不同水生植物及基質(zhì)對生活污水凈化效果的影響

王 冰

（濰坊市諸城生態(tài)環(huán)境監(jiān)控中心，山東諸城 262200）

近年來，污水治理一直是研究的熱點，傳統(tǒng)的污水處理技術(shù)很難兼顧污水處理效率及經(jīng)濟(jì)效益，目前處理污水的方法對污水中的化學(xué)物質(zhì)都能部分去除，但城市生活污水中化學(xué)需氧量、總磷及總氮污染物用傳統(tǒng)的污水處理技術(shù)難以全面去除。而人工濕地污水處理技術(shù)成本低，處理效率也高，運(yùn)行費(fèi)用低，其濕地具有觀賞性和美學(xué)功能，逐漸成為現(xiàn)代生活污水處理技術(shù)主要手段之一，而基質(zhì)和水生植物是人工濕地污水處理中最重要的兩種介質(zhì)[1]。

基質(zhì)是人工濕地最基本組成，在濕地系統(tǒng)中基質(zhì)為各種微生物的生長提供載體，基質(zhì)能通過吸附或者氧化作用去除生活污水中的有機(jī)污染物、重金屬、油脂及氮和磷等污染物。人工濕地中的基質(zhì)主要由不同種類的非黏性土組成，其介質(zhì)的粒徑大小不一，按一定的組合及配比混合而成。其中礫石、爐渣、土壤及礦物巖石是目前應(yīng)用最為廣泛的基質(zhì)，但是單一的基質(zhì)的應(yīng)用具有局限性，不能全面地去除污染物，基質(zhì)的選擇應(yīng)根據(jù)不同的條件加以利用，生活污水的處理效果很大程度決定于基質(zhì)的種類及組合配比，目前，基質(zhì)的研究已成為污水處理領(lǐng)域國內(nèi)外學(xué)者的研究熱點[1]。而水生植物在人工濕地污水的作用同樣重要，植物不僅能吸收一部分污水中的富營養(yǎng)物，還能進(jìn)行光合作用為人工濕地提供氧氣豐富的環(huán)境，能促進(jìn)原生動物和微生物的生長，而這些微生物對污水中的有機(jī)污染物有較強(qiáng)的去除分解能力，其中硝化細(xì)菌的生長能有效去除污水中的總氮和總磷。而且水生植物的根系能疏通基質(zhì)，與基質(zhì)產(chǎn)生協(xié)同作用去除污水中的污染物，形成良性的生態(tài)污水處理系統(tǒng)。同時，不同水生植物的污水凈化能力不同，不同地區(qū)不同氣候條件的植物種類選擇也不同，基于基質(zhì)與水生植物的生態(tài)污水處理是一種具有廣闊發(fā)展前景的生活污水處理技術(shù)[2-3]。本文分別選取爐灰渣，礫石，沸石3種單一基質(zhì)，及爐灰渣+土壤、礫石+土壤和沸石+土壤3種組合基質(zhì)，選取美人蕉、黃菖蒲、蘆葦、香蒲、鳳眼蓮5種水生植物，通過盆栽實驗?zāi)M小型人工濕地，考察了不同基質(zhì)和水生植物的組合對城市生活污水中化學(xué)需氧量、總氮和總磷污染物的去除效果。

1 實驗部分

1.1 實驗裝置

實驗裝置為模擬小型人工濕地的塑料桶，塑料高40cm，上直徑34cm，下底直徑27cm，在距離其底部3cm 處鑿一個孔，控制污水的進(jìn)出。塑料桶底部鋪設(shè)15cm 厚的礫石，礫石上面鋪設(shè)實驗基質(zhì)，水生植物栽植于基質(zhì)中。

1.2 實驗材料

實驗用生活污水取自某小區(qū)下水管道，采用100目篩網(wǎng)篩除大顆粒雜質(zhì)。

實驗用水生植物選取5種對污水處理效果較好的水生植物，為美人蕉、黃菖蒲、蘆葦、香蒲、鳳眼蓮。

實驗用單一基質(zhì)選取為爐灰渣，礫石，沸石，組合基質(zhì)為爐灰渣+土壤、礫石+土壤以及沸石+土壤（均按1 ∶1體積比混合）。

1.3 實驗方法

將采集回來的水生植物健壯植株移栽到塑料桶實驗裝置中，待水生植物生長情況較好時開始實驗。實驗當(dāng)天將塑料桶裝置中的水全部排空，重新對實驗裝置注水，檢測記錄每個實驗裝置的水質(zhì)情況。本文考察的實驗污水停留時間為5d，5d 后檢測每個實驗裝置進(jìn)水的水質(zhì)。

1.4 水質(zhì)的測定及去除率計算

水質(zhì)檢測：水質(zhì)指標(biāo)分析主要包括檢CODCr、TN 和TP。CODCr采用重鉻酸鉀法，TN 采用堿性過硫酸鹽消解法，TP 采用鉬酸銨鹽分光光度法。使用多參數(shù)水質(zhì)檢測儀測定污水的 pH、溶解氧及電導(dǎo)率。

去除率計算：對每個實驗裝置的進(jìn)水和出水濃度計算去除率。某一實驗裝置的污水污染物出水濃度的平均值Co（mg/L）的計算公式為：

式中，C1、C2、C3分別為同一實驗裝置的污染物出水重復(fù)測定三次的濃度值

某一實驗裝置污染物（CODCr、TN 和TP）去除率λ（%）的計算公式為

式中，Ci為污染物進(jìn)水濃度（mg/L-1）

2 結(jié)果與分析

2.1 化學(xué)需氧量去除結(jié)果分析

考察了不同水生植物及不同基質(zhì)的組合對實驗裝置COD 去除率的影響。實驗當(dāng)天各裝置的COD濃度如表1所示，其COD 的濃度均在463～504mg/L，化學(xué)需氧量處于較高的水平。實驗進(jìn)行5d 后，不同實驗裝置的COD 濃度值，如表2所示，從表2可以看出其COD 濃度均有明顯下降。其中不同水生植物對COD 的去除率效果不一，其平均處理率為：美人蕉59.2%，黃菖蒲65.7%，蘆葦76.7%，香蒲86.3%，鳳眼蓮62.6%。其中香蒲的去除率為86.3%，香蒲在不同基質(zhì)條件下對COD 去除效果最佳。可能原因為香蒲的根系和通氣組織發(fā)達(dá)，有利于根系微生物的生存，所以其COD 去除效果較好。

表1 實驗進(jìn)水當(dāng)天COD濃度均值 mg/L

從表2看出，實驗進(jìn)行5d 后，不同基質(zhì)對COD的去除率也有一定的差異，但差異較小，其COD 平均去除率為：沸石68.6%，礫石69.3%，爐灰渣71%，沸石+土壤68.9%，礫石+土壤69%，爐灰渣+土壤70.2%。其中爐灰渣和爐灰渣+土壤對生活污水中的COD 去除效果最佳，其次為礫石和沸石，可能原因為爐灰渣比表面積大，吸附能力強(qiáng)。污水中的化學(xué)需氧量影響主要是氧，其主要的去除途徑還是要通過植物的吸收以及微生物的代謝。其基質(zhì)和水生植物的根系是微生物生長的載體，數(shù)量不斷增長的微生物將污水中的有機(jī)污染物分解為水和二氧化碳，其對COD的去除至關(guān)重要。

表2 實驗進(jìn)水5d后COD濃度與去除率 mg/L

2.2 總氮去除效果分析

本文考察了不同水生植物及不同基質(zhì)的組合對實驗裝置TN 去除率的影響，實驗當(dāng)天各裝置的TN 濃度如表3 所示，從表3 看出：TN 的濃度均在44.8～50mg/L，其生活污水的TN 值較大。實驗進(jìn)行5d 后，不同實驗裝置的TN 的濃度值如表4 所示，可以看出TN 的濃度值均有明顯下降。其中5種不同水生植物對TN 的濃度值去除率表現(xiàn)如下：美人蕉59.6%，黃菖蒲69.9%，蘆葦76.8%，香蒲82.3%，鳳眼蓮54.9%。其中香蒲對污水中的總氮去除率達(dá)82.3%，去除效果最佳。

表3 實驗進(jìn)水當(dāng)天TN濃度均值 mg/L

表4 實驗進(jìn)水5d后TN濃度與去除率 mg/L

同時，實驗5d 后，不同基質(zhì)對總氮去除效果也有一定的差異，其總氮的去除率表現(xiàn)如下：沸石67.9%，礫石68.1%，爐灰渣69.5%，沸石+土壤67.6%，礫石+土壤67.6%，爐灰渣+土壤70.2%。3種基質(zhì)及其組合間的TN 去除效果差異不顯著，其中爐灰渣和爐灰渣+土壤對生活污水中的TN 去除效果最佳。結(jié)果表明基質(zhì)對TN 的去除作用差異不顯著，TN 的去除主要依靠植物的吸收及微生物的反硝化作用，因此，基質(zhì)的選擇應(yīng)遵循材料成本、安全及利于水生植物生長等原則。

2.3 總磷去除效果分析

探究了不同水生植物及不同基質(zhì)的組合對實驗裝置TP 去除率的影響，實驗當(dāng)天各裝置的TP濃度，如表5 所示，從表5 看出，TP 的濃度均在12.5～13.2mg/L，其生活污水的TP 值較大。實驗進(jìn)行5d 后，5種不同水生植物對TP 濃度去除率表現(xiàn)如下：美人蕉66.6%，黃菖蒲72.9%，蘆葦76.4%，香蒲82.4%，鳳眼蓮72.0%。其中香蒲對污水中的總磷去除率達(dá)82.4%，去除效果最佳。

表5 實驗進(jìn)水當(dāng)天TP濃度均值 mg/L

同時，實驗5d 后，不同基質(zhì)對總氮去除效果表現(xiàn)如下：沸石73.9%，礫石73.9%，爐灰渣75.5%，沸石+土壤73.2%，礫石+土壤73.7%，爐灰渣+土壤74.0%。其中爐灰渣對生活污水中的TP去除效果最佳。其可能原因為爐灰渣中的氧化鈣能與污水中的磷酸鹽發(fā)生反應(yīng)，形成磷酸鈣沉淀，從而達(dá)到去除污水中的總磷。

3 結(jié)束語

選取爐灰渣，礫石，沸石3種單一基質(zhì)，及爐灰渣+土壤、礫石+土壤和沸石+土壤3種組合基質(zhì)，選取美人蕉、黃菖蒲、蘆葦、香蒲、鳳眼蓮5種水生植物，通過生態(tài)盆栽實驗?zāi)M小型人工濕地，研究了不同水生植物和基質(zhì)對城市生活污水中的COD、TP、TN 的去除效果，結(jié)果表明，香蒲的表現(xiàn)最佳，COD去除率為84.3%，TP 去除率為82.4%，TN 的去除率為82.3%。基質(zhì)種的爐灰渣凈化效果最佳，其COD去除率為71.0%，TP 去除率為75.5%，TN 的去除率為69.5%。