香根草人工湿地处理生活污水的试验研究

蒋 敏 秦普丰 雷 鸣 徐志霖

（湖南农业大学资源环境学院，长沙 410128）

人工湿地是人为地模拟天然湿地而建造的可控生态系统；是在某些方面得到了强化的去污型湿地；是基质—植物—微生物的有机结合；是通过物理、化学、生物作用对污水进行处理的生态系统[1,2]。

无论是在天然湿地还是在人工湿地中，植物都是湿地系统中最为重要的生物种群之一，湿地植物在湿地生态系统中的作用主要表现在：1.在植物的生长过程中，发达的根系吸收污水中的各类营养盐，并且对重金属等有富集作用，是出水水质的有效保证；2.纵横交错的根系是各类微生物的栖居的最佳场所，是微生物降解污染物的良好载体；3.植物加强了土壤的蓄水能力，延长了水体中的污染物与去污主体的接触时间，增加了湿地的除污能力；4.许多湿地植物自身还具有良好的观赏价值和经济价值，可以美化环境和创造效益[3-5]。

本试验通过建立香根草人工湿地模拟系统，研究香根草人工湿地处理生活污水的效果和系统的耐污能力，为香根草人工湿地应用于生活污水的处理，提供了参考和指导。

1.试验部分

1.1 仪器和试剂

仪器和设备：微波消解COD测定仪（MS-3型，广州华宙环境科技发展有限公司）、电热恒温鼓风干燥箱（DHG-9140A型，上海精宏实验设备有限公司）、手提式压力蒸汽灭菌锅（YMSI-280型，宁波市镇海金鑫医疗器械有限公司）、可见光分光光度计（721E型，上海光谱仪器有限公司制造）、紫外光分光光度计。

药品和试剂：重铬酸钾（优级纯）、磷酸二氢钾（优级纯）、硝酸钾（优级纯）、盐酸、20%氢氧化钠溶液、硫酸亚铁铵标准溶液、试亚铁灵指示剂、硫酸银-硫酸催化剂、碱性过硫酸钾溶液、抗坏血酸、钼酸盐溶液。

1.2 试验设计

1.2.1 床体的尺寸

床体内侧长150cm，宽40cm，深50cm，进水区和出水区长各为10cm，用日光灯提供光照，灯管的长度为 120cm。

1.2.2 植物的栽种和填料的选择

试验把人工湿地的处理区分为4段，每个区段栽种3株香根草（每株3～5棵不等）。配水区和集水区的填料采用60～100mm粒径的砾石，两个区的高度均为45～48mm。处理区填料底层为60～100mm的砾石，厚5cm；中层为煤渣和土壤（5:1）的混合物，厚度为30cm；表层为粉煤灰和土壤（1:5）的混合物，厚度10～15cm，见图1。

图1 人工湿地处理系统示意图

1.2.3 试验方法和研究内容

污水采集自学校生活污水排污沟，水力负荷控制在16～25mL/min，水力停留时间为6h，试验过程中，测定的指标为进水出水的COD、TP和TN，测定方法分别为重铬酸钾密封消解法、钼锑抗分光光度法和紫外分光光度法[6]。

2.结果与讨论

通过对植物生长状况的观察和对污水各种指标的测定，确定湿地系统的处理效果和植物的耐污性。

2.1 COD的去除效果及分析

在连续进水的情况下，定时检测进水和出水的COD，结果见表1，在进水浓度有小幅度增加的情况下，出水COD浓度呈现明显下降的趋势。这是因为湿地运行之初，生物群落尚未成型，其降解作用还不明显，废水COD的去除率主要靠基质的过滤截留作用，并且污物在基质中的连续积累会降低基质的透水性，加强基质的过滤截留作用，使得出现上述现象。

表1 香根草人工湿地系统对COD的去除率

2.2 TP的去除效果及分析

系统对TP的去除效果如表2所示，进水浓度为1.82mg/L时，去除率为93.96%；进水浓度为1.95mg/L时，去除率为82.56%；进水浓度为1.67mg/L时，去除率为89.8%；湿地对总磷的去除效果比较稳定，基本维持在85%左右，随进水浓度的变化没有明显的相关性，因为湿地运行之初，生物除磷能力有限，主要依靠煤渣和粉煤的物理吸附和化学作用来去除污水中的磷，煤渣、粉煤灰遇水后呈现弱碱性，可以强化除磷效果。

表2 香根草人工湿地系统对TP的去除率

2.3 TN的去除效果及分析

进水水质在19.74～27.43mg/L之间波动的情况下，TN的去除效果在70%左右，见表3。香根草在栽种后生长速度快，无叶片枯黄现象，表明香根草生长所需的氮素充足，植物可以吸收利用污水中各种形态的氮，尤其是无机氮作为营养源来合成自身生长需要的蛋白质，可见香根草的生长起到了良好的脱氮作用。另外，根据检测该湿地系统内部的溶解氧浓度和温度，都很适合反硝化细菌对氮的作用。

表3 香根草人工湿地系统对TN的去除率

2.4 香根草人工湿地系统的耐污性

为了研究香根草湿地系统的耐污性，在湿地运行稳定后，试验设定了四个不同浓度的进水，分别考察香根草的生长情况和系统的耐污性，见表4。

表4 人工湿地的四个不同进水浓度

观察香根草的生长情况，发现在不同污染负荷下，各植物长势良好，每分蘖达到15～20个，根系发育较快，有的植株甚至长出了新苗，由此说明香根草具有很好的耐污性。

随着污染负荷的升高，COD、TP和TN的去除效果出现了不同规律，COD在进水浓度为369.6mg/L时，去除效果最好，达到了70%左右，TP和TN的去除效率则随着污染负荷的增大而变小，但去除效果仍比较理想，表明系统在上述水质条件下耐污能力良好，见图2。

图2 进水浓度对去除率的影响

3.结论

（1）在水力停留时间为6h时，香根草人工湿地对低浓度生活污水的TP去除率较高，达到了82.6～94.0%，对COD和TN的去除效率一般，分别为52.1～74.9%和69.1～75.7%。因此实际运行过程中香根草人工湿地可作为一级湿地处理，其后可设计二级和三级人工湿地处理以达到排放标准。

（2）人工湿地系统的试验性研究选在室外进行，是试验数据实用性的有效保证，另外，适当提高出水口高度，可以减少水力负荷过大时基质的流失。

（3）湿地运行之初，对污染物尤其是COD的去除主要依靠吸附截留和化学沉淀，生物去除效果不明显，因此刚开始调试的时候，进水负荷不宜过高。

（4）根据所处理的污水水质特征，合理选择人工湿地基质、湿地植物以及植物的栽种密度，不但能提高湿地出水水质，还能降低湿地投资成本。

[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）：5-10.

[2] 王宝贞，王琳.水污染治理新技术[M].北京：科学出版社，2004.

[3] 应俊辉.利用人工湿地处理农村生活污水的研究[J].安徽农业科学，2007，35（4）：1104-1105.

[4] 沈耀良，王宝贞.人工湿地系统的除污机理[J].江苏环境科技，1997，1（3）：1-5.

[5] 卢少勇，金相灿，余刚等.人工湿地的氮去除机理[J].生态学报，2006，26（8）：2670-2677.

[6] 国家环境保护总局.水和废水监测分析方法（第四版）[M].北京：中国环境科学出版社，2002.