研究：生活污水植物净化系统-北极星水处理网

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近年来,国内外研究水生植物对改变河流、湖泊及生活污水水质贡献的学者越来越多,通过利用植物修复水体逐渐成为治理污染水体的一个研究热点。选择具有较高净化效果和经济价值的植物,可以有效去除水体中的污染物,改善区域水体环境,帮助恢复退化的水生生态体系。目前,很多学者对一些花卉植物如吊兰、美人蕉等都做了大量的研究,有了较为完善的研究成果和体系,但是对于一些不易引人注意的野生植物研究则较少。

本实验选用2 种绵阳本地野生植物北水苦荬( Veronica anagallis-aquatica L. ) 和巴天酸模( Rumexpatientia Linn. )进行生活污水净化研究,这2 种植物来源丰富、对气候适应性强,目前在该领域相关研究较少,采用本地野生植物处理污水对于环境保护也具有重要价值。本实验系统即模拟小型人工湿地系统,研究北水苦荬和巴天酸模2 种野生植物用于人工湿地的可行性及对污水的净化能力,实验在植物选择上具有一定的创新性,对今后人工湿地污水处理中新型植物的开发具有一定的实用意义。

1材料与方法

1. 1植物

北水苦荬,又名仙桃草,多年生草本挺水野生植物,广泛分布于长江以北以及西南部丘陵区域。

巴天酸模,又名牛舌头棵,多年生草本挺水野生植物,喜湿润的环境,广泛分布于我国四川、云南及西藏等大西南区域[13-14] ;实验所用北水苦荬取自涪江绵阳段(北纬N31°30′58. 30″,东经E104°43′12. 43″),巴天酸模取自绵阳青义任家沟(北纬N31°34′14. 16″,东经E104°40′3. 57″)。

1. 2材料装置

实验装置于2015 年8 月建成,地点位于某大学污水处理厂一大棚内,实验期间气温约为(25 ± 5)℃ ,湿度为65% ~ 85% 。实验根据平行对照原则,共设计2 组平行实验,每组包含3 个砾石基质净化系统,分别为北水苦荬组(BS)、巴天酸模组(BT)和空白对照组(DZ)。实验系统采用塑料无土栽培箱制成,每个栽培箱长、宽、高分别为0. 75 m × 0. 54 m ×0. 42 m,采用8 ~ 20 mm 的砾石基质进行填充,并在上面栽种植物,作为污水处理的主要构筑物。其中,BS1 和BS2 上栽种北水苦荬,BT1 和BT2 上栽种巴天酸模,DZ1 和DZ2 为对照组,不栽种植物。系统顶端设有集中配水箱,用于初虑污水和向各湿地单元中进水。污水由系统侧壁下端进水口连续流入,从系统另一侧壁上端出水口连续流出。实验装置如图1所示。

1. 3实验方法

选取驯化好的北水苦荬和巴天酸模各16 株,分别移栽至BT1 、BT2 和BS1 、BS2 中,每组系统各栽种8株,对照组DZ1 、DZ2 不栽种植物。为保证种植植株的适应和存活,同时结合前期实验研究和相关计算结果,在植物栽种后,选择该系统在水力负荷为0. 216 m3 ˙(m2 ˙d) ^{- 1} 的条件下连续运行1 周进行植株适应性驯化,待系统中植物成活并生长稳定后,再连续运行30 d,期间每间隔2 d 采样一次,分析各组系统污水中COD、NH₃ -N、TN 和TP 的去除效果。实验过程中水的蒸发作用损失水量通过补充蒸馏水以保持体积不变,将大棚两侧塑料膜卷起以保证光照充足和整个大棚的空气流通,尽量避免实验环境与外界环境差异过大。

1. 4水质与分析方法

实验所用原水为该污水处理厂细格栅出水,pH 为6 ~ 8,COD 为220 ~ 450 mg˙L -¹ ,NH₃ -N、TN、TP 的质量浓度分别为25 ~ 55、30 ~ 65、1. 5 ~ 4. 0 mg˙L ^{- 1} 。污水中各指标的分析方法为:COD 采用快速密封催化消解法(HZ-HJ-SZ-0108),NH3 -N 含量采用纳氏比色法(GB 7479-1987),TN 含量采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法(GB 11894-1989),TP 含量采用钼酸铵分光光度法(GB 11893-1989)。

2结果与讨论

2. 1COD 净化效果

实验系统稳定运行后,各组系统对污水中COD 的去除效果如图2 所示。

由图2 可以看出,在整个实验周期内,系统进水COD 浓度均值为234. 2 mg˙L ^{- 1} ,空白对照组、北水苦荬组和巴天酸模组出水COD 浓度均值分别为112. 4、103. 9、102. 1 mg˙L^{- 1},平均去除率分别为52. 1% 、55. 8% 、56. 6% 。3 组实验系统COD 去除率整体趋势均是前期较为平稳,中期上升,后期下降,且COD 去除率均在实验中后期达到了最大值,最终北水苦荬组和巴天酸模组COD 平均去除率优于空白组5%左右。

在一般湿地系统中,COD 的去除主要依靠基质填料的吸附、滤料表面微生物的降解、有机污染物自身沉降以及植物吸收降解作用等。实验前期植物生长缓慢,系统对COD 的去除主要依靠砾石基质的吸附、拦截作用;实验中期由于植物快速生长,植物根系和砾石周围形成大量生物膜使得COD 的去除率明显提高;实验后期由于植物生长变慢,基质逐渐饱和等,COD 去除率逐渐下降。