張掖地區(qū)不同濕地植被凈化生活污水效果分析

金建鑫 張興華

摘要：? 為了比較張掖地區(qū)5種典型濕地植被對(duì)生活污水的凈化效果，對(duì)TN、TP、NO3--N、BOD5、CODcr、NH4+-N幾種水體指標(biāo)開展研究的結(jié)果表明，5種濕地植被均可凈化生活污水，在張掖地區(qū)利用濕地植被凈化生活污水，應(yīng)優(yōu)先選擇蘆葦和菖蒲。

關(guān)鍵詞：? 張掖;? 濕地植被;? 污水;? 凈化效果

中圖分類號(hào)：? ?S 564. 2， S 682. 2 + 4? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：? ?A? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1001 - 9499（2021）03 - 0046 - 04

近些年我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人們生活水平得到提高的同時(shí)，水污染問題也日漸嚴(yán)重。為了有效解決水污染問題，多種污水處理方法應(yīng)運(yùn)而生，其中一種方法是人工濕地凈化[ 1 - 2 ]。人工濕地是綜合運(yùn)用土壤、爐渣、礫石等，按照一定的量配比混合后形成具有特性效果的基底，然后再配植一些濕地植被，配合形成基底的相應(yīng)理化反應(yīng)，可起到有效凈化污染物的效果[ 3 ]。這種凈化技術(shù)的凈化效果顯著，也符合現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展對(duì)低成本、低耗能的要求[ 4 ]。在人工濕地中，不同植被類型吸附過濾的效果有所差異，結(jié)合水體污染的實(shí)際情況針對(duì)性地選擇植被進(jìn)行種植，可以有效清除水體中的特性污染物，提高水體凈化的效果[ 5 - 6 ]。為了篩選出適合在張掖地區(qū)種植、凈化污染水體效果明顯的濕地植被，選擇了一些植物進(jìn)行了凈化效果對(duì)比研究，為提高當(dāng)?shù)貪竦鼐C合凈化的能力提供技術(shù)參考。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地設(shè)置在甘肅省張掖市甘州區(qū)境內(nèi)的張掖國(guó)家濕地公園。濕地公園的地勢(shì)由南向北傾斜，地下水位較高，植被類型豐富。當(dāng)?shù)貙俅箨懶突哪畾夂?，降水稀少，年均降水量?29 mm左右，年內(nèi)及年際變化較大，且主要集中在6-9月，此階段的降水量占全年總降水量的72%左右。春季降水稀少，年蒸發(fā)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于降水量，達(dá)到了近2 050 mm，干旱指數(shù)比較高，達(dá)到10以上。年均日照時(shí)數(shù)3 000 h以上，年均溫7 ℃左右，≥10 ℃年有效積溫近2 900 ℃，年均無(wú)霜期約155天。植被類型主要包括蘆葦、沼澤草甸等。在走廊平原中，該濕地公園的植被類型最為豐富，沼澤濕地內(nèi)植被類型有水生、濕生2類，包括多莖萎陵菜、菖蒲、苔草、澤瀉等。

2 試驗(yàn)材料與方法

2. 1 試驗(yàn)材料

人工配置生活廢水，其中含有總氮（TN）28.3 mg/L、總磷（TP）0.35 mg/L、重鉻酸鹽（CODcr）154.2 mg/L、生化需氧量（BOD5）101.32 mg/L、硝態(tài)氮（NO3--N）0.43 mg/L、氨態(tài)氮（NH4+-N） 14.8 mg/L。供試材料為蘆葦、菖蒲、水蔥、慈姑、澤瀉等5種當(dāng)?shù)氐湫偷臐竦刂参?，均來源于張掖?guó)家濕地公園內(nèi)。構(gòu)建人工濕地的材料包括尼龍網(wǎng)、爐渣（小號(hào)粒徑10～15 mm、中號(hào)粒徑15～25 mm）、大粒的礫石（粒徑20～30 mm）、泥沙、PVC管（直徑約10 mm）等，均來源于當(dāng)?shù)氐膱@林公司。

2. 2 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)共設(shè)計(jì)6個(gè)處理，分別為蘆葦、菖蒲、水蔥、慈姑和澤瀉處理，以及不種植植被的對(duì)照處理，每個(gè)處理設(shè)5次重復(fù)。每個(gè)濕地植物處理的種植密度為4～8株/m2 [ 7 ]。

試驗(yàn)開始之前，先人工構(gòu)建30塊濕地區(qū)域（規(guī)格：18 m×5 m×0.8 m），每塊濕地區(qū)域之間修筑土埂（寬約0.5m）做隔離。濕地底部為集水區(qū)，先鋪上1層尼龍網(wǎng)，再依次鋪上大粒礫石、中號(hào)爐渣、小號(hào)爐渣，填充基質(zhì)厚度在25 cm左右，中間的縫隙用泥沙填充[ 8 - 9 ]。每個(gè)濕地單元區(qū)域?qū)蔷€方向鋪設(shè)直徑約10 mm的PVC管，便于循環(huán)水的流通，且方便采集樣品[ 10 ]。

試驗(yàn)開始于2019年4月，對(duì)試驗(yàn)中的5種濕地植被用微污染水進(jìn)行30天左右的馴化培養(yǎng)。在各種濕地植被中，選出長(zhǎng)勢(shì)比較一致的栽植到人工構(gòu)建的沙質(zhì)基質(zhì)濕地單元中，灌入自來水至飽和狀態(tài)，再灌入地下水至深度超過基質(zhì)層上方2 cm左右，持續(xù)培養(yǎng)3天左右，期間換水3～5次[ 11 ]。7月15日，在各濕地單元中倒入人工配置好的污水，通過布水管慢慢下滲，持續(xù)12 h后放水，從PVC管中取到經(jīng)過各濕地單元的污水[ 11 - 12 ]。

2. 3 調(diào)查方法

在各濕地植被栽植、生長(zhǎng)1年后，在2020年5月對(duì)各處理凈化后的水體各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，包括TN（采取分光光度法）、TP（采用釩鉬藍(lán)法）、CODcr（采用氧化法）、BOD5（采用接種法）、NO3--N（采用分光光度法）、NH4+-N（采用分光光度法），比較各處理的指標(biāo)與對(duì)照處理的變化情況，計(jì)算出各濕地植被處理對(duì)這些水質(zhì)指標(biāo)的去除率，計(jì)算公式為：（CK排出水的指標(biāo)值-各濕地植被處理排出水的指標(biāo)值）/ CK排出水的指標(biāo)值×100%。每種濕地植物處理的5個(gè)重復(fù)數(shù)據(jù)取平均值進(jìn)行分析[ 13 ]。

3 結(jié)果與分析

通過人工建造濕地環(huán)境，選擇5種不同的濕地植被開展凈化生活污水效果的研究，與未栽植濕地植被的對(duì)照處理相比，各處理對(duì)各主要水體指標(biāo)的去除率結(jié)果見表1。

3. 1 TN去除效果分析

與對(duì)照處理相比，各濕地植被處理的水體指標(biāo)去除率均為正值，說明各濕地植被對(duì)清除生活污水中的TN含量均有效果。且5種濕地植被的去除效果存在不同程度差異，TN去除率最高的濕地植被為蘆葦（21.9%），極顯著高于其他濕地植被處理;去除率排在第2位的濕地植被為菖蒲（15.6%），與水蔥植被處理之間差異不顯著，與慈姑、澤瀉2個(gè)濕地植被處理之間的差異均達(dá)到極顯著水平;去除率排在第3位的濕地植被為水蔥，與蘆葦處理之間差異極顯著，與菖蒲、慈姑2個(gè)處理之間差異不明顯，與澤瀉處理之間差異顯著。

3. 2 TP去除效果分析

試驗(yàn)選擇的5種當(dāng)?shù)氐湫蜐竦刂脖痪山档臀廴舅w中的TP含量，不同植被的去除效果有所差異。去除效果最好的植被為蘆葦，與菖蒲處理之間差異不顯著，與其他的濕地植被處理之間均達(dá)到了極顯著性差異;去除率由高到低的順序依次為菖蒲、水蔥、慈姑、澤瀉。菖蒲處理與水蔥、慈姑、澤瀉3個(gè)處理之間達(dá)到了極顯著差異;水蔥與慈姑處理之間差異不顯著，與澤瀉之間達(dá)到了極顯著性差異水平;慈姑與澤瀉2種濕地植被之間的差異極顯著。

3. 3 CODcr去除效果分析

試驗(yàn)中選擇的5種當(dāng)?shù)氐湫蜐竦刂脖粚?duì)生活污水進(jìn)行凈化處理后，CODcr的含量均較對(duì)照有所降低，去除率為正值，不同的植被去除效果有所差異。去除效果最好的濕地植被類型為菖蒲（44.9%），與其他濕地植被之間均達(dá)到了極顯著性差異，排在第2位的濕地植被為蘆葦（29.8%），較其他濕地植被處理之間差異極顯著，排在第3位的濕地植被為水蔥（22.3%），再次分別為慈姑（11.2%）、澤瀉（7.2%）。

3. 4 BOD5去除效果分析

5種濕地植被對(duì)生活污水中的BOD5有不同程度的去除效果。去除效果最好的濕地植被類型為蘆葦，其次是菖蒲，兩者之間差異不顯著，蘆葦與其他濕地植被處理之間的差異均達(dá)到了極顯著水平，排在第3位的植被類型為水蔥，與慈姑處理之間差異顯著，與澤瀉之間差異極顯著，慈姑排在第4位，與排在第5位的澤瀉濕地植被處理之間差異不顯著。

3. 5 NO3--N去除效果分析

5種濕地植被均可降低生活污水中NO3--N的含量，去除效果表現(xiàn)出不同程度的差異。去除效果最好的濕地植被類型為蘆葦，去除率顯著高于排在第2位的水蔥處理，極顯著高于其他的3種濕地植被處理;排在第3位的濕地植被類型為菖蒲，極顯著高于排在第4、5位的慈姑和澤瀉2處理。

3. 6 NH4+-N去除效果分析

5種濕地植被均可降低生活污水中NH4+-N的含量，不同植被類型的去除效果有所差異。去除率按照由高到低的順序依次為蘆葦、菖蒲、水蔥、澤瀉、慈姑，其中，蘆葦污水中NH4+-N的去除率極顯著高于其他4種濕地植被處理，菖蒲與水蔥2個(gè)濕地植被處理之間差異不顯著，與慈姑、澤瀉2個(gè)處理之間差異極顯著，慈姑與澤瀉之間差異顯著。

4 結(jié)論與討論

4. 1 濕地植被在不同的環(huán)境中會(huì)形成相應(yīng)的群落，以適應(yīng)環(huán)境中的變化。如果將其置于到污染的水源中，會(huì)結(jié)合環(huán)境形成相應(yīng)的群落，以對(duì)污水中的各種污染指標(biāo)產(chǎn)生不同的反應(yīng)，起到凈化的效果。植被的類型不同，起到的凈化效果也會(huì)有所差異[ 14 - 15 ]。

4. 2 不同的濕地植被類型對(duì)生活污水均起到了很好的凈化效果，其中，蘆葦?shù)膬艋Ч罴?，?duì)TN、TP、NH4+-N、NO3--N、BOD5、CODcr等主要水體指標(biāo)的凈化率均排在首位;其次是菖蒲，對(duì) 5種水體指標(biāo)的凈化率均排在第2位，對(duì)NO3--N的凈化率排在第3位;水蔥對(duì) 5種水體指標(biāo)的凈化率均排在第3位，對(duì)NO3--N的凈化率排在第2位;凈化效果最差的濕地植被類型為澤瀉，對(duì)幾種水體指標(biāo)凈化率均排在第5位，對(duì)NH4+-N的凈化率排在第4位。在張掖地區(qū)，生活污水處理中的濕地植被優(yōu)先選擇蘆葦、菖蒲，其次為水蔥、慈姑，澤瀉的效果最差。

4. 3 本試驗(yàn)僅以單種濕地植被處理對(duì)污水的凈化效果進(jìn)行比較，至于多種濕地植被混合栽植后對(duì)污染水體的凈化效果還需要進(jìn)一步開展研究。此外，關(guān)于這些適合在張掖地區(qū)污水進(jìn)化中應(yīng)用的濕地植被的凈化機(jī)理還有待于進(jìn)一步研究，以在污水凈化處理中發(fā)揮出更加明顯的效果。

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第1作者簡(jiǎn)介：? 金建鑫（1973-），? 男，? 林業(yè)工程師，? 主要從事濕地自然保護(hù)區(qū)建設(shè)、? 濕地植被恢復(fù)、? 濕地產(chǎn)業(yè)開發(fā)方面的工作。

收稿日期： 2021 - 01 -? 06

（責(zé)任編輯：? ?王 巖）