不同植物人工濕地凈化模擬生活污水效果

白曉龍等

摘要：研究鳶尾、吊蘭、馬蹄蓮3種不同植物模擬人工濕地系統對模擬生活污水的凈化效果。結果表明：3種植物濕地系統對模擬生活污水中COD、NH+4-N、TP去除效果均較好，其中鳶尾濕地系統對模擬生活污水的凈化效果最好。

關鍵詞：植物；人工濕地；生活污水；凈化效果

中圖分類號： X703 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2014）04-0326-03

收稿日期：2013-08-09

基金資助：江蘇省農村環境污染防治工程技術研究開發中心項目（編號：HJZX2012003）；江蘇省南通市社會事業科技創新與示范項目（編號：HS2013034）。

作者簡介：白曉龍（1980—），男，山東莒縣人，博士研究生，講師，從事水處理技術及環境化學教學與科研工作。E-mail：waitting2001@163.com。人工濕地是由基質、植物、微生物組成的通過物理、化學、生物作用對污水進行處理的人工生態系統。濕地植物是人工濕地的重要組成部分，濕地植物的篩選對濕地系統除污效果起著非常重要的作用[1]。目前，眾多學者對人工濕地植物的篩選及除污機理等方面開展了深入細致的研究，篩選出諸如蘆葦、菖蒲、美人蕉、水葫蘆等一系列濕地植物[2-4]。濕地植物通過吸收、吸附、富集、攔截等方式實現污水處理[5-6]。濕地植物的篩選除了要考慮其污水處理能效外，還要綜合考慮其地域性、環境適應性、經濟性、生態安全性等[7]。本研究選取了馬蹄蓮、吊蘭、鳶尾等3種植物，監測這幾種植物對模擬生活污水中污染物的去除效果，旨在為選出合適的濕地植物提供參考。

1材料與方法

1.1試驗裝置

模擬人工濕地試驗裝置如圖1所示，裝置為PVC材質，直徑為40 cm，高60 cm，該裝置的底層鋪設厚5 cm的碎石，中層鋪設厚50 cm的沙子，上層鋪設厚5 cm的土壤，裝置底部有出水檢測口。

1.2方法

將已長出幼苗的馬蹄蓮、吊蘭、鳶尾分別移栽到試驗裝置中，密度均為8株/m2，每個裝置設1個重復，穩定1周后，采用間歇進水方式進水，每次進水前將裝置內污水排空，進水量為4 L/d，水力停留時間為1 d。試驗周期約30 d，同時監測進、出水水質變化情況。采用重鉻酸鉀消解分光光度法檢測化學需氧量（COD），采用過硫酸鉀消解-鉬銻抗分光光度法測定總磷含量（TP），采用納氏試劑分光光度法測定氨氮（NH+4-N）含量。

2結果與分析

2.1不同濕地植物對COD的去除效果

人工濕地的顯著特點之一是對有機污染物有較強的降解能力，污水中的不溶性有機物通過濕地的沉淀、過濾作用，可以很快被截留，進而為微生物所利用。污水中的可溶性有機物可通過植物根系生物膜的吸附、吸收作用及生物代謝降解過程而被分解去除[8]。由圖2至圖4可知，鳶尾、吊蘭、馬蹄蓮3種植物對模擬生活污水COD的去除效果均較好，3種植物構成的模擬人工濕地系統對COD的凈化過程基本相同。鳶尾系統出水COD值基本穩定在10 mg/L，吊蘭、馬蹄蓮系統出水COD值均基本穩定在20～30 mg/L。鳶尾系統的凈化效果最好，COD平均去除率達90.2%，其次是吊蘭、馬蹄蓮，分別達87.8%、86.5%。

2.2不同濕地植物對NH+4-N的去除效果

氮元素是植物生長繁殖的必需元素之一，濕地植物在生長過程中通過根系從污水中吸收氮素，另外，濕地植物根系的輸氧功能為濕地中的微生物提供了硝化環境條件，連同濕地基質間的反硝化環境條件，促進了污水脫氮反應的進行，從而去除污水中的氮[9]。由圖5至圖7可知，鳶尾、吊蘭、馬蹄蓮3種植物模擬人工濕地系統對NH+4-N的去除率隨著系統運行時間的增加而增加，系統運行后期鳶尾濕地系統出水NH+4-N 的濃度穩定在5 mg/L以下，鳶尾系統對NH+4-N的平均去除率達88.8%，吊蘭、馬蹄蓮系統對NH+4-N的去除率分別達87.3%、85.3%。

2.3不同濕地植物對TP的去除效果

人工濕地對磷的去除方式包括化學吸附、物理過濾、層積物形成、微生物同化、植物吸收等[10]。有學者指出，濕地系統中基質對磷的去除速度最快，水生植物最慢[11]。有人認為，植物根際微環境以及植物與微生物的耦合作用對人工濕地除磷有重要作用[12]。植物床人工濕地對污水中磷的去除效果明顯優于無植物的人工濕地[13-14]。由此可見，植物在人工濕地系統中對污水磷的去除有重要作用。由圖8至圖10可知，3種不同植物濕地模擬系統對TP的去除效果均較好，其中鳶尾濕地系統對TP的去除效果最好，平均去除率達90.4%，系統運行濕地系統后期出水TP濃度穩定在0.5 mg/L以下，其次是吊蘭、馬蹄蓮濕地系統，平均去除率分別達88.6%、87.3%。

3結論

本研究表明，鳶尾、吊蘭、馬蹄蓮3種不同植物人工濕地系統對模擬生活污水凈化效果均較好。3種植物中對COD、NH+4-N、TP去除效果最好的是鳶尾，其次是吊蘭、馬蹄蓮。在系統運行后期，鳶尾系統出水COD穩定在10mg/L左右，NH+4-N、TP的出水濃度分別穩定在5、0.5 mg/L以下，達到了GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A標準。從環境適應性以及美化效果來看，3種植物均適宜在本區域栽培。

參考文獻：

[1]吳樹彪，董仁杰. 人工濕地污水處理應用與研究進展[J]. 水處理技術，2008，34（8）：5-9，21.

[2]張巖，李秀艷，徐亞同，等. 8種植物床人工濕地脫氮除磷的研究[J]. 環境污染與防治，2012，34（8）：49-52.

[3]奉小憂，宋永會，曾清如，等. 不同植物人工濕地凈化效果及基質微生物狀況差異分析[J]. 環境科學研究，2011，24（9）：1035-1041.

[4]謝云成. 三種人工濕地植物對城鎮生活污水的處理[J]. 湖北農業科學，2011，50（22）：4586-4589.

[5]馬安娜，張洪剛，洪劍明. 濕地植物在污水處理中的作用及機理[J]. 首都師范大學學報：自然科學版，2006，27（6）：57-63.

[6]湯顯強，黃歲樑. 人工濕地去污機理及其國內外應用現狀[J]. 水處理技術，2007，33（2）：9-13.

[7]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.

[8]李曉東，郎咸明，師曉春.不同人工濕地組合凈化生活污水效果研究[J]. 環境保護與循環經濟，2009，7（7）：24-25，38.

[9]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.

[10]Seo D C，Cho J S，Lee H J，et al. Phosphorous retention capacity of filter media for estimating the longevity of constructed wetland[J]. Water Research，2005，39（11）：2445-2447.

[11]熊飛，李文朝，潘繼征，等. 人工濕地脫氮除磷的效果與機理研究進展[J]. 濕地科學，2005，3（3）：228-234.

[12]李曉東，孫鐵珩，李海波，等. 人工濕地除磷研究進展[J]. 生態學報，2007，27（3）：1226-1232.

[13]李旭東，李廣賀，張旭，等. 沸石床處理農田暴雨徑流氮磷中試研究[J]. 環境污染治理技術與設備，2003，4（9）：22-26.

[14]蔣躍平，葛瀅，岳春雷，等. 人工濕地植物對觀賞水中氮磷去除的貢獻[J]. 生態學報，2004，24（8）：1720-1725.

摘要：研究鳶尾、吊蘭、馬蹄蓮3種不同植物模擬人工濕地系統對模擬生活污水的凈化效果。結果表明：3種植物濕地系統對模擬生活污水中COD、NH+4-N、TP去除效果均較好，其中鳶尾濕地系統對模擬生活污水的凈化效果最好。

關鍵詞：植物；人工濕地；生活污水；凈化效果

中圖分類號： X703 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2014）04-0326-03

收稿日期：2013-08-09

基金資助：江蘇省農村環境污染防治工程技術研究開發中心項目（編號：HJZX2012003）；江蘇省南通市社會事業科技創新與示范項目（編號：HS2013034）。

作者簡介：白曉龍（1980—），男，山東莒縣人，博士研究生，講師，從事水處理技術及環境化學教學與科研工作。E-mail：waitting2001@163.com。人工濕地是由基質、植物、微生物組成的通過物理、化學、生物作用對污水進行處理的人工生態系統。濕地植物是人工濕地的重要組成部分，濕地植物的篩選對濕地系統除污效果起著非常重要的作用[1]。目前，眾多學者對人工濕地植物的篩選及除污機理等方面開展了深入細致的研究，篩選出諸如蘆葦、菖蒲、美人蕉、水葫蘆等一系列濕地植物[2-4]。濕地植物通過吸收、吸附、富集、攔截等方式實現污水處理[5-6]。濕地植物的篩選除了要考慮其污水處理能效外，還要綜合考慮其地域性、環境適應性、經濟性、生態安全性等[7]。本研究選取了馬蹄蓮、吊蘭、鳶尾等3種植物，監測這幾種植物對模擬生活污水中污染物的去除效果，旨在為選出合適的濕地植物提供參考。

1材料與方法

1.1試驗裝置

模擬人工濕地試驗裝置如圖1所示，裝置為PVC材質，直徑為40 cm，高60 cm，該裝置的底層鋪設厚5 cm的碎石，中層鋪設厚50 cm的沙子，上層鋪設厚5 cm的土壤，裝置底部有出水檢測口。

1.2方法

將已長出幼苗的馬蹄蓮、吊蘭、鳶尾分別移栽到試驗裝置中，密度均為8株/m2，每個裝置設1個重復，穩定1周后，采用間歇進水方式進水，每次進水前將裝置內污水排空，進水量為4 L/d，水力停留時間為1 d。試驗周期約30 d，同時監測進、出水水質變化情況。采用重鉻酸鉀消解分光光度法檢測化學需氧量（COD），采用過硫酸鉀消解-鉬銻抗分光光度法測定總磷含量（TP），采用納氏試劑分光光度法測定氨氮（NH+4-N）含量。

2結果與分析

2.1不同濕地植物對COD的去除效果

人工濕地的顯著特點之一是對有機污染物有較強的降解能力，污水中的不溶性有機物通過濕地的沉淀、過濾作用，可以很快被截留，進而為微生物所利用。污水中的可溶性有機物可通過植物根系生物膜的吸附、吸收作用及生物代謝降解過程而被分解去除[8]。由圖2至圖4可知，鳶尾、吊蘭、馬蹄蓮3種植物對模擬生活污水COD的去除效果均較好，3種植物構成的模擬人工濕地系統對COD的凈化過程基本相同。鳶尾系統出水COD值基本穩定在10 mg/L，吊蘭、馬蹄蓮系統出水COD值均基本穩定在20～30 mg/L。鳶尾系統的凈化效果最好，COD平均去除率達90.2%，其次是吊蘭、馬蹄蓮，分別達87.8%、86.5%。

2.2不同濕地植物對NH+4-N的去除效果

氮元素是植物生長繁殖的必需元素之一，濕地植物在生長過程中通過根系從污水中吸收氮素，另外，濕地植物根系的輸氧功能為濕地中的微生物提供了硝化環境條件，連同濕地基質間的反硝化環境條件，促進了污水脫氮反應的進行，從而去除污水中的氮[9]。由圖5至圖7可知，鳶尾、吊蘭、馬蹄蓮3種植物模擬人工濕地系統對NH+4-N的去除率隨著系統運行時間的增加而增加，系統運行后期鳶尾濕地系統出水NH+4-N 的濃度穩定在5 mg/L以下，鳶尾系統對NH+4-N的平均去除率達88.8%，吊蘭、馬蹄蓮系統對NH+4-N的去除率分別達87.3%、85.3%。

2.3不同濕地植物對TP的去除效果

人工濕地對磷的去除方式包括化學吸附、物理過濾、層積物形成、微生物同化、植物吸收等[10]。有學者指出，濕地系統中基質對磷的去除速度最快，水生植物最慢[11]。有人認為，植物根際微環境以及植物與微生物的耦合作用對人工濕地除磷有重要作用[12]。植物床人工濕地對污水中磷的去除效果明顯優于無植物的人工濕地[13-14]。由此可見，植物在人工濕地系統中對污水磷的去除有重要作用。由圖8至圖10可知，3種不同植物濕地模擬系統對TP的去除效果均較好，其中鳶尾濕地系統對TP的去除效果最好，平均去除率達90.4%，系統運行濕地系統后期出水TP濃度穩定在0.5 mg/L以下，其次是吊蘭、馬蹄蓮濕地系統，平均去除率分別達88.6%、87.3%。

3結論

本研究表明，鳶尾、吊蘭、馬蹄蓮3種不同植物人工濕地系統對模擬生活污水凈化效果均較好。3種植物中對COD、NH+4-N、TP去除效果最好的是鳶尾，其次是吊蘭、馬蹄蓮。在系統運行后期，鳶尾系統出水COD穩定在10mg/L左右，NH+4-N、TP的出水濃度分別穩定在5、0.5 mg/L以下，達到了GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A標準。從環境適應性以及美化效果來看，3種植物均適宜在本區域栽培。

參考文獻：

[1]吳樹彪，董仁杰. 人工濕地污水處理應用與研究進展[J]. 水處理技術，2008，34（8）：5-9，21.

[2]張巖，李秀艷，徐亞同，等. 8種植物床人工濕地脫氮除磷的研究[J]. 環境污染與防治，2012，34（8）：49-52.

[3]奉小憂，宋永會，曾清如，等. 不同植物人工濕地凈化效果及基質微生物狀況差異分析[J]. 環境科學研究，2011，24（9）：1035-1041.

[4]謝云成. 三種人工濕地植物對城鎮生活污水的處理[J]. 湖北農業科學，2011，50（22）：4586-4589.

[5]馬安娜，張洪剛，洪劍明. 濕地植物在污水處理中的作用及機理[J]. 首都師范大學學報：自然科學版，2006，27（6）：57-63.

[6]湯顯強，黃歲樑. 人工濕地去污機理及其國內外應用現狀[J]. 水處理技術，2007，33（2）：9-13.

[7]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.

[8]李曉東，郎咸明，師曉春.不同人工濕地組合凈化生活污水效果研究[J]. 環境保護與循環經濟，2009，7（7）：24-25，38.

[9]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.

[10]Seo D C，Cho J S，Lee H J，et al. Phosphorous retention capacity of filter media for estimating the longevity of constructed wetland[J]. Water Research，2005，39（11）：2445-2447.

[11]熊飛，李文朝，潘繼征，等. 人工濕地脫氮除磷的效果與機理研究進展[J]. 濕地科學，2005，3（3）：228-234.

[12]李曉東，孫鐵珩，李海波，等. 人工濕地除磷研究進展[J]. 生態學報，2007，27（3）：1226-1232.

[13]李旭東，李廣賀，張旭，等. 沸石床處理農田暴雨徑流氮磷中試研究[J]. 環境污染治理技術與設備，2003，4（9）：22-26.

[14]蔣躍平，葛瀅，岳春雷，等. 人工濕地植物對觀賞水中氮磷去除的貢獻[J]. 生態學報，2004，24（8）：1720-1725.

摘要：研究鳶尾、吊蘭、馬蹄蓮3種不同植物模擬人工濕地系統對模擬生活污水的凈化效果。結果表明：3種植物濕地系統對模擬生活污水中COD、NH+4-N、TP去除效果均較好，其中鳶尾濕地系統對模擬生活污水的凈化效果最好。

關鍵詞：植物；人工濕地；生活污水；凈化效果

中圖分類號： X703 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2014）04-0326-03

收稿日期：2013-08-09

基金資助：江蘇省農村環境污染防治工程技術研究開發中心項目（編號：HJZX2012003）；江蘇省南通市社會事業科技創新與示范項目（編號：HS2013034）。

作者簡介：白曉龍（1980—），男，山東莒縣人，博士研究生，講師，從事水處理技術及環境化學教學與科研工作。E-mail：waitting2001@163.com。人工濕地是由基質、植物、微生物組成的通過物理、化學、生物作用對污水進行處理的人工生態系統。濕地植物是人工濕地的重要組成部分，濕地植物的篩選對濕地系統除污效果起著非常重要的作用[1]。目前，眾多學者對人工濕地植物的篩選及除污機理等方面開展了深入細致的研究，篩選出諸如蘆葦、菖蒲、美人蕉、水葫蘆等一系列濕地植物[2-4]。濕地植物通過吸收、吸附、富集、攔截等方式實現污水處理[5-6]。濕地植物的篩選除了要考慮其污水處理能效外，還要綜合考慮其地域性、環境適應性、經濟性、生態安全性等[7]。本研究選取了馬蹄蓮、吊蘭、鳶尾等3種植物，監測這幾種植物對模擬生活污水中污染物的去除效果，旨在為選出合適的濕地植物提供參考。

1材料與方法

1.1試驗裝置

模擬人工濕地試驗裝置如圖1所示，裝置為PVC材質，直徑為40 cm，高60 cm，該裝置的底層鋪設厚5 cm的碎石，中層鋪設厚50 cm的沙子，上層鋪設厚5 cm的土壤，裝置底部有出水檢測口。

1.2方法

將已長出幼苗的馬蹄蓮、吊蘭、鳶尾分別移栽到試驗裝置中，密度均為8株/m2，每個裝置設1個重復，穩定1周后，采用間歇進水方式進水，每次進水前將裝置內污水排空，進水量為4 L/d，水力停留時間為1 d。試驗周期約30 d，同時監測進、出水水質變化情況。采用重鉻酸鉀消解分光光度法檢測化學需氧量（COD），采用過硫酸鉀消解-鉬銻抗分光光度法測定總磷含量（TP），采用納氏試劑分光光度法測定氨氮（NH+4-N）含量。

2結果與分析

2.1不同濕地植物對COD的去除效果

人工濕地的顯著特點之一是對有機污染物有較強的降解能力，污水中的不溶性有機物通過濕地的沉淀、過濾作用，可以很快被截留，進而為微生物所利用。污水中的可溶性有機物可通過植物根系生物膜的吸附、吸收作用及生物代謝降解過程而被分解去除[8]。由圖2至圖4可知，鳶尾、吊蘭、馬蹄蓮3種植物對模擬生活污水COD的去除效果均較好，3種植物構成的模擬人工濕地系統對COD的凈化過程基本相同。鳶尾系統出水COD值基本穩定在10 mg/L，吊蘭、馬蹄蓮系統出水COD值均基本穩定在20～30 mg/L。鳶尾系統的凈化效果最好，COD平均去除率達90.2%，其次是吊蘭、馬蹄蓮，分別達87.8%、86.5%。

2.2不同濕地植物對NH+4-N的去除效果

氮元素是植物生長繁殖的必需元素之一，濕地植物在生長過程中通過根系從污水中吸收氮素，另外，濕地植物根系的輸氧功能為濕地中的微生物提供了硝化環境條件，連同濕地基質間的反硝化環境條件，促進了污水脫氮反應的進行，從而去除污水中的氮[9]。由圖5至圖7可知，鳶尾、吊蘭、馬蹄蓮3種植物模擬人工濕地系統對NH+4-N的去除率隨著系統運行時間的增加而增加，系統運行后期鳶尾濕地系統出水NH+4-N 的濃度穩定在5 mg/L以下，鳶尾系統對NH+4-N的平均去除率達88.8%，吊蘭、馬蹄蓮系統對NH+4-N的去除率分別達87.3%、85.3%。

2.3不同濕地植物對TP的去除效果

人工濕地對磷的去除方式包括化學吸附、物理過濾、層積物形成、微生物同化、植物吸收等[10]。有學者指出，濕地系統中基質對磷的去除速度最快，水生植物最慢[11]。有人認為，植物根際微環境以及植物與微生物的耦合作用對人工濕地除磷有重要作用[12]。植物床人工濕地對污水中磷的去除效果明顯優于無植物的人工濕地[13-14]。由此可見，植物在人工濕地系統中對污水磷的去除有重要作用。由圖8至圖10可知，3種不同植物濕地模擬系統對TP的去除效果均較好，其中鳶尾濕地系統對TP的去除效果最好，平均去除率達90.4%，系統運行濕地系統后期出水TP濃度穩定在0.5 mg/L以下，其次是吊蘭、馬蹄蓮濕地系統，平均去除率分別達88.6%、87.3%。

3結論

本研究表明，鳶尾、吊蘭、馬蹄蓮3種不同植物人工濕地系統對模擬生活污水凈化效果均較好。3種植物中對COD、NH+4-N、TP去除效果最好的是鳶尾，其次是吊蘭、馬蹄蓮。在系統運行后期，鳶尾系統出水COD穩定在10mg/L左右，NH+4-N、TP的出水濃度分別穩定在5、0.5 mg/L以下，達到了GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A標準。從環境適應性以及美化效果來看，3種植物均適宜在本區域栽培。

參考文獻：

[1]吳樹彪，董仁杰. 人工濕地污水處理應用與研究進展[J]. 水處理技術，2008，34（8）：5-9，21.

[2]張巖，李秀艷，徐亞同，等. 8種植物床人工濕地脫氮除磷的研究[J]. 環境污染與防治，2012，34（8）：49-52.

[3]奉小憂，宋永會，曾清如，等. 不同植物人工濕地凈化效果及基質微生物狀況差異分析[J]. 環境科學研究，2011，24（9）：1035-1041.

[4]謝云成. 三種人工濕地植物對城鎮生活污水的處理[J]. 湖北農業科學，2011，50（22）：4586-4589.

[5]馬安娜，張洪剛，洪劍明. 濕地植物在污水處理中的作用及機理[J]. 首都師范大學學報：自然科學版，2006，27（6）：57-63.

[6]湯顯強，黃歲樑. 人工濕地去污機理及其國內外應用現狀[J]. 水處理技術，2007，33（2）：9-13.

[7]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.

[8]李曉東，郎咸明，師曉春.不同人工濕地組合凈化生活污水效果研究[J]. 環境保護與循環經濟，2009，7（7）：24-25，38.

[9]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.

[10]Seo D C，Cho J S，Lee H J，et al. Phosphorous retention capacity of filter media for estimating the longevity of constructed wetland[J]. Water Research，2005，39（11）：2445-2447.

[11]熊飛，李文朝，潘繼征，等. 人工濕地脫氮除磷的效果與機理研究進展[J]. 濕地科學，2005，3（3）：228-234.

[12]李曉東，孫鐵珩，李海波，等. 人工濕地除磷研究進展[J]. 生態學報，2007，27（3）：1226-1232.

[13]李旭東，李廣賀，張旭，等. 沸石床處理農田暴雨徑流氮磷中試研究[J]. 環境污染治理技術與設備，2003，4（9）：22-26.

[14]蔣躍平，葛瀅，岳春雷，等. 人工濕地植物對觀賞水中氮磷去除的貢獻[J]. 生態學報，2004，24（8）：1720-1725.