蕹菜和吊蘭凈化城鎮生活污水試驗研究

譚洪濤，朱　琳，張馨文，王　彬

(1 西南科技大學環境與資源學院，四川　綿陽　621010；2 綿陽市環境監測中心站，四川　綿陽　621000)

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環境保護

蕹菜和吊蘭凈化城鎮生活污水試驗研究

譚洪濤1，朱琳2，張馨文2，王彬1

(1 西南科技大學環境與資源學院，四川綿陽621010；2 綿陽市環境監測中心站，四川綿陽621000)

構建小型水培污水凈化系統，以蕹菜和吊蘭兩種本地植物為研究對象，試驗其在不同水培時間下對生活污水的凈化效果。經過28 d的試驗研究表明：蕹菜系統對生活污水COD、NH3-N、TN、TP的最終去除率分別為88.3%、91.6%、88.1%、92.8%，吊蘭系統對生活污水COD、NH3-N、TN、TP的最終去除率分別為87.5%、89.3%、85.5%、77.4%，對照組中COD、NH3-N、TN、TP的最終去除率分別為71.8%、76.5%、75.4%、59.8%。

蕹菜；吊蘭；生活污水；凈化效果

在傳統人工濕地污水處理過程中，通常利用大型水生植物，通過控制水土流失、過濾等物理作用和植物自身的新陳代謝吸收作用實現對污水的凈化[1-2]。但隨著我國城鎮化的加速發展，土地資源不斷緊缺，人工濕地占地面積大的缺點逐漸暴漏出來，尋找與探索新型生態污水處理技術已成為未來污水處理的一個新的研究方向。近年來，隨著無土栽培技術的逐漸成熟，為生活污水生態處理提供了一條新道路[3-6]。

本試驗通過構建靜態水培污水凈化系統，研究蕹菜和吊蘭2種本地植物在不同水培時間下對城鎮生活污水中COD、NH3-N、TN、TP的凈化效果，并對污染物去除過程中的作用進行簡要分析，進一步弄清各類污染物的去除機理和在去除過程中的相互影響，為今后無土栽培法處理生活污水過程中小型水生植物的選擇與運用提供更多依據。

1　實　驗

1.1植物選擇

試驗選用觀賞性強、具有一定經濟價值的2種本地植物：蕹菜(Ipomoea aquatica)和吊蘭(Chlorophytum comosum)進行污水凈化研究。蕹菜又名空心菜，旋花科一年生草本植，喜溫暖濕潤，現已作為一種蔬菜廣泛栽培[7-8]。吊蘭為單子葉植物綱多年生常綠草本植物，能夠吸收空氣中的甲醛等有害氣體，還可以通過水培吊蘭深度處理污水及修復富營養化水體[9-10]。試驗植物購自綿陽市青義鎮市場，供試2種植物中蕹菜平均株長25 cm左右，平均鮮重約24 g；吊蘭平均株長22 cm左右，鮮重約29 g。

1.2材料裝置

試驗裝置于2015年8月建成，試驗期間氣溫為21～32 ℃，濕度為55%～75%。試驗根據平行對照原則，共設計兩組平行試驗，每組包含三個水培凈化裝置，分別為蕹菜凈化裝置(WA、WB)，吊蘭凈化裝置(DA、DB)和空白對照裝置(KA、KB)。裝置采用無土栽培箱制成，每個箱體長、寬、高分別為45 cm×30 cm×25 cm，水容量約為30 L，其中，WA和WB上種植蕹菜，DA和DB上種植吊蘭，KA和KB為對照組，不種植植物。試驗裝置如圖1所示。

圖1　水培污水凈化裝置平面布置圖Fig.1　Plane layout of the wastewater hydroponic purifying device

1.3試驗方法

植物馴化：由于2種植物原有生長環境為土壤，根系進入水環境后，原有的土生根會逐漸腐爛[11]，故在試驗進行前，先在稀釋的試驗污水中進行梯度濃度馴化，馴化結束后，選取生長狀況良好、生物量相近的植株作為試驗材料。

方法：選取馴化好的蕹菜和吊蘭各16株，分別移栽至WA、WB和DA、DB中，每個試驗組凈化裝置各種植8株，對照組KA、KB不栽種植物，然后將6個凈化裝置移至塑料大棚內，連續運行監測28 d，期間每間隔2 d采樣一次，分析各組裝置污水中pH值變化和COD、NH3-N、TN 和TP 的去除效果。

1.4水質與分析方法

試驗所用原水為該污水處理廠細格柵出水，水質指標見表1。

表1　試驗水樣水質指標Table 1　Water quality indexes of experimental water samples

污水指標分析方法：pH采用便攜式pH計法(GB 6920-86)，COD采用快速密封催化消解法(HZ-HJ-SZ-0108)，NH3-N采用納氏比色法(GB7479-87)，TN采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法(GB11894-1989)，TP采用鉬酸銨分光光度法(GB11893-89)[12]。

2　結果與分析

2.1pH變化分析

試驗期間，各組系統pH值隨時間的變化關系如圖2所示。

圖2　水培系統pH值變化Fig.2　PH value change in hydroponic system

如圖2可知，對照組在試驗初期，水體中原有微生物呼吸作用產生了CO2，短時間內使水體pH值略微下降，但經過調節期后，水體中的藻類繁殖開始占據優勢，利用水中CO2進行光合作用，CO2濃度減小，pH值升高。吊蘭組和蕹菜組中由于植物在生長過程中可以分泌出自身代謝產物，直接或間接調節水體酸堿度，且植物根系也為大量好氧微生物提供了棲息地，使得CO2濃度增加，試驗后期水環境穩定后pH值達到動態平衡。

2.2COD凈化效果

試驗運行過程中各組系統COD含量變化與去除率比較如圖3和圖4所示。

圖3　COD含量變化Fig.3　Changes of COD content

圖4　COD去除率比較Fig.4　Comparison of COD removal rate

由圖3和圖4可以看出，在整個試驗過程中蕹菜和吊蘭兩試驗組水體中COD濃度由195.6 mg/L分別下降至22.8 mg/L和24.5 mg/L，與空白對照組最終的55.2 mg/L存在顯著性差異(P<0.05)，凈化能力為：蕹菜組>吊蘭組>對照組。試驗組COD去除率達到了80%以上。但值得注意的是，水培試驗過程的前1～6 d，各試驗組水體中COD濃度下降速率較快，去除率也上升較快，達到了60%～65%，這可能主要依靠于污水中有機物的先期沉降作用。

2.3NH3-N凈化效果

試驗運行過程中各組系統NH3-N含量變化與去除率比較如圖5和圖6所示。

由圖5和圖6可以看出，蕹菜和吊蘭2組植物系統均能夠有效去除水體中的NH3-N，且凈化能力為：蕹菜組>吊蘭組>對照組，去除率分別達到了91.6%和89.3%。當水培時間到8～10 d時，2組植物系統對NH3-N的去除率已達到55%～65%，而對照組則低于50%；在18～22 d時，NH3-N的去除率達到峰值。污水中NH3-N的去除除了通過植物生長和微生物的代謝作用吸收外，還可以通過直接揮發的形式擴散出去，由于水培靜態試驗在夏末秋初進行，試驗溫度較高，有利于NH3-N的直接揮發。

圖5　水培系統NH3-N含量變化Fig.5　Changes of NH3-N content

圖6　水培系統NH3-N去除率比較Fig.6　Comparison of NH3-N removal rate

2.4TN凈化效果

試驗運行過程中各組系統TN含量變化與去除率比較如圖7和圖8所示。

從圖 7和圖8可以看出，各試驗組水體中TN含量的變化與NH3-N不同，主要呈現緩慢勻速下降趨勢。TN濃度由37.9 mg/L降至4.5～5.5 mg/L。水培試驗進行到18～20 d的時候，蕹菜和吊蘭兩組植物系統對水體中TN的去除率達到了峰值，并逐步趨于穩定，分別為90.29%和88.53%，且去除能力為：蕹菜組>吊蘭組>對照組。水體中TN的去除與水利停留時間關系密切。

圖7　水培系統TN含量變化Fig.7　Changes of TN content

圖8　水培系統TN去除率比較Fig.8　Comparison of TN removal rate

2.5TP凈化效果

試驗運行過程中各組系統TP含量變化與去除率比較如圖9和圖10所示。

圖9　水培系統TP含量變化Fig.9　Changes of TP content

圖10　水培系統TP去除率比較Fig.10　Comparison of TP removal rate

從圖9和圖10可以看出，各試驗組水體中TP的變化與TN相近，呈現逐步下降趨勢。試驗水培結束后，蕹菜組和吊蘭組水體中TP的含量由3.20 mg/L降至0.72 mg/L和0.23 mg/L，與對照組水體中TP最終含量1.29 mg/L相比有著顯著差異(P<0.05)。與TN的去除變化規律相似，蕹菜和吊蘭兩組系統對TP的去除率在水培時間18～20 d后也逐步趨于穩定，分別達到了90.11%和69.06%，蕹菜對污水中TP的去除能力和去除速率均優于吊蘭，且差異顯著(P<0.05)。

3　結　論

試驗通過建立小型污水凈化裝置，以蕹菜和吊蘭為對象，研究其對生活污水的凈化效果。從水培試驗凈化結果可以看出，蕹菜和吊蘭兩組植物系統在水培時間為28 d的情況下，對生活污水中COD、NH3-N、TN、TP的平均去除率達到了75%以上，表現出了較好的凈化效果，且總體上蕹菜優于吊蘭。

試驗中對照組與試驗組區別在于是否栽種了植物，其它各項設置及試驗條件均相同，由此可以初步推定在水培試驗中植物對水體的凈化有著重要的作用。水體中的植物和藻類存在競爭關系，植物在生長過程中通過分泌代謝產物間接的抑制了藻類的繁殖，有利于遏制水體惡化。

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Experimental Research of Ipomoea Aquatic and Chlorophytum Comosum Purifying Urban Domestic Sewage

TANHong-tao1,ZHULin2,ZHANGXin-wen2,WANGBin1

(1 School of Environment and Resource, Southwest University of Science and Technology,Sichuan Mianyang 621010; 2 Mianyang Environmental Monitoring Center Station, Sichuan Mianyang 621000, China)

A small sewage purification system was set up. Using Ipomoea aquatic and Chlorophytum comosum as research object, their purification effect on domestic sewage at different times was tested. After 28 d, the experimental study showed that: the Ipomoea aquatic system’s final removal efficiency of sewage COD, NH3-N, TN and TP were 88.3%, 91.6%, 88.1% and 92.8%, respectively, Chlorophytum comosum system’s final removal efficiency of sewage COD, NH3-N, TN and TP were 87.5%, 89.3%, 85.5% and 77.4%, respectively, in the control group, the final removal efficiency of COD, NH3-N, TN and TP were 71.8%，76.5%，75.4% and 59.8%, respectively.

Ipomoea aquatic; Chlorophytum comosum; domestic sewage; purification effect

譚洪濤(1988-)，男，助教，主要從事廢水污染控制研究。

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A

1001-9677(2016)015-0141-04