风车草对生活污水的净化效果及其在人工湿地的应用.pdf

书书书应用与环境生物学报!#，!（$）：$%&$%(!#$%&()$*#+,$-#,(./001 2334546789#)%)*!风车草对生活污水的净化效果及其在人工湿地的应用!靖元孝!陈兆平!杨丹菁%（华南师范大学生物系!广州!*%#$+%；%广州市环境保护科学研究所!广州!*%#$#）摘!要!研究了风车草（!#$%&()*$%+,-.),&）的生长特性和对生活污水的净化效果,风车草全年保持生长，即使在冬天仍能维持一定的生长速率,风车草在生活污水中培养%#-后，污水中./、.0、123 和 423 的去除率分别达到 5%6、56、(#6和(+6，其中风车草对/、0 的吸收量分别占净化量的*6 和*+6,种植风车草的潜流型人工湿地对./、.0、123 和 423 的去除率分别为$&6、&(6、(&6和(&6，与不种植物的人工湿地相比，./、.0、123 和 423 的去除率分别提高了 76、%56、%&6和%+6,图 表+参%关键词!风车草；生活污水；潜流型人工湿地；去除率#$8*95&5,(%&,+%&()*(+,-)(-+*.)!:;)?)/=0/.0.1-2/(2-34,-4+0(/2 4%#(4/(.+(+.+2/&/-0 3-/#4+0!:;/?AB?C!，1DE/FG?CHBI J=K/3?LBI%（/$#(%*0$+*.-1,.).2，3.&*4!4,+(5.%0()6+,7$%,*，?IMGC!*%#$+%，1GB?）（%8&(+294.&:+*,*&*$.-;+7,%.+0$+*()%.*$=*,.+，?IMGC!*%#$#，1GB?）456789:7$NBTUBI RTTBQBRQU CT!#$%&()*$%+,-.),&PC-CVRSPBQ SRO?IR ORNRSP-BR-,!()*$%+,-.),&QCW-INCO PGNCIGCP?UR?N?-XRRH QRNP?B INCOPG N?PR RYR B PGR OBPRN,KTPRN!()*$%+,-.),&ORNR QWPBY?PR-B-CVRSPBQ SRO?IR TCN%#-，PGR NRVCY?W N?PRS CT./，.0，123?-423ORNR 5%6，56，(#6?-(+6，NRSHRQPBYRWU；OGBWR PGR?VCPS CT HP?XR PC./?-.0 ZU HW?P?QQC)PR-TCN*6?-*+6 CT PGR HNBTBQ?PBC?VCPS，NRSHRQPBYRWU,.GR NRVCY?W N?PRS CT./，.0，123?-423B PGR SZSNT?QR TWCO QCSPNQPR-ORPW?-OBPG!()*$%+,-.),&ORNR$&6，&(6，(&6?-(&6，NRSHRQ)PBYRWU；QCVH?NR-OBPG HW?PR-SUSPRV，PGR NRVCY?W N?PRS CT./，.0，123?-423 N?BSR-76，%56，%&6?-%+6，NRSHRQPBYRWU,BI，.?Z+，RT%;?86$!#$%&()*$%+,-.),&；-CVRSPBQ SRO?IR；SZSNT?QR TWCO QCSPNQPR-ORPW?-；NRVCY?W N?PR#$8*95&5,(%&,+!人工湿地系统的应用始于#世纪(#年代初期，%5(年，德国学者 BQXPG 提出“根区法”，推动了对人工湿地处理污水的试验研究,%55#年，华南环境科学研究所与深圳东深供水局在深圳白泥坑建立试验基地，开展人工湿地处理污水研究工作,近年来，国内外关于芦苇（HHCNPR-ZU PGR 0NCYBQB?W C-?PBC CT RU 3BSQBHWBR?-PGR 0NCYB)QB?W/?PN?W QBRQR C-?PBC CT E-Q?PBC?W 3RH?NPVRP CT?I)-CI，1GB?!通讯作者!1CNNRSHC-BI?PGCN风车草（!()*$%+,-.),&）属莎草科，原产非洲，我国南北各地均有栽培，一般用作观赏植物，亦可生于沼泽地或长期积水处5,近年来，国外学者的研究证明，风车草有很强的吸收污染物能力，并成功应用于人工湿地%#%,但在国内，有关风车草对生活污水的净化作用及其在人工湿地应用方面研究未见报道,本研究在了解风车草的生长及分蘖状况的基础上，对该植物净化生活污水及其在潜流型人工湿地的应用进行了报道,%!材料与方法%,%!风车草生长及分蘖测定风车草由华南师范大学生物系固氮中心提供，盆栽后置于水池中，地上部分淹水+#QV 左右，每隔%*!记录分蘖及株高情况，实验从#年$月至#$年%月&$&水培条件下风车草对生活污水净化能力试验$&$试验设计 将风车草移栽到薄膜大棚下的塑料桶中进行无土栽培，每个塑料桶中装有(#)生活污水，将鲜重为*#+的风车草放入水中培养&实验共设两种处理：有风车草的实验组，不种植物的对照组，每个处理均设*个重复，在#$年,-*月进行，日平均气温在#.以上&$&水质指标测定总氮、总磷、/01*及 201含量测定：用碱性过硫酸钾氧化法测定水中总氮，钼3 锑 3 抗法测定水中总磷，用常规方法测定/01*，重铬酸钾法测定 201&$&(植株体内 4、5 含量测定 将植株用清水洗干净，然后放入烘箱内 6*.烘,7，直至恒重&4、5含量测量参照$&$&(潜流型人工湿地污水处理系统设计$&(&$潜流型人工湿地构造 处理系统由水池改造而成，处理区长$(#89、宽:,89、高*#89&下部填充粒径,-%99 碎石层,89，上部再铺厚%89 的细砂&风车草种于床的表层，株密度约为$#9，每株$#个分蘖，每株鲜重生物量为6*#+&按水面线计总体积为,:)，总间隙水体积约为$;)&另设不种植物的处理系统作为对照，系统连续进水，研究其在动态条件下对污水的净化能力&$&(&运行条件 实验在#$年,-%月期间进行，月平均气温在#.以上&实验用污水来自本校行政学院生活污水，污水 201 约为,9+)、/01*约为$(#9+)、总氮$*9+)、总磷(9+)，进水量(#)+（!79）&$&(&(取样与分析风车草人工湿地运行$9?稳定后，分别采集进水和出水水样，每隔,!采水样$次，共采集 6 次，水样分析参见$&结果及分析&$风车草生长及分蘖由于大部分水生植物在冬季基本停止生长，因此利用水生植物来进行污水处理时，冬季效果普遍较差，本试验选择包括冬季在内的#年$月至#$年*月的 6 个月（其中，#年$月至#$年 月，月平均气温在#.以下）进行实验，研究风车草的生长及分蘖状况&$&$风车草分蘖状况由图$可以看出，从#年$月至#$年*月，分蘖数呈稳步增长，分蘖从实验开始的(&*个，经过%9?的生长增至 66个，增长#多倍&如果以$月后新增分蘖数占增加前分蘖数的百分比来表示分蘖数月净增长率的话，在#年$月至#$年 月，虽然月平均气温在#.以下，仍保持一定的月净增长率（在,#-%*），随着气温的升高，(月份月净增长率达:*，,月份为$#，而在*月份月净增长率降为*&*月份月净增长率降低一方面是由于,月份分蘖月净增长率高达$#，且分蘖数达到*#个，可能已达到增长上限，另一方面本实验在盆中进行，生长空间有限&时间=A9B图$风车草分蘖月变化CA+$D?EF7GH 87IE+BJ?K!#$%&()*+$),-FAGGBLJ&$&风车草株高变化情况 由图 可以看出，风车草从#$年$月至#$年*月株高变化情况与分蘖数变化情况基本相同，株高从实验开始的:89，经过*个月的生长变为%:89，增长 倍多&株高月净增长率在#$年$月至 月，虽然月平均气温在#.以下，仍保持一定的月净增长率（在$-$%），随着气温的升高，(、,月份月净增长率增至:和;，而在*月份月净增长率降为$*，这主要是因为,月份株高达*;89，已基本达到株高生长上限&本实验同时对茳芏（!.#$#/&(-)-）、茭白（0)1#2()#$#%)*+$)#）和菖蒲（3/+,-/#$#.,-）等水生植物的生长状况进行了研究，结果表明，它们在冬季基本停止生长&本工作是通过盆栽进行研究，由于盆子空间所限只进行了半年实验，但从资料记载可知，风车草在华南地区%-$#月均能保持快速生长，因此从风车草分蘖和株高变化情况来看，该植物全年可保持生长，这一结果与 4BLIGGI$结果相一致&*$%期靖元孝等：风车草对生活污水的净化效果及其在人工湿地的应用 时间!#$图%&风车草株高月变化(%&)*+,-./0-1+($2*3!#$%&()*+$),-$(-,%4%&水培条件下风车草对污水的净化作用%4%4 5&水培条件下风车草对生活污水的净化效果&表5 结果表明，培养56 7后，风车草对!8、!9、:;和=;?，A，%6 和%，其中植物对!8、!9 的净化作用尤为明显4%4%4%&风车草对污水中!8、!9 的吸收效果&表%结果表明，培养 56 7 后，风车草将一部分 8、9 吸收到体内，体内 8、9 含量明显升高，同时风车草的生物量也有明显的增加，每桶由培养前 566(干重增至培养后的 56%(干重，每桶风车草净吸收 8、9 含量分别为%B#(和 CC#(，分别占 8 总净化量（C56#(）、9 总净化量（D%#(）的 BB和 B4 这一方面表明风车草对 8、9 有较强的吸收作用，另一方面也表明吸收量仅占净化量的一部分4 这是因为在植物净化系统中，除了植物根系的吸收作用外，净化效果还与系统的微生物活动密切相关，它包括根际周围的微生物和微型动物的净化作用以及根系的吸附作用等4 此外，8、9化合物本身的降解、沉淀、挥发等都能降低自身的浓度，而这些反应在有植物存在时会变得更剧烈4表 5&风车草对生活污水的净化能力!1E 5&!-$FGH3/+(1E.,/*3!#$%&()*+$),-,*7*#$2,0 2$I1($组别JH*GF培养前浓度K+,1.0*+0$+,H1,*+（!L#(MN5）培养后浓度（.OB）+1.0*+0$+,H1,*+（!L#(MN5）去除率P$#*Q1.H1,$（L）!9!8:;=;!9!8:;=;!9!8:;=;5B%B65C64%C54 CACT?%?5A6A对照组:*+,H*.5B%B65C54 BA4%5%BTTBBB%B6B5表%&污水培养后风车草植株体内 8、9 浓度及吸收量!1E%&:*+0$+,H1,*+1+7 GF,1U$*3 8，9+!#$%&()*+$),-13,$H 0G.,Q1,*+/54TCCCB&!吸收量为 8、9 的浓度与每桶植株干重的乘积&WF,1U$O 0*+0$+,H1,*+（8*H 9）Y（F.1+,7H/I$(-,F$H,GE）表&人工湿地系统!8、!9、:;及=;&P$#*Q1.H1,*3!8，!9，:;1+7=;+,-$0*+2,HG0,$7 I$,.1+7 2/2,$#检测次数!#$2进水浓度K+3.G$+,0*+0$+,H1,*+（!L#(MN5）出水浓度R33.G$+,0*+0$+,H1,*+（!L#(MN5）风车草系统:*+2,HG0,$7 I$,.1+7I,-!#$%&()*+$),-无植物系统:*+2,HG0,$7 I$,.1+7I,-*G,F.1+,去除率P$#*Q1.H1,$（L）风车草系统:*+2,HG0,$7 I$,.1+7I,-!#$%&()*+$),-无植物系统:*+2,HG0,$7 I$,.1+7I,-*G,F.1+,!8!9:;=;!8!9:;=;!8!9:;=;!8!9:;=;!8!9:;=;45%B64T 5%4BB454TTA4%4A?4D%4%?4%B54 TB4%CA4 BA4%AB4 B4%D4 CT64 CT54%5C4%4?%64B 5%D4B4C54BTB4AB4?45%4 5D?4%CD4 CT%4 CD4%A54 BA%4 BB4?%A4 DT54%T%4 5T4 C4C%T64B 54AB4%54?TC4T4T564B%4 C?B4?CD4 DTD4 CB4 AAB4%AC4?T4 5%D4?T4%T4 BC5%4 B%4A%564%5%64TC4T54BBB4A%4D4554?D%4%CT4 5T4 BCT4%A4 BA4%B4 B%D4 AT64?T54 DB54 B45%C64 5645B454AT54C4%D4D%4?C4?C?T64 TCC4 AAC4 BA4 AC4 D%T4?T64 BT%4 T5C4 D4%BC4%5%4?B4554TT54B54T?4?%4 C556B4 CTB4 CD4?AB4 DAT4%4%T4 5BT4?B?4 DA5B4 T4%BD4 54%T454DA64?4T?4?%4 C56TBT4 BB?4 ACC4?A%4 DA64 T4 C%A4 BBD4?BA4 T平均)$1+5C4 T45%C4B 564BB454AT4AC4%?4C%4%?T4 DB64 BT4 TCT4 TA4 DA4 AB4%A4 DT64 T54%T5T&应 用 与 环 境 生 物 学 报&!#$%&()$*#+,$-#,(&D 卷!#$人工湿地系统的净化效果$人工湿地运行%&后，于!(%年)*+月开始测定进、出水各污染物浓度，然后计算去除率表#结果表明，种风车草的人工湿地对污水中,-、,.、/01 和 201 的去除率分别为+#+3、)+3、4#53和4#43，与未种植物的人工湿地相比,-、,.、/01 和 201 的去除率分别提高!5#3、%5 53、%#63和%!63，统计分析结果表明两系统对污水的净化率差异极显著（!7(%）风车草人工湿地系统的污染物负荷为,-：)%#89:（;&!）、,.：(5#89:（;&!）、2016：#+89:（;&!）和/01：+4 89:（;?1（曹向东），A9 2B（王宝贞），CA DC（蓝云兰），CEF GC（刘鸿亮）HI&JK L AEMN9IA A;OPONFP EA MA;S&TEAI;PUPMI&#$%&()*&+,(（环境科学研究），!(，()（!）：%6*%=!$BA9 VD（张甲耀），?E WC（夏盛林），XEF YZ（邱克明），?EA9 Y（熊凯）-EMN9IA NI&JK TU PFTPFNLSI LKR SAQPMNFSMI;RIMKA;P RPMIRMIN MNIM&IAM PUPMI&A;AEMN9IAMNAPLN&MEA TSMINE-,./+,(0(),12$.（环境科学学报），%=，(*（#）：#!#*#!4#$/FE CG（崔理华），BA9 CZ（汤连茂），WFA XC（孙庆亮），CE?（李国学），2E D（白瑛），BA9B?（张祖锡）/&TEAEA9 NMELESEK PEK LEKMIN A;FMES OKAMLN MNIMEA9&FAESEOK PIR9I 03(&%&()*&+,(（中国环境科学），!(，+,（6）：)#!*)#6)$XF?H（曲向荣），VE GD（贾宏宇），BA9 GH（张海荣），CE?B（李秀珍），CE.V（李培军）.NIKE&EANU PMF;U A OFNEQLESMEA L NII;RIMKA;LN AFMNEIAMP LN&KA;PFNSIP 03(&4-556%,*6（应用生态学报），!(，(（!）：!4(*!4!6$F B2（吴振斌），HIA Z?（任明迅），F.（付贵萍），GI（贺锋），.NIPPK ,I EALKFIASI L FKES SNSMINEPMESPA RPMIRMIN OFNELUEA9 ILLESEIASU EA JINMESK LKR SAPMNFSMI;RIMKA;P%&()*&+,(（环境科学），!(%，+（6）：)6*)=+$?F Y，YM,_JKFMEA L RMIN OFNELESMEA LFASMEA L NMEQLESEK NII;LEIK;RIMKA;ISPUPMI&P SNIMI;A;NI;9I;PI;EQ&IAMP 4 7/.#)7/$.#，%=，-(（+）：6()*6%!4$/OIN.，NIIA Z2 HII;TI;MNIM&IAM PUPMI&P LN PIRQ9I MNIM&IAM EA MA VG，;IK B，BA,.SSF&FQKMEA L MNSI IKI&IAMP TU RIMKA;OKAMP aaa：FOM8I A;SQSF&FKMEA L MIA MNSI IKI&IAMP TU MRIKJI OKAM 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