不同植物人工湿地净化模拟生活污水效果

白晓龙等

摘要：研究鸢尾、吊兰、马蹄莲3种不同植物模拟人工湿地系统对模拟生活污水的净化效果。结果表明：3种植物湿地系统对模拟生活污水中COD、NH+4-N、TP去除效果均较好，其中鸢尾湿地系统对模拟生活污水的净化效果最好。

关键词：植物；人工湿地；生活污水；净化效果

中图分类号： X703 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2014）04-0326-03

收稿日期：2013-08-09

基金资助：江苏省农村环境污染防治工程技术研究开发中心项目（编号：HJZX2012003）；江苏省南通市社会事业科技创新与示范项目（编号：HS2013034）。

作者简介：白晓龙（1980—），男，山东莒县人，博士研究生，讲师，从事水处理技术及环境化学教学与科研工作。E-mail：waitting2001@163.com。人工湿地是由基质、植物、微生物组成的通过物理、化学、生物作用对污水进行处理的人工生态系统。湿地植物是人工湿地的重要组成部分，湿地植物的筛选对湿地系统除污效果起着非常重要的作用[1]。目前，众多学者对人工湿地植物的筛选及除污机理等方面开展了深入细致的研究，筛选出诸如芦苇、菖蒲、美人蕉、水葫芦等一系列湿地植物[2-4]。湿地植物通过吸收、吸附、富集、拦截等方式实现污水处理[5-6]。湿地植物的筛选除了要考虑其污水处理能效外，还要综合考虑其地域性、环境适应性、经济性、生态安全性等[7]。本研究选取了马蹄莲、吊兰、鸢尾等3种植物，监测这几种植物对模拟生活污水中污染物的去除效果，旨在为选出合适的湿地植物提供参考。

1材料与方法

1.1试验装置

模拟人工湿地试验装置如图1所示，装置为PVC材质，直径为40 cm，高60 cm，该装置的底层铺设厚5 cm的碎石，中层铺设厚50 cm的沙子，上层铺设厚5 cm的土壤，装置底部有出水检测口。

1.2方法

将已长出幼苗的马蹄莲、吊兰、鸢尾分别移栽到试验装置中，密度均为8株/m2，每个装置设1个重复，稳定1周后，采用间歇进水方式进水，每次进水前将装置内污水排空，进水量为4 L/d，水力停留时间为1 d。试验周期约30 d，同时监测进、出水水质变化情况。采用重铬酸钾消解分光光度法检测化学需氧量（COD），采用过硫酸钾消解-钼锑抗分光光度法测定总磷含量（TP），采用纳氏试剂分光光度法测定氨氮（NH+4-N）含量。

2结果与分析

2.1不同湿地植物对COD的去除效果

人工湿地的显著特点之一是对有机污染物有较强的降解能力，污水中的不溶性有机物通过湿地的沉淀、过滤作用，可以很快被截留，进而为微生物所利用。污水中的可溶性有机物可通过植物根系生物膜的吸附、吸收作用及生物代谢降解过程而被分解去除[8]。由图2至图4可知，鸢尾、吊兰、马蹄莲3种植物对模拟生活污水COD的去除效果均较好，3种植物构成的模拟人工湿地系统对COD的净化过程基本相同。鸢尾系统出水COD值基本稳定在10 mg/L，吊兰、马蹄莲系统出水COD值均基本稳定在20～30 mg/L。鸢尾系统的净化效果最好，COD平均去除率达90.2%，其次是吊兰、马蹄莲，分别达87.8%、86.5%。

2.2不同湿地植物对NH+4-N的去除效果

氮元素是植物生长繁殖的必需元素之一，湿地植物在生长过程中通过根系从污水中吸收氮素，另外，湿地植物根系的输氧功能为湿地中的微生物提供了硝化环境条件，连同湿地基质间的反硝化环境条件，促进了污水脱氮反应的进行，从而去除污水中的氮[9]。由图5至图7可知，鸢尾、吊兰、马蹄莲3种植物模拟人工湿地系统对NH+4-N的去除率随着系统运行时间的增加而增加，系统运行后期鸢尾湿地系统出水NH+4-N 的浓度稳定在5 mg/L以下，鸢尾系统对NH+4-N的平均去除率达88.8%，吊兰、马蹄莲系统对NH+4-N的去除率分别达87.3%、85.3%。

2.3不同湿地植物对TP的去除效果

人工湿地对磷的去除方式包括化学吸附、物理过滤、层积物形成、微生物同化、植物吸收等[10]。有学者指出，湿地系统中基质对磷的去除速度最快，水生植物最慢[11]。有人认为，植物根际微环境以及植物与微生物的耦合作用对人工湿地除磷有重要作用[12]。植物床人工湿地对污水中磷的去除效果明显优于无植物的人工湿地[13-14]。由此可见，植物在人工湿地系统中对污水磷的去除有重要作用。由图8至图10可知，3种不同植物湿地模拟系统对TP的去除效果均较好，其中鸢尾湿地系统对TP的去除效果最好，平均去除率达90.4%，系统运行湿地系统后期出水TP浓度稳定在0.5 mg/L以下，其次是吊兰、马蹄莲湿地系统，平均去除率分别达88.6%、87.3%。

3结论

本研究表明，鸢尾、吊兰、马蹄莲3种不同植物人工湿地系统对模拟生活污水净化效果均较好。3种植物中对COD、NH+4-N、TP去除效果最好的是鸢尾，其次是吊兰、马蹄莲。在系统运行后期，鸢尾系统出水COD稳定在10mg/L左右，NH+4-N、TP的出水浓度分别稳定在5、0.5 mg/L以下，达到了GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准。从环境适应性以及美化效果来看，3种植物均适宜在本区域栽培。

参考文献：

[1]吴树彪，董仁杰. 人工湿地污水处理应用与研究进展[J]. 水处理技术，2008，34（8）：5-9，21.

[2]张岩，李秀艳，徐亚同，等. 8种植物床人工湿地脱氮除磷的研究[J]. 环境污染与防治，2012，34（8）：49-52.

[3]奉小忧，宋永会，曾清如，等. 不同植物人工湿地净化效果及基质微生物状况差异分析[J]. 环境科学研究，2011，24（9）：1035-1041.

[4]谢云成. 三种人工湿地植物对城镇生活污水的处理[J]. 湖北农业科学，2011，50（22）：4586-4589.

[5]马安娜，张洪刚，洪剑明. 湿地植物在污水处理中的作用及机理[J]. 首都师范大学学报：自然科学版，2006，27（6）：57-63.

[6]汤显强，黄岁樑. 人工湿地去污机理及其国内外应用现状[J]. 水处理技术，2007，33（2）：9-13.

[7]何云晓，陈娟，艾明.农村污水治理中人工湿地植物系统的研究[J]. 江苏农业科学，2010（5）：498-500.

[8]李晓东，郎咸明，师晓春.不同人工湿地组合净化生活污水效果研究[J]. 环境保护与循环经济，2009，7（7）：24-25，38.

[9]何蓉，周琪，张军.表面流人工湿地处理生活污水的研究[J]. 生态环境，2004，13（2）：180-181.

[10]Seo D C，Cho J S，Lee H J，et al. Phosphorous retention capacity of filter media for estimating the longevity of constructed wetland[J]. Water Research，2005，39（11）：2445-2447.

[11]熊飞，李文朝，潘继征，等. 人工湿地脱氮除磷的效果与机理研究进展[J]. 湿地科学，2005，3（3）：228-234.

[12]李晓东，孙铁珩，李海波，等. 人工湿地除磷研究进展[J]. 生态学报，2007，27（3）：1226-1232.

[13]李旭东，李广贺，张旭，等. 沸石床处理农田暴雨径流氮磷中试研究[J]. 环境污染治理技术与设备，2003，4（9）：22-26.

[14]蒋跃平，葛滢，岳春雷，等. 人工湿地植物对观赏水中氮磷去除的贡献[J]. 生态学报，2004，24（8）：1720-1725.

摘要：研究鸢尾、吊兰、马蹄莲3种不同植物模拟人工湿地系统对模拟生活污水的净化效果。结果表明：3种植物湿地系统对模拟生活污水中COD、NH+4-N、TP去除效果均较好，其中鸢尾湿地系统对模拟生活污水的净化效果最好。

关键词：植物；人工湿地；生活污水；净化效果

中图分类号： X703 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2014）04-0326-03

收稿日期：2013-08-09

基金资助：江苏省农村环境污染防治工程技术研究开发中心项目（编号：HJZX2012003）；江苏省南通市社会事业科技创新与示范项目（编号：HS2013034）。

作者简介：白晓龙（1980—），男，山东莒县人，博士研究生，讲师，从事水处理技术及环境化学教学与科研工作。E-mail：waitting2001@163.com。人工湿地是由基质、植物、微生物组成的通过物理、化学、生物作用对污水进行处理的人工生态系统。湿地植物是人工湿地的重要组成部分，湿地植物的筛选对湿地系统除污效果起着非常重要的作用[1]。目前，众多学者对人工湿地植物的筛选及除污机理等方面开展了深入细致的研究，筛选出诸如芦苇、菖蒲、美人蕉、水葫芦等一系列湿地植物[2-4]。湿地植物通过吸收、吸附、富集、拦截等方式实现污水处理[5-6]。湿地植物的筛选除了要考虑其污水处理能效外，还要综合考虑其地域性、环境适应性、经济性、生态安全性等[7]。本研究选取了马蹄莲、吊兰、鸢尾等3种植物，监测这几种植物对模拟生活污水中污染物的去除效果，旨在为选出合适的湿地植物提供参考。

1材料与方法

1.1试验装置

模拟人工湿地试验装置如图1所示，装置为PVC材质，直径为40 cm，高60 cm，该装置的底层铺设厚5 cm的碎石，中层铺设厚50 cm的沙子，上层铺设厚5 cm的土壤，装置底部有出水检测口。

1.2方法

将已长出幼苗的马蹄莲、吊兰、鸢尾分别移栽到试验装置中，密度均为8株/m2，每个装置设1个重复，稳定1周后，采用间歇进水方式进水，每次进水前将装置内污水排空，进水量为4 L/d，水力停留时间为1 d。试验周期约30 d，同时监测进、出水水质变化情况。采用重铬酸钾消解分光光度法检测化学需氧量（COD），采用过硫酸钾消解-钼锑抗分光光度法测定总磷含量（TP），采用纳氏试剂分光光度法测定氨氮（NH+4-N）含量。

2结果与分析

2.1不同湿地植物对COD的去除效果

人工湿地的显著特点之一是对有机污染物有较强的降解能力，污水中的不溶性有机物通过湿地的沉淀、过滤作用，可以很快被截留，进而为微生物所利用。污水中的可溶性有机物可通过植物根系生物膜的吸附、吸收作用及生物代谢降解过程而被分解去除[8]。由图2至图4可知，鸢尾、吊兰、马蹄莲3种植物对模拟生活污水COD的去除效果均较好，3种植物构成的模拟人工湿地系统对COD的净化过程基本相同。鸢尾系统出水COD值基本稳定在10 mg/L，吊兰、马蹄莲系统出水COD值均基本稳定在20～30 mg/L。鸢尾系统的净化效果最好，COD平均去除率达90.2%，其次是吊兰、马蹄莲，分别达87.8%、86.5%。

2.2不同湿地植物对NH+4-N的去除效果

氮元素是植物生长繁殖的必需元素之一，湿地植物在生长过程中通过根系从污水中吸收氮素，另外，湿地植物根系的输氧功能为湿地中的微生物提供了硝化环境条件，连同湿地基质间的反硝化环境条件，促进了污水脱氮反应的进行，从而去除污水中的氮[9]。由图5至图7可知，鸢尾、吊兰、马蹄莲3种植物模拟人工湿地系统对NH+4-N的去除率随着系统运行时间的增加而增加，系统运行后期鸢尾湿地系统出水NH+4-N 的浓度稳定在5 mg/L以下，鸢尾系统对NH+4-N的平均去除率达88.8%，吊兰、马蹄莲系统对NH+4-N的去除率分别达87.3%、85.3%。

2.3不同湿地植物对TP的去除效果

人工湿地对磷的去除方式包括化学吸附、物理过滤、层积物形成、微生物同化、植物吸收等[10]。有学者指出，湿地系统中基质对磷的去除速度最快，水生植物最慢[11]。有人认为，植物根际微环境以及植物与微生物的耦合作用对人工湿地除磷有重要作用[12]。植物床人工湿地对污水中磷的去除效果明显优于无植物的人工湿地[13-14]。由此可见，植物在人工湿地系统中对污水磷的去除有重要作用。由图8至图10可知，3种不同植物湿地模拟系统对TP的去除效果均较好，其中鸢尾湿地系统对TP的去除效果最好，平均去除率达90.4%，系统运行湿地系统后期出水TP浓度稳定在0.5 mg/L以下，其次是吊兰、马蹄莲湿地系统，平均去除率分别达88.6%、87.3%。

3结论

本研究表明，鸢尾、吊兰、马蹄莲3种不同植物人工湿地系统对模拟生活污水净化效果均较好。3种植物中对COD、NH+4-N、TP去除效果最好的是鸢尾，其次是吊兰、马蹄莲。在系统运行后期，鸢尾系统出水COD稳定在10mg/L左右，NH+4-N、TP的出水浓度分别稳定在5、0.5 mg/L以下，达到了GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准。从环境适应性以及美化效果来看，3种植物均适宜在本区域栽培。

参考文献：

[1]吴树彪，董仁杰. 人工湿地污水处理应用与研究进展[J]. 水处理技术，2008，34（8）：5-9，21.

[2]张岩，李秀艳，徐亚同，等. 8种植物床人工湿地脱氮除磷的研究[J]. 环境污染与防治，2012，34（8）：49-52.

[3]奉小忧，宋永会，曾清如，等. 不同植物人工湿地净化效果及基质微生物状况差异分析[J]. 环境科学研究，2011，24（9）：1035-1041.

[4]谢云成. 三种人工湿地植物对城镇生活污水的处理[J]. 湖北农业科学，2011，50（22）：4586-4589.

[5]马安娜，张洪刚，洪剑明. 湿地植物在污水处理中的作用及机理[J]. 首都师范大学学报：自然科学版，2006，27（6）：57-63.

[6]汤显强，黄岁樑. 人工湿地去污机理及其国内外应用现状[J]. 水处理技术，2007，33（2）：9-13.

[7]何云晓，陈娟，艾明.农村污水治理中人工湿地植物系统的研究[J]. 江苏农业科学，2010（5）：498-500.

[8]李晓东，郎咸明，师晓春.不同人工湿地组合净化生活污水效果研究[J]. 环境保护与循环经济，2009，7（7）：24-25，38.

[9]何蓉，周琪，张军.表面流人工湿地处理生活污水的研究[J]. 生态环境，2004，13（2）：180-181.

[10]Seo D C，Cho J S，Lee H J，et al. Phosphorous retention capacity of filter media for estimating the longevity of constructed wetland[J]. Water Research，2005，39（11）：2445-2447.

[11]熊飞，李文朝，潘继征，等. 人工湿地脱氮除磷的效果与机理研究进展[J]. 湿地科学，2005，3（3）：228-234.

[12]李晓东，孙铁珩，李海波，等. 人工湿地除磷研究进展[J]. 生态学报，2007，27（3）：1226-1232.

[13]李旭东，李广贺，张旭，等. 沸石床处理农田暴雨径流氮磷中试研究[J]. 环境污染治理技术与设备，2003，4（9）：22-26.

[14]蒋跃平，葛滢，岳春雷，等. 人工湿地植物对观赏水中氮磷去除的贡献[J]. 生态学报，2004，24（8）：1720-1725.

摘要：研究鸢尾、吊兰、马蹄莲3种不同植物模拟人工湿地系统对模拟生活污水的净化效果。结果表明：3种植物湿地系统对模拟生活污水中COD、NH+4-N、TP去除效果均较好，其中鸢尾湿地系统对模拟生活污水的净化效果最好。

关键词：植物；人工湿地；生活污水；净化效果

中图分类号： X703 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2014）04-0326-03

收稿日期：2013-08-09

基金资助：江苏省农村环境污染防治工程技术研究开发中心项目（编号：HJZX2012003）；江苏省南通市社会事业科技创新与示范项目（编号：HS2013034）。

作者简介：白晓龙（1980—），男，山东莒县人，博士研究生，讲师，从事水处理技术及环境化学教学与科研工作。E-mail：waitting2001@163.com。人工湿地是由基质、植物、微生物组成的通过物理、化学、生物作用对污水进行处理的人工生态系统。湿地植物是人工湿地的重要组成部分，湿地植物的筛选对湿地系统除污效果起着非常重要的作用[1]。目前，众多学者对人工湿地植物的筛选及除污机理等方面开展了深入细致的研究，筛选出诸如芦苇、菖蒲、美人蕉、水葫芦等一系列湿地植物[2-4]。湿地植物通过吸收、吸附、富集、拦截等方式实现污水处理[5-6]。湿地植物的筛选除了要考虑其污水处理能效外，还要综合考虑其地域性、环境适应性、经济性、生态安全性等[7]。本研究选取了马蹄莲、吊兰、鸢尾等3种植物，监测这几种植物对模拟生活污水中污染物的去除效果，旨在为选出合适的湿地植物提供参考。

1材料与方法

1.1试验装置

模拟人工湿地试验装置如图1所示，装置为PVC材质，直径为40 cm，高60 cm，该装置的底层铺设厚5 cm的碎石，中层铺设厚50 cm的沙子，上层铺设厚5 cm的土壤，装置底部有出水检测口。

1.2方法

将已长出幼苗的马蹄莲、吊兰、鸢尾分别移栽到试验装置中，密度均为8株/m2，每个装置设1个重复，稳定1周后，采用间歇进水方式进水，每次进水前将装置内污水排空，进水量为4 L/d，水力停留时间为1 d。试验周期约30 d，同时监测进、出水水质变化情况。采用重铬酸钾消解分光光度法检测化学需氧量（COD），采用过硫酸钾消解-钼锑抗分光光度法测定总磷含量（TP），采用纳氏试剂分光光度法测定氨氮（NH+4-N）含量。

2结果与分析

2.1不同湿地植物对COD的去除效果

人工湿地的显著特点之一是对有机污染物有较强的降解能力，污水中的不溶性有机物通过湿地的沉淀、过滤作用，可以很快被截留，进而为微生物所利用。污水中的可溶性有机物可通过植物根系生物膜的吸附、吸收作用及生物代谢降解过程而被分解去除[8]。由图2至图4可知，鸢尾、吊兰、马蹄莲3种植物对模拟生活污水COD的去除效果均较好，3种植物构成的模拟人工湿地系统对COD的净化过程基本相同。鸢尾系统出水COD值基本稳定在10 mg/L，吊兰、马蹄莲系统出水COD值均基本稳定在20～30 mg/L。鸢尾系统的净化效果最好，COD平均去除率达90.2%，其次是吊兰、马蹄莲，分别达87.8%、86.5%。

2.2不同湿地植物对NH+4-N的去除效果

氮元素是植物生长繁殖的必需元素之一，湿地植物在生长过程中通过根系从污水中吸收氮素，另外，湿地植物根系的输氧功能为湿地中的微生物提供了硝化环境条件，连同湿地基质间的反硝化环境条件，促进了污水脱氮反应的进行，从而去除污水中的氮[9]。由图5至图7可知，鸢尾、吊兰、马蹄莲3种植物模拟人工湿地系统对NH+4-N的去除率随着系统运行时间的增加而增加，系统运行后期鸢尾湿地系统出水NH+4-N 的浓度稳定在5 mg/L以下，鸢尾系统对NH+4-N的平均去除率达88.8%，吊兰、马蹄莲系统对NH+4-N的去除率分别达87.3%、85.3%。

2.3不同湿地植物对TP的去除效果

人工湿地对磷的去除方式包括化学吸附、物理过滤、层积物形成、微生物同化、植物吸收等[10]。有学者指出，湿地系统中基质对磷的去除速度最快，水生植物最慢[11]。有人认为，植物根际微环境以及植物与微生物的耦合作用对人工湿地除磷有重要作用[12]。植物床人工湿地对污水中磷的去除效果明显优于无植物的人工湿地[13-14]。由此可见，植物在人工湿地系统中对污水磷的去除有重要作用。由图8至图10可知，3种不同植物湿地模拟系统对TP的去除效果均较好，其中鸢尾湿地系统对TP的去除效果最好，平均去除率达90.4%，系统运行湿地系统后期出水TP浓度稳定在0.5 mg/L以下，其次是吊兰、马蹄莲湿地系统，平均去除率分别达88.6%、87.3%。

3结论

本研究表明，鸢尾、吊兰、马蹄莲3种不同植物人工湿地系统对模拟生活污水净化效果均较好。3种植物中对COD、NH+4-N、TP去除效果最好的是鸢尾，其次是吊兰、马蹄莲。在系统运行后期，鸢尾系统出水COD稳定在10mg/L左右，NH+4-N、TP的出水浓度分别稳定在5、0.5 mg/L以下，达到了GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准。从环境适应性以及美化效果来看，3种植物均适宜在本区域栽培。

参考文献：

[1]吴树彪，董仁杰. 人工湿地污水处理应用与研究进展[J]. 水处理技术，2008，34（8）：5-9，21.

[2]张岩，李秀艳，徐亚同，等. 8种植物床人工湿地脱氮除磷的研究[J]. 环境污染与防治，2012，34（8）：49-52.

[3]奉小忧，宋永会，曾清如，等. 不同植物人工湿地净化效果及基质微生物状况差异分析[J]. 环境科学研究，2011，24（9）：1035-1041.

[4]谢云成. 三种人工湿地植物对城镇生活污水的处理[J]. 湖北农业科学，2011，50（22）：4586-4589.

[5]马安娜，张洪刚，洪剑明. 湿地植物在污水处理中的作用及机理[J]. 首都师范大学学报：自然科学版，2006，27（6）：57-63.

[6]汤显强，黄岁樑. 人工湿地去污机理及其国内外应用现状[J]. 水处理技术，2007，33（2）：9-13.

[7]何云晓，陈娟，艾明.农村污水治理中人工湿地植物系统的研究[J]. 江苏农业科学，2010（5）：498-500.

[8]李晓东，郎咸明，师晓春.不同人工湿地组合净化生活污水效果研究[J]. 环境保护与循环经济，2009，7（7）：24-25，38.

[9]何蓉，周琪，张军.表面流人工湿地处理生活污水的研究[J]. 生态环境，2004，13（2）：180-181.

[10]Seo D C，Cho J S，Lee H J，et al. Phosphorous retention capacity of filter media for estimating the longevity of constructed wetland[J]. Water Research，2005，39（11）：2445-2447.

[11]熊飞，李文朝，潘继征，等. 人工湿地脱氮除磷的效果与机理研究进展[J]. 湿地科学，2005，3（3）：228-234.

[12]李晓东，孙铁珩，李海波，等. 人工湿地除磷研究进展[J]. 生态学报，2007，27（3）：1226-1232.

[13]李旭东，李广贺，张旭，等. 沸石床处理农田暴雨径流氮磷中试研究[J]. 环境污染治理技术与设备，2003，4（9）：22-26.

[14]蒋跃平，葛滢，岳春雷，等. 人工湿地植物对观赏水中氮磷去除的贡献[J]. 生态学报，2004，24（8）：1720-1725.