不同水生植物影响污水处理
效果的主要参数比较
彭江燕 刘忠翰(云南省环境科学研究所 昆明 650034)
摘 要 本文对影响污水人工湿地处理效果的几个主要的水生植物参数作了比较分析.
研究的结果表明,不同水生植物的蒸散量,生物量,根密度和根长存在较大的差异,这些差
异对水生植物的泌氧性能,碎石床人工湿地的水力负荷率,氮磷去除效果和有机污染物的降
解有重要的影响.实验选择的5种水生植物都能适应污水人工湿地的工艺条件,但须根据人
工湿地水流类型,对实验的水生植物选择不同的方案.
关键词 水生植物 人工湿地 污水处理
1 前言
天然湿地和人工湿地已广泛应用于城市污水或工业废水处理的实践中.其中水生植物,特别是挺水植物已成为污水湿地处理系统中的一个重要组成部分,选择得恰当与否,将直接关系到人工湿地的处理效果.在已有的研究报道中[ 1 ],人工湿地的水生植物通常选用香蒲属(Typ ha spp),普通芦苇(Phragmites Communis),灯芯草 (J uncus Spp .), 草属(Scirpus spp .)和苔草属(Carex spp .)的有关品种,已建成的污水人工湿地处理系统中也常见香蒲,水葱和芦苇.在云南推广污水人工湿地处理技术,选用何种水生植物对改善水体水质更有积极作用,却还少有文献和相关研究报道.本文旨在考虑云南的水生植物资源分布实际和种苗移植的技术要求,寻找适应于人工湿地条件下有较好的废水处理效果的地方品种,以满足在不同设计条件和出水要求对水生植物的选择.
2 材料与方法
211 盆栽实验
实验盆有二种规格.多数直径为2616cm ,高度3010cm ,少数直径为2712cm ,高4010cm ,实验盆内外上釉,无排水孔.盆内填装砂,碎石层厚度为2210cm或3010cm,碎石粒径一般在1～3cm.为保证实验盆按不同停留时间排出处理的再生水,维持系统正常运行,在盆中埋设PVC塑料采样管.采样管下端5cm处制作成带有3 - 5mm孔径的花管,外裹100目的尼龙网,用真空泵进行负压法排水.盆栽试验共设置5种植物,即芦苇(PhragmitesAust ralis),水葱(Scripus Validus),黄昌蒲(Pseudacorus L.),美人蕉(Canna ChinenesisW.)和水葵(学名风车草,Cyperus Alterni2folius l.).每种植物采用三次重复,并设置对照处理,即无水生植物的砂石层试验盆.

212 主要参数测定方法试验中测定的影响污水处理效果的主要参数有:蒸散量,植物生物量,植物根系数量和根系泌氧性能.蒸散量采用直接观察法:每天或隔天测定水生植物水面水位变化情况.植物生物量采用称重法:每年秋季末或初冬收获植物地上部分,风干后称重.
不同水生植物影响污水处理效果的主要参数比较 彭江燕
1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.植物根系数量采用称重法:第二年生长期后,收获植物地下部分(含地下茎)的根系,称鲜重和风干重.根系泌氧性能采用叠氮化纳修正法测定根系溶液溶解氧含量.

3 结果与讨论
311 蒸散量及其对水力负荷率的影响蒸散量是指在单位面积上,从基质表面蒸发以及由于植物传输,构成自身组织和呼吸作用损失水量之和.蒸散量是湿地处理水量平衡计量中不可忽略的因素,也是大气条件和植物生理特征差异的一种反映.如果基质中的水分有足够的提供量,潜在的蒸散速度主要由太阳幅射,气温,相对湿度,风速和植物系统提供水的能力等因素确定.在同一地区,蒸散量大小常取决于植物种类,因为经植物传输的水分主要由植物体表面蒸腾到大气中,自身新陈代谢量很少,仅占蒸腾量的1 %[ 2 ].
不同水生植物的蒸散量有明显的差异,
5种植物经1年的试验测定,其蒸散曲线如图所示.从图中可明显地看出:水葵,芦苇和美人蕉有较高的作物蒸散量(ET),年蒸散量是:水葵(3631mm)>芦苇(2452mm)>美人蕉(2344mm)>黄昌蒲(2070mm),水葱(2038mm).各种植物蒸散量与无参照植物的蒸发量的比值称为植物蒸腾系数.蒸散量大作物蒸腾系数也大.水葵,芦苇,美人蕉,黄昌蒲和水葱的蒸腾系数分别为2180,1189,1180,1159和1157.这种差异显然和单位面积内的植物叶比表面积大小有关.对挺水植物来说,除非光合作用停止,否则,随温度和光强的加大,气孔失水可达到很高的水平.因此,在枯水季节期间,由于太阳幅射强,气温高,相对湿度小,风速大,造成植物蒸散量也较高,其峰值常出现在4 - 6月期间.雨季虽对植物蒸散作用有削减作用,但最低值常出现在11月至翌年1月,在此期间,植物枯死进入休眠期,加之气温低,蒸发量小,风速小,植物蒸散量实际接近蒸发量,黄昌蒲,美人蕉,水葱和芦苇的低谷值出现在12月.水葵蒸散量变化曲线在7月前有些混乱,其主要原因是水葵在1996年4月才开始移栽,至5 - 6月份新发的枝条数量和植株高度都低于正常情况,第二年,这种偏低现象得以消除.水葵的蒸散量即使在最低值也保持在一个较高水平上,这和它没有休眠枯萎期有关,其常绿特征有利于提高人工湿地冬季处理污水的效果.5种植物在7月份还表现出一个小低谷现象,这与当月降水量偏高有关;而11月～1月份的低谷现象则与收获枯侏有关.不同水生植物蒸散量月变化曲线不同植物的蒸散变化特征为人工湿地设计的植物选择提供了依据.虽然蒸散量在人工湿地的水力负荷率设计中不占重要的地位(这是因为碎石床人工湿地水力负荷量高达50m/ a以上),但植物的蒸散量高水份蒸腾量也高,这对高水力负荷的碎石床人工湿地来说总是有帮助的,是优选的水生植物.

312 植物生物量及其对氮磷去除的影响污水处理系统中的植物被认为是一个营养贮存库,所吸收的营养在生长过程中基本被保留在植株中,只有枯死后才会被微生物
分解.由此可见,植物的生物量多少决定了植物吸收去除污水氮磷等营养物质的数量水—84—
云南环境科学 第17卷 第2期 1998年6月
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平,这是计算氮磷等物质平衡时必须考虑的一个参数.
各种水生植物的生产量即生物量是不同的,这取决于植物自身的生理特性,可利用的营养环境和其对环境的适应性,当然还取决于种植密度.盆栽实验5种植物的生长量如表1所示,结果证明美人蕉,水葵和芦苇有较高的生物产量.生物产量高的两个最重要因素是植株数量和单株重量,水葵和芦苇有适中的单株重量和高密度的植株数量,而美人蕉的单株重量特别高.必然产生高生物产量.当年移栽后植物地下部分生长发育受到一定的限制,只有在生长的第2 - 3年后,水生植物的根状茎和根才在基质层中广泛分布,并促使地上茎的大量生长.盆栽实验植物第二年与第一年的生物量相比,芦苇是2127倍,水葵是3111倍,美人蕉是2138倍,水葱是5106倍,黄昌蒲是3144倍.生物量增加的主要原因是植株数目和单株重量增加.
表1 1996年度不同水生植物的生物产量
项 目芦苇水葵美人蕉水葱黄昌蒲
株 高 (cm)117174618431680165711
每盆植株数(株)3718711081017101413
每盆植株总重(g)5312211613433198121859162
单株重量(g/株)11411164412501760167
植物从污水中吸收的氮磷量与生物量有密切关系,并因植物不同而异.表2的结果表明,水葵从污水吸收的氮量最多,达017248克;就植物自身的含氮量而言,美人蕉和黄昌蒲是芦苇和水葱的2倍;水葱吸收氮能力最差,主要是植株含氮量低,生物产量也低的缘故.含磷量则水葵最高,黄昌蒲和美人蕉次之,水葱稍高于芦苇.表2 不同水生植物从污水中吸收的总氮磷量
项 目
黄昌蒲美人蕉水葱芦苇水葵NPNPNPNPNP
植株浓度(%)0185901057401893010478013600103190131701026701623010696
吸收总量(g)010826010055013034010162010463010041011687010142017248010810
植物从污水中吸收氮磷不是污水人工湿地处理的主要去除机理,当用表2结果占投配污水的氮磷总量的百分率进行比较时,氮吸收比例顺序为水葵(17163 %)>美人蕉(10160 %)>芦苇(5131 %)>黄昌薄(2193 %)>水葱(1165 %);磷吸收比例顺序为水葵(24154 %)>美人蕉(6189 %)
>芦苇(5146 %)>黄昌薄(2139 %)>水葱(1178 %);仅水葵有较高的氮磷去除能力,若现计入根系固定污水的氮磷数量,植物总吸收氮磷量也许可高达30 % - 40 %.但水生植物间氮磷吸收存在巨大的差异,必须选择或搭配好人工湿地的水生植物品种,才能大大提高污水人工湿地的脱氮除磷效果.

313 植物根系生长差异及其对泌氧性能的影响水生植物的根有4个主要功能,(1)把植物固定在土壤或其它基质中;(2)吸收和迁移水分和养分;(3)合成植物に睾推渌?BR>有机化合物;(4)向根际分泌氧气以维持根系的正常呼吸作用.前三种功能[ 3 ]是非水生植物也具有的,后一种功能是水生植物所特有的.用以测定根系的参数如根重,根长,根表面积和根密度中,较重要的是根密度和根长,此外,根尖数也是重要的[ 3 ].所调查的二年生水生植物根系情况(如表3所示)中,芦苇,水葵有较好的根密度,根长度和须根鲜重,须根鲜重大,意味着根尖数目也多;黄昌蒲的根系性状也较为理想,尤其是须根数量较高;美人蕉的根系重量在实验水
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生植物中最高,但6112 %的重量属地下块茎类物质构成,且根(主要指须根)长较短,仅3615cm ;水葱的根密度,根长和须根重量均最低,与文献报道的相比,根长短了一半还多,其原因还有待深入研究.不管植物的根系性状如何变化,其地下部分的重量均远高于地上部分.表3 二年生水生植物地下部分的性状实测结果植物根系密度(g/ cm3)根长度(cm)根系鲜重(kg)须根鲜重(g)根系风干重(g)茎叶风干重(g)芦 苇011041201011451068183681612017水 葵01140100101170693193251436210美人蕉011533615118873012423148019水 葱010663410018045519197116511黄昌蒲010855410110570213290103311注:表中根系包含有根状茎和地下块茎.为了实际测定不同水生植物根系泌氧性能,对实验盆中基质层内的水中溶解氧作了测定.在每次测定基质层底层出水溶解氧前,均加入含溶解氧010mg/ l的污水,将盆表层积水的溶解氧降至很低的水平,并迅速采取盆内基质底层的出水进行DO测定.此法看起来简单粗放,但却能较好地反映根际区的溶解氧变化情况,测定的结果如表4所示.
表4结果证明,水生植物对改善根际区溶液的溶解氧是有益的.在根际层停留时间短溶液中溶解氧含量反而较高,这种现象反映出,由水生植物传输至根际区的溶解氮,供给好氧微生物用以降解或氧化有机物和氧的转化.根区水DO浓度常保持在1153～1195mg/ l之间.表4 不同水生植物盆栽条件下对溶解氧的影响停留时间(天)黄昌蒲美人蕉水葱芦苇水葵无植被水葱(10145gO2/ m21d),黄昌蒲(9163gO2/m21d)>美人蕉(5107gO2/ m21d).由此可进一步证实,水生植物输入的O2主要用于污染物分解,对出水中溶解氧提高影响并不显著,每天增加量仅在814 - 3518mg之间变化,因而可忽略不计.

4 讨论
尽管盆栽实验会形成一些特殊环境如根际区根密度过大,投配污水水深较浅,植物对氮磷的反复吸收等,使污水处理效果较人工湿地碎石床好,但通过实验获得的数据,特别是水量平衡和各种污染物分配平衡数据是可靠的.实验的5种水生植物均表现出对污水有较好的去除效果,并适应污水人工湿地处理的工艺条件.此外,水葵是一种常绿型水生植物,与其它水生植物的混播,有益于增强冬季对污染物去除的能力.根据盆栽实验和试验工程实际运行结果,人工湿地选择水生植物时有以下一此推

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荐意见:
渗滤型人工湿地推荐选用芦苇;潜流与渗滤共存型人工湿地推荐芦苇,水葱,水葵,黄昌蒲,选用一种或几种混合种植,视具体情况而定;潜流型人工湿地推荐水葵,美人蕉,芦苇,选用一种或几种混合种植,视具体情况而定.
参考文献
〔1〕 S. C. Reed , Nat ural System for Waste Management& Treat ment , Mc Graw - Hill Book Company ,1988 .
〔2〕 高拯民等,城市污水土地处理利用设计手册,北京:中国标准出版社, 1991.
〔3〕 K 蒙格尔〔德〕等,植物营养原理,北京:农业出版社, 1987(1998 - 01 - 20 收稿)
Comparison of Major Parameters of the Influence of
Various Aqua-plants on Waste Water Treatment
Peng Jianyan Liu Zhoughan(Yunnan Environmental Science Instit ute , Kunming 650034)
Abstract :In t his article , comparisons are made among some majorparameters of t he influence of
various aqua -plant s on wastewater t reat ment . The result indicates t hatgreat differences , which
have significant influence on t he aqua -plant s , exist in t he evapot ranspire , t he bio - mass , t he
root density and t he root lengt h. Five aqua -plant s chosen for t he experiment are adapt to t he
technical condition of t he waste water artificail wet land. Differentprograms should be selected
according to various types of t he current on t he artificial wet land.
Key words : aquq -plant s arfificial wet land waste water t reat ment
(上接第62页)
Plan to Prevent the White Pollution
Fan Liangming L uo Zhongtai(Yunnan Environmental Science Instit ute , Kunming 650034)
Abstract :This article makes a brief int roduction to t he develop ment of t heplastic indust ry home
and abroad as well as t hepollutionproblem brought about by t heplasticproduction. The aut hors
makepropose on t heprevention of whitepollution and suggest t hat t heproduce of disposable
quick - food dinnerware could adopt t he sugarcane sediment . The research on t heproduction of
bio - degradationplastic by using t he bio - resource in t he organic desert s.
Key words :plastic Whitepollution regeneration
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