蘭州銀灘濕地公園水質(zhì)指標(biāo)測定

（蘭州城市學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，甘肅 蘭州730070）

人工濕地是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一項新型可持續(xù)發(fā)展的污水處理技術(shù)，其源于對自然濕地系統(tǒng)的模擬。人工濕地系統(tǒng)是指在一定長、寬比及地面坡度的洼地上，人為地將土壤、沙、石等混合組成填料床，并在床體上有選擇性地種植具有處理性能好、成活率高、抗水性強(qiáng)、生長期長、美觀且具有經(jīng)濟(jì)價值的植物及其水中、填料中生存的動物、微生物所組成的獨特生態(tài)環(huán)境[1]。濕地作為自然資源的重要組成部分，與人類的生存、繁衍和發(fā)展息息相關(guān)。濕地不僅可以保持水源、凈化水質(zhì)、蓄洪防旱，還可以調(diào)節(jié)氣候、保護(hù)生物多樣性、美化環(huán)境，是世界上最具活力的生態(tài)系統(tǒng)和人類最重要的生存環(huán)境之一。污水流經(jīng)床體表面和床體填料縫隙時，通過過濾、吸附、沉淀、離子交換、植物吸收和微生物分解等實現(xiàn)對污水的高效凈化，而且具有工藝設(shè)備簡單、運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)管理方便、系統(tǒng)配置可塑性強(qiáng)、對負(fù)荷變化適應(yīng)性強(qiáng)、工程基建和運(yùn)行費用低等特點。同時人工濕地出水具有一定的生物安全性、生態(tài)環(huán)境效益顯著、可實現(xiàn)廢水的資源化，特別適合小城市及農(nóng)村生活污水處理[2，3]。

蘭州銀灘濕地公園位于蘭州市安寧區(qū)銀灘大橋北端東西兩側(cè)(36°05′N，103°42′E)。其中，橫貫市區(qū)東西的北濱河路位于公園北面，與之相臨；黃河水道位于公園南側(cè)，與之相接，使?jié)竦毓珗@具有十分便捷的對外交通條件。同時，該地屬非城市中心地帶，遠(yuǎn)離城市污染區(qū)，沿城市活水的上游地勢為低濕之處，滿足濕地植物對生態(tài)環(huán)境及生態(tài)因子的要求，有較豐富的地形和天然植被。我國西部地區(qū)的濕地資源彌足珍貴，蘭州銀灘濕地作為甘肅珍稀濕地資源的典型代表，其保護(hù)、建設(shè)管理以及功能定位直接影響到黃河蘭州段濕地資源的保護(hù)乃至蘭州市的可持續(xù)發(fā)展，也對全省范圍的濕地保護(hù)起著示范作用[4，5]。2012年下半年黃河水位上漲，上游洪水暴發(fā)，濕地公園被淹沒，市政府對部分河段進(jìn)行了修繕。筆者在蘭州銀灘濕地公園內(nèi)選取了一些采樣點，對其水質(zhì)進(jìn)行分析，以期了解蘭州銀灘濕地污水處理系統(tǒng)對黃河水中的氟化物、氨氮、亞硝酸鹽氮和總磷的凈化作用。

1 水樣的采集與分析

2013年5月16日，在濕地的不同水域位置采集水樣，采集時現(xiàn)場測定水體的pH值及溫度。樣品采集位置見圖1?，F(xiàn)場測得水體pH值為5.5～6.5之間，水溫為11.90～12.03℃。

圖1 蘭州市銀灘濕地樣品采集位置

2 水質(zhì)指標(biāo)測定方法

水體中氟化物（F-）濃度采用氟離子選擇電子法測定[6]，水體中氨氮（NH4+-N）濃度測定采用水楊酸—次氯酸鹽分光光度法[7]，亞硝酸鹽氮（NO2--N）濃度采用鹽酸萘乙二胺比色法測定[8]，總磷（TP）含量測定采用鉬銻抗分光光度法[9]。水樣平行測定6次，測定結(jié)果用平均值±SD表示。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同水域中氟化物（F-）濃度變化

氟是人體必需的微量元素之一，缺氟易患齲齒病，飲水中氟的適宜濃度為0.5～1.0 mg/L（F-）[6]。氟化物是水質(zhì)監(jiān)測項目的重要指標(biāo)之一。濕地公園內(nèi)不同采樣點處氟化物（F-）濃度的結(jié)果見圖2。從入水口到流水區(qū)2區(qū)域內(nèi)，氟離子濃度呈不斷下降趨勢，在流水區(qū)2到流水區(qū)3內(nèi)，氟離子濃度突然升高，可能是由于附近施工將大量的泥土挖出在流水區(qū)3旁堆積。而從流水區(qū)3到出水口處氟離子濃度未見明顯變化。測定區(qū)段內(nèi)氟化物（F-）最高濃度為0.184 mg/L，根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002），水中氟化物（F-）濃度≤1 mg/L時為Ⅰ～Ⅲ類水質(zhì)[10]，因此，該濕地公園出水口水質(zhì)氟化物含量可達(dá)Ⅲ類水質(zhì)以上。

圖2 不同采樣點氟化物濃度的變化

3.2 不同水域中NH4+-N濃度和NO2--N濃度變化

進(jìn)入濕地的水在經(jīng)過不同區(qū)域時，不同采樣點處氨氮（NH4+-N）和亞硝酸鹽氮（NO2--N）濃度變化見圖3和圖4。從圖3和圖4中可以看出，黃河水在流經(jīng)入水口通過流水區(qū)1的過程中，水體中氨氮（NH4+-N）降解完全，亞硝酸鹽氮（NO2--N）濃度有所升高，由0.02 mg/L上升至0.078 mg/L，可以得知在入水口至流水區(qū)1內(nèi)，污染物已基本分解完全，但未完全自凈。而在流水區(qū)1至出水口內(nèi)，氨氮（NH4+-N）含量上升又下降，在流水區(qū)3達(dá)到最大值，但是總體來看NH4+-N濃度呈下降趨勢。亞硝酸鹽氮（NO2--N）濃度在流水區(qū)2處的含量較1處有明顯的降低，而之后沒有太大變化。王曉娟等[11]對人工濕地的硝化和反硝化強(qiáng)度研究表明，人工濕地系統(tǒng)可以同時進(jìn)行硝化和反硝化作用；濕地表面水流與大氣直接接觸，氧源豐富，具有較好的好氧環(huán)境，系統(tǒng)的硝化強(qiáng)度較好，對氨氮具有較好的去除效果，硝化作用主要在系統(tǒng)的前端進(jìn)行，沿程逐漸降低；反硝化強(qiáng)度沿程變化不大。蘭州銀灘濕地公園入水口至流水區(qū)1中水體氨氮含量下降，亞硝酸根含量上升，這表明此區(qū)氨氮的硝化作用較強(qiáng)，此現(xiàn)象也與上述研究結(jié)果一致。人工濕地脫氮效果往往受到氣候、植物種類、負(fù)荷以及立地條件等因素的影響（Breen et al.，1999）[12]，也有可能是系統(tǒng)內(nèi)植物和微生物不斷調(diào)整和優(yōu)化的結(jié)果，但也不能排除濕地修繕過程中引入污染物等人為因素造成的污染讓部分區(qū)域污染物如氨氮等濃度發(fā)生變化。濕地公園內(nèi)出水口水體中氨氮（NH4+-N）濃度為0.311 mg/L，根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）[10]，水中氨氮濃度＜0.5 mg/L時為Ⅱ級水質(zhì)，故出水口處水質(zhì)為Ⅱ級水質(zhì)。

圖3 不同采樣點氨氮（NH4+-N）濃度的變化

圖4 不同采樣點亞硝酸鹽氮（NO2--N）濃度的變化

3.3 不同水域中總磷（TP）濃度變化

進(jìn)入濕地的水在經(jīng)過不同區(qū)域時，不同采樣點總磷（TP）濃度變化見圖5。入水口到流水區(qū)1內(nèi)TP濃度有所升高，之后逐漸降低，總體呈下降趨勢。曹雪瑩等[13]研究表明，人工濕地運(yùn)行時，在基質(zhì)床內(nèi)部植物根系的生長、污水有機(jī)物的降解、氧傳輸不均勻等容易導(dǎo)致床體內(nèi)形成多樣化的理化環(huán)境，無疑會影響基質(zhì)顆粒磷吸附，導(dǎo)致床體不同區(qū)域基質(zhì)磷吸附量出現(xiàn)差異。本研究測定結(jié)果表明，雖然濕地不同區(qū)域內(nèi)理化環(huán)境不同，但濕地基質(zhì)顆粒整體對TP仍有較好的去除效果。濕地入水口到流水區(qū)1區(qū)段內(nèi)植被較少，其他流水區(qū)有大量的植被覆蓋，水流速度較入水口慢。李林鋒等研究表明，有濕地植物的濕地TP去除率為56%～65%，遠(yuǎn)高于沒有植物的濕地對TP的去除率（約為45%）[14]。故不能排除植被對TP去除效果的影響。同時濕地除磷效果隨水力停留時間的增加而增加，過長的水力停留時間會引起pH值的明顯下降，導(dǎo)致磷的析出或溶解，降低除磷效率[1]。蘭州銀灘濕地公園流水區(qū)1和流水區(qū)2水體pH值為6.5，流水區(qū)3水體pH值為7.0，pH值沒有太大變化，這說明水力停留時間是比較適中的，圖5顯示了不同采樣點總磷（TP）濃度的變化，也可以說明這一點。出水口總磷（TP）濃度為0.091 mg/L，根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）[10]，水中總磷濃度＜0.1 mg/L時為Ⅱ類水，故出水口水質(zhì)為Ⅱ類水。

圖5 不同采樣點總磷（TP）濃度的變化

3.4 不同水域中污染物濃度去除率

在入水口到流水區(qū)1河段，銀灘濕地公園對氨氮（NH4+-N）的去除率達(dá)到了100%，該區(qū)段去除氨氮的效果極佳；對氟化物（F-）的去除率達(dá)到了24.5%。流水區(qū)1到流水區(qū)2河段間對氟化物、亞硝酸鹽氮、總磷的去除率分別為7.5%、35.9%、37.9%，總體來說此河段間對污染物的去除率較好。同時從表1可以看出，蘭州銀灘濕地公園對氨氮和總磷的去除效果較好，從入水口到出水口的總過程中，氨氮的去除率達(dá)到了40.0%，總磷的去除率達(dá)到了79.6%，而且從整個河段來看，總磷在不同河段間的去除效果也較其他污染物好。

表1 銀灘濕地污水處理系統(tǒng)凈化效果

4 結(jié)論

蘭州銀灘濕地公園在短時間內(nèi)脫氮除磷方面占很大優(yōu)勢，而且從整個河段來看總磷在不同河段間的去除效果也較其他污染物好，同時由于受氣候、植物種類、負(fù)荷以及立地條件等因素的影響，氟化物和亞硝酸鹽氮的去除效果極不穩(wěn)定，仍需采取一定的措施加以改進(jìn)。在入水口到流水區(qū)1，沿途水生植物種類較單調(diào)，由于植物對污水的凈化功能是植物直接吸收和間接影響微生物作用的綜合結(jié)果，因此，可以混合栽種多種植物，如增種菖蒲、燈心草、水冬麥等挺水植物。實地觀測發(fā)現(xiàn)，從進(jìn)水口到出水口，整個區(qū)段尚無漂浮植物或沉水植物的栽種，對于不同生活型的水生植物，普遍認(rèn)為漂浮植物對污水的凈化能力強(qiáng)于挺水植物，所以，可增種鳳眼蓮、睡蓮等漂浮植物及部分菹草等沉水植物。

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