人工濕地植物凈化生活污水

  我國是一個農業(yè)大國,隨著地方經濟的不斷發(fā)展,農村人民生活水平不斷提高,日益增長的農村生活垃圾已經成為影響我國水環(huán)境質量的重要因素。植物是人工濕地系統(tǒng)的核心部分之一[1],也是人工濕地系統(tǒng)的特點所在[2]。
  人工濕地作為污水處理系統(tǒng)存在已有50多年歷史,具有投資少、運行費用低、抗沖擊力強和易于維護管理的優(yōu)點[3~7]。國內外專家學者對人工濕地進行了大量的研究,并規(guī)劃建立了許多人工濕地,然而真正涉及到農村生活污水處理的人工濕地研究與試驗極少[8,9],文章對生活污水的人工濕地凈化現(xiàn)有文獻作了簡要綜述,并對人工濕地植物處理生活污水的研究方向進行了展望,以期推動農村生活污水人工濕地凈化研究。

1人工濕地植物的研究
1·1植物類型與常用植物
  人工濕地中的植物,可分為浮水植物、沉水植物和挺水植物三類[10]。國內外選用的人工濕地植物以水生植物為主,主要是挺水植物。國外最常用蘆葦(Phragm ites conmunis)、香蒲(Typha angusti-folia)和燈心草(Juncus effusus)[11~13],此外也常用鳳眼蓮(Eichom iacrassipes)、黑三棱(Spargani umstoloniferum)和水蔥(Scirpusvalidu)。國內選用的植物更豐富，除國外常用植物外，國內還有香根草(Vetiveriazizanioaes)、菱白(Zizanialatifo lia)、苔草(Carextristachya)、大米草(SpartinaanglicaHubb )、小葉浮萍(LemnaminorLinn )、菹草(Potamogetoncrispus)、池杉(Taxodiumas cendens Brongn)、美人蕉(Cannageneralis)、水仙(NarcissustazettaL var chinensisRoem )、慈姑(Sagittariatrifolia)等。

1.2人工濕地植物選擇原則
  耐污凈化能力強，抗凍、抗熱、抗病蟲害等抗逆性強，根系發(fā)達適應性強，經濟和觀賞綜合利用價值高，利于物種間的搭配，易于管理。

1.3人工濕地植物去污機理與作用
  人工濕地去除的污染物范圍廣泛，包括N，P，SS，有機物，微量元素，病原體等。有關研究結果表明，在進水濃度較低的條件下，人工濕地對BOD5的去除率可達85%~95%，COD去除率可達80%以上，處理出水中BOD5的濃度在10mg/L左右，SS小于20mg/L。陳發(fā)先等研究認為，人工濕地植物去污機理有3個方面：第一，直接吸收利用污水中的N、P等營養(yǎng)物質，吸附和富集污水中的重金屬鉛(Pb)、鎘(Cd)、汞(Hg)、砷(As)等有害物質；第二，輸送氧氣到植物根區(qū)，為微生物生長、繁殖和降解反應提供氧氣；第三，增強和維持水體的水力傳輸能力。另外，人工濕地植物還具有其他作用：維持系統(tǒng)的穩(wěn)定；釋放促進生物化學反應的酶和影響酶的分布；濕地植物的抑澡作用；濕地植物的景觀效應；經濟和生態(tài)價值等。

1 4 植物去污作用的影響因素
  人工濕地植物去污作用受多種因素影響，情況復雜，陳發(fā)先等對影響因素進行了歸納，認為主要有6個影響因素：進水濃度；水力負荷；水力停留時間；溫度；濕地水體pH；植物種類等。筆者認為，在不同性質、不同來源的污水中，各個因素的貢獻率也是不同的。
  在環(huán)境溫度較低的冬季，許多濕地植物的活性不斷降低，甚至部分濕地植物開始死亡，極大地影響到人工濕地系統(tǒng)的去污能力。而目前涉及濕地植物越冬期研究的文章極少，通過中國期刊網(wǎng)文獻檢索，僅查到西洞庭湖濕地越冬期野生植物多樣性一文，王朝暉等研究認為，在冬季西洞庭濕地以菊科、十字花科野生植物為主，因而在人工濕地植物選取的時候，可以選擇一些菊科、十字花科植物來適應冬季溫度較低的環(huán)境，從而能在一定程度上維持濕地系統(tǒng)的去污能力。從另一方面說明了在人工濕地植物越冬期去污能力下降問題研究方面還不深入，今后應當加強濕地植物越冬期的研究。

2生活污水的組成
  農村生活污水主要來源于3個方面：(1)淘米、洗菜等廚房炊事用水、沐浴、洗滌用水和沖洗廁所用水；(2)農村養(yǎng)殖及畜禽養(yǎng)殖產生的糞尿廢水；(3)生活垃圾、糞肥堆置滲濾及沼氣池排出的廢液等。
  生活污水中含有較高的人畜糞尿等成分，N、P含量特別高，還有細菌、微生物及碳氫化物等�？傊�，農村生活污水成分相對簡單，然而中國有廣大的農村，家家戶戶都產生越來越多的生活污水，在農村造成的污染也是越來越嚴重，因而必須對農村生活污水進行凈化處理，最佳處理方式就是建設小型人工濕地，利用其植物凈化污水。

3人工濕地凈化生活污水研究進展
  胡勇有等在華南地區(qū)選擇了14種待選濕地植物，研究它們在華南地區(qū)氣候條件下對低深度生活污水的凈化效果，監(jiān)測項目主要包括COD，TN，TP，NH+4 N，pH值，濁度等，結果認為不同植物對COD的去除沒有明顯差異，而N、P的去除率可作為篩選植物的重要指標，同時綜合考慮植物的抗逆性、觀賞性。最后篩選出合適種植于華南地區(qū)的濕地植物主要有菖蒲(Acorusgramineus)、象草(PennisetumpurpureumSchum)、風車草(Cyperus involucratusRottb )、香蒲(Typhaorientalis)等9種。說明大多數(shù)濕地植物都能起到凈化污水的作用，當然在不同地區(qū)，不同的污水水體中，最合適種植的植物有差異。
  郭杏妹等選用菖蒲(Acorusgramineus)、再力花(Thaliadealbata)、梭魚草(Pontederiacorda ta)3種植物，以學生食堂污水為實驗用水，進行室外靜態(tài)模擬人工濕地研究，水樣監(jiān)測指標主要包括TP、NH+4 N、CODCr，認為3種植物對污水中的TP、NH+4 N、CODCr去除效果均較好，認為植物株數(shù)為6株/m2時去除效果最好，污水停留時間為3d內時去除率增長較快。在3種植物中，菖蒲(Acorusgramineus)表現(xiàn)出最好的去污能力，將菖蒲運用到廣州市荔城鎮(zhèn)群愛村生活污水處理的實例中檢驗，人工濕地選擇單一的菖蒲，種植密度為6株/m2，結果CODCr、TP、NH+4 N、SS、BOD5，動植物油6項指標全部達標。說明菖蒲、再力花、梭魚草3種植物在生活污水處理中都有較好的去污效果，尤其是菖蒲去污效果最為理想，具有明顯的優(yōu)勢，可以成為生活污水處理的首選植物。
  劉超翔等在滇池流域農村進行了人工濕地處理生活污水的試驗和生態(tài)處理系統(tǒng)設計。采用人工復合生態(tài)床處理滇池地區(qū)低濃度農村污水的試驗結果表明，蘆葦具有較強的輸氧能力，茭白對氮、磷的吸收能力強，可采用蘆葦和茭白混種的方式提高BOD、氮、磷的去除率。
  針對太湖流域的面源污染和水體富營養(yǎng)化問題，白永剛孫亞兵進行了人工濕地處理太湖流域農村生活污水的試驗研究。綜上所述，人工濕地處理生活污水是有效的，對COD、TN、氨氮和TP有較高的去除率，出水水質較好。

4.展望
  綜上所述，人工濕地凈化生活污水，目前對城鎮(zhèn)區(qū)的研究與實踐比較充分，但是農村與農戶區(qū)的人工濕地應用案例還較少。由于我國人工濕地的研究起步較晚，加上人工濕地凈化污水的效果受到多種因素的影響，因而有關人工濕地凈化生活污水的研究需要加強和不斷深入，今后應當優(yōu)先開展以下方面的研究：
  (1)對生活污水的來源組成進行詳細的分類，研究各種來源生活污水的主要成分，從而可以選擇相應的去污植物。
  (2)研究生活污水的主要或常用監(jiān)測指標，比如BOD、COD、TP、TN、NH+4 N、SS等。選擇不同的植物和不同的監(jiān)測指標進行去污效果的相關性研究，從而篩選出理想的濕地植物。
  (3)加強濕地植物在生活污水中的抗凍、抗熱、抗病蟲害等抗逆性研究，尤其是應當加強人工濕地植物越冬期去污能力下降問題的研究，使選擇的植物能夠很好地適應于人工濕地環(huán)境，同時又能維持濕地的去污能力。
  (4)加強生活污水人工濕地上植物聯(lián)合去污效果研究，變單一植物為聯(lián)合模式。對不同植物比重具有不同的去污能力進行量化研究，加強生活污水濕地野外實驗，篩選出不同植物的最佳組合模式。
  (5)加強人工濕地植物根系對生活污水適應性研究。濕地植物根系能夠改善土壤微環(huán)境，影響根系的微生物和酶的產生，從而影響到污水的處理效果。
  (6)加強川中丘陵區(qū)農戶生活污水人工濕地植物處理技術研究。