摘要：研究香蒲、美人蕉、燈芯草、蘆葦、菖蒲、茭白和黃花鳶尾這7種武漢地區常見濕地植物對生活污水的處理效果，分別實驗停留時間為1天，3天和7天時的處理效果。研究表明停留時間選擇1天比較合適，各種植物的人工濕地對CODcr，TN，TP和濁度有明顯的去除，其中香蒲、美人蕉、黃花鳶尾、茭白和菖蒲的處理效果相對較好。
從生態學上說，濕地是由水、永久性或間隙性處于水飽和狀態下的基質以及水生植物和水生生物多組成的，是一具有較高的生產力和較大活性、處于水陸交接相的復雜的生態系統。而所謂的人工濕地，則是為處理污水而認為設計建造的、工程化的濕地狀系統。用人工濕地系統處理污水是國內外方興未艾的治理技術，它在保護生態環境和節約能源及投資方面具有傳統二級生化處理技術難以比擬的優點；作為一項低投資、低能耗、低運行費、高生態環境效益的治理工程技術[1~[4]，目前人工濕地已廣泛地應用于城市污水或工業廢水處理的實踐中[1,5]。在人工濕地污水處理系統中，水生植物，特別是挺水植物是人工濕地處理系統的重要有機組成部分[6,7]，選擇得恰當與否，將直接關系到人工濕地的處理效果。但目前對于不同濕地植物對濕地環境的適應性及其處理效果的研究仍然較少[8]。
有許多水生植物可用于人工濕地廢水處理系統中。目前，據文獻報道在部分利用種類有藨草、蘆葦、香蒲、燈心草、菖蒲、莎草、荊三棱、茭草、水花生和田邊草[9]，我國運用的最多的為蘆葦、香蒲等少量種類，各地對濕地植物的選擇一定程度上依賴于經驗，而對各種植物應用于污水處理的效果的系統研究較為缺乏。在武漢地區，建成的人工濕地處理污水的經驗較少，而對濕地植物研究的積累也不多，本文研究了長苞香蒲、美人蕉、菖蒲、蘆葦、茭白、燈心草及黃花鳶尾這幾種濕地植物對生活污水的處理能力，旨在為武漢地區人工濕地的建設及濕地植物的研究提供一定的科學依據。
1材料與方法
1.1小型人工濕地的結構
采用長48.3厘米、寬37.0厘米、高28.8厘米的塑料箱進行實驗。塑料箱內從下至上依次填充礫石層（粒徑1-3厘米）、沙層、土壤層，厚度均大約為9厘米。在箱中埋設PVC管，一端插入箱底步，另一端伸出土壤層外，用于進、排水。箱體的容水體積在實驗初期較高，穩定后維持在5L左右。
1.2植物的引種及栽培
菖蒲、美人蕉、燈芯草、蘆葦、香蒲、茭白、黃花鳶尾均來源于中國科學院武漢植物研究所，引種時每種植物盡量控制在中等密度，如香蒲每箱為6株，菖蒲、茭白、黃花鳶尾、美人蕉每箱控制在10株左右，蘆葦每箱包括3叢，每叢5-10株。每種植物分別栽種在兩個塑料箱內，作為重復。
1.3實驗安排
植物的引種在2003年4月上旬結束，植物移栽到塑料箱中后先灌入自來水，待植物適應一周后，再灌入污水，使植物適應并使箱體內生物膜掛上，兩周后開始實驗污水處理效果。每次實驗灌入污水量為5L，生活污水來自附近建筑的化糞池，試驗了7天、3天及1天這3個停留時間的處理效果，對這3個停留時間的處理均進行了3次試驗。試驗結束時抽出箱內的水并測量出水體積，以根據進出水體積及水質指標的變化計算去除率。進出水的水質指標測量了CODcr、TP和TN，測量方法采用國標方法。由WZS-185型高濁度儀（上海經科雷磁）測定。溶解氧（D.O.）用溶解氧測定儀（Model862A，美國奧立龍公司）測定。
2結果與討論
2.1實驗水質
試驗期間生活污水的CODcr值的范圍為126.9-290.7mgl-1，TN-N濃度范圍為10.7-22.2mgl-1，TP-P的濃度范圍為2.32-10.17mgl-1，濁度93-453，溶解氧濃度均為1.2左右。
2.2各種植物濕地不同停留時間的出水水質
試驗期間各種植物除了蘆葦外均長勢良好，蘆葦的生長明顯比其它種類緩慢。從箱體外可觀察到，各種植物的根均達到礫石層。本試驗中，地上生物量較高的種類有：香蒲、美人蕉、茭白、黃花鳶尾；地上生物量中等的種類為菖蒲；地上生物量較低的種類為燈心草和蘆葦。各種植物處理不同時間后出水的各水質指標見表1，各種植物通過不同處理時間后對各水質指標的去除率見圖1。
從表1可見，經各種人工濕地處理一天后的出水水質已經有顯著的改善，其中出水中CODcr、TP和TN的濃度基本上已達到污水綜合排放的標準（GB8978-1996），出水中溶解氧的濃度各種植物均達到4mgl-1以上，濁度的下降也非常的明顯。由于一般進入人工濕地的污水是原污水經過沉淀池處理過的污水，污染物質濃度一定程度下降，而本實驗所用的污水沒有經過預處理，因此可見停留時間為1天應該能夠達到污水處理的要求。隨著處理時間的延長，出水的水質也進一步改善，因此停留時間1天以上可適用于污水的深度處理。
2.3各種濕地植物不同停留時間的去除率
在本實驗中，由于植物的蒸發量較大，出水通常比進水體積小得多，并且不同植物差異較大，出水體積還受到降雨的影響，所以計算污染物質的去除率還考慮到了進出水的體積變化。
圖1各種植物在停留時間為7天，3天和1天時分別對CODcr、TP和TN的去除率
由圖1可見，除了黃花鳶尾，其他植物處理7天的COD與TP的去除率反而比3天的要低，這主要與實驗期間降雨的影響有關，同時也說明黃花鳶尾濕地處理效果受不良天氣的影響相對較小。TN的去除相對COD與TP的去除受降雨的影響相對較小。停留時間為3天時，各種植物人工濕地對COD的去除率均較高，以香蒲、美人蕉與菖蒲相對較高，其余的比較接近。而停留時間為1天時各種植物人工濕地的差異相對較大，以蘆葦人工濕地的去除率最高，其次為香蒲、美人蕉、茭白、菖蒲和燈心草，效果最差的為黃花鳶尾。
由圖1可看出蘆葦人工濕地對TP和TN的去除相對于其它植物比較差，其他植物人工濕地的去除效果均較好，TP的去除尤其以燈心草、黃花鳶尾與美人蕉最好�？傮w上看，對各種污染物去除效果較好的種類有香蒲、美人蕉、茭白、黃花鳶尾和菖蒲，這幾種植物中香蒲、美人蕉、黃花鳶尾和菖蒲還兼具一定的觀賞價值，因此是幾種較好的人工濕地植物。燈心草對TP的去除特別高，但對COD的去除能力較差，考慮到該種植物冬季能夠繼續生長，因此燈心草也是一種值得推薦的濕地植物。蘆葦是目前為止應用得最多的濕地植物，但本實驗中，蘆葦對COD的去除能力比較好，但去除TN和TP的能力比較差，反映出該種植物處理污水效果不是很穩定，Tanner[8]的研究也與本研究結果類似。同時可以參照中國污水處理工程網其他技術文檔。 |
