不同挺水植物在生活污水中生长量及去污能力比较研究_W

1、 第 36卷第 1 期2011 年 1 月 Vol 36 N o 1环境科学与管理 ENVIRONMENTAL SCIENCE AND MANAGEMENTJan.2011文章编号: 1674- 6139( 2011) 01- 0063- 04不同挺水植物在生活污水中生长量及去污能力比较研究熊缨1, 苏志刚1, 高举明2( 1. 深圳信息职业技术学院, 广东 深圳 518029; 2. 深圳市铁汉生态环境股份有限公司, 广东 深圳 518029 )摘 要: 以千屈菜、香根草、芦苇、香蒲、美人蕉、水葱、风车草 7种常见挺水植物为对象, 研究了在生活污水中进行培养的植物生长量和氮磷积累量差异以及改

2、善水质指标的能力差异。结果表明: 芦苇和美人蕉的生长量显著高于其他植物, 美人蕉的氮磷积累量最高, 美人蕉和芦苇对污水的综合处理效果最好。 关键词: 挺水植物; 生长量; 去污能力中图分类号: X 703. 5文献标识码: AR esearch on Grow th and Purification Capac ity of Emerging Plants of Seven SpeciesX iong Y ing1 , Su Zh igang1 , Gao Jum ing2( 1. Shen zhen In form ation P rofessional Technology Institu

3、te, Shenzhen 518029, Ch ina;2. Shenzhen T iehan Ecological Environm en t L mi ited L iability Com pany, Shenzhen 518029, C hina)A bstract: The grow th and pu rification capacity of em erging plants of 7 species are investigated and com pared. The ind icators include grow th w eight, N and P accum u

4、lations, rem oval efficiency ofw ater contam inations by p lan ts 5 days after sew age. The re sults show that grow th w eight of C anna ind ica and Ph ragm ites australis are h ighest am ong the p lants, N and P accum ulations of Canna ind ica exceeds other p lants, Canna indica and comm on reed pu

5、 rify w ater contam inations better than others.K ey words: em erging p lan ;t grow th w eigh;t pu rification capacity1. 1. 1 供试植物根据人工湿地处理废水的需要, 按照植物耐水生或湿生、耐污力强、地上部生物量大、根系发达、多 年生、整年生长、本地常见、易成活、病虫害少、抗倒 伏、易维护、美观等原则 2 , 通过查阅文献、专家访谈和实地考察, 首先选用了 7 种深圳常见的挺水植物, 包括芦苇、香根草、千屈菜、水葱、香蒲、美人蕉、风车 草。漂浮植物和沉水植物将在后续研究中进

6、行考 察。7 种挺水植物均由深圳市铁汉生态环境股份有 限公司提供。 芦苇( Phragm ites austra lis), 禾本科芦苇属, 多年生挺水或沼生植物, 具粗壮匍匐根状茎, 生于河流、湖泊边缘及水塘、泽、水库等地, 夏秋开花, 适应性广、抗逆性强、生物量高, 是最为广泛采用的人工湿地植物。 香根草 ( V etiveria zizan ioiaes), 又名岩兰草, 禾本科多年生草本。适应能力强, 生长繁殖快, 根系发达, 耐旱耐瘠; 被世界上 100多个国家和地区列为理 63水体污染及富营养化是全球性的环境问题。大量的观测和研究表明, 建造人工湿地用于污水处理是一个行之有效的方法

7、。不同的物种或同一物种在 不同的湿地环境中净化效率相去甚远 1 。因此, 在提高人工湿地处理污水的效率方面, 很重要的内容是选择合适的植物种类及合适的处理工艺。 本研究是深圳市环境保护局环境科研课题的一部分, 考察了 7种挺水植物在生活污水中的生长量及去除氮磷和改善水质指标的能力, 从中寻找较能适应逆境环境并能高效净化水质的水生植物。 1 试验材料与方法1. 1 试验材料收稿日期: 2010 - 07- 27项目来源: 本文为 2009年深圳市环境保护局环境科研科题的部分研究成果, 由深圳信息职业技术学院与深圳市铁汉生态环境股份有限公司合作完成 作者简介: 熊缨 ( 1974- ) , 女,

8、讲师, 博士, 从事环境检测及控制研究。 第 36卷第 1 期2011 年 1 月 Vo l 36 N o 1 Jan. 2011熊缨等 不同挺水植物在生活污水中生长量及去污能力比较研究 想的水土保持植物。地上部分密集丛生, 秋季开花, 一般无果, 主要靠分蘖繁殖; 纵深发达根系可深达 2 m 3 m。能适应各种土壤环境, 强酸强碱、重金属和干旱、渍水、贫瘠等条件下都能生长。没有根茎或匐伏茎, 故不会成为农田杂草, 也极少感染或传播病虫害。 千屈菜 ( Ly thrum Sa licaria) , 千屈菜科千屈菜 属, 多年生草本。株高 1米左右, 长穗状花序顶生, 小花多而密, 紫红色, 夏

9、秋开花。喜光、喜湿润, 耐盐碱, 较耐寒, 在浅水中栽培长势最好, 也可旱地栽培。对土壤要求不严, 花期长, 色彩艳丽, 是极好的水景园林造景植物。 水葱 ( Scirpus va lidus Vah l), 莎草科多年生草本。株高 1 2米, 茎杆高大通直, 根状茎粗状而匍匐, 须根很多。在水景园中主要做后景材料; 其茎秆可作插花线条材料, 花果期 6 月 9月。最佳生长温度 15 30 , 能耐低温。 香蒲( Typha orienta lis), 多年生单子叶植物。茎极短且不明显。走茎发达, 喜温暖、光照充足的环境, 生于池塘、河滩、渠旁、潮湿多水处。花果期 5 8 月。喜温暖湿润气候及

10、潮湿环境。植株修长而婆娑, 花序奇异成趣, 是观叶、观花序俱佳的水生植物, 而且适应性强, 养护十分简单粗放, 可布置于河岸或浅水 ( Canna generalis) , 多年生球根花卉, 对氯气及二氧化硫有一定抗性, 适合于污染区栽种。花大且美, 宜作花境背景或花坛中心栽植, 也可用于道路两边布置。浅水中可栽种。花期北方 6月 10 月; 南方全年。喜温暖和充足的阳光, 不耐寒。对土壤要求不严。 风车草( Cyperus a ltern ifo lius) , 莎草科莎草属多年生草本。喜温暖湿润, 耐阴不耐寒, 株丛繁茂, 全年保持生长。越冬低温时地上部分枯死, 对土壤的要求不严格。 1.

11、 1. 2 供试污水来源深圳信息职业技术学院校园学生宿舍区生活污水。 1. 2 试验方案1. 2. 1 植物适应能力及耐污能力考察试验于 2009. 07. 23- 2009. 08. 21 在深圳市铁汉生态环境股份有限公司的苗圃大棚内进行。期间气温 26 32度。共持续 30天。每 6日换一次水。试验前一周将植物的根部用自来水清洗干净, 并用去离子水反复冲洗, 以消除植物根部本来所带物质对试验的影响。清洗干净的植物用清水培养 1 周, 以修复植物破坏的根部, 备试验之用。 64选取驯养 1周后适应生长、表现正常、大小均匀的植株作为供试植物。 将试验植物盛放在容积为 10 L的塑料圆桶内, 桶

12、内分别装入污水 10 L。为了固定植物, 在试验桶内均装入洗净的石英砂 1 kg, 表面用泡沫板作为挡板。 7种挺水植物分别培养, 每种植物做一组 3 个平行样。另作一组不放植物的空白对比样。 观察植物的存亡、萎蔫程度和比例、茎叶的生长 状态、根系的生长状况, 以及病虫害、景观等。 根系数量采用 3株植物的平均根系数计算, 根系长度采用 3株植物的最长根平均数计算。 每种植物在种前称重, 经过 30日的生长以后再称重, 将待测样品在 80度烘箱中烘至恒重后称重, 计算单株平均生长量。 植物生长量的测定时在种前称重, 经过 30日的生长以后再称重, 计算单株平均生长量。 植物氮磷积累量的测定是将

13、植物样品用 H2 SO 4- H 2O 2 消煮制成溶液, 总氮含量用过硫酸钾氧化吸光光度法测定, 总磷含量用钒钼蓝法测定。 植物氮磷积累量=植物氮磷浓度 植物生长量 1. 2. 2 植物净化污水效果的测定试验污水的浓度以化学需氧量、总氮和总磷作为 主要参考指标。 每次加入污水, 及加入污水后的第一、三、五天分别采集水样, 混合均匀后进行 pH 值、化学需氧量( CODcr ) 、总氮 ( TN) 、总磷 ( TP) 的测定。 水样 pH 值采用玻璃电极法; CODcr采用重铬酸钾法; TN 采用过硫酸钾氧化 - 紫外分光光度法; TP 采用钥锑抗分光光度法, 分别进行测定。 (以上指标的测定

14、均参照国家环境保护总局、水 和废水监测分析方法 (第四版) )。 22.结果1 植物的适应能力7种植物在生活污水中生长 30日以后, 在根系数 量和根系长度方面都表现出差异。详细情况见表 1。 表 17种植物的生理特性比较根系长度( cm )根系数量( 根 )生长量 ( g / 株 )编号植物名称12345671411481811302422713151013960 3580 09101. 43 26. 52 37. 55 59. 6861. 87香根草水葱 芦苇 香蒲 千屈菜美人蕉风车草 第 36卷第 1 期2011 年 1 月 Vol 36 N o 1 Jan. 2011熊缨等 不同挺水植

15、物在生活污水中生长量及去污能力比较研究 2. 2 植物的氮磷去除能力( 见表2)表 27种植物的氮积累量比较植物名称香根草水葱芦苇香蒲千屈菜美人蕉风车草平均生长量 ( g /株) 植物含氮量 ( m g/ g) 氮积累量( m g/株 ) 植物含磷量 ( m g/ g)磷积累量( m g/株 )60 3526. 191 580 575. 01302. 3580 0932. 372 916. 213. 22257. 89101. 43 36. 513 703. 213. 06310 3826. 5223. 91634. 092. 1557. 0237. 5546. 881 730 343. 59

16、134. 8059. 6874. 954 473. 025. 22311. 5361. 8760 843 764. 173. 61223. 352. 3 水样检测结果试验期间进水平均 pH值为在13根以上; 根系较少的包括水葱、风车草和千屈8. 16, 各污染物平菜, 都不超过 10根。从长度来看, 根系较长的植物包括芦苇和美人蕉, 其根系长度在 30 cm 以上; 根系较短的包括水葱和千屈菜, 其根系长度不超过 11 cm; 而香根草、香蒲、风车草的根系长度居中。 表 3 污水停留第五天不同植物对污水中各污染物的去除效果均进水质量浓度分别为:CODcr 74. 3 m g /L、TN 27

17、4mg/ L和TP 1 64 mg /L。由试验结果可知, 污水停留1 d 5 d内各植物系统处理污水的 pH值、CODcr、TN、T P值呈逐日降低的趋势, 污水在经植物处理时间愈长, 去污效果愈好。污水停留 1 5天内, 各植物系统处理污水的 pH 值与对照组相比均有不同程度的降低, 污水 pH值由弱碱性变为中性, 基本稳定在 7 8之间, 这可能与植物根系分泌出有机酸及根呼吸产生的酸性中间产物有关。 污水停留第一天, 对照污水 CODcr、TN、TP 的去除率分别为 8. 61% 、4. 38% 、9. 37% , 除水葱对总氮的去除率较低外, 其余各植物对 COD cr、TN、TP 的

18、处理值均高于对照, 对各污染物综合处理效果较好的为: 美人蕉、香蒲、芦苇和风车草; 污水停留第三天, 各植物对污水的净化效果明显增大, 效果较好的为: 美人蕉、风车草和芦苇。污水停留第五天, 大部分植物净化污水能力均显著高于对照, CODcr、TN、T P的累积去除率分别达到了 38 6% 70 2% 、44 3% 65 8% 及 32 3% 89. 6% 。方差分析结果表明, 各植物与对照间处理效果差异都达到显著或极显著水 平, 不同植物间处理效果差异达到显著水平。 对照污水有一定的自净能力, 试验过程中, 水葱对污水的总体净化能力低甚至出现对 COD cr的去除小于对照的情况, 这也许与试

19、验期间该植物老根、落叶腐烂程度较大, 造成二次污染有关。 根据国家 GBI8918 - 2002 城镇污水处理厂污染物排放标准 的有关的最高允许排放浓度 ( m g /L) 要求, 污水停留第五天, 7种植物处理的结果均符合标准, 总体去除效果显著( 见表 3)。 CODcr去除率pHTN去除率 TP去除率 植物8. 167. 326. 897. 387. 157. 846. 947. 8334. 156. 463. 844. 538. 656. 7 70 247. 215. 262. 448. 959. 344. 347. 165. 825. 424. 748. 6 70 389. 662.

20、 132. 374. 542. 6对照 风车草美人蕉香蒲 千屈菜香根草芦苇 水葱 植物生长量、氮磷平均含量、氮磷积累量都是植 物耐污与去污能力的指标。从所得数据来看, 7 种植物种植在生活污水中生长 30日后, 在耐污与去污能力方面表现出不同的特性。美人蕉由于生长量 大, 因此对氮磷的积累量都最高。 植物能降低生活污水的 pH 值, 在以五天为一个周期的时间段内, 污水停留的时间越长, 对污染物的去除效果越明显。污水停留第五天, CODcr、TN、T P的去除率最大可分别达到 70 2% 、65 8% 、89 6,其中以美人蕉、芦苇的综合处理效果最好。 美人蕉、芦苇对生活污水综合净化能力强;

21、尤其美人蕉景观效果好, 植株较大, 生长速度快, 分蘖快, 价廉易得, 在深圳的旱季冬季也能很好存活, 但缺点是不能适应较深的水深, 因此只能栽种在水深 20 cm 以内或者水边最为适宜; 而芦苇除保土固堤外整株可入药, 定期收割可创收并移去污染物, 但由于密度较高, 可能阻挡行洪, 所以更适合景观用水而不适合栽种在容易有台风大雨出现的南方地区河道旁。 千屈菜去除污染物的能力不是最强, 但景观好, 可以全株入药, 适合定期收割以除去污染物, 也是不可忽视的优点。风车草不耐寒, 但在广东地区可以全年 653 结 论植物根系数量与长度是植物适应能力强弱最直接的形态学表现。从根系数量来看, 根系较多

22、的植物包括香根草、芦苇、香蒲和美人蕉, 其根系数量都 第 36卷第 1 期2011 年 1 月 Vo l 36 N o 1 Jan. 2011熊缨等 不同挺水植物在生活污水中生长量及去污能力比较研究 生长。香蒲常用于花卉观赏, 经济价值也较高, 花粉、叶、茎均有用途, 也可定期收割; 香根草全草可收割药用, 保土固堤能力极强, 唯景观稍差; 水葱净化能力较差, 但也有景观价值, 可入药。因此可考虑不同处理能力的植物组合搭配使用, 以更好地发挥人工湿地净化水质及美化环境的功能。 合理搭配进行探讨。 4. 4 深圳地处东南沿海, 为南亚热带气候, 常年温暖潮湿, 非常适宜开展湿地处理系统。虽然这一

23、技术远不够完美, 还有很多问题有待研究, 但在改善水质的同时能够对环境起到美化作用无疑是极为有利 的推动因素。在开展湿地技术时不应照搬其他地区 的成果,而应优先考虑当地的天然湿地中抗污力强的物种4 讨 论4. 1 水体污染及富营养化是一个全球性的环境问题。湿地系统由于具有十分强大的生态功能, 被认为是 天然的污水净化器 。与常规的污水处理系统相比, 湿地技术更廉价、更易管理和更能长久维持, 而且几乎不需要消耗能源和化学药品。用于构建湿地的植物通常是生长快、生物量大、吸收能力强 的水生草本植物。由于湿地的去污效率受到多种环 境因子和各类建造管理措施的影响, 在提高处理效率研究方面一个很重要的内容

24、是如何选择合适的植 物种类。漂浮植物是人工湿地中常用的一类植物, 其中尤以水葫芦的净化作用最好, 但由于它繁殖速度过快, 已给很多国家和地区带来了阻塞河道之类的问题, 因此没有作为本研究的主要考察对象。挺水植物以芦苇属、香蒲属的使用频率最高, 但不同的物种或同一物种在不同的湿地环境中的净化效率都 会有较大差异 3 。另外考虑到营造景观的需要, 在本部分工作中首先对挺水植物进行了研究。 4. 2 不同的元素通过植物吸收移走的量也呈现较大差异。一般来说, 植物通过吸收带走的养分与金属量只占污水中总量的一小部分, 必须持续收获草本植物成熟的茎叶才能保证污水中的养分被持续有 效地移走。但目前大规模应用

25、持续收获法去除污水 养分与物质的做法还不是很成功。实际上, 湿地之所以能够净化污水, 除了湿地中的植物、土壤和微生物等成分的分别作用外, 更多的时候还是这些成分的相互作用所致 4 。换言之, 湿地处理污水的功能是湿地中植物、土壤、微生物甚至动物等组成成 分以及众多环境因子总和作用的结果 5 。植物的作用不仅是直接消耗污染物, 更重要的是植被会影响湿地处理床的通气和微生物状况。因此, 不能仅从植物本身对污水的净化作用出发来考察湿地系统的 水质改善作用。还要考虑对微生物、土壤各方面的 影响。 4. 3 多种植物的合理搭配能产生比单一种类更好的去污效果。通常认为, 混合种不仅使湿地的净化率提高, 而且净化效果更加稳定, 还很可能解决反硝化问题 6 。因此接下来本研究将继续对多种植物的 66 7。根据各地具体情况寻找有潜力的物种, 然后进行系统观测研究, 才是选择理想物种的有效途径。 4. 5 湿地对于水质的净化作用不是尽善尽美的, 因此, 在