蘆葦、香蒲等濕地植物對總磷去除效率的比較

劉 陽

(山東省環境保護科學研究設計院有限公司，山東 濟南 250013)

1 簡介

1.1 我國在污水處理面臨的問題

目前隨著工業的發展，在帶來巨大的經濟效益的同時也對環境造成了不可小視的破壞，水質的不斷惡化引起了政府的高度重視，在最近的20多年，各級政府建立了數量眾多的污水處理廠用于治理污水，水質惡化問題在一定程度上得到了緩解，但就目前的處理情況看，水體污染的形勢依舊嚴峻，水體污染主要表現在以下三個指標，CODcr、N、P的超標，引起水體富營養化等重大環境事故頻繁發生，對社會、經濟、環境的影響較大[1]。針對目前的現狀，治理水環境的側重點在于對工藝的優化以及改善，控制水體中氮磷的含量，從而逐步對整體的水體進行改善，提高水體質量。

生活污水深度處理再利用不僅有利于緩解水資源的緊缺的現狀，也有利于對水資源綜合整治，達到節省新鮮水資源且獲取一定的環境效益[2]，二級生化處理后排放的水可用于農業灌溉，以減少對地下水的抽取，把節約出來的水供給水資源匱乏的城市用水，解決水資源匱乏地區的用水問題，由此可見，研究發展深度處理技術是很有必要的。

目前現有的深度處理技術足夠解決傳統污水引起的N、P超標對水體的污染問題，同時高昂的運營費用也制約了現有的工藝技術很難大面積進行推廣，同時效果也達不到最理想的狀態。由此，迫切需要新的工藝來技術來解決上述面臨的問題，用什么樣的技術，怎樣的工藝組合更適合運用于污水的深度處理是非常值得研究的[3]。

1.2 人工濕地技術

人工濕地是通過人為創造的一種適合水生植物生長，控制其中某些條件用于處理污水的新技術[4]，人工濕地具有建造以及運行費用低、后期維護簡單、適用范圍廣，抗污性高、處理污染物范圍廣泛，不僅對氮磷有很明顯的去除效果，而且對重金屬以及酸性的有機物無機礦物質也就有不錯的去除能力。

1.3 不同植物對總磷的去除效果

大量研究證明，在選擇濕地中植物的種類對整個系統及其重要，在選擇植物時應該遵循以下原則：①適應當地氣候環境；②耐污性強；③根系發達④植物間的合理搭配；⑤具有較高的觀賞價值。本試驗由于試驗環境為北方地區，北方冬季氣溫低，因此在選擇植物方面優先考慮具有生長周期長，耐凍、扛逆型的植物，比如蘆葦、香蒲、水燭等，本試驗研究選擇了蘆葦與香蒲，由于蘆葦中空、有利于氧氣傳輸，根系發達分泌氧氣的能力較強，光合速率也高于其他植物，香蒲生長速度快，根部生物數量較多，抗污性較強，同時具有觀賞性美化環境的作用，蘆葦與香蒲對惡劣水質具有較強的適應能力。

2 試驗裝置與方法

2.1 試驗方法

人工濕地由于要進行栽種植物，所以濕地系統之前就開始準備，包括植物的栽培，四套人工濕地系統，試驗用水為長清西區污水處理廠二級出水。試驗期間，正值春夏季，氣溫高，植物生長旺盛，污水廠二級出水進入到配水箱，再經過配水槽進入濕地反應區，最后出水進行檢測后達標排放至河里。

2.2 試驗裝置

圖1 濕地裝置整體構造圖

人工濕地反應裝置采用PVC材料加工制成，裝置規格為長70 cm，寬25 cm，高15 cm，進水方式為裝置前端進水，末端出水，分別設置進水區和出水區，反應區間為60 cm，為了保證試驗的結果的準確性，本次試驗將進行平行試驗，試驗裝置如圖1所示。

本套試驗裝置在進水與反應區和反應區隔板上打孔是為了使布水更加均勻，進出水能夠保持均衡不出現死水區和短流，這樣可以通過進水區水位控制反應區內的水位。本試驗模擬的濕地為水平潛流濕地。反應區的容積為70 cm×25 cm×15 cm=26.25 L，人工濕地試驗模型具體裝填分為：

(1)蘆葦潛流式人工濕地；

(2)香蒲潛流式人工濕地。

濕地模擬系統反應區分為濕地植物與土壤層，土壤厚度10 cm，土壤層包括了少量的沙石和濕地旁邊的土壤。

試驗流程：二沉池出水→配水箱→配水槽→濕地反應區→集水槽(檢測)。

2.2.1 試驗進水

本試驗采用長清污水處理廠二沉池出水，長清污水處理廠主要處理濟南市生活污水，二沉池出水具體水質指標如表1所示。

表1 二沉池進水各項指標

2.2.2 濕地試驗植物

本試驗選擇蘆葦和香蒲作為本次試驗中的水生植物，蘆葦根莖十分發達，能長到高3 m以上，直徑1～5 cm，蘆葦生于江河湖澤，池塘溝渠，蘆葦可以造紙，建材，根部也可以入藥，有利尿解毒清涼等價值。

香蒲屬于水生或沼生草本植物，根狀乳白色，葉片條形，葉鞘抱莖，香蒲經濟價值較高，花粉可入藥，葉片用于編織，幼葉基部和根狀莖先端可作蔬菜食用，香蒲生長溫度在15～30 ℃時候生長最為迅速，當溫度降到10 ℃以下時候，生長基本停止，香蒲抗凍，根系發達。

2.3 總磷的檢測方法(鉬銻抗分光光度法)

在試驗過程中主要對濕地系統的進出水進行取樣檢測，每隔2天取一次樣，檢測項目為pH值，CODcr，TP。并觀察水生植物在人工濕地中的長勢。CODcr，TP、pH值的檢測方法以《水和廢水監測分析方法》為準。如表2所示。

表2 水質指標檢測方法

2.3.1 方法原理

在酸性條件下，正磷酸鹽與鉬酸銨、酒石酸銻氧鉀反應，生成磷鉬雜多酸，被還原劑抗壞血酸還原，則變成藍色絡合物，通常即稱為磷酸藍。

2.3.2 干擾及消除

磷含量大于2 mg/L有干擾，可用硫代硫酸納除去，硫化物含量大于2 mg/L有干擾，在酸性條件下通氯氣可去除，六價鉻大于50 mg/L有干擾，用亞硫酸納法去除，亞硝酸鹽大于1 mg/L有干擾，用氧化消解或者加氨磺酸均可以消除，鐵的濃度為20 mg/L會使結果偏低5%，銅的濃度達10 mg/L不干擾，氟化物小于70 mg/L也不干擾。

2.3.3 方法適用范圍

本方法最低檢測濃度0.01 mg/L，測定濃度上限為0.6 mg/L。適用于地表水，生活污水等污水中正磷酸鹽分析。

2.3.4 儀器與試劑

儀器：分光光度計。

試劑：① (1+1)硫酸；② 10%抗壞血酸溶液：溶解10 g抗壞血酸于水中，并稀釋至100 mL/L，該溶液存于棕色瓶中，在約4 ℃可穩定保存幾周，如顏色變黃，則丟棄重新配；③ 酸鹽溶液：溶解13 g鉬酸銨于100 mL水中，溶解0.35 g酒石酸銻氧鉀于100 mL。在不斷攪拌下，將鉬酸銨溶液徐徐加到300 mL(1+1)硫酸中，加酒石酸銻氧鉀溶液并且混合均勻，儲存在棕色瓶中于4℃保存；④ 濁度-色度補償液：混合兩份體積(1+1)硫酸和一份體積10%的抗壞血酸，當天用當天配制；⑤ 酸鹽儲備液：將優級磷酸氫二鉀于110 ℃下干燥2 h，在干燥箱中放冷，稱取0.2197 g溶于水，移入1000 mL容量瓶，加(1+1)硫酸5 mL，用水稀釋至標線，此溶液每毫升含2.00 μg磷。

2.3.5 試驗步驟

標準曲線繪制，顯色，測量。

2.3.6 計算

磷酸鹽(P，mg/L)=m/v

以上公式中m-由校準曲線查的磷含量(μg)；

V-水樣體積(mL)。

3 試驗過程以及試驗結果

3.1 蘆葦潛流人工濕地、香蒲潛流式人工濕地對總磷的去除效果

本組試驗主要土壤基質相同，植物不同對總磷的去除效果影響，去除效果由圖2所示。

圖2 蘆葦、香蒲對總磷的去除效果

由圖2可知，當土壤基質相同時，水生植物為蘆葦時對水體中總磷的去除效果略大于香蒲對總磷的去除，通過圖表也得知總磷的去除主要依賴濕地的物理化學生物協同作用得以去除。對于總磷的含量，前五天的去除總量達到了全部進水總磷的40%左右。

3.2 土壤基質對總磷的去除

當無水生植物時，土壤基質對總磷的去除效果如圖3所示。

由圖3可知，無水生植物時，系統對總磷的去除效率在5%～7%之間，通過以上試驗數據初步得出結論，整體而言，人工濕地的除磷主要依靠植物物理化學生物作用。

圖3 土壤基質對總磷的去除效果

不同植物的人工濕地對總磷的去除不同，蘆葦潛流濕地對磷的去除效率達到了本次試驗最高。不同植物對總磷的去除效果差異明顯，具體試驗數據如圖4所示。

圖4 不同植物對總磷的去除效果

3.3 試驗結果分析

由以上試驗可以看出蘆葦對總磷的去除能力是高于香蒲對總磷的去除能力的。在人工濕地系統中，選擇合適的植物是極其重要的，目前有大量研究表明水生植物直接具有相生相克的特性，相生相克主要體現在：①生化克制，一些水生植物在生長過程中根部會分泌某些物質對其他的物種進行抑制或者殺死[5]。②資源的爭奪，植物都需要吸收光能和吸收二氧化碳以及營養物質來維持自身的生長，生長速度快，生命力旺盛的植物在營養競爭方面占有具有巨大優勢[6]。人工濕地根系附近有氧區和缺氧區的存在為好氧厭氧以及兼氧微生物的活動提供了各自的生活區使得根系周圍有明顯的好氧菌和厭氧菌[7]。根系發達，植物也可向土壤中釋放糖類、酚類和酸類分泌物，以此來影響對污染物的處理效率。

據參考文獻表明，蘆葦和香蒲中的微生物也不同，導致了蘆葦對總磷的去除效率高于香蒲對總磷的去除效率。

4 結論與建議

在人工濕地中，進水濃度一致時，蘆葦人工潛流濕地對總磷的去除能力強于香蒲潛流人工濕地。每天都有新的總磷進入到水體之中，所以試驗只能以一段時間的總磷去除率來判斷濕地對總磷的去除效果。

在本次試驗中有新的發現，在今后關于人工濕地的試驗過程中可以嘗試把水力負荷考慮進去；對濕地進行分段，嘗試設置曝氣管，通過是否曝氣來探究充氧對人工濕地除磷效果的影響。

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