人工濕地植物凈化生活污水
來自：山東敏德環(huán)保工程有限公司 點(diǎn)擊：發(fā)布日期：2019/12/19
核心提示：我國是一個農(nóng)業(yè)大國，隨著地方經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，農(nóng)村人民生活水平不斷提高，日益增長的農(nóng)村生活垃圾已經(jīng)成為影響我國水環(huán)境質(zhì)量的重要因素。植物是人工濕地系統(tǒng)的核心部分之一[1]，也是人工濕地系統(tǒng)的特點(diǎn)所在
我國是一個農(nóng)業(yè)大國,隨著地方經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,農(nóng)村人民生活水平不斷提高,日益增長的農(nóng)村生活垃圾已經(jīng)成為影響我國水環(huán)境質(zhì)量的重要因素。植物是人工濕地系統(tǒng)的核心部分之一[1],也是人工濕地系統(tǒng)的特點(diǎn)所在[2]。
人工濕地作為污水處理系統(tǒng)存在已有50多年歷史,具有投資少、運(yùn)行費(fèi)用低、抗沖擊力強(qiáng)和易于維護(hù)管理的優(yōu)點(diǎn)[3~7]。國內(nèi)外專家學(xué)者對人工濕地進(jìn)行了大量的研究,并規(guī)劃建立了許多人工濕地,然而真正涉及到農(nóng)村生活污水處理的人工濕地研究與試驗(yàn)極少[8,9],文章對生活污水的人工濕地凈化現(xiàn)有文獻(xiàn)作了簡要綜述,并對人工濕地植物處理生活污水的研究方向進(jìn)行了展望,以期推動農(nóng)村生活污水人工濕地凈化研究。
1人工濕地植物的研究
1·1植物類型與常用植物
人工濕地中的植物,可分為浮水植物、沉水植物和挺水植物三類[10]。國內(nèi)外選用的人工濕地植物以水生植物為主,主要是挺水植物。國外最常用蘆葦(Phragm ites conmunis)、香蒲(Typha angusti-folia)和燈心草(Juncus effusus)[11~13],此外也常用鳳眼蓮(Eichom iacrassipes)、黑三棱(Spargani umstoloniferum)和水蔥(Scirpusvalidu)。國內(nèi)選用的植物更豐富，除國外常用植物外，國內(nèi)還有香根草(Vetiveriazizanioaes)、菱白(Zizanialatifo lia)、苔草(Carextristachya)、大米草(SpartinaanglicaHubb )、小葉浮萍(LemnaminorLinn )、菹草(Potamogetoncrispus)、池杉(Taxodiumas cendens Brongn)、美人蕉(Cannageneralis)、水仙(NarcissustazettaL var chinensisRoem )、慈姑(Sagittariatrifolia)等。
1.2人工濕地植物選擇原則
耐污凈化能力強(qiáng)，抗凍、抗熱、抗病蟲害等抗逆性強(qiáng)，根系發(fā)達(dá)適應(yīng)性強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)和觀賞綜合利用價值高，利于物種間的搭配，易于管理。
1.3人工濕地植物去污機(jī)理與作用
人工濕地去除的污染物范圍廣泛，包括N，P，SS，有機(jī)物，微量元素，病原體等。有關(guān)研究結(jié)果表明，在進(jìn)水濃度較低的條件下，人工濕地對BOD5的去除率可達(dá)85%~95%，COD去除率可達(dá)80%以上，處理出水中BOD5的濃度在10mg/L左右，SS小于20mg/L。陳發(fā)先等研究認(rèn)為，人工濕地植物去污機(jī)理有3個方面：第一，直接吸收利用污水中的N、P等營養(yǎng)物質(zhì)，吸附和富集污水中的重金屬鉛(Pb)、鎘(Cd)、汞(Hg)、砷(As)等有害物質(zhì)；第二，輸送氧氣到植物根區(qū)，為微生物生長、繁殖和降解反應(yīng)提供氧氣；第三，增強(qiáng)和維持水體的水力傳輸能力。另外，人工濕地植物還具有其他作用：維持系統(tǒng)的穩(wěn)定；釋放促進(jìn)生物化學(xué)反應(yīng)的酶和影響酶的分布；濕地植物的抑澡作用；濕地植物的景觀效應(yīng)；經(jīng)濟(jì)和生態(tài)價值等。
1 4 植物去污作用的影響因素
人工濕地植物去污作用受多種因素影響，情況復(fù)雜，陳發(fā)先等對影響因素進(jìn)行了歸納，認(rèn)為主要有6個影響因素：進(jìn)水濃度；水力負(fù)荷；水力停留時間；溫度；濕地水體pH；植物種類等。筆者認(rèn)為，在不同性質(zhì)、不同來源的污水中，各個因素的貢獻(xiàn)率也是不同的。
在環(huán)境溫度較低的冬季，許多濕地植物的活性不斷降低，甚至部分濕地植物開始死亡，極大地影響到人工濕地系統(tǒng)的去污能力。而目前涉及濕地植物越冬期研究的文章極少，通過中國期刊網(wǎng)文獻(xiàn)檢索，僅查到西洞庭湖濕地越冬期野生植物多樣性一文，王朝暉等研究認(rèn)為，在冬季西洞庭濕地以菊科、十字花科野生植物為主，因而在人工濕地植物選取的時候，可以選擇一些菊科、十字花科植物來適應(yīng)冬季溫度較低的環(huán)境，從而能在一定程度上維持濕地系統(tǒng)的去污能力。從另一方面說明了在人工濕地植物越冬期去污能力下降問題研究方面還不深入，今后應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)濕地植物越冬期的研究。
2生活污水的組成
農(nóng)村生活污水主要來源于3個方面：(1)淘米、洗菜等廚房炊事用水、沐浴、洗滌用水和沖洗廁所用水；(2)農(nóng)村養(yǎng)殖及畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的糞尿廢水；(3)生活垃圾、糞肥堆置滲濾及沼氣池排出的廢液等。
生活污水中含有較高的人畜糞尿等成分，N、P含量特別高，還有細(xì)菌、微生物及碳?xì)浠锏��？傊�，農(nóng)村生活污水成分相對簡單，然而中國有廣大的農(nóng)村，家家戶戶都產(chǎn)生越來越多的生活污水，在農(nóng)村造成的污染也是越來越嚴(yán)重，因而必須對農(nóng)村生活污水進(jìn)行凈化處理，最佳處理方式就是建設(shè)小型人工濕地，利用其植物凈化污水。
3人工濕地凈化生活污水研究進(jìn)展
胡勇有等在華南地區(qū)選擇了14種待選濕地植物，研究它們在華南地區(qū)氣候條件下對低深度生活污水的凈化效果，監(jiān)測項(xiàng)目主要包括COD，TN，TP，NH+4 N，pH值，濁度等，結(jié)果認(rèn)為不同植物對COD的去除沒有明顯差異，而N、P的去除率可作為篩選植物的重要指標(biāo)，同時綜合考慮植物的抗逆性、觀賞性。最后篩選出合適種植于華南地區(qū)的濕地植物主要有菖蒲(Acorusgramineus)、象草(PennisetumpurpureumSchum)、風(fēng)車草(Cyperus involucratusRottb )、香蒲(Typhaorientalis)等9種。說明大多數(shù)濕地植物都能起到凈化污水的作用，當(dāng)然在不同地區(qū)，不同的污水水體中，最合適種植的植物有差異。
郭杏妹等選用菖蒲(Acorusgramineus)、再力花(Thaliadealbata)、梭魚草(Pontederiacorda ta)3種植物，以學(xué)生食堂污水為實(shí)驗(yàn)用水，進(jìn)行室外靜態(tài)模擬人工濕地研究，水樣監(jiān)測指標(biāo)主要包括TP、NH+4 N、CODCr，認(rèn)為3種植物對污水中的TP、NH+4 N、CODCr去除效果均較好，認(rèn)為植物株數(shù)為6株/m2時去除效果最好，污水停留時間為3d內(nèi)時去除率增長較快。在3種植物中，菖蒲(Acorusgramineus)表現(xiàn)出最好的去污能力，將菖蒲運(yùn)用到廣州市荔城鎮(zhèn)群愛村生活污水處理的實(shí)例中檢驗(yàn)，人工濕地選擇單一的菖蒲，種植密度為6株/m2，結(jié)果CODCr、TP、NH+4 N、SS、BOD5，動植物油6項(xiàng)指標(biāo)全部達(dá)標(biāo)。說明菖蒲、再力花、梭魚草3種植物在生活污水處理中都有較好的去污效果，尤其是菖蒲去污效果最為理想，具有明顯的優(yōu)勢，可以成為生活污水處理的首選植物。
劉超翔等在滇池流域農(nóng)村進(jìn)行了人工濕地處理生活污水的試驗(yàn)和生態(tài)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)。采用人工復(fù)合生態(tài)床處理滇池地區(qū)低濃度農(nóng)村污水的試驗(yàn)結(jié)果表明，蘆葦具有較強(qiáng)的輸氧能力，茭白對氮、磷的吸收能力強(qiáng)，可采用蘆葦和茭白混種的方式提高BOD、氮、磷的去除率。
針對太湖流域的面源污染和水體富營養(yǎng)化問題，白永剛孫亞兵進(jìn)行了人工濕地處理太湖流域農(nóng)村生活污水的試驗(yàn)研究。綜上所述，人工濕地處理生活污水是有效的，對COD、TN、氨氮和TP有較高的去除率，出水水質(zhì)較好。
4.展望
綜上所述，人工濕地凈化生活污水，目前對城鎮(zhèn)區(qū)的研究與實(shí)踐比較充分，但是農(nóng)村與農(nóng)戶區(qū)的人工濕地應(yīng)用案例還較少。由于我國人工濕地的研究起步較晚，加上人工濕地凈化污水的效果受到多種因素的影響，因而有關(guān)人工濕地凈化生活污水的研究需要加強(qiáng)和不斷深入，今后應(yīng)當(dāng)優(yōu)先開展以下方面的研究：
(1)對生活污水的來源組成進(jìn)行詳細(xì)的分類，研究各種來源生活污水的主要成分，從而可以選擇相應(yīng)的去污植物。
(2)研究生活污水的主要或常用監(jiān)測指標(biāo)，比如BOD、COD、TP、TN、NH+4 N、SS等。選擇不同的植物和不同的監(jiān)測指標(biāo)進(jìn)行去污效果的相關(guān)性研究，從而篩選出理想的濕地植物。
(3)加強(qiáng)濕地植物在生活污水中的抗凍、抗熱、抗病蟲害等抗逆性研究，尤其是應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)人工濕地植物越冬期去污能力下降問題的研究，使選擇的植物能夠很好地適應(yīng)于人工濕地環(huán)境，同時又能維持濕地的去污能力。
(4)加強(qiáng)生活污水人工濕地上植物聯(lián)合去污效果研究，變單一植物為聯(lián)合模式。對不同植物比重具有不同的去污能力進(jìn)行量化研究，加強(qiáng)生活污水濕地野外實(shí)驗(yàn)，篩選出不同植物的最佳組合模式。
(5)加強(qiáng)人工濕地植物根系對生活污水適應(yīng)性研究。濕地植物根系能夠改善土壤微環(huán)境，影響根系的微生物和酶的產(chǎn)生，從而影響到污水的處理效果。
(6)加強(qiáng)川中丘陵區(qū)農(nóng)戶生活污水人工濕地植物處理技術(shù)研究。
人工濕地作為污水處理系統(tǒng)存在已有50多年歷史,具有投資少、運(yùn)行費(fèi)用低、抗沖擊力強(qiáng)和易于維護(hù)管理的優(yōu)點(diǎn)[3~7]。國內(nèi)外專家學(xué)者對人工濕地進(jìn)行了大量的研究,并規(guī)劃建立了許多人工濕地,然而真正涉及到農(nóng)村生活污水處理的人工濕地研究與試驗(yàn)極少[8,9],文章對生活污水的人工濕地凈化現(xiàn)有文獻(xiàn)作了簡要綜述,并對人工濕地植物處理生活污水的研究方向進(jìn)行了展望,以期推動農(nóng)村生活污水人工濕地凈化研究。
1人工濕地植物的研究
1·1植物類型與常用植物
人工濕地中的植物,可分為浮水植物、沉水植物和挺水植物三類[10]。國內(nèi)外選用的人工濕地植物以水生植物為主,主要是挺水植物。國外最常用蘆葦(Phragm ites conmunis)、香蒲(Typha angusti-folia)和燈心草(Juncus effusus)[11~13],此外也常用鳳眼蓮(Eichom iacrassipes)、黑三棱(Spargani umstoloniferum)和水蔥(Scirpusvalidu)。國內(nèi)選用的植物更豐富，除國外常用植物外，國內(nèi)還有香根草(Vetiveriazizanioaes)、菱白(Zizanialatifo lia)、苔草(Carextristachya)、大米草(SpartinaanglicaHubb )、小葉浮萍(LemnaminorLinn )、菹草(Potamogetoncrispus)、池杉(Taxodiumas cendens Brongn)、美人蕉(Cannageneralis)、水仙(NarcissustazettaL var chinensisRoem )、慈姑(Sagittariatrifolia)等。
1.2人工濕地植物選擇原則
耐污凈化能力強(qiáng)，抗凍、抗熱、抗病蟲害等抗逆性強(qiáng)，根系發(fā)達(dá)適應(yīng)性強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)和觀賞綜合利用價值高，利于物種間的搭配，易于管理。
1.3人工濕地植物去污機(jī)理與作用
人工濕地去除的污染物范圍廣泛，包括N，P，SS，有機(jī)物，微量元素，病原體等。有關(guān)研究結(jié)果表明，在進(jìn)水濃度較低的條件下，人工濕地對BOD5的去除率可達(dá)85%~95%，COD去除率可達(dá)80%以上，處理出水中BOD5的濃度在10mg/L左右，SS小于20mg/L。陳發(fā)先等研究認(rèn)為，人工濕地植物去污機(jī)理有3個方面：第一，直接吸收利用污水中的N、P等營養(yǎng)物質(zhì)，吸附和富集污水中的重金屬鉛(Pb)、鎘(Cd)、汞(Hg)、砷(As)等有害物質(zhì)；第二，輸送氧氣到植物根區(qū)，為微生物生長、繁殖和降解反應(yīng)提供氧氣；第三，增強(qiáng)和維持水體的水力傳輸能力。另外，人工濕地植物還具有其他作用：維持系統(tǒng)的穩(wěn)定；釋放促進(jìn)生物化學(xué)反應(yīng)的酶和影響酶的分布；濕地植物的抑澡作用；濕地植物的景觀效應(yīng)；經(jīng)濟(jì)和生態(tài)價值等。
1 4 植物去污作用的影響因素
人工濕地植物去污作用受多種因素影響，情況復(fù)雜，陳發(fā)先等對影響因素進(jìn)行了歸納，認(rèn)為主要有6個影響因素：進(jìn)水濃度；水力負(fù)荷；水力停留時間；溫度；濕地水體pH；植物種類等。筆者認(rèn)為，在不同性質(zhì)、不同來源的污水中，各個因素的貢獻(xiàn)率也是不同的。
在環(huán)境溫度較低的冬季，許多濕地植物的活性不斷降低，甚至部分濕地植物開始死亡，極大地影響到人工濕地系統(tǒng)的去污能力。而目前涉及濕地植物越冬期研究的文章極少，通過中國期刊網(wǎng)文獻(xiàn)檢索，僅查到西洞庭湖濕地越冬期野生植物多樣性一文，王朝暉等研究認(rèn)為，在冬季西洞庭濕地以菊科、十字花科野生植物為主，因而在人工濕地植物選取的時候，可以選擇一些菊科、十字花科植物來適應(yīng)冬季溫度較低的環(huán)境，從而能在一定程度上維持濕地系統(tǒng)的去污能力。從另一方面說明了在人工濕地植物越冬期去污能力下降問題研究方面還不深入，今后應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)濕地植物越冬期的研究。
2生活污水的組成
農(nóng)村生活污水主要來源于3個方面：(1)淘米、洗菜等廚房炊事用水、沐浴、洗滌用水和沖洗廁所用水；(2)農(nóng)村養(yǎng)殖及畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的糞尿廢水；(3)生活垃圾、糞肥堆置滲濾及沼氣池排出的廢液等。
生活污水中含有較高的人畜糞尿等成分，N、P含量特別高，還有細(xì)菌、微生物及碳?xì)浠锏��？傊�，農(nóng)村生活污水成分相對簡單，然而中國有廣大的農(nóng)村，家家戶戶都產(chǎn)生越來越多的生活污水，在農(nóng)村造成的污染也是越來越嚴(yán)重，因而必須對農(nóng)村生活污水進(jìn)行凈化處理，最佳處理方式就是建設(shè)小型人工濕地，利用其植物凈化污水。
3人工濕地凈化生活污水研究進(jìn)展
胡勇有等在華南地區(qū)選擇了14種待選濕地植物，研究它們在華南地區(qū)氣候條件下對低深度生活污水的凈化效果，監(jiān)測項(xiàng)目主要包括COD，TN，TP，NH+4 N，pH值，濁度等，結(jié)果認(rèn)為不同植物對COD的去除沒有明顯差異，而N、P的去除率可作為篩選植物的重要指標(biāo)，同時綜合考慮植物的抗逆性、觀賞性。最后篩選出合適種植于華南地區(qū)的濕地植物主要有菖蒲(Acorusgramineus)、象草(PennisetumpurpureumSchum)、風(fēng)車草(Cyperus involucratusRottb )、香蒲(Typhaorientalis)等9種。說明大多數(shù)濕地植物都能起到凈化污水的作用，當(dāng)然在不同地區(qū)，不同的污水水體中，最合適種植的植物有差異。
郭杏妹等選用菖蒲(Acorusgramineus)、再力花(Thaliadealbata)、梭魚草(Pontederiacorda ta)3種植物，以學(xué)生食堂污水為實(shí)驗(yàn)用水，進(jìn)行室外靜態(tài)模擬人工濕地研究，水樣監(jiān)測指標(biāo)主要包括TP、NH+4 N、CODCr，認(rèn)為3種植物對污水中的TP、NH+4 N、CODCr去除效果均較好，認(rèn)為植物株數(shù)為6株/m2時去除效果最好，污水停留時間為3d內(nèi)時去除率增長較快。在3種植物中，菖蒲(Acorusgramineus)表現(xiàn)出最好的去污能力，將菖蒲運(yùn)用到廣州市荔城鎮(zhèn)群愛村生活污水處理的實(shí)例中檢驗(yàn)，人工濕地選擇單一的菖蒲，種植密度為6株/m2，結(jié)果CODCr、TP、NH+4 N、SS、BOD5，動植物油6項(xiàng)指標(biāo)全部達(dá)標(biāo)。說明菖蒲、再力花、梭魚草3種植物在生活污水處理中都有較好的去污效果，尤其是菖蒲去污效果最為理想，具有明顯的優(yōu)勢，可以成為生活污水處理的首選植物。
劉超翔等在滇池流域農(nóng)村進(jìn)行了人工濕地處理生活污水的試驗(yàn)和生態(tài)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)。采用人工復(fù)合生態(tài)床處理滇池地區(qū)低濃度農(nóng)村污水的試驗(yàn)結(jié)果表明，蘆葦具有較強(qiáng)的輸氧能力，茭白對氮、磷的吸收能力強(qiáng)，可采用蘆葦和茭白混種的方式提高BOD、氮、磷的去除率。
針對太湖流域的面源污染和水體富營養(yǎng)化問題，白永剛孫亞兵進(jìn)行了人工濕地處理太湖流域農(nóng)村生活污水的試驗(yàn)研究。綜上所述，人工濕地處理生活污水是有效的，對COD、TN、氨氮和TP有較高的去除率，出水水質(zhì)較好。
4.展望
綜上所述，人工濕地凈化生活污水，目前對城鎮(zhèn)區(qū)的研究與實(shí)踐比較充分，但是農(nóng)村與農(nóng)戶區(qū)的人工濕地應(yīng)用案例還較少。由于我國人工濕地的研究起步較晚，加上人工濕地凈化污水的效果受到多種因素的影響，因而有關(guān)人工濕地凈化生活污水的研究需要加強(qiáng)和不斷深入，今后應(yīng)當(dāng)優(yōu)先開展以下方面的研究：
(1)對生活污水的來源組成進(jìn)行詳細(xì)的分類，研究各種來源生活污水的主要成分，從而可以選擇相應(yīng)的去污植物。
(2)研究生活污水的主要或常用監(jiān)測指標(biāo)，比如BOD、COD、TP、TN、NH+4 N、SS等。選擇不同的植物和不同的監(jiān)測指標(biāo)進(jìn)行去污效果的相關(guān)性研究，從而篩選出理想的濕地植物。
(3)加強(qiáng)濕地植物在生活污水中的抗凍、抗熱、抗病蟲害等抗逆性研究，尤其是應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)人工濕地植物越冬期去污能力下降問題的研究，使選擇的植物能夠很好地適應(yīng)于人工濕地環(huán)境，同時又能維持濕地的去污能力。
(4)加強(qiáng)生活污水人工濕地上植物聯(lián)合去污效果研究，變單一植物為聯(lián)合模式。對不同植物比重具有不同的去污能力進(jìn)行量化研究，加強(qiáng)生活污水濕地野外實(shí)驗(yàn)，篩選出不同植物的最佳組合模式。
(5)加強(qiáng)人工濕地植物根系對生活污水適應(yīng)性研究。濕地植物根系能夠改善土壤微環(huán)境，影響根系的微生物和酶的產(chǎn)生，從而影響到污水的處理效果。
(6)加強(qiáng)川中丘陵區(qū)農(nóng)戶生活污水人工濕地植物處理技術(shù)研究。
