現茭白對COD，BOD5，氨氮的處理效率較高，在西部地區人工濕地污水處理中選中茭白不僅有利于污水處理，同時具有較高的經濟價值；在天然湖泊或濕地中對野生蘆葦、菖蒲等資源應加大保護力度，以保障其污水的處理效率。可在西部地區農村生活污水的處理過程中考慮利用具有天然蘆葦、菖蒲的湖泊、濕地開展凈化處理。

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