植物配置对人工湿地污水处理效果的影响

植物配置对人工湿地污水处理效果的影响
张建民;范欣柯;孙显春;朱四喜
【摘要】选择贵州省正常运行状态下的3种不同植物配置的生活污水处理人工湿地,定期测定污水中的化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、磷酸盐、氨氮、总磷(TP)等水质因子.结果表明,香蒲(Typha orientalis Presl)+茭自(Zizania latifolia)+美人蕉(Canna indica)+水葱(Scirpus validus Vahl)+睡莲(Nymphaea tetragona Georgi)的植物配置对COD、磷酸盐的去除率最高,分别为86.36％、73.20％;BOD的去除率以水葫芦(Eichoimia crassips)+风车草(Cyperus alternifolius)+美人蕉+再力花(Thalia dealbata)+香蒲植物组合为最好,达到81.28％;氨氮、总磷的去除率以风车草+再力花+菖蒲(Acorus calamus Linn.)+千屈菜(Lythrun salicaria)+水葫芦+美人蕉+花叶芦竹(Arundo donax
var.versicolor)的植物组合为最高,分别为75.96％和72.28％.
【期刊名称】《湖北农业科学》
【年(卷),期】2016(000)011
【总页数】4页(P2748-2750,2754)
【关键词】人工湿地;植物配置;生活污水;处理效果;应用
【作者】张建民;范欣柯;孙显春;朱四喜
【作者单位】中国电力建设集团贵阳勘测设计研究院有限公司,贵阳550081;中国电力建设集团贵阳勘测设计研究院有限公司,贵阳550081;中国电力建设集团贵阳勘测设计研究院有限公司,贵阳550081;贵州民族大学化学与环境科学学院,贵阳550025
【正文语种】中文
【中图分类】X703
人工湿地污水处理系统是一项运用生态学原理加上工程方法而形成的生态工程水处理技术。

人工湿地处理污水的方法同时还兼具生物滤池法和活性污泥法处理污水的某些性能［1，2］。

人工湿地对污水处理效果受植物种类、温度以及根区微生物
等多种因素的制约［3-7］。

因此，人工湿地植物选择是否恰当，配置是否合理，将直接影响到人工湿地的处理效果。

已有研究表明，多种植物的合理搭配较单一植物具有较好的处理效果，混合种植不仅使湿地净化率提高，且净化效果更稳定［8，9］。

植物根系发达程度、放氧速率和微生物活性等对污水的净化效果同样有影响［10，11］，且不同植物的净化效果差异很大［12］。

本研究以贵州省人工湿地常用植物风车草（Cyperus alternifolius）、再力花（Thalia dealbata）、菖蒲（Acorus calamus Linn.）、千屈菜（Lythrun salicaria）、水葫芦（Eichoimia crassips）、美人蕉（Canna indica）、花叶芦竹（Arundo donax var.versicolor）、香蒲（Typha orientalis Presl）、茭白（Zizania latifolia）、水葱（Scirpus validus Vahl）、睡莲（Nymphaea tetragona Georgi）作为配置植物，试验样地均采用表面流+潜流+垂直复合流的人工湿地类型。

通过检测出水水质研究不同植物配置下的人工湿地对生活污水的净化效果及作用机理，为喀斯特地区人工湿地植物配置提供理论依据。

1.1 试验样地的选取
试验样地选择贵州省内处于正常运行，且湿地类型和基质一致，仅在植物配置类型上有差异的人工湿地作为本研究的试验样地，试验样地的基本特性如表1所示。

试验样地基质为砾石+沙土。

湿地生物反应床底部和四周均以水泥沙浆封闭，并进行防渗处理，每一级生物反应床种植不同植物，相对独立。

收集的城镇生活污水依
次经过沉沙-曝气-沉淀，然后由布水管接入第一级生物反应床，出水经收集后再经布水管接入第二级生物反应床，以此类推，直至污水经处理后排放。

3个人工湿地污水处理系统均采用全天候连续供水模式。

对3个样地进行连续3年的取样分析，各试验样地的化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、磷酸盐、氨氮、总磷（TP）等水质因子浓度见表2。

1.2 试验样地中植物配置
3个人工湿地试验样地中，各级的生物反应床种植不同的植物，各人工湿地的植物种植详见表1。

1.3 水样采集及测定
2011年12月至2014年8月，对各人工湿地进行了水样采集分析，在人工湿地
各级生物床进出口均进行采样，每个采样点同时采集3个平行样用于水样分析，
每个采样点分别测定COD、BOD、磷酸盐、氨氮、TP等水质因子。

各水质因子
检测方法见表3。

1.4 统计分析
数据在Excel软件中进行初步录入和处理。

使用SPSS19.0软件对数据进行初步计算和统计分析，即计算均值和标准差，利用配对t检验（Pair sample t-test）和
一般线性模型（General linear model）对数据进行方差分析（One-way ANOVA），分别按湿地类型来分析其效应（基于TypeⅢ平方和基础上）。

同时，差异显著性用Tukey检验，统计显著性α= 0.05，且所有数据以均值±标准差表示。

2.1 不同植物配置人工湿地对污水处理效率的差异
不同植物配置人工湿地的水质因子去除率的方差分析结果见表4。

由表4可知，3
种植物配置的人工湿地在COD、BOD的去除率上存在极显著差异（P＜0.01），而对其他水质因子的去除率没有显著差异。

2.2 单个水质因子的处理效率
由表5可以看出，3种人工湿地对COD的去除率均在80%以上，BOD、氨氮在70%以上，对磷酸盐和TP的去除率在64%以上。

草海人工湿地（CH）对COD、磷酸盐的去除率最高，朱昌镇人工湿地（ZC）对BOD的去除率最高，枫香镇人工湿地（FX）对TP、氨氮的去除率最高，对COD的去除率较低。

2.3 不同植物配置人工湿地对污水处理效果的影响
不同植物配置的人工湿地在COD、BOD的处理效率上存在差异。

COD处理效率以草海人工湿地的处理效率为最高，枫香镇人工湿地最低；而BOD 的处理效率以朱昌镇人工湿地的处理效率为最高，草海人工湿地的处理效率为最低。

针对其他3种污染物，虽然在不同植物配置湿地间没有显著差异，但从表5可以
看出，草海人工湿地对磷酸盐和氨氮的去除率较高，而对总磷的去除率在3种人
工湿地中是最低的。

根据湿地的植物配置可以看出，草海人工湿地与其他两种人工湿地植物不同，主要有茭白、水葱、睡莲3种植物，其对COD、磷酸盐、氨氮去除率较高的原因可能是：①选择效应导致［13，14］，即植物丰富度高的植物群落越有可能选中生产
力高的物种，如本研究中草海人工湿地的美人蕉、香蒲、茭白和水葱等；②植物多样性对根区微生物生物量C、N与酶活性有显著影响［4］，进而影响基质中的N ［15］，以及植物吸收、生长速率（生产力）［16］；③多个对氮磷有较强吸收
作用的植物共同作用。

有研究表明，单位面积上水葱对氮磷的吸收速率高［17］，美人蕉对总氮的去除效果好［18］，茭白对总磷的去除效果好［19］。

BOD去除率较高的两种人工湿地为枫香镇人工湿地和朱昌镇人工湿地，从两者的
植物配置中可以看出，枫香镇人工湿地比朱昌镇人工湿地多了千屈菜、菖蒲和花叶芦竹3种植物，但对BOD去除率并无太大影响（表5）。

由此可见，对BOD去
除效率较高的植物配置组合为水葫芦、风车草、美人蕉、再力花和香蒲。

1）比较不同植物配置人工湿地的污水处理效果，对COD的去除效率以香蒲+茭
白+美人蕉+水葱+睡莲的植物配置的去除率为最高，去除率达到86.36%。

2）对BOD的去除率以风车草+再力花+菖蒲+千屈菜+水葫芦+美人蕉+花叶芦竹的组合与水葫芦+风车草+美人蕉+再力花+香蒲的组合较好，分别为79.21%和81.28%；而香蒲+茭白+美人蕉+水葱+睡莲这种植物配置的人工湿地对BOD的
去除率较低，只有70.26%。

3）风车草+再力花+菖蒲+千屈菜+水葫芦+美人蕉+花叶芦竹这种植物配置人工
湿地对氨氮的去除率较高，为75.96%。

4）磷酸盐的去除率在不同植物配置湿地间没有显著差异（P＞0.05）。

香蒲+茭白+美人蕉+水葱+睡莲植物组合最高，达到73.20%。

5）对总磷的去除率，不同植物配置间的人工湿地处理效率没有显著差异，以风车草+再力花+菖蒲+千屈菜+水葫芦+美人蕉+花叶芦竹植物组合最高，为72.28%。

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