不同濕地植物對(duì)扎染廢水處理效果的研究
摘要： 分別以蘆葦、美人蕉、菖蒲和水芹菜為濕地植物來(lái)構(gòu)建垂直潛流人工濕地系統(tǒng)，研究 其對(duì)扎染廢水的處理效果。結(jié)果表明，在相同進(jìn)水濃度下，蘆葦濕地系統(tǒng)的出水COD平均濃度最 低．僅為25．7 mg／L；美人蕉濕地系統(tǒng)的出水氨氮和TN平均濃度最低，分別為0．96和4．25 mg／L； 水芹菜濕地系統(tǒng)的出水TP平均濃度最低，僅為O．09 mg／L。綜合考慮可知，蘆葦和關(guān)人蕉對(duì)扎染 廢水的處理能力較強(qiáng)。4種植物對(duì)扎染廢水均具有較好的處理效果，濕地出水的各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于 《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918-2002)的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。
關(guān)鍵詞： 垂直潛流人工濕地； 扎染廢水； 水生植物
人工濕地是20世紀(jì)7O年代興起的污水處理工 藝，主要是利用濕地中基質(zhì)、濕地植物和微生物之問(wèn) 的相互作用，通過(guò)一系列物理、化學(xué)及生物途徑來(lái)處 理污(廢)水，具有建造及運(yùn)行費(fèi)用低、維護(hù)簡(jiǎn)單、 處理效果好、適用面廣、對(duì)負(fù)荷變化的適應(yīng)能力強(qiáng)等 優(yōu)點(diǎn) J。在我國(guó)，由于中小城鎮(zhèn)眾多、人口密集、資 金及技術(shù)有限，發(fā)展大型污水處理廠有很大困難，故 人工濕地技術(shù)在我國(guó)有著廣闊的應(yīng)用前景。 人工濕地中的植物跟其他所有光合自養(yǎng)有機(jī)體 一樣，能利用太陽(yáng)能從空氣中吸收無(wú)機(jī)物來(lái)合成有 機(jī)物，為異養(yǎng)微生物提供能量，同時(shí)還具有分解和轉(zhuǎn) 化有機(jī)物及其他物質(zhì)的能力 j。此外，濕地植物使 濕地床表面更加穩(wěn)固，提供了良好的物理過(guò)濾條件， 防止冬季濕地表面凍結(jié)，同時(shí)還為微生物生長(zhǎng)提供 了巨大的表面支撐，通過(guò)光合作用和根系的滲透作 用將氧傳輸?shù)礁|(zhì) J。 筆者分別以蘆葦、美人蕉、菖蒲和水芹菜為濕地 植物來(lái)構(gòu)建垂直潛流人工濕地中試系統(tǒng)，研究其對(duì) 各污染物的去除效果及對(duì)扎染廢水的適應(yīng)性。
1 試驗(yàn)材料與方法
1．1 工藝流程
以大理州巍山縣興巍民族工藝廠的扎染廢水為 原水，考慮到該廢水中氮、磷濃度偏低，為了提高生 物處理效果，將扎染廠廁所和食堂的污水引入水解 調(diào)節(jié)池與扎染廢水充分混合。所排廢水主要為黑 色、藍(lán)色或棕色，具有有機(jī)物濃度高、色度大、難降解 等特點(diǎn)。試驗(yàn)流程見(jiàn)圖1。
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| 圖1 工藝流程 |
1．2 試驗(yàn)裝置
試驗(yàn)在大理州巍山縣興巍民族工藝廠內(nèi)進(jìn)行。 垂直潛流人工濕地由磚和水泥砌成，用隔墻分為4 格，從南至北依次種植蘆葦、水芹菜、菖蒲和美人蕉， 種植密度均為9株／m 。每塊濕地的平面尺寸均為 3 m X 12 m，有效高度為1 In，池底坡度為2．5％。 人工濕地內(nèi)的基質(zhì)分為4層：第一層為表層，填 充100 mm厚、粒徑為8～16 mm的礫石，其作用是 防止砂層表面沖蝕；第二層為過(guò)濾層，填充500 mm 厚、粒徑為0．2～6 mm 的無(wú)泥粗砂，其作用是進(jìn)行 生化處理；第三層為過(guò)渡層，填充100 mm厚、粒徑 為4～8 mm的礫石，其作用是防止上層砂粒堵塞下 排水層；第四層為排水層，填充300 mm厚、粒徑為8 ～ 16 mm的礫石，其作用是匯集并排出已處理的廢 水。濕地底部鋪0．5 mm的PE膜雙面土工布，防止 廢水滲透地下。人工濕地構(gòu)造見(jiàn)圖2。
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| 圖2 垂直潛流人工濕地示意 |
1．3 原水水質(zhì)
以跌水接觸氧化池出水為原水，水質(zhì)見(jiàn)表1。
| 表1 原水水質(zhì) |
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1．4 檢測(cè)方法
檢測(cè)方法見(jiàn)表2。
| 表2 檢測(cè)項(xiàng)目及方法 |
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2 結(jié)果與分析
2．1 對(duì)COD的去除效果
4種不同植物的垂直潛流人工濕地系統(tǒng)對(duì)COD 的去除效果見(jiàn)圖3。
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| 圖3 4種不同植物濕地對(duì)COD的去除效果 |
從圖3可知，在進(jìn)水COD濃度相同的情況下， 蘆葦人工濕地的出水COD平均濃度最低，僅為25．7 mg／L；水芹菜人工濕地的出水COD平均濃度最高， 達(dá)到34．3 mg／L。從對(duì)COD的去除率來(lái)看，4種不 同人工濕地系統(tǒng)對(duì)COD的去除效果差別較大，美人 蕉和菖蒲系統(tǒng)對(duì)COD的平均去除率相近，分別為 56．26％和57．08％ ，蘆葦系統(tǒng)對(duì)COD的平均去除率 為63．45％ ，水芹菜系統(tǒng)對(duì)COD的平均去除率為 50．36％ 。不同植物垂直潛流人工濕地的出水COD 濃度曲線的形狀基本與進(jìn)水的保持一致，去除率也 相對(duì)穩(wěn)定，沒(méi)有出現(xiàn)較大起伏。
10月16日美人蕉和水芹菜人工濕地系統(tǒng)均出 現(xiàn)了出水COD濃度高于進(jìn)水的現(xiàn)象，原因可能是取 樣當(dāng)天進(jìn)水COD濃度偏低，前一天吸附在植物根系 和土壤表層的有機(jī)物隨水流重新釋放而進(jìn)入水體。
2．2 對(duì)氨氮的去除效果
4種不同植物的垂直潛流人工濕地系統(tǒng)對(duì)氨氮 的去除效果表明，在進(jìn)水氨氮濃度相同的情況下，美 人蕉人工濕地的出水氨氮平均濃度最低，僅為0．96 mg／L；水芹菜人工濕地的出水氨氮平均濃度最高， 達(dá)到1．5 mg／L。從對(duì)氨氮的去除率來(lái)看，4種不同 植物人工濕地系統(tǒng)對(duì)氨氮的去除效果差別較大，蘆 葦和菖蒲系統(tǒng)對(duì)氨氮的平均去除率相近，分別為 74．73％和74．5％ ，美人蕉系統(tǒng)對(duì)氨氮的平均去除 率為79．39％ ，水芹菜系統(tǒng)對(duì)氨氮的平均去除率為 68．9％ ，這可能是由于美人蕉生長(zhǎng)對(duì)氮元素的需求 量較大所致。4種人工濕地的出水氨氮濃度都較 低，且比較穩(wěn)定，表現(xiàn)出較好的去除氨氮效果。
2．3 對(duì)TN的去除效果
4種不同植物的垂直潛流人工濕地系統(tǒng)對(duì)TN 的去除效果見(jiàn)圖4。
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| 圖4 4種不同植物濕地對(duì)TN的去除效果 |
從圖4可知，在進(jìn)水TN濃度相同的情況下，美人蕉人工濕地的出水TN平均濃度最低，僅為4．25 mg／L；菖蒲人工濕地的出水TN平均濃度最高，達(dá)到 5．3 mg／L。從對(duì)TN的去除率來(lái)看，4種不同的人工 濕地系統(tǒng)對(duì)TN的去除效果差別較大，其中美人蕉 和水芹菜濕地系統(tǒng)對(duì)TN的去除效果較好，去除率 均達(dá)到47％以上，蘆葦系統(tǒng)對(duì)TN的平均去除率為 41．27％ ，而菖蒲系統(tǒng)對(duì)TN的去除效果相對(duì)較差， 去除率僅為37．97％ 。
人工濕地系統(tǒng)對(duì)氮的去除主要是通過(guò)水生植物 吸收、微生物的硝化和反硝化以及氮的揮發(fā)等途徑 實(shí)現(xiàn)的 J。這三個(gè)重要過(guò)程一般可同時(shí)發(fā)生在人 工濕地中，但發(fā)生程度有所不同。微生物的硝化和 反硝化作用是人工濕地系統(tǒng)最有效的脫氮途徑，這 一過(guò)程一般發(fā)生在處于厭氧或缺氧條件下的腐質(zhì)層 和濕地土壤中。由于美人蕉的根系較發(fā)達(dá)，能夠在 濕地土壤中形成好氧／缺氧／厭氧的微環(huán)境，從而更 加利于除氮。
2．4 對(duì)TP的去除效果
4種不同植物的垂直潛流人工濕地系統(tǒng)對(duì)TP 的去除效果表明，在進(jìn)水TP濃度相同的情況下，水 芹菜人工濕地的出水TP平均濃度最低，僅為0．09 mg／L；菖蒲人工濕地的出水rrP平均濃度最高，達(dá)到 0．15 mg／L。
從對(duì)TP的去除率來(lái)看，4種不同人工濕地系統(tǒng) 對(duì)TP的去除效果差別較大，蘆葦和美人蕉系統(tǒng)對(duì) TP的平均去除率相近，分別為77．09％和77．25％， 水芹菜系統(tǒng)對(duì)TP的平均去除率為82．44％ ，菖蒲系 統(tǒng)對(duì)TP的平均去除率為72．74％。由于4種植物 種植在相同基質(zhì)中，而水芹菜對(duì)TP的去除效果較 好，這可能是因?yàn)樗鼘?duì)磷的吸收較其他3種植物多 的緣故。
人工濕地對(duì)磷的去除主要是以基質(zhì)的吸附作用 為主，但植物在濕地除磷中也有重要作用。雖然濕 地植物本身的攝磷量有限，但其根系及其附近微生 物的降解、吸收作用可大大增強(qiáng)濕地基質(zhì)的攔截吸 收功能，整體上改善了對(duì)磷的去除效果 。有研究 表明，不同的植物根系環(huán)境和基質(zhì)組合會(huì)產(chǎn)生不同 的除磷效果。
3 結(jié)論
① 在相同的進(jìn)水濃度下，蘆葦濕地系統(tǒng)的出 水COD平均濃度最低，僅為25．7 mg／L；美人蕉濕 地系統(tǒng)的出水氨氮和TN平均濃度最低，分別為 0．96和4．25 mg／L；水芹菜濕地系統(tǒng)的出水TP平均 濃度最低，僅為0．09 mg／L。綜合考慮可知，蘆葦和 美人蕉對(duì)扎染廢水的處理能力較強(qiáng)。
② 在試驗(yàn)的進(jìn)水濃度范圍內(nèi)，蘆葦、美人蕉、 菖蒲和水芹菜均生長(zhǎng)旺盛，具有較強(qiáng)的除污能力，濕 地出水的各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物 排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918-2002)的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。
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