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高氨氮对湿地植物污水净化效果的影响 * 苏小红王文国顾新娇潘科胡启春 农业部沼气科学研究所， 成都 610041 摘要 为研究湿地植物在高氨氮浓度下对污水中有机物、 总氮、 总磷、 氨氮等污染物的净化效果， 选用 5 种常用湿地植 物包括菖蒲 Acorus calamus 、 芦竹 Arundo donax 、 茭白 Zizania latifolia 、 旱伞草 Cyperus alternifolius 和再力花 Thalia dealbata 。通过模拟垂直潜流人工湿地污水系统， 处理氨氮浓度分别为 25， 55， 108 mg/L 的污水。实验结果 表明 当进水氨氮浓度为25 mg/L 时， 湿地植物对 COD、 TP、 TN、 NH 4- N 的去除效果随 HＲT 的增加呈现上升趋势; 当提 高进水氨氮浓度时， 湿地植物对有机物、 氮、 磷的去除效果下降显著， 氨氮浓度越高， 去除效果越差; 再力花和旱伞草的 去除效果明显好于菖蒲、 茭白、 芦竹， 所以再力花、 旱伞草可以用于氨氮浓度较高的污水处理中。 关键词 氨氮; 湿地植物; 净化效果; 人工湿地; DOI 10. 13205/j． hjgc． 201401008 STUDY ON WETLAND PLANTS FOＲ SEWAGE PUＲIFICATION UNDEＲ HIGH AMMONIA NITＲOGEN CONCENTＲATION Su XiaohongWang WenguoGu XinjiaoPan KeHu Qichun Biogas Institute of Ministry of Agriculture，Chengdu 610041 AbstractStudy on wetland plants was carried out for sewage purification under high ammonia nitrogen concentration， especially for testing the result of removing organic matter，ammonia nitrogen，total nitrogen and total phosphorus． The five common wetland plants had been used as followsAcorus calamus，Arundo donax，Zizania latifolia，Cyperus alternifolius and Thalia dealbata． By vertical subsurface flow constructed wetland，concentration of ammonia nitrogen in the sewage was selected as 25， 55， 108 mg/L． The results showed a positive trend on removal effect of COD， TP， TN， and NH 4- N with HＲT increased，when influent ammonia nitrogen concentration was 25 mg/L．While increasing influend ammonia nitrogen concentration，the removing effects on organic matter，nitrogen and phosphorus went down significantlly． The higher the concentration of ammonia nitrogen，the poorer the removing effect． Comparablly，the remove results by Z． latifolia and C． alternifolius were obviously better than by A． calamus，Z． latifolia，and A． donax． Keywordsammonia nitrogen;wetland plants;purification effect;constructed wetland * 国家科技重大专项 “水体污染控制与治理” 项目 2009ZX07425- 003 。 收稿日期 2013 －03 －29 0引言 人工湿地技术作为一种经济实用的污水处理技 术， 常用于二级或三级废水处理， 目前也被广泛用 于一些低浓度废水的一级处理， 如景观用水、 饮用 水源水、 生活污水等［1- 7］。而用于处理一些高浓度 废水的研究相对较少， 如养殖废水［8- 9］， 垃圾渗滤液 等［10- 13］。这些废水中含有较高浓度的氨氮， 不利于 采用人工湿地对污染物去除。氨氮是植物可吸收 利用的氮形态之一［14］， 适宜的氨氮浓度可促进植物 生长发育， 但较高的氨氮浓度对植物的生长有一定 影响， 尤其是在较高 pH 条件下， 氨氮在水中以非离 子氨存在， 会对植物造成毒害， 影响植物的生长发 育和对氮素的吸收利用。高浓度的氨氮是否会对 整个人工湿地系统去污能力造成影响， 不同人工湿 地植物在高氨氮条件下对污水净化效果是否存在 异同， 这需要作进一步研究和分析。因此， 选用常 规湿地植物， 比较研究其在氨氮浓度逐渐增加情况 下对污水中有机物、 氮磷等的去除效果， 对于进一 步掌握人工湿地净化能力和拓展其运用范围有重 要意义。 92 水污染防治 Water Pollution Control 1实验部分 1. 1实验设计 1. 1. 1实验植株 本研究选取 5 种在成都地区人工湿地中常用的 湿地 植 物 菖 蒲 Acorus calamus 、芦 竹 Arundo donax 、 茭 白 Zizania latifolia 、 旱 伞 草 Cyperus alternifolius 和再力花 Thalia dealbata 为比较研究植 物， 植物材料购自成都某园林公司苗圃。 1. 1. 2实验装置 本实验所用装置为模拟垂直潜流人工湿地系统 下流式 ， 圆柱形，  30 cm 35 cm， 采用不同级配碎 石组成的基质固定根系如图 1 所示。植物种植密度 每个装置 3 ～6 株， 按 1 种供试植物为 1 个处理， 设 5 个处理及 1 个无植物的空白对照， 每个处理设 3 个重 复， 不种植物的空白对照设 3 个重复， 定植前尽量统 一每个装置内植株大小及生物量。实验在位于成都 市的农业部沼气科学研究所室外实验场地进行， 在装 置上方安置有遮雨棚， 实验时间在 610 月进行。 图 1模拟垂直潜流人工湿地实验装置 Fig．1Simulative vertical undercurrent of constructed wetland experiment device 1. 2氨氮浓度设计 1. 2. 1人工废水配制 人工废水的配制方法参照张彩莹等的实验进 行 ［8 ］， 将猪粪水稀释到化学需氧量 COD 为 250 mg/ L 左右， 测定配水中总磷 TP 、 总氮 TN 、 氨氮 NH 4 - N 初始质量浓度分别为 10， 34. 4， 20mg/L， 在 不改变其他成分的前提下， 通过添加氯化铵溶液分别 提高进水氨氮浓度到 25， 55， 108 mg/L， 完成 3 个氨 氮浓度实验。 1. 2. 2培养方式和过程 将所选植物固植于实验装置中， 先用微污染水驯 化 1 个月再进行净化能力实验。在净化实验的每一 氨氮浓度阶段 25， 55， 108 mg/L ， 设定不同水力停 留时间 HＲT 。选择间歇性进水的运行方式。设定 水力停留时间 HＲT 分别为 6， 4， 2 d， 分别在不同 HＲT 阶段对进出水水样测定污水净化指标。每一实 验阶段内， 不同水力停留时间实验重复 3 次。 1. 3污水指标的测定 COD、 TP 分别采用重铬酸钾消解法和钼酸铵 － 分光光度计法进行测定 ［15 ］; TN 采用配有 TN 分析单 元的岛津 TOC- VCPH 型分析仪进行测定; 氨氮测定 采用瑞士万通离子色谱测定［16 ］。 2结果与分析 2. 1对氮净化效果的影响 图 2、 图 3 为湿地植物在不同条件下对 TN、 氨氮 的去除效果。由图 2、 图 3 可以看出 尽管不同湿地 植物去氮效果不同， 但有植物的人工湿地系统去污效 果明显高于无植物的空白对照。整体来看， 再力花和 旱伞草对氮的去污率高于其他湿地植物。 图 2湿地植物在不同氨氮浓度和 HＲT 条件下对 TN 的去除率 Fig．2TN removal rate under different HＲT with different ammonia nitrogen concentration by each kind of plant 图3湿地植物在不同氨氮浓度和 HＲT 条件下对 NH 4- N 的去除率 Fig．3NH 4 - N removal rate under different HＲT with different ammonia nitrogen concentration by each kind of plant 在低氨氮浓度条件下， 湿地植物对 TN 和 NH 4 - N 03 环境工程 Environmental Engineering 去除率随 HＲT 增加而增加， 尤其是再力花对 TN 去除 效果较好， 由 75. 4提高到 95. 9以上， 去氮效果提 高。在高氨氮条件下， 5 种湿地植物去污能力明显减 弱， 且随 HＲT 的增加而呈下降趋势， 这可能是由于在 高氨氮条件下， 随着时间的增加， 湿地植物所受的铵 盐毒害增加， 净化能力所受的影响增加。 无植物的空白对照在氨氮浓度增加时， 随着 HＲT 延长呈现小幅上升趋势。当进水氨氮浓度达 108 mg/L， HＲT 为6d 时， 再力花的 TN 去除率较好， 但 是也仅为 24. 1， 出水氨氮浓度仅降到 87. 5 mg/L。 种植植物的去氮效果仍普遍好于对照组， 说明湿地植 物在高浓度的氨氮条件下仍具有一定的净化能力。 2. 2对 COD 净化效果的影响 在低氨氮浓度条件下 25 mg/L ， 滞留时间的增 加有利于湿地植物对 COD 的去除， 旱伞草 6 d 后的去 除率可达 90 以上， 见图 4。去除效果最低的芦竹去 除率也在75以上。而随着氨氮浓度的增加， 无湿地 植物的对照和有植物的湿地系统对 COD 去除率均明 显降低， 且随着滞留时间的增加， COD 去除率呈降低趋 势， 在氨氮浓度为108 mg/L 情况下， 旱伞草HＲT 为2 d 时的去除率为62. 6， 6 d 时的去除率为59。 图4湿地植物在不同氨氮浓度和 HＲT 条件下对 COD 的去除率 Fig．4COD removal rate under different HＲT with different ammonia aitrogen concentration by each kind of plant 与无植物的空白对照相比， 有植物的湿地系统对 COD 均有较好的去除效果。总体来说， 旱伞草和再 力花效果相对较好， 这与其有较高的生物量和发达的 根系有一定关系 ［17- 19 ］。 2. 3对磷净化效果的影响 湿地植物除磷与去氮效果类似， 不同氨氮浓度对 植物除磷效果影响显著， 5 种湿地植物在低氨氮浓度 条件下 25 mg/L ， 对 TP 去除效果与去除 COD 效果 相似， 均随 HＲT 的增加而呈现递增的趋势， 见图 5。 再力花在 HＲT 为 6 d 的 TP 去除率可达 94 以上， ρ TP 由 10. 18 mg/L 下降到 0. 8 mg/L， 净化效果显 著。随着氨氮浓度的增加， 5 种湿地植物对 TP 去除 率也随之降低， 当 ρ 氨氮 为108 mg/L时， 再力花在 HＲT 为2d 的 TP 去除率为48，HＲT 为 6d 的去除率 为 23. 9。 图 5湿地植物在不同氨氮浓度和 HＲT 条件下对 TP 的去除率 Fig．5TP removal rate under different HＲT with different ammonia nitrogen concentration by each kind of plant 在氨氮浓度增加的条件下， 5 种植物的 TP 去除 率下降显著， 相对于有植物的湿地系统对 TP 的去除 率随 HＲT 的增加而呈现下降的趋势， 无植物的空白 对照对 TP 去除率则随着 HＲT 的增加而呈上升趋势 的， 与去氮效果类似。有植物床的人工湿地生态系 统， 长时间受到高氨氮胁迫影响植物的正常生长， 不 利于植物对磷的吸收利用， 进而影响植物根区微生物 富集以及磷的富集转化［18， 20- 24 ］。 3小结 本研究通过模拟垂直潜流人工湿地污水处理系 统， 选取 5 种常见湿地植物作为实验植株， 通过逐步 增加进水氨氮浓度， 研究其对人工湿地去污效果的影 响， 结果表明 1氨氮浓度与湿地植物去污效果有直接相关 性。在高氨氮条件下， 污染物去除率明显低于低氨氮 浓度下污水的去除率， 这可能由于在高 NH 4 - N 浓度 下植物表现出受毒害症状， 生长发育受到阻碍 ［16 ］ ， 从 而影响其对污水的净化效果。 2HＲT 对植物的去污效果影响显著， 低氨氮浓度 下， 植物对污染物去除率随 HＲT 的延长而增加， 而高氨 氮条件下， 随着 HＲT 的增加， 植物对污染物的去除效果 呈递减趋势， 这可能是由于长时间的高氨氮胁迫对植物 13 水污染防治 Water Pollution Control 的氨毒害加深， 从而降低植物的去污能力。无植物的空 白对照对氮磷的去除能力随着 HＲT 增加而提高。 3不同湿地植物对氨氮耐受性不同 ［25 ］， 高氨氮 浓度下再力花和旱伞草的去污效果明显好于其他湿 地植物。其可用于一些氨氮浓度较高的污水处理。 参考文献 ［1］程勇，关永平，赵泉． 环境中景观水体的污染控制和修复技术 ［J］． 环境科学与管理， 2005， 30 6 94- 95. ［2］蒋跃平，葛滢，岳春雷，等． 人工湿地植物对观赏水中氮磷去 除的贡献［J］． 生态学报， 2004， 24 8 1720- 1725. ［3］韩宁宁，孙世群，周晓铁，等． 安徽省饮用水水源地污染现状 调查评价及管理对策［J］ ． 环境科学与管理，2010，35 11 147- 150. ［4］龚琴红， 田光明， 丁晔． 垂直流湿地对生活污水中磷的去除效果 研究［J］． 农业环境科学学报， 2004， 23 8 1046- 1049. ［5］张洪洋， 于水利， 修春海， 等． 水平潜流人工湿地系统处理微污 染原水的研究［J］ ． 环境工程学报， 2008， 2 11 1447- 1450. ［6］Gottschall N． The role of plants in the removal of nutrients at a constructed wetland treating agricultural dairywastewater，Ontario， Canada［ J］ ． Ecological Engineering， 2007， 29 2 154- 163. ［7］O’ Neill A，Foy Ｒ H，Phillips D H． Phosphorus retention in a constructed wetland system used to treat dairy wastewater［J］． Bioresource Technology， 2011， 102 8 5024- 5031. ［8］张彩莹，王妍艳，王岩． 湿地植物齿果酸模对猪场废水净化作 用研究［J］． 环境工程学报， 2011， 5 11 2405- 2410. ［9］刘娜娜， 伍钧， 郑丹， 等． 人工湿地基质的筛选及其对猪场废水 厌氧消化液中氨氮吸咐性能研究［J］ ． 环境工程学报， 2011， 5 4 783- 788. ［ 10］刘倩，谢冰，胡冲，等． 陈垃圾反应床 芦苇人工湿地处理垃 圾渗滤液［J］． 环境工程学报， 2012， 6 4 1108- 1112. ［ 11］周益洪． 人工湿地处理垃圾渗滤液工艺研究［D］ ． 上海同济 大学， 2006. ［ 12］李亚治． 水葫芦 － 水草人工湿地系统在再生浆造纸废水处理中 的应用研究［J］． 环境工程， 2000， 18 6 15- 16. ［ 13］张建， 李燕， 何苗， 等， 陶瓷碎片基质人工湿地处理污染河水的 应用［J］． 环境工程， 2007， 25 3 7- 9. ［ 14］尹连庆， 谷瑞华． 人工湿地去除氨氮机理及影响因素研究［J］． 环境工程， 2008， 26 1 156- 160. ［ 15］国家环境保护总局． 水和废水监测分析方法［M］． 4 版． 北京 中国环境科学出版社， 2002. ［ 16］马云云，谭金峰，王斌之． 离子色谱法测定环境水样中的氨氮 ［J］． 环境科学与管理， 2011， 36 3 92- 93. ［ 17］廖新俤，骆世明，吴银宝，等． 人工湿地植物筛选的研究［J］． 草业学报， 2004， 13 5 39- 45. ［ 18］张洪刚，洪剑明． 人工湿地中植物的作用［J］． 湿地科学， 2006， 4 2 146- 154. ［ 19］徐光来，袁新田． 人工湿地植物的作用与影响因素［J］． 河北 农业科学， 2008， 12 12 63- 65. ［ 20］夏宏生，向欣． 氮、 磷在湿地基质中降解的机理研究［J］． 四川 环境， 2012， 31 2 78- 84. ［ 21］李志杰，孙井梅，刘宝山． 人工湿地脱氮除磷机理及其研究进 展［J］． 工业水处理， 2012， 32 4 1- 5. ［ 22］梁威，吴振斌，詹发萃，等． 人工湿地植物根区微生物与净化 效果的季节变化［J］． 湖泊科学， 2004， 16 4 312- 317. ［ 23］Stottmeister U，Wiener A，Kuschk P， et al． Effects of plants and microorganisms in constructed wetlands for wastewater treatment ［J］． Biotechnology Advances， 2003， 22 1/2 93- 117. ［ 24］Britto D T，Kronzucker H J． NH 4 toxicity in higher plantsa critical review［J］． Journal of Plant Physiology，2002，159 6 567- 584. ［ 25］Britto D T，Kronzucker H J． NH 4 toxicity in higher plantsa critical review［J］． Journal of Plant Physiology，2002， 159 5 567- 584. 第一作者 苏小红 1987 － ， 女， 硕士， 主要研究方向为人工湿地处理 污水。sxs1904qcln163． com 通讯作者 胡启春 1957 － ， 男， 研究员， 主要研究方向为农村能源与 环境保护。 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 qichun204163． com 上接第 9 页 ［2］张英明， 尚晓博， 李开明， 等． 城市生活垃圾处理技术现状与管 理对策［J］． 生态环境学报， 2011， 20 2 386- 396. ［3］胡蝶， 陈文清， 张奎， 等． 垃圾渗滤液处理工艺实例分析［J］． 水 处理技术， 2011， 37 3 132- 135. ［4］严平， 廖银章， 李旭东． EM 有效微生物技术在废水处理中的应 用与发展［J］． 工业用水与废水， 2004， 35 4 1- 4. ［5］叶晓玫， 郑曼英， 刘家强． 应用有效微生物 EM 技术处理垃圾 渗滤液的研究［J］ ． 环境卫生工程， 2002， 10 1 3- 5. ［6］郭广慧， 陈玉成． 城市生活垃圾渗滤液处理技术的研究［J］． 环 境科学与管理， 2006， 31 1 138- 140. ［7］崔亚伟， 赵由才． EM 菌在垃圾渗滤液处理中应用研究进展 ［J］． 中国资源综合利用， 2010， 28 11 56- 57. ［8］丁雪梅． 利用 EM 处理垃圾渗沥液的效果研究［ J］ ． 城市管理与 科技， 2002， 4 2 24- 27. ［9］孟范平， 李桂芳， 李科林． 系统评价 EM 菌液在生活污水处理中 的应用效果［J］． 城市环境与城市生态， 1999， 12 5 4- 7. ［ 10］国家环境保护总局． 水和废水监测分析方法［M］． 4 版． 北京 中国环境科学出版社， 2002 211- 213. ［ 11］奚旦立， 孙裕生， 李秀英． 环境监测［M］． 3 版． 北京 高等教育 出版社， 2004 553- 557. ［ 12］李萌， 方旭东． 污水中总磷测定消解方法的比较［J］． 天津化 工， 2010， 24 4 54- 55. ［ 13］杨苏声， 周俊初． 微生物生物学［M］． 北京 科学出版社， 2004 181- 182. 第一作者 朱磊 1986 － ， 男， 硕士， 主要研究方向为环境微生物。 zley live． com 通讯作者 赵海泉， 男， 教授。swjs12 ahau． edu． cn 23 环境工程 Environmental Engineering