摘要：实验应用垂直流人工湿地处理生活污水，在实验运行一年期间内，对人工湿地废水常规指标COD、氨氮、总磷进行了数据处理和分析，并研究了水力停留时间、水力负荷、温度以及不同湿地植物等因素对人工湿地处理污染物效果的影响。结果表明：较长停留时间(24h)，较低水力负荷（0.3m/d），污染物的去除率好；随着温度的升高，处理效果提高；湿地中植物长势好于自然环境中，4种植物中酸模的生长速度最快，净化能力最好，其生长成熟时，氨氮、总磷的去除率稳定在95%左右，COD的去除率在60%左右。
论文关键词：垂直流人工湿地,生活污水,影响因素

　　1材料与方法

　　1.1．植物的选择

　　实验选用了4个陆生植物：鸢尾（Lis Tectorum）、酸模（Rumex acetosa Linn）、兰草（Cymbidium Spp）、葱兰（Zephyranthes candida Herb）。

　　1.2人工湿地系统

　　试验的湿地用有机琉璃加工而成，大小为0.6m×0.6 m×0.6m，分别在上端和底部设置布水管和集水管，取样点位于水箱出水管处。湿地下层(厚12cm)填充粒径为3～6cm的卵石，中层沙层(厚12cm)分2层，下为粗沙层(厚6cm)，粒径为1mm，上为细沙层(厚6cm)，粒径为50～100mm，表层土壤（厚20cm）。种植鸢尾。种植3排，每排3株，种植密度为25株/m2。另设3个对比实验，其结构、基质与上述湿地相同，上层土壤中分别种植葱兰、酸模、兰草，种植密度相同。酸模的覆盖率95%，兰草和葱兰的覆盖率约88%。

　　数据统计方法：采取平均取样。

　　1.3．原水水质

　　试验原水采自安徽工业大学宾馆的生活污水，COD浓度为33.52～ 144.40 mg﹒L-1，氨氮5.90～26.30 mg﹒L-1，TP 0.37～7.56 mg﹒L-1， 浊度9.33～106.70 NTU，pH为7.7～8.1。

　　1.4 水质与植物的分析方法

　　水质指标采用标准方法分析：COD、氨氮、TP分别为重铬酸钾法、纳氏试剂比色法、钼锑抗分光光度法［3］。

　　植物测定的生理指标：高度，干重。高度从植物的根部测量到顶部，干重是在108℃烘24h。

　　2．结果与讨论

　　2.1运行参数对人工湿地处理效果影响

　　2.2.1水力停留时间对出水水质的影响

　　水力停留时间（HRT）决定了污水与湿地的接触程度，和处理效果有很大的关系，根据实验运行情况，设计了4个水平：6h、12h、24h和48h，其污染物去除效果如表1所示：

　　表1 不同HRT条件下湿地对污染物的去除率

　　Tab.1 The removal rate of pollutants in constructed wetland under different HRT

　　植物

　　COD去除率(%) 氨氮去除率(%) TP去除率(%)

　　6h 12h 24h 48h

　　6h 12h 24h 48h

　　6h 12h 24h 48h

　　鸢尾

　　56.7 57.0 60.2 61.3 96.3 97.1 98.3 97.0 82.8 84.5 89.4 87.0

　　葱兰

　　61.4 71.5 76.5 72.8 99.0 98.0 98.7 98.1 91.3 92.3 93.3 92.8

　　酸模

　　50.4 60.7 72.4 72.9 97.7 97.1 98.2 97.7 93.9 96.0 97.4 95.2

　　兰草

　　51.3 56.4 65.4 58.8 98.1 98.3 98.4 99.4 86.0 88.6 94.6 93.7

　　由表1可见：随HRT增大，COD、氨氮、TP的去除率也随之提高，HRT=24h时湿地系统的综合去除效果最好。各植物系统COD去除率24h均达到60%以上。因为硝化细菌的增殖速度为1d左右，因此HRT为24h时，微生物数量骤增，氨氮去除率达到98%，48h时去除率没有太大变化。当HRT低于24h时，无法达到微生物中降解有机磷所用的时间[4]，而且原先被吸附在填料和植物根系表面的磷也很快被水流带走，没有足够的时间反应消耗，所以磷的去除率偏低，到24h时，各植物去除率基本上达到90%~95%，到48h时，由于污水停留时间加长，污水中出现部分厌氧状态，促进了聚磷菌对磷的释放，所以去除率略有下降。

　　2.2.2 水力负荷对出水水质的影响

　　水力负荷（HLR）是湿地单位面积上承受的水量，对湿地的处理效果有影响。根据湿地运行情况设计3个水力负荷：0.2（m/d），0.3（m/d），0.4（m/d）。

　　表2 不同HLR条件下湿地对污染物的去除率

　　Tab. 2 The removal rate of pollutants in constructed wetland under different HLR

　　植物

　　COD去除率(%) 氨氮去除率(%) TP去除率(%)

　　0.2m/d 0.3m/d 0.4m/d

　　0.2m/d 0.3m/d 0.4m/d

　　0.2m/d 0.3m/d 0.4m/d

　　鸢尾

　　42.7 69.1 62.6 96.5 97.2 98.2 81.2 92.8 91.7

　　葱兰

　　41.2 42.0 41.7 97.1 98.3 98.9 83.4 92.3 88.2

　　酸模

　　52.3 80.3 63.4 97.2 98.5 97.0 83.0 96.0 89.7

　　兰草

　　64.5 68.9 58.5 97.2 98.4 98.2 84.0 92.2 91.5

　　表2表明：低HLR（0.2m/d）时，其对污水中COD、TP的去除率不高；研究发现，当HLR过大时，污水在系统内停留时间短，部分吸附在生物膜表面的有机物来不及降解就被水流带出系统外，使COD的去除率下降。HLR对氨氮去除率的影响与COD相似，但影响明显小些。实验证明：HLR为0.3 m/d，湿地系统的去除效果最好。

　　2.2.3 温度对出水水质的影响

　　实验期内的环境温度为15～35℃，选择对鸢尾的湿地床进行观察，进水浓度基本不变。

　　

　　人工湿地去除污染物主要依靠植物的吸附和微生物的分解等作用来完成的，这些作用较易受温度的影响。图1中可看出，随着温度的升高，湿地的去除污染物的能力增强。当温度从15℃到35℃时，COD的出水浓度由开始的26.8 mg﹒L-1下降到14.8 mg﹒L-1。

较高的温度促进了植株的生长，使根系发达，提高了输氧能力，增加了对氮、磷等营养物质的吸收。较高的温度促进微生物繁殖，提高了其生物活性，增加了对有机污染物的去除。氨氮的去除主要依靠微生物硝化作用和反化作用，它与温度和pH有密切关系。本实验中pH较稳定，温度的提高有利于硝化细菌的繁殖，35℃左右在硝化细菌的最适宜温度范围内，此时氨氮去除率达到最高，达到98.7%出水浓度只有0.1 mg﹒L-1。TP的去除主要依靠微生物的物理作用和植物的吸收[4]。温度的升高有利于微生物的反应速度和植物的生长，因此TP的去除率也达到了90%。

　　2.2 湿地植物对处理效果的影响

　　2.2.1不同植物的处理效果

　　在HRT=24h，HLR=0.3 m/d 条件下，不同植物净化污水能力如图2所示。人工湿地中，COD、氨氮的去除和植物关系密切，植物根系周围存在近根系的好氧区与远根系的厌氧区的交替环境，植物根系发达，周围微生物多，去除COD、氨氮的能力强。4种植物中，兰草的根系长势的密度最大，酸模、鸢尾的根系长势比较长，葱兰的根系比较短而且长势不茂盛。因此酸模、鸢尾、兰草的COD的去除能力要略大于葱兰；但各植物出水系统的NH3-N的去除率相差不大，此时植物处在很好的生长期对氨氮的吸收能力很强，因此氨氮基本上被植物消耗或基质截留。对TP 的去除能力由大到小的次序为酸模>兰草>葱兰>鸢尾花。酸模根系发达，根系粗壮，好氧区范围较大，抑制了磷的释放，使得磷的去降效率较高。

　　从综合净化能力上看，酸模对氨氮和总磷的去除率的效果最好，COD的去除率也是居中，因此选择酸模作为人工湿地植物。

　　2.2.2 植物生长状况与处理能力的关系

　　湿地中种植酸模，研究植物生长情况与处理效果的关系。在湿地装置中选取3个植株，分别标号1#，2#，3#。同时，在每种植物的原始生长地也分别选了3棵植株，分别标号4#，5#，6#，以作对比。本试验主要通过植株高度来代表植物的生长量，考查其生长量与污染物去除率的关系，每隔1周对植物高度作一次测量，结果如表3所示。

　　表3酸模在实验前后的高度以及重量的变化

　　Tab. 3 The change of the height and weight’s Rumex acetosa Linn under experiment condition

　　高度cm

　　净重g

　　植株编号

　　1# 2# 3# 4# 5# 6#

　　第1次

　　第2次

　　第3次

　　第4次

　　第5次

　　平均增长%

　　平均增长量

　　30.5 37.1 33.9 31.2 27.2 41

　　36.6 40.2 41 33.1 31.5 46.5

　　42.8 50.5 58.2 42.1 38.8 51.2

　　75 68.5 77.5 45.8 40.2 53.5

　　93 75 88.6 45.8 43.7 57

　　34 19.7 27.5 10.5 15.7 10

　　46.7 36.8 46.4 10 14.8 9.1

　　在实验测定期内，植株高度增长很快，平均增长率27%，而自然生长的植株增长率为12%，因此，湿地中植物生长明显快于自然环境下植物。在第4-5次测定时间内，自然生长的植物生长缓慢，而湿地床中植物一直保持良好的生长状态，因此，湿地中植物延长了生长期。酸模在在降雨前后生长速度变化最快。从表看出在湿地条件下种植的植物增长重量要很大于自然情况下，湿地在处理生活污水相当于给植物提供了氮肥，磷肥。

　　从图3可以看出COD的去除率随着植株的高度的增长而变高，在植株达到45.0cm后COD的去除率达到70%。但是在第4周出现了病虫害现象，导致植物茎叶损伤，使之下降，虽然及时治理，但对污水的去除效果仍有一些影响。1周后基本上恢复到正常水平，去除率达到60%左右。随着植物生长量的增加，氨氮、TP的去除率也上升，最终基本上稳定在95%左右，由于进水中氨氮、磷的浓度相对较低，植物的虫害没有对其去除率造成太大影响。

　　3. 结论

　　在垂直流人工湿中，运行参数对处理效果有很大的影响。水力停留时间不宜低于1d，水力负荷在0.3m/d时，污染物去除率最好。温度对湿地的处理有显著影响，当温度在35℃时，去除率最好。湿地床中的植株增长率基本上要比自然界中的植株增长率高出15%，不同植物系统对污染物的去除效果不同，酸模的综合处理能力好，随着生长量的增加，对氮、磷的去除率增加。酸模的缺点是生长周期较短，容易为虫害所影响，须加强日常管理。

　　除了运行参数与植物以外，其他的一些因素也会对处理效果产生影响，如植物的适应性，湿地内生态系统稳定等，有待于进一步深入研究。