水生植物对氮和磷去除效果的试验研究_马井泉

第3卷第2期2005年6月中国水利水电科学研究院学报JournalofChinaInstituteofWaterResourcesandHydropowerResearchVol.3No.2June,2005收稿日期:2004-12-28基金项目:水利部重点创新基金资助(SCX2003_02)作者简介:马井泉(1977-),广西桂林人,硕士生,主要从事微污染水体生态修复机理研究。E-mail:majq@iwhr.com文章编号:1672-3031(2005)02-0130-05水生植物对氮和磷去除效果的试验研究马井泉1,周怀东1,董哲仁2(1.中国水利水电科学研究院水环境研究所,北京100038;2.中国水利水电科学研究院,北京100044)摘要:在城市河流水体旁边设计并构建了梭鱼草、茭草、香蒲三种挺水植物湿地以及苦草沉水植物湿地,研究了挺水植物湿地、沉水植物湿地对城市富营养化河流水体氮、磷的净化效果,并对其净化机理进行探讨。结果表明:(1)挺水植物湿地、沉水植物湿地对各种形态的氮、磷营养物质均有显著的去除效果,但沉水植物湿地对营养物的去除能力要高于挺水植物湿地;(2)沉水植物湿地内的溶解氧、pH值明显地高于挺水植物湿地,这主要是由于沉水植物生长茂密,通过光合作用向水体释放氧气的能力明显地高于挺水植物;(3)由于沉水植物湿地内的溶解氧高,因而通过硝化反应对氮的去除作用比较明显。关键词:人工湿地;富营养化;挺水植物湿地;沉水植物湿地中图分类号:X173文献标识码:A1问题的提出人工湿地是一种由人工建造和监督控制的与沼泽地类似的地面[1],它利用自然生态系统中的物理、化学和生物三重协同作用来实现对污水的净化,具有效率高、投资低、运转费低、维持费低等优点[2],在广大发展中国家具有广阔的应用前景[3]。近十几年来,人工湿地已经广泛地用来处理各种污水,如生活污水[4]、工业废水[5]、暴雨径流[6]、农业面源废水[7,8]、垃圾渗滤液等。人工湿地作为自然处理系统,已经表现出强大的污水处理能力和资源的重复利用价值。人工湿地系统的提出开始于20世纪70年代,在80年代得到迅速发展。目前,在欧洲拥有数百个人工湿地[9],特别是德国、丹麦、英国、澳大利亚以及瑞士等,人工湿地的发展非常迅速。美国对人工湿地的应用也非常广泛,美国国家环保局组织专家编写了北美人工湿地数据库(NADB)[10],该数据库汇总了100多个人工湿地的设计、运行以及水流特性及生态参数,成为人工湿地运行的重要参考资料。我国应用人工湿地处理污水发展较晚,1987年天津市环保所建成我国第一个占地6hm2、处理规模为1400m3d的芦苇湿地工程[11],国家环保局华南环保所1990年在深圳建立了白泥坑人工湿地示范工程。十几年来,我国多家环境科学研究机构开展了对人工湿地处理污水的研究,如中国科学院武汉水生生物研究所在武汉东湖建立了复合垂直流人工湿地[12,13]、深圳环境科学研究所建立的洪湖人工湿地系统及观澜高尔夫球场生活污水处理人工湿地[14]等。由于受试验场地的影响在城市内的河流水体旁边建立人工湿地对城市富营养化水体的净化研究,开展的并不多。中国水利水电科学研究院于2003年承担了水利部科技创新项目“应用生态方法修复污染水体”的研究,在该院水利芦荟园内建立了数块小型湿地,开展应用人工湿地净化北京昆玉河水的研究。本研究的主要目的是利用人工湿地处理城市重富营养化水体,净化水回流入原河流以实现水体的良性循环,并对人工湿地处理污水的机理做进一步的探讨。—130—DOI:10.13244/j.cnki.jiwhr.2005.02.0102试验方法与材料2.1人工湿地构造人工湿地选择在中国水利水电科学研究院玉渊潭水利芦荟园内,为11个并联的钢筋混凝土水池,水池的尺寸为4m×2m×1m(长×宽×高)。水池底部30～40cm处为1～4mm过筛细砂,上铺15～20cm厚壤土。每个水池设一个进水口,进水来自配水池。在出水一侧,沿垂直方向设立4个出水龙头,其距水池底部的高度分别为0.00、0.25、0.50、0.75m,能分别采集各层的水样。采集底层水样的龙头安装有多孔管以便均匀地收集该层水样。试验水池内设立水标尺来控制水位以及计算水池的水量。本次试验为静态试验,在以往的静态试验中,有些是通过添加蒸馏水或自来水以保持水体体积不变,从而观察所测指标浓度的降低。也有人[15]认为此种方法有其不足之处,认为加入蒸馏水不能反映自然条件下水的蒸发和植物蒸腾引起的水量损失。因此,本次试验通过设立水标尺观测其水位变化从而计算降雨、蒸发和植物蒸腾引起的水量的变化。2.2植物种类筛选及种植方法植物种类筛选的原则是对氮、磷净化效率高,具有一定经济价值或者景观效应,能适宜北方的气候正常稳定生长。本次试验选用的植物既有挺水植