不同水生植物配置对河涌污水的净化效果_W

1、生态环境学报 2011, 20(6-7): 1123-1126Ecology and Environmental SciencesE-mail: 不同水生植物配置对河涌污水的净化效果 孙映波 1，梅瑜 1，操君喜 1，孔旭晖 2，尤毅 1，李冬梅 1，刘金维 11. 广东省农业科学院花卉研究所/广东省园林花卉种质创新综合利用重点实验室，广东 广州 510640；2. 华南农业大学农学院，广东 广州 510640摘要：研究不同配置的挺水植物组合对河涌污水污染物的净化效果，为在河涌污水治理上构建有效的人工湿地植物处理系统提供依

2、据。选择 10 种净化能力较强的挺水植物，组成 6 种不同配置的挺水植物组合，采用无土栽培的方式模拟人工湿地的环境进行静态培养试验，测定出不同水生植物组合及在不同污水的停留时间（HRT）下对河涌污水污染物的去除率。6 种不同配置的水生植物组合在 HRT 为 5 d 时对 NH +-N、4 TN、TP、COD 、BCOr D 的去5除率(平均去除率分别为 98.2%、81.2%、91.3%、471.8%、79.4%)均较高；以组合 1：香根草 Vetiveria zizanioides+风车草 Cyperus alternifolius+美人蕉 Canna indica+菖蒲Acorus cal

3、amus+再力花 Thalia dealbata 的处理效果为最佳。不同水生植物系统对污水的净化效率取决于 HRT，当 HRT 从15 d 时，NH +-N4、TN、TP 去除率每天的增幅均逐渐增加，当 HRT 从 57 d 时，NH +-4N、TN、TP 去除率每天的增幅却均迅速下降；说明 3 种不同配置的水生植物系统对河涌污水 NH +-N、TN、TP 的净化效率均以 HRT 为 5 d 时最高。 关键词：水生植物；河涌污水；污染物；净化效果 中图分类号：X52文献标志码：A文章编号：1674-5906（2011）06-07-1123-04 生活污水在水体污染源中占有相当大的比例。农村、小

4、城镇、小别墅等生活小区由于离城市中心较远，其生活污水很难纳入城区生活污水处理系统；这些地区的生活污水多数直接排入河涌中，造成河涌水的富营养化，污水中的NH4+N、TN、TP、COD和BOD等污染指标往往超出灌慨用水水质的基本控制标准。净化富营养化水体主要是控制水中总氮和总磷含量，种植高等水生植物是治理水体富营养化的主要手段1。据研究报道2-3，人工湿地中氮、磷的去除主要依靠水生植物的吸收作用。水生植物中已发现很多种类对富营养化的水体和底泥可起到一定的净化作用,对氮、磷有较强的吸收能力, 能在一定程度上减轻水体的营养负荷4；多种水生植物的组合有利于植物间的优势互补,不仅能丰富景观层次,也能保持对

5、营养元素及有机物有较好的净化效果,有效发挥它们的生态功能5。在这些地区的河涌边利用人工湿地植物系统进行污水处理，可以达到资金投入少、运行费用低,且有利于改善环境的生态景观效果，在我国具有广泛的应用前景。在人工湿地中, 水生植物占据着举足轻重的地位,其生长发育直接影响到出水的水质6。我国的湿地植物种类丰富,包括各种浮水植物、挺水植物和沉水植物。挺水植物根系发达、单位生物量大、营养生长与生殖 生长并存、对N和P等元素的吸收量较大、能够比沉水植物和浮水植物储存更多的营养物质 ,且能于无土环境生长7；选择合适的挺水植物搭配种植于人工湿地系统中，可以提高人工湿地植物系统 基金项目：广东省科技计划项目（2

6、008B030302041） 的净化能力且有利于大面积推广应用。笔者选择了香根草、风车草、美人蕉、菖蒲、再力花等10种净化能力较强、易于管理且适合于南方地区河涌栽种的植物品种，组成6种不同配置的水生植物组合,并研究它们对河涌污水的净化效果,为在美化环境的基础上构建有效的人工湿地处理系统、探索河涌污水处理和利用新途径提供科学依据。 1 材料与方法 1.1 试验材料： 供试挺 水 植物品 种 ：香根草 Vetiveria zizanioides、风车草 Cyperus alternifolius、美人蕉Canna indica、菖蒲 Acorus calamus、再力花 Thalia dealba

7、ta、花叶芦竹 Arundo donax var. versicolor、梭鱼草 Pontederia cordata 、黄 花鸢尾 Iris pseudacorus 、 水葱 Scirpus validus 、 蜘蛛兰H y m e n o c a l l i s americana。试验所用河涌污水取自广州市白云区钟落潭镇马沥村,进水水质各污染物质量浓度：CODCr=316 mgL -1，BOD5=185mgL -1， TN=14.2 mgL -1 ， TP=9.6 mgL -1 ， NH4+N=11.6mgL -1，pH 5.9。 1.2 试验方法： 试验在防雨塑料大棚内进行，用塑料箱装

8、小碎石模拟人工湿地的环境进行静态培养试验，将供试水生植物根系用水清洗后种植到塑料箱（ 670 mm415 mm155 mm ）中。每次每箱装污水 30 L。 不同水生植物配置试验设如下 7 个处理： 处理 1：香根草、风车草、美人蕉、菖蒲、再 作者简介：孙映波（1964 年生），男，副研究员，研究方向为植物营养与栽培。E-mail：收稿日期：2011-05-29 1124生态环境学报 第 20 卷第 6-7 期（2011 年 7 月）力花。 处理 2：香根草、风车草、美人蕉、花叶芦竹、梭鱼草。 处理 3：香根草、菖蒲、再力花、花叶芦竹、梭鱼草。 处理 4：风

9、车草、再力花、黄花鸢尾、水葱、蜘蛛兰。 处理 5：美人蕉、菖蒲、黄花鸢尾、水葱、蜘蛛兰。 处理 6：花叶芦竹、梭鱼草、黄花鸢尾、水葱、蜘蛛兰。 处理 7：空白对照（CK，只加污水,不加挺水植物）。 4每个处理种 1 箱，每箱内每种挺水植物各种 6 兜、共种大小较一致的挺水植物 30 兜（每箱所种挺水植物的生物量尽量保持相同）；每处理设 3 次重复，随机区组排列。植物移植在清水中稳定生长 14 d 后，将每箱内的清水统一换成污水进行不同水生植物配置净化能力试验，污水的停留时间（HRT） 初步定为 5 d，即污水在水生植物根部停留 5 d 后， 取各个处理余下的污水进行 NH +N（铵态氮）、TN

10、（全氮）、TP（全磷）、CODCr（化学需氧量）、BOD5（五天生化需氧量）的测定；之后将各个处理剩余的污水倒掉并换成新的污水进行不同配置的水生植物在 HRT 不同时对污水的处理效果实验，污水的停留时间最长为7 d。实验于2010 年9-10 月进行。 1.3 测定指标及方法 采集水样于当天测定，NH4+-N、TN、TP、CODCr、BOD5 分别采用滴定法、过硫酸钾氧化-紫外分光光度法、钼锑抗分光光度法、重铬酸钾法、稀释与接种法测定8。 2 结果与分析 2.1 不同配置的水生植物在生物量相同的条件下对河涌污水的处理效果 由表 1 的试验结果可知，6 种不同配置的水生植物组合，对河涌污水均有良

11、好的处理效果。河涌污水在不同配置的水生植物中停留 5 d 后，污水中 的 NH4+N、TN、TP、COD、BOD 在 6 种不同配置的水生植物组合中的平均去除率分别为：98.2%、81.2%、91.3%、71.8%、79.4%；以 NH4+N 的去除 率最高、已接近 100%，TP 和 TN 的去除率也较高， 均达到 80%以上。说明污水经过水生植物 5 d 的静态处理后，污水中的 NH4+N 已基本上被水生植物完全吸收，而 TP 和 TN 也大部分被水生植物吸收掉，仅留下百分之几至百分之十几的量，在一般情 况下，这样的残留量已经能够达到灌慨水质的标准 （N、P 元素本身也是植物的营养元素，灌

12、慨水中含有一定量的 N、P 元素对植物也是有益的）。污水在水生植物根部停留 5 d（HRT 达 5 d）后，不同配置的水生植物组合对 NH4+N、TN、TP、COD 的去除率以处理 1 为最高，其次为处理 2 和处理 4；对 BOD 的去除率以处理 1 为最高，其次为处理 4 和处理 2。处理 1、处理 2、处理 4 对 NH4+N、TN、TP、COD、BOD 的去除率分别为 98.4%98.8%、81.7%84.5% 、 91.7%92.9% 、 72.7%76.2% 、 80.6%84.1%，均高于 6 个处理去除率的平均值， 说明这 3 种水生植物组合（处理 1、2、4）对 NH4+N、

13、 TN、TP、COD、BOD 的处理效果均比其它 3 种水生植物组合（处理 3、6、5）较好，以组合 1（香根草、风车草、美人蕉、菖蒲、再力花）的处理效果为最佳。 这一结果与司友斌等9在香根草对富营养化水体净化效果的研究结果及靖元孝10等在风车草对生活污水净化效果的研究结果均相接近，但本研究结果表明了香根草、风车草与其它3种挺水植物组合在一起对污染水体中的、COD、BOD 等具有更加明显的去除效果,能更显著地改善河涌污染水体的水质。 2.2 不同配置的水生植物在 HRT 不同时对河涌污水的处理效果 根据不同配置的水生植物对污水处理效果的差异，选择3种处理效果较好的植物配置组合（处理1、2、4）

14、在不同的污水停留时间进行试验以求最佳的HRT。由表2可知,当HRT为1 d时，处理1、2、 表 1 不同配置的水生植物对污水污染物的处理效果 Table 1 The treatment effect of different aquatic水生植物配NH4+NTNTPCODCrBOD5置处理 5 d 后的 w去除率 5 d 后的 w去除率 5 d 后的 w去除率 5 d 后的 w去除率 5 d 后的 w去除率 /(mgL -1 )/%/(mgL -1 )/%/(mgL -1 )/%/(mgL -1 )/%/(mgL -1 )/%处理 10.1498.82.284.50.6892.975.176

15、.229.384.1处理 20.1698.62.681.70.7092.779.574.835.880.6处理 30.2198.22.880.30.9590.195.569.840.178.3处理 40.1998.42.681.70.8091.786.372.733.681.8处理 50.3297.23.078.90.9090.699.868.443.776.3处理 60.2697.82.880.30.9989.797.969.045.975.1CK332-5.1198-7.0 1125孙映波等：不同水生植物配置对河涌污水的净化效果4的氨氮去除率平均仅

16、达到11.5%（9.5%12.9%）；随着HRT的延长（从15 d）,氨氮去除率每天的增幅逐渐增加，HRT为5 d时, 处理1、2、4的氨氮去除率平均已达到98.7%（98.4%98.9%）；当HRT从 57 d时，氨氮去除率每天的增幅逐渐减少，HRT为 7 d时，处理1、2、4的氨氮去除率均已达到100%。由表3可知, 当HRT为1 d时，处理1、2、4的全氮去除率平均仅达到10.8%（9.2%13.4%）；随着HRT的延长（从15 d）, 全氮去除率每天的增幅逐渐增加， HRT为5 d时, 处理1、2、4的全氮去除率平均已达到83.6%（82.4%85.2%）；当HRT从57 d时，全氮去

17、除率每天的增幅逐渐减少，HRT为7 d时，处理1、2、4的全氮去除率均已超过90%（90.8%93.0%， 平全氮、全磷去除率已达到82.4%98.9%，且氨氮、全氮、全磷去除率1 d的增幅（从第45天）均为最大；HRT为6 d时，氨氮、全氮、全磷去除率1 d的增幅（从第56天）均迅速下降，HRT为7 d时，氨氮、全氮、全磷去除率均已超过90%（90.8%100%），但1d的增幅（从第67天）均继续下降。因此，3 种不同配置的水生植物系统氨氮、总氮、总磷的最佳HRT均为5 d，HRT过长或过短都达不到最佳的净化效果。这一结果与栾晓丽等11在石龙芮和酸模上的试验结果相一致。 3 结论 不同的水生

18、植物系统对河涌污水污染物的净化效率均很高。河涌污水在不同配置的水生植物中 均92.0%）。由表4可知, 当HRT为1 d时，处理1、 2 、 停留 5 d（HRT 为 5 d）时,对 NH4+N、TN、TP、 4 的全 磷去除率 平均仅达 到 13.9%（11.5%15.6%）；随着HRT的延长（从15 d），全磷去除率每天的增幅逐渐增加，HRT为5 d时, 处理1、2 、 4 的全 磷去除率 平均已达 到 92.7%（92.2%93.1%）；当HRT从57 d时，全磷去除率每天的增幅逐渐减少，HRT为7 d时，处理1、2、4的全磷去除率均已接近100%（97.6%98.3%，平均98.0%）

19、。由此可见，当HRT为1d时，不同水生植物组合的氨氮、全氮、全磷去除率仅为9.5%15.6%， 随着HRT的延长（从15 d）,氨氮、全氮、全磷去除率每天的增幅均逐渐增加，HRT为5 d时，氨氮、 COD、BOD 的平均去除率可分别达到 98.2%、81.2%、91.3%、71.8%、79.4%；6 种不同配置的水生植物组合对 NH4+N、TN、TP、COD、BOD 的处理效果以组合 1（香 根草、风车草、美人蕉、菖蒲、再力花）的效果为最佳，其次为组合 2（香根草、风车草、美人蕉、花叶芦竹、梭鱼草）和组合 4（风车草、再力花、黄花鸢尾、水葱、蜘蛛兰）。不同水生植物系统对污水的净化效率取决于 H

20、RT。当 HRT 为 1 d 时，3 种净化效果较好的水生植物组合（组合 1、2、4）的氨氮、全氮、全磷去除率平均仅为 11.5%、10.8%、13.9%，随着 HRT4表2 不同系统在不同 HRT下对NH +N的去除率 Table 2 The removal rate of NH4+N under different systems with different HRT1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d植物配置 w去除率w去除率 w去除率 w去除率w去除率 w去除率 w去除率 /(mgL -1)/%/(mgL -1)/%/(mgL -1)/%/(mgL -1)/%/(mgL -1)/

21、%/(mgL -1/%/(mgL -1/%处理 26.76.742.23.966.40.1398.90.0599.60100处理 24.16.643.14.362.90.1598.70.0899.30100处理 44.462.10.1898.40.0999.20100)表 3 不同系统在不同 HRT 下对 TN 的去除率 Table 3 The removal rate of TN under different systems with different HRT1 d2 d3 d4 d5 d6 d7

22、d植物配置 w去除率 w去除率 w去除率 w去除率 w去除率 w去除率 w去除率 /(mgL -1)/%/(mgL -1)/%/(mgL -1)/%/(mgL -1)/%/(mgL -1)/%/(mgL -1)/%/(mgL -1)/%处理 112.313.445.15.31.589.41.093.0处理 212.89.810.327.57.944.45.462.02.483.11.788.01.192.3处理 45.660.62.582.41.788.01.390.8表 4 不同系统在不同 HRT 下对

23、TP 的去除率 Table 4 The removal rate of TP under different systems with different HRT1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d植物配置 w去除率 w去除率 w去除率 w去除率 w去除率 w去除率 w去除率 /(mgL -1)/%/(mgL -1)/%/(mgL -1)/%/(mgL -1)/%/(mgL -1)/%/(mgL -1)/%/(mgL -1)/%处理 33.34.751.02.870.80.6693.10.3596.40.1698.3处理 31.24.949.0

24、2.970.00.6992.80.4295.60.1998.0处理 48.511.56.730.25.047.92.970.00.7592.20.4595.30.2397.6 1126生态环境学报 第 20 卷第 6-7 期（2011 年 7 月）的延长（从 15 d）,氨氮、全氮、全磷去除率每天的增幅均逐渐增加，HRT 为 5 d 时，氨氮、全氮、全磷去除率平均已达到 98.7%、83.6%、92.7%，且氨氮、全氮、全磷去除率 1 d（从第 45 天）的增幅均为最大；HRT 为 6 d 时，氨氮、全氮、全磷去除率 1 d 的增幅（从第 56 天）均迅速下降，HRT 为 7 d 时，氨氮、全

25、氮、全磷去除率均已超过 90%（100%、92.0%、98.0%），但 1 d 的增幅（从第 67天）均继续下降。因此，3 种不同配置的水生植物系统（组合 1、2、4）对河涌污水氨氮、总氮、总磷的净化效果均以 HRT 为 5 d 时最佳;当 HRT6 d 时,由于溶解氧的耗尽和其他因素的影响，植物系统去除速率迅速降低；当 HRT 达 7 d 时，氨氮、全氮、全磷的去除率基本达到极限。 参考文献： 1 梅瑜, 孔旭晖. 利用水生植物进行污水净化的研究进展J. 广东农业科学， 2010, 2: 155-157.MEI Yu, KONG Xuhui. Study progress on purifi

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34、luencing factorsJ. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2008, 36(4): 1576-1577. The purification effect of different aquaticplant configurations on rivulet sewageSUN Yingbo1, MEI Yu1, CAO Junxi1, KONG Xuhui2, YOU Yi1, LI Dongmei1, LIU Jinwei11. Floricultural Research Institute, Guangdong Academy

35、of Agricultural Sciences, Guangdong Key Lab of Ornamental Plant Germplasm Innovation and Utilization, Guangzhou 510640, China; 2. College of Agriculture, South China Agricultural University, Guangzhou 510640, ChinaAbstract: To provide evidence for constructing the artificial wetland system by aquatic plants, this study researches the purification effects of different assembled aquatic plants on rivulet sewage. Ten aquatic plants, which have strong purifica