复合人工湿地中植物配置与污水净化效果 2Word格式文档下载.docx

1、人工湿地是一种新兴的污水处理技术，因其处理效果好，且造价便宜、易于操作等特点在国内外有广泛运用4,12。它主要由耐污染的植物、不同粒径的砂砾及大量微生物组成，除此，系统内还含有大量藻类、真菌和微小动物4。进入系统的污染物经物理、化学和生物反应等途径去除11。植物是人工湿地的重要组成部分，在系统中起关键作用，主要表现在植物根系向基质中释放氧气，植物根系固定植物床，改变水力传导能力，创造生物共生条件，根系分泌物杀灭病原菌以及植物的景观美学作用等方面1,12。由于植物种类配置的不同和污水浓度的不断变化等特性，人工湿地的各种特性与功能也会随之改变，从而影响其处理效果和景观效果2,6,8。但在已有研究和

2、应用中，大量的报道仍集中在对单一或较少植物种的研究中，大量植物的物种筛选工作和由多种植物配置的研究还较少3，特别是将不同水流系统与不同植物配置结合起来的研究还不见报道。本文通过对一个复合垂直流人工湿地4个植物床处理生活污水的研究，试图筛选一批景观效果和污水处理效果俱佳的人工湿地工程植物，揭示人工湿地中多物种配置的可行性和复合人工湿地的作用规律，以期为今后开展相关的推广应用工作提供理论依据。2 材料及方法2.1 实验系统构建实验地位于地处广州市东北郊的中国科学院华南植物园内，紧挨流经广州市芭蕾舞剧团和广州艺术学校进入华南植物园的市政排污渠，污水成分主要是生活污水。该人工湿地由抽滤池、沉淀池、配水

3、池、植物床和出水池5部分组成，是串并联复合人工湿地（图1）。其中，植物床共由4块组成（图1中5-8表示），每块面积为55，植物床5、6与分别7、8串联，5、7分别与6、8并联平行。各植物床均为垂直流，其中5、6池为下行流植物床（即上级植物床），7、8池为上行流植物床（即下级植物床），下行床比上行床高30 cm。床内基质填料均为下部 20 cm厚的碎石和上部100 cm厚的细沙。植物床表面和碎石层均铺设了配水或集水管道，串联植物床底部用管道相连，并联植物床平行，相互之间不连通。污水在整个人工湿地的流动路径是（图1）：由排污渠（1）进入抽滤池（2）（附有隔网，将大的固体污染物隔开），然后利用水泵将

4、污水抽吸到沉淀池（3）（安装有隔筛，将带来的较小的固体污染物清除），在沉淀池里作短暂停留后，部分不溶性悬浮物在这里沉降，以污泥的形式定期排出；沉淀池通过固定水位和出水阀门调节水量让污水进入配水池（4），多余的污水直接流回排污渠；配水池里的污水通过配水管（配水管管口亦安装有隔筛，防止胶状团聚体进入管道）进入植物床5和6，继续下渗经基质的过滤作用进入底部集水管，再通过底部相连的管道分别流入植物床7和8底部的配水管内；最后，污水通过植物床7和8的填料向上渗滤，进入表面集水管，最终排入出水槽。 6823a94 c e 1 7 5 b d 图1 复合垂直流人工湿地简图Fig.1 The flowing

5、routine of the combined vertical constructed wetland1.排污渠, 2.抽滤池, 3.沉淀池, 4.配水池, 5-6.垂直下行流植物床（上级）, 7-8.垂直上行流植物床（下级）, 9.出水槽 箭头为水流方向，线条粗细为水流量的相对大小， a-e表示的是水样采集点。1.sewage, 2.pumping pond, 3.precipitation pond, 4.water distributing pond, 5-6.vetical down-flowing plant bed （VDFB）, 7-8.vetical up-flowing p

6、lant bed （VUFB）, 9.output tankThe arrows refer to the direction of the flux, and the thickness of the lines indicates the size of the flux; a-e refers to the water sampling sites.2.2 植物栽种方式植物床6、8中的植物来自深圳石岩河人工湿地，共6种，分别是香根草、风车草、纸莎草、水竹芋、美人蕉和芦苇，它们都是目前国内外常用的人工湿地植物。由于这些植物在人工湿地处理污水有多年的时间，因此种植它们的6号与8号床被称为驯化

7、植物床；植物床5、7中的植物采自华南植物园及其周边湿地，属水生或湿生植物，大多尚未广泛应用于人工湿地系统，共50种（表1）。由于这些植物未经过污水培养，因此种它们的5号与7号床被称为未驯化植物床。所有植物于2004年2-3月间相继种下，种植时，串联的下行和上行植物床的植物种类相同，同一种其植株高度、种植密度和个体数尽量保持一致。2.3 调查及采样方法植物种植完后，即对系统进行管理，使植物全部成活、生长。4月中旬，系统开始连续运行，每天污水处理量为40 m3。之后，在4-6月份间每月对植物的存活情况、高度、分蘖数及植物覆盖度等进行一次调查。按照工程设计的特点和本研究的需要，共确定5个水样采集点，

8、分别是进水口a、下行植物床出水口b和c、上行植物床出水口d和e（图1），每月在每个取样点进行4次采样用于水质分析，研究期间总共采样12次。2.4测定与分析方法主要水质测试指标包括CODCr、BOD5、TP（总磷）、TN（总氮）、NH3-N、NO3-N、NO2N、T（温度）、DO（溶解氧）和pH等10项。其中，CODCr的测定方法为快速密闭催化消解法，T与DO由溶氧仪（型号：TOA DO-11P）测得，其它的指标均采用国标方法9。对CODCr、BOD5、TP、TN、NH3-N等主要污染物指标求平均值和标准差，并以取样点a为参照，分别求取样点b、c、d和e各污染物的去除率。然后对NO3-N、NO2

9、N、T、DO、pH等测定值在不同取样点间作比较。最后对所有测定水质指标分别作取样点a-b、a-c、b-c、b-d、c-e、d-e的配对T检验。3 结果与分析3.1植物床物种配置和存活情况植物种下后，正值生长季节。经过3-4个月的生长，驯化植物床中的6种植物皆生长良好，植物覆盖度由20%左右发展到近100%。未驯化植物床中则有大部分种类生长受到影响，部分死亡，其中5号床有13种死亡, 7号床有22种死亡，覆盖度分别为85%和75%左右。死亡植物中，4月份调查时即已死亡的植物7号床远多于5号床，5、6月份调查时已死亡植物两植物床数量均较少，且两者相差不大（表1）。存活下来的植物中，5号床有18种生

10、长状态良好，7号床中有12种生长良好。植物床中生长良好和死亡的植物之外，有部分植物虽能存活，但基本处于生长停滞状态。另外，表2显示的是驯化植物床的6种植物和未驯化植物床中部分生长状况良好的植物的植株高度和分蘖数种植初始和调查结束的比较。结果表明，实验期间，植物保持了较快的生长速度。表1 未驯化植物床植物存活情况Table 1 List of the investigation of the survival of the plants in the untamed plant beds中文名Chinese name拉丁名Latin name存活状况Survival存活状况Survival黄花石

11、蒜Lycoris aurea Herb0/0*花叶冷水花Pilea cadierei3/3崖角藤Rhaphidophora hongkongensis0/0大叶冷水花Pilea martini）野牡丹Melastoma candidum漏兜树Pandanus tectorius蒲桃Syzygium jambos1/0落羽杉Taxodium distichum穿鞘花Amischotolype hispida三白草Saururus chinensis沙皮蕨Hemigramma decurren石芒草Arundinella nepalensis 4/0羊蹄甲Bauhinia adscendens艾蒿

12、Artemisa argyi龟背竹Monstera deliciosa Liehn1/1血苋Iresine herbstii麒麟尾Rhaphidophora pinnata对叶榕Ficus hispida4/1五色梅Lantana camara水芋 Calla palustris4/4蜘蛛抱蛋 Aspidistra elatior 2/1海芋Alocasi amarorrhiza鸢尾Iris tectorum 2/2野芋Colocasia antiquorum紫鸭跖草Tradescantia reflexa薏苡Coix lacryma绿萝Scindapsus aureus 3/0象草Penni

13、setum purpureum箭根薯Tacca Chantrieri白姜花Hedychium coronarium美丽胡枝子Lespedeza formosa宽叶香蒲Typha latifolia火炭母 Polggonum chlnense3/1黄苞蝎尾蕉Heliconia latistaha白蝴蝶Syngonium podophyllum水鬼蕉Hymenocallis speciosa紫背竹芋Stromanthe sanguinea Sond芒草Miscanthus floridulus4/3粤万年青Aglaonema moolestum叠穗莎草 Phaius flavus花叶沿阶草Ophi

14、opogon japonicus黄花蔺Limnocharis flava益智Alpinia oxyphylla轮叶狐尾藻Myriophyllu aquaticum沿阶草红薯Ipomoea batatas Lam.花叶香蒲Typha latifolia Var variegatus水芹Oenanthe javanica虎尾兰Sansevieria trifasciata水蓼Polygonumhydropiper* 斜线左边数字表示植物床5中植物存活状态，右边数字表示植物床7中植物存活状态。0、1、2分别表示植物在4、5、6月份调查中已死亡，3表示植物能在植物床中生长，但生长状态不好，4表示植物能

15、在植物床中生长，而且保持较好生长状态。* Data on the left of the slants （/） show the survival state of the plants in plant-bed 5, and those on the right show that of plant-bed 7. 0, 1, 2 indicate that the plants were dead when the investigations were held in April, May and June, respectively. 3 refers the plants that c

16、ould survive, but couldnt live well when the experiment was over, and 4 refers those that could live well at that time.表2 部分植物调查列表Table2 List of the investigation of a part of plants in the plant beds植物床Plant bed高度（分蘖数） Height （tillers） （cm）下行床Down-flowing bed上行床Up-flowing bed6 and 8香根草Vetiveria ziz

17、anioides20（4.0）/164.0（10.3）*20（4.0）/208.3.（12.0）芦苇Phragmites australis26.0（9.5）/133.0（38.0）25.3（10.0）/110.5（31.0）风车草Cyperus alternifolius15.0（7.0）/98.3（52.5）15.0（7.0）/94.7（50.7）纸莎草Cyperus papyrus65.5（8.0）/150.0（13.0）65.8（8.3）/156.7（44.7）水竹芋Thafia dealbata94.4（7.3）/180.0（31.0）96.5（6.7）/185.0（35.0）美人蕉

18、Canna sp.35.0（6.3）/170.7（13.0）31.2（7.0）/175.0（14.0）5 and 7苡薏Coix lacryma 36.0（3.0）/124.7（8.7）42.0（3.0）/157.3（14.0）20.0（3.0）/96.3（12.0）20.0（3.0）/127.0（7.3）Pennisetum purpureum 68.3 （7.5）/345.5（30.0）57.4（7.0）/218.5（10.0）Heliconia latistaha 20（3.0）/84.0（15.0）20（3.0）/82.0（5.0）叠穗莎草15（4.0）/119.3（11.0）15（4

19、.0）/109.3（15.0）水芋Calla palustris 41.3/203.3*44.0/168.870.0/114.378.5/134.5Alocasi amarorrhiza 33.7/97.327.6/58.051.3/118.046.3/112.3*斜线左边的数字为种植时的观测值，右边的为种植 3个月后的观测值。*部分植物研究期间尚未长出新分蘖，表中未作相关记录。Data on the left of the slants （/） are the observation values at planting, and those on the right are values

20、after planting for 3 months. *Several plants did not grow out new tillers in the research and therefore there is no correspondent record in the table. 3.2 T、DO和pH变化如图2.A所示，污水处理前后温度变化较小，在0.3以内。同时进行的大气温度测定显示，环境温度变化值在21.8-34.8之间，平均25.8。DO的测定结果表明（图2.B），水中DO经过下行植物床5、6后，浓度降低至接近0的水平，而后在通过上行植物床7、8后，又上升至比较高的水平，整个变化趋