4种湿生植物对城市生活污水处理的氮磷去除效果

北极星环保网讯:摘要：选取城市生活污水排污口至污水流入汾河的缓冲地带作为研究区域，以生长状况良好、生物量大的4种湿生植物作为研究材料，研究其对城市污水中氮磷的去除效果。试验结果表明，与植物的平均氮磷含量相比，4种湿生植物的总氮及总磷浓度明显偏高，其中总氮浓度尤其突出;经过密集植物群落过滤后的污水样中总氮和总磷浓度与未经过植物群落的污水样中的总氮和总磷浓度相比，有明显的下降趋势，说明所测的植物群落对缓冲地带的污水中总氮、总磷去除效果显著。该试验可为构建汾河流域生态治理污水的设想提供一定的参考依据。

目前国内外对湿生植物净化污水的相关研究较多[1-2]，如蒋跃平[3]等通过构筑复合垂直流人工湿地对杭州17种常见湿生植物的氮磷去除效果进行了研究;Chris[4]对投配污水流经种植灯芯草植物群落的湿地与流经未种植植物的湿地出水水中的总氮、总磷浓度进行了比较研究;蔡佩英[5]等对福建地区常见的7种湿生植物去除生活污水中总氮、总磷的效果差异进行了试验研究。综上可见，湿地植物在净化污水中起着非常重要的作用，但不同植物对污水中的氮磷去除贡献率却不尽相同，因而在不同地区选择适合本地区的最佳湿生植物对去除污水氮磷显得尤为重要。目前针对汾河临汾段流域植物去除城市生活污水中总氮、总磷的研究尚未见报道，本试验拟通过对临汾汾河沿线区域进行调查，并选取典型区域内的植物优势种作为试验材料，研究其对城市生活污水中总氮、总磷的同化吸收能力，从而筛选出抗污去污能力强的湿生植物，为临汾汾河沿岸村镇生活污水净化提供一定的参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计  在排污口至汾河河道这一缓冲地带，研究湿生植物净化污水中的氮磷效果，构建经济湿生植物群落防护网，并对湿生植物进行梯度开发，取得生态经济综合效益。笔者对区域的湿生植物群落进行了调查，并选取4种优势种作为室内实验材料，分析其对污水中总氮和总磷的去除效果(图1)。

1.2 试验操作

1.2.1 设置对照组  (1)在排污口处设置分流：在污水自然分流的基础上，借用其地理环境对试验区域进行适当处理，使污水分流：一处污水分别流经试验区域设定的4种密集的植物群落，记为污水点A;而另一部分则没有或很少流经植物，记为对照点B(2部分水流不接触，并进行人为干预保证污水流经湿地系统试验时间)。(2)植物对照组：①测定所采集植物样品不同处理的TN、TP含量。②测定与采集植物样品相同的植物在自来水水培状况下不同处理的TN、TP含量，形成对照组。③植物水培：在容积为10L的圆形塑料桶中分别装有6L采自汾河尧都区段河水，将供试植物移栽至以3kg细沙为基质的水桶中，固定植株，进行水培。试验共设4个处理，每个处理设3个重复，共计12个水桶。放置：应保证其采光、通风条件一致。

水培用水水质状况：pH值为8.1～8.4，TN为0.84～1.57mg/L，TP为0.04～0.14mg/L。

1.2.2 试验样品采集  (1)采集水样：每次采集分时段进行：在上午10时和下午3时分别在污水点A和对照点B的排污口附近和其相对应的出水口处进行多次平行采样(分别对其进行编号)。(2)采集植物样：采用样方法进行植物采集。在排污口附近至入河口处这一段距离由近及远设置X1、X2、X3、X4共4个5m×5m的样方，在上述4个样方内对优势种进行采集(分类标号)。

1.3 试验材料 通过在汾河临汾段内选取侯马、襄汾、尧都区、洪洞、霍州五地十余处选点调查发现羊蹄酸模(Rumex  japonicus)、风花菜(Rorippapalustris(Loyss.)Bess.)、蒲草(Typha angustifolia  L.)、水葱(Scirpus  validus)这4种植物群落分布广泛，分布密集，且这4种植物种群生物量大、长势良好。在试验区域按照试验方案对其它植物进行了清理。

1.4 试验方法  植物地上部和地下部的总磷和总氮含量分别采用钼锑抗分光光度法和半微量蒸馏法;污水样中的总磷和总氮含量分别采用半微量法和钼酸铵抗分光光度法。

2 结果与分析

2.1 4种湿生植物对污水中氮的去除效果  由表1可知，所测植物样品的TN平均含量明显高于水培状况下植物的TN平均含量，其中水葱差异最为明显，所测样品地上部分和地下部分的TN平均含量分别是水培状况下植物TN平均含量的3.40倍和2.65倍，地上部分和地下部分差异倍数均为最大。地上部分TN含量差异倍数由大到小依次为水葱>羊蹄酸模>风花菜>蒲草;地下部分TN含量差异由大到小依次为水葱>风花菜>蒲草>羊蹄酸模。从所测植物样品的TN平均含量来看，羊蹄酸模的地上部分TN平均含量最高，为76.74g/kg;蒲草最低，为46.71g/kg。所测湿生植物的地上部分TN含量由高到低依次为羊蹄酸模>风花菜>水葱>蒲草。

风花菜的地下部分TN平均含量最高，为59.13g/kg;蒲草最低，为37.92g/kg。地下部分TN含量由高到低依次为风花菜>羊蹄酸模>水葱>蒲草。所测植物样品TN平均含量倍数差异大小排序与其具体含量差异大小排序存在明显差异，主要是与其生物量大小及其植物群落的分布密度相关。数据显示所测的4种湿生植物的地上部分与地下部分的氮比值均大于1，表明氮可以从根系向茎叶转移，说明植物可以吸收转化水中部分氮含量，这与阳承胜[8]等人研究的水生植物N的积累规律相符合。

湿生植物在湿地系统污水净化过程中起主导作用，降低污水中氮的浓度，达到净化污水的目的[8]。如表2所示，通过数据分析比较得出，污水中TN含量明显降低，综合去除率达到43.80%，底部基质去除率达到9.13%，差值达34.67%。说明湿生植物群落对污水中氮的去除效果明显，自然状态下对污水中TN的去除率达34.67%。

2.2 4种湿生植物对污水中磷的去除效果  由表3可知，所测植物样品中的TP平均含量明显高于水培状况下植物的TP平均含量，其中地上部分的植物样品TP平均含量蒲草倍数差异最大，为2.37倍，按差异倍数大小排序依次为蒲草>风花菜>羊蹄酸模>水葱;地下部分的TP平均含量差异倍数最大的是蒲草，为1.82倍，所测植物样本TP平均含量差异倍数由大到小依次为蒲草>羊蹄酸模>风花菜>水葱。从所测植物样品的TP平均含量来看，羊蹄酸模的地上部分TP含量最高，为1.23mg/L;风花菜最低，为0.97mg/L。所测湿生植物的地上部分TP含量由高到低依次为羊蹄酸模>水葱>蒲草>风花菜。

羊蹄酸模的地下部分TP含量最高，为1.09mg/L;风花菜最低，为0.62mg/L，地下部分TP含量由高到低依次为羊蹄酸模>蒲草>水葱>风花菜。所测植物样品TP平均含量倍数差异大小排序与其具体含量差异大小排序较为接近，说明与该区域的水环境相关。实验所测湿生植物的地上部分与地下部分的磷比值均大于1，表明磷能从根系向茎叶转移，说明植物可以吸收转化水中部分P含量，这与阳承胜[8]等人研究的水生植物P的积累规律相符合。

污水中磷的去除，一种是以磷酸盐沉淀并通过基质的吸附作用去除，另一种是可给性磷被植物吸收转化利用，从而达到对水环境中脱磷的效果[10]。如表4所示，经过湿生植物群落过滤后，污水中的磷含量下降了8.94%;同时可以通过数据得出，与氮含量的去除不同的是，通过沉淀和底质吸附作用去除磷的作用较明显，这一结果可能同湿地系统的基质或水环境以及污水流的停滞时间影响相关。

3 结论与讨论

(1)经检测，所测湿生植物的TN、TP含量明显高于水培状况下所生长的植物;且测得在湿地系统出水口处经过植物群落的水样中的TN、TP含量比未经植物群落过滤的水样中的TN和TP含量明显偏低，其中水葱和羊蹄酸模对氮的去除贡献最为突出。

(2)该调查区域内的主要污染物中氮含量远远大于磷含量，其中植物中氮含量明显处于高位状态，所测污水水样中氮浓度高而磷浓度相对较低，说明这与该区域的水环境相关。通过数据分析，所测湿生植物的地上部分氮磷浓度明显高于地下部分，说明所测湿生植物在该水域环境中茎叶对氮磷的吸收要好于根部的吸收。

(3)在今后的研究中，应侧重研究所测植物在不同水质、水流停滞时间长短以及湿地系统的不同基质条件下对污水的脱氮除磷效果，以明确所测湿生植物的去污抗污特性，提升湿地处理系统的去除氮磷效率。

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