不同湿地植物对扎染废水处理效果的研究
摘要： 分别以芦苇、美人蕉、菖蒲和水芹菜为湿地植物来构建垂直潜流人工湿地系统，研究 其对扎染废水的处理效果。结果表明，在相同进水浓度下，芦苇湿地系统的出水COD平均浓度最 低．仅为25．7 mg／L；美人蕉湿地系统的出水氨氮和TN平均浓度最低，分别为0．96和4．25 mg／L； 水芹菜湿地系统的出水TP平均浓度最低，仅为O．09 mg／L。综合考虑可知，芦苇和关人蕉对扎染 废水的处理能力较强。4种植物对扎染废水均具有较好的处理效果，湿地出水的各项指标均优于 《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)的一级A标准。
关键词： 垂直潜流人工湿地； 扎染废水； 水生植物
人工湿地是20世纪7O年代兴起的污水处理工 艺，主要是利用湿地中基质、湿地植物和微生物之问 的相互作用，通过一系列物理、化学及生物途径来处 理污(废)水，具有建造及运行费用低、维护简单、 处理效果好、适用面广、对负荷变化的适应能力强等 优点 J。在我国，由于中小城镇众多、人口密集、资 金及技术有限，发展大型污水处理厂有很大困难，故 人工湿地技术在我国有着广阔的应用前景。 人工湿地中的植物跟其他所有光合自养有机体 一样，能利用太阳能从空气中吸收无机物来合成有 机物，为异养微生物提供能量，同时还具有分解和转 化有机物及其他物质的能力 j。此外，湿地植物使 湿地床表面更加稳固，提供了良好的物理过滤条件， 防止冬季湿地表面冻结，同时还为微生物生长提供 了巨大的表面支撑，通过光合作用和根系的渗透作 用将氧传输到根圈基质 J。 笔者分别以芦苇、美人蕉、菖蒲和水芹菜为湿地 植物来构建垂直潜流人工湿地中试系统，研究其对 各污染物的去除效果及对扎染废水的适应性。
1 试验材料与方法
1．1 工艺流程
以大理州巍山县兴巍民族工艺厂的扎染废水为 原水，考虑到该废水中氮、磷浓度偏低，为了提高生 物处理效果，将扎染厂厕所和食堂的污水引入水解 调节池与扎染废水充分混合。所排废水主要为黑 色、蓝色或棕色，具有有机物浓度高、色度大、难降解 等特点。试验流程见图1。
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| 图1 工艺流程 |
1．2 试验装置
试验在大理州巍山县兴巍民族工艺厂内进行。 垂直潜流人工湿地由砖和水泥砌成，用隔墙分为4 格，从南至北依次种植芦苇、水芹菜、菖蒲和美人蕉， 种植密度均为9株／m 。每块湿地的平面尺寸均为 3 m X 12 m，有效高度为1 In，池底坡度为2．5％。 人工湿地内的基质分为4层：第一层为表层，填 充100 mm厚、粒径为8～16 mm的砾石，其作用是 防止砂层表面冲蚀；第二层为过滤层，填充500 mm 厚、粒径为0．2～6 mm 的无泥粗砂，其作用是进行 生化处理；第三层为过渡层，填充100 mm厚、粒径 为4～8 mm的砾石，其作用是防止上层砂粒堵塞下 排水层；第四层为排水层，填充300 mm厚、粒径为8 ～ 16 mm的砾石，其作用是汇集并排出已处理的废 水。湿地底部铺0．5 mm的PE膜双面土工布，防止 废水渗透地下。人工湿地构造见图2。
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| 图2 垂直潜流人工湿地示意 |
1．3 原水水质
以跌水接触氧化池出水为原水，水质见表1。
| 表1 原水水质 |
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1．4 检测方法
检测方法见表2。
| 表2 检测项目及方法 |
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2 结果与分析
2．1 对COD的去除效果
4种不同植物的垂直潜流人工湿地系统对COD 的去除效果见图3。
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| 图3 4种不同植物湿地对COD的去除效果 |
从图3可知，在进水COD浓度相同的情况下， 芦苇人工湿地的出水COD平均浓度最低，仅为25．7 mg／L；水芹菜人工湿地的出水COD平均浓度最高， 达到34．3 mg／L。从对COD的去除率来看，4种不 同人工湿地系统对COD的去除效果差别较大，美人 蕉和菖蒲系统对COD的平均去除率相近，分别为 56．26％和57．08％ ，芦苇系统对COD的平均去除率 为63．45％ ，水芹菜系统对COD的平均去除率为 50．36％ 。不同植物垂直潜流人工湿地的出水COD 浓度曲线的形状基本与进水的保持一致，去除率也 相对稳定，没有出现较大起伏。
10月16日美人蕉和水芹菜人工湿地系统均出 现了出水COD浓度高于进水的现象，原因可能是取 样当天进水COD浓度偏低，前一天吸附在植物根系 和土壤表层的有机物随水流重新释放而进入水体。
2．2 对氨氮的去除效果
4种不同植物的垂直潜流人工湿地系统对氨氮 的去除效果表明，在进水氨氮浓度相同的情况下，美 人蕉人工湿地的出水氨氮平均浓度最低，仅为0．96 mg／L；水芹菜人工湿地的出水氨氮平均浓度最高， 达到1．5 mg／L。从对氨氮的去除率来看，4种不同 植物人工湿地系统对氨氮的去除效果差别较大，芦 苇和菖蒲系统对氨氮的平均去除率相近，分别为 74．73％和74．5％ ，美人蕉系统对氨氮的平均去除 率为79．39％ ，水芹菜系统对氨氮的平均去除率为 68．9％ ，这可能是由于美人蕉生长对氮元素的需求 量较大所致。4种人工湿地的出水氨氮浓度都较 低，且比较稳定，表现出较好的去除氨氮效果。
2．3 对TN的去除效果
4种不同植物的垂直潜流人工湿地系统对TN 的去除效果见图4。
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| 图4 4种不同植物湿地对TN的去除效果 |
从图4可知，在进水TN浓度相同的情况下，美人蕉人工湿地的出水TN平均浓度最低，仅为4．25 mg／L；菖蒲人工湿地的出水TN平均浓度最高，达到 5．3 mg／L。从对TN的去除率来看，4种不同的人工 湿地系统对TN的去除效果差别较大，其中美人蕉 和水芹菜湿地系统对TN的去除效果较好，去除率 均达到47％以上，芦苇系统对TN的平均去除率为 41．27％ ，而菖蒲系统对TN的去除效果相对较差， 去除率仅为37．97％ 。
人工湿地系统对氮的去除主要是通过水生植物 吸收、微生物的硝化和反硝化以及氮的挥发等途径 实现的 J。这三个重要过程一般可同时发生在人 工湿地中，但发生程度有所不同。微生物的硝化和 反硝化作用是人工湿地系统最有效的脱氮途径，这 一过程一般发生在处于厌氧或缺氧条件下的腐质层 和湿地土壤中。由于美人蕉的根系较发达，能够在 湿地土壤中形成好氧／缺氧／厌氧的微环境，从而更 加利于除氮。
2．4 对TP的去除效果
4种不同植物的垂直潜流人工湿地系统对TP 的去除效果表明，在进水TP浓度相同的情况下，水 芹菜人工湿地的出水TP平均浓度最低，仅为0．09 mg／L；菖蒲人工湿地的出水rrP平均浓度最高，达到 0．15 mg／L。
从对TP的去除率来看，4种不同人工湿地系统 对TP的去除效果差别较大，芦苇和美人蕉系统对 TP的平均去除率相近，分别为77．09％和77．25％， 水芹菜系统对TP的平均去除率为82．44％ ，菖蒲系 统对TP的平均去除率为72．74％。由于4种植物 种植在相同基质中，而水芹菜对TP的去除效果较 好，这可能是因为它对磷的吸收较其他3种植物多 的缘故。
人工湿地对磷的去除主要是以基质的吸附作用 为主，但植物在湿地除磷中也有重要作用。虽然湿 地植物本身的摄磷量有限，但其根系及其附近微生 物的降解、吸收作用可大大增强湿地基质的拦截吸 收功能，整体上改善了对磷的去除效果 。有研究 表明，不同的植物根系环境和基质组合会产生不同 的除磷效果。
3 结论
① 在相同的进水浓度下，芦苇湿地系统的出 水COD平均浓度最低，仅为25．7 mg／L；美人蕉湿 地系统的出水氨氮和TN平均浓度最低，分别为 0．96和4．25 mg／L；水芹菜湿地系统的出水TP平均 浓度最低，仅为0．09 mg／L。综合考虑可知，芦苇和 美人蕉对扎染废水的处理能力较强。
② 在试验的进水浓度范围内，芦苇、美人蕉、 菖蒲和水芹菜均生长旺盛，具有较强的除污能力，湿 地出水的各项指标均优于《城镇污水处理厂污染物 排放标准》(GB 18918-2002)的一级A标准。
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