不同濕地植物對扎染廢水處理效果的研究

更新時間：2010-12-23 09:54 來源：中國給水排水作者: 鄧靖王學剛呂錫武閱讀：3120

摘要：分別以蘆葦、美人蕉、菖蒲和水芹菜為濕地植物來構建垂直潛流人工濕地系統，研究其對扎染廢水的處理效果。結果表明，在相同進水濃度下，蘆葦濕地系統的出水COD平均濃度最低．僅為25．7 mg／L；美人蕉濕地系統的出水氨氮和TN平均濃度最低，分別為0．96和4．25 mg／L；水芹菜濕地系統的出水TP平均濃度最低，僅為O．09 mg／L。綜合考慮可知，蘆葦和關人蕉對扎染廢水的處理能力較強。4種植物對扎染廢水均具有較好的處理效果，濕地出水的各項指標均優于《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918-2002)的一級A標準。

關鍵詞：垂直潛流人工濕地；扎染廢水；水生植物

人工濕地是20世紀7O年代興起的污水處理工藝，主要是利用濕地中基質、濕地植物和微生物之問的相互作用，通過一系列物理、化學及生物途徑來處理污(廢)水，具有建造及運行費用低、維護簡單、處理效果好、適用面廣、對負荷變化的適應能力強等優點 J。在我國，由于中小城鎮眾多、人口密集、資金及技術有限，發展大型污水處理廠有很大困難，故人工濕地技術在我國有著廣闊的應用前景。人工濕地中的植物跟其他所有光合自養有機體一樣，能利用太陽能從空氣中吸收無機物來合成有機物，為異養微生物提供能量，同時還具有分解和轉化有機物及其他物質的能力 j。此外，濕地植物使濕地床表面更加穩固，提供了良好的物理過濾條件，防止冬季濕地表面凍結，同時還為微生物生長提供了巨大的表面支撐，通過光合作用和根系的滲透作用將氧傳輸到根圈基質 J。筆者分別以蘆葦、美人蕉、菖蒲和水芹菜為濕地植物來構建垂直潛流人工濕地中試系統，研究其對各污染物的去除效果及對扎染廢水的適應性。

1 試驗材料與方法

1．1 工藝流程

以大理州巍山縣興巍民族工藝廠的扎染廢水為原水，考慮到該廢水中氮、磷濃度偏低，為了提高生物處理效果，將扎染廠廁所和食堂的污水引入水解調節池與扎染廢水充分混合。所排廢水主要為黑色、藍色或棕色，具有有機物濃度高、色度大、難降解等特點。試驗流程見圖1。

圖1 工藝流程

1．2 試驗裝置

試驗在大理州巍山縣興巍民族工藝廠內進行。垂直潛流人工濕地由磚和水泥砌成，用隔墻分為4 格，從南至北依次種植蘆葦、水芹菜、菖蒲和美人蕉，種植密度均為9株／m 。每塊濕地的平面尺寸均為 3 m X 12 m，有效高度為1 In，池底坡度為2．5％。人工濕地內的基質分為4層：第一層為表層，填充100 mm厚、粒徑為8～16 mm的礫石，其作用是防止砂層表面沖蝕；第二層為過濾層，填充500 mm 厚、粒徑為0．2～6 mm 的無泥粗砂，其作用是進行生化處理；第三層為過渡層，填充100 mm厚、粒徑為4～8 mm的礫石，其作用是防止上層砂粒堵塞下排水層；第四層為排水層，填充300 mm厚、粒徑為8 ～ 16 mm的礫石，其作用是匯集并排出已處理的廢水。濕地底部鋪0．5 mm的PE膜雙面土工布，防止廢水滲透地下。人工濕地構造見圖2。

圖2 垂直潛流人工濕地示意

1．3 原水水質

以跌水接觸氧化池出水為原水，水質見表1。

表1 原水水質

1．4 檢測方法

檢測方法見表2。

表2 檢測項目及方法

2 結果與分析

2．1 對COD的去除效果

4種不同植物的垂直潛流人工濕地系統對COD 的去除效果見圖3。

圖3 4種不同植物濕地對COD的去除效果

從圖3可知，在進水COD濃度相同的情況下，蘆葦人工濕地的出水COD平均濃度最低，僅為25．7 mg／L；水芹菜人工濕地的出水COD平均濃度最高，達到34．3 mg／L。從對COD的去除率來看，4種不同人工濕地系統對COD的去除效果差別較大，美人蕉和菖蒲系統對COD的平均去除率相近，分別為 56．26％和57．08％，蘆葦系統對COD的平均去除率為63．45％，水芹菜系統對COD的平均去除率為 50．36％。不同植物垂直潛流人工濕地的出水COD 濃度曲線的形狀基本與進水的保持一致，去除率也相對穩定，沒有出現較大起伏。

10月16日美人蕉和水芹菜人工濕地系統均出現了出水COD濃度高于進水的現象，原因可能是取樣當天進水COD濃度偏低，前一天吸附在植物根系和土壤表層的有機物隨水流重新釋放而進入水體。

2．2 對氨氮的去除效果

4種不同植物的垂直潛流人工濕地系統對氨氮的去除效果表明，在進水氨氮濃度相同的情況下，美人蕉人工濕地的出水氨氮平均濃度最低，僅為0．96 mg／L；水芹菜人工濕地的出水氨氮平均濃度最高，達到1．5 mg／L。從對氨氮的去除率來看，4種不同植物人工濕地系統對氨氮的去除效果差別較大，蘆葦和菖蒲系統對氨氮的平均去除率相近，分別為 74．73％和74．5％，美人蕉系統對氨氮的平均去除率為79．39％，水芹菜系統對氨氮的平均去除率為 68．9％，這可能是由于美人蕉生長對氮元素的需求量較大所致。4種人工濕地的出水氨氮濃度都較低，且比較穩定，表現出較好的去除氨氮效果。

2．3 對TN的去除效果

4種不同植物的垂直潛流人工濕地系統對TN 的去除效果見圖4。

圖4 4種不同植物濕地對TN的去除效果

從圖4可知，在進水TN濃度相同的情況下，美人蕉人工濕地的出水TN平均濃度最低，僅為4．25 mg／L；菖蒲人工濕地的出水TN平均濃度最高，達到 5．3 mg／L。從對TN的去除率來看，4種不同的人工濕地系統對TN的去除效果差別較大，其中美人蕉和水芹菜濕地系統對TN的去除效果較好，去除率均達到47％以上，蘆葦系統對TN的平均去除率為 41．27％，而菖蒲系統對TN的去除效果相對較差，去除率僅為37．97％。

人工濕地系統對氮的去除主要是通過水生植物吸收、微生物的硝化和反硝化以及氮的揮發等途徑實現的 J。這三個重要過程一般可同時發生在人工濕地中，但發生程度有所不同。微生物的硝化和反硝化作用是人工濕地系統最有效的脫氮途徑，這一過程一般發生在處于厭氧或缺氧條件下的腐質層和濕地土壤中。由于美人蕉的根系較發達，能夠在濕地土壤中形成好氧／缺氧／厭氧的微環境，從而更加利于除氮。

2．4 對TP的去除效果

4種不同植物的垂直潛流人工濕地系統對TP 的去除效果表明，在進水TP濃度相同的情況下，水芹菜人工濕地的出水TP平均濃度最低，僅為0．09 mg／L；菖蒲人工濕地的出水rrP平均濃度最高，達到 0．15 mg／L。

從對TP的去除率來看，4種不同人工濕地系統對TP的去除效果差別較大，蘆葦和美人蕉系統對 TP的平均去除率相近，分別為77．09％和77．25％，水芹菜系統對TP的平均去除率為82．44％，菖蒲系統對TP的平均去除率為72．74％。由于4種植物種植在相同基質中，而水芹菜對TP的去除效果較好，這可能是因為它對磷的吸收較其他3種植物多的緣故。

人工濕地對磷的去除主要是以基質的吸附作用為主，但植物在濕地除磷中也有重要作用。雖然濕地植物本身的攝磷量有限，但其根系及其附近微生物的降解、吸收作用可大大增強濕地基質的攔截吸收功能，整體上改善了對磷的去除效果。有研究表明，不同的植物根系環境和基質組合會產生不同的除磷效果。

3 結論

① 在相同的進水濃度下，蘆葦濕地系統的出水COD平均濃度最低，僅為25．7 mg／L；美人蕉濕地系統的出水氨氮和TN平均濃度最低，分別為 0．96和4．25 mg／L；水芹菜濕地系統的出水TP平均濃度最低，僅為0．09 mg／L。綜合考慮可知，蘆葦和美人蕉對扎染廢水的處理能力較強。

② 在試驗的進水濃度范圍內，蘆葦、美人蕉、菖蒲和水芹菜均生長旺盛，具有較強的除污能力，濕地出水的各項指標均優于《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918-2002)的一級A標準。

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