红枫湖流域农村生活污水污染特征及植物净化

摘要：通过对红枫湖流域农村生活污水的调查分析显示，生活污水中COD含量为77.35～693.81 mg/L，TP为0.52～6.37 mg/L，NH4+-N为1.04～17.12 mg/L，TN为5.48～28.55 mg/L；7种湿地植物（菖蒲、藨草、香蒲、水蓼、茭白、水芹和慈姑）对生活污水中的COD、TP、NH4+-N和TN去除效果良好，其中菖蒲的性能最佳，对COD、TP、NH4+-N、TN的去除率分别达到96.1%、88.1%、90.4%和93.1%。

关键词：农村生活污水；污染特征；植物净化；红枫湖流域

中图分类号：X799.3 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）13-3018-03

近年来，随着点源污染得到有效控制，农业面源污染已上升为水环境污染的最主要来源。我国受农业面源污染影响的农田有2 000万hm2，中国地下水有将近50%被农业面源污染[1]。农业面源污染日益恶化已成为当前水体污染中最主要的问题，严重影响农业和农村经济环境的可持续发展[2-5]。我国农村地区的生活污水大部分未经任何处理直接排入河流、水库和湖泊，导致河流、湖库富营养化问题突出，自然环境、生态环境以及饮用水安全遭到严重破坏，因而日益受到人们的关注。红枫湖是贵阳市的饮用水源地，流域人口众多，为了给治理红枫湖流域农村面源污染提供科学依据和保障未来湿地修复工程的顺利开展，对红枫湖流域农村生活污水水质特征进行调查并就相关污染指标进行植物净化效果[6-8]研究。

1 研究内容与方法

1.1 农村生活污水水质特征调查

调查于2011年10月在贵阳市红枫湖镇扁山村进行。农村生活废水水质特征具体调查方法如下：①收集资料、走访调研。②每个点监测7 d，每天6：00～22：00，每2 h（T1代表6：00～8：00，T2代表8：00～10：00，T3代表10：00～12：00，T4代表12：00～14：00，T5代表14：00～16：00，T6代表16：00～18：00，T7代表18：00～20：00，T8代表20：00～22：00）取1次样，根据实际情况平均取8个水样。

1.2 植物净化效果研究

选取8个规格（300 mm×200 mm×220 mm）相同的植物培养箱，依次标记为1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#和8#。为稳定进水水质，系统进水采用模拟的农村生活污水。将菖蒲、藨草、香蒲、水蓼、茭白、水芹和慈姑依次放入1#～7#培养箱进行培养；8#培养箱仅盛生活污水作为对照。

1.3 研究方法

水质指标COD采用重铬酸钾法； TP采用钼锑抗分光光度法；TN采用碱性过硫酸钾消解-紫外分光光度法；NH4+-N采用纳氏试剂比色法[9]。

2 结果与分析

2.1 农村生活污水中的COD特征及植物去除COD的效果

2.1.1 农村生活污水中的COD特征 从图1可以看出，生活污水中的COD在上午、中午和晚上各有高峰，不同时间段生活污水的COD范围不一样，调查点的COD范围为77.35～693.81 mg/L，平均值为267.65 mg/L，波动较大。最大值出现在每天8：00～10：00，可能在该时间段，居民较为集中洗菜、洗衣等，污水排放量较大，水质复杂；最小值出现在每天16：00～18：00，这可能与当地居民的生活和饮食习惯有关，该时间段大部分居民在准备晚餐，较少有生活污水发生。

2.1.2 植物去除COD的效果 从图2可以看出，菖蒲、藨草、香蒲、水蓼、茭白、水芹和慈姑均能有效降低污水中的COD。在培养25 d时COD的浓度均小于50 mg/L，此时对COD的去除率依次为96.1%、95.0%、94.2%、94.8%、92.3%、95.5%和88.5%，其中菖蒲处理效果最佳，慈姑最差，各种有湿地植物的培养箱中COD的去除率明显高于对照培养箱，表明湿地植物对COD有一定的去除效果。

2.2 农村生活污水中的TP特征及植物去除TP的效果

2.2.1 农村生活污水中的TP特征 磷是生物生长的必需元素之一，但若水体中磷含量过高，藻类过度繁殖，会造成水体富营养化。污水中TP较大值出现在每天早上、晚上，较小值出现在每天中午，TP的范围为0.52～6.37 mg/L，平均值为2.73 mg/L。该农村生活污水TP浓度稍低于城镇生活污水TP浓度，这可能与该地区政府宣传鼓励居民使用各种无磷清洗剂、洗涤剂有关。

2.2.2 植物去除TP的效果 由图4可知，菖蒲、藨草、香蒲、水蓼、茭白、水芹和慈姑均能去除TP，但效果差异较大。在培养25 d时对TP的去除率依次为88.1%、87.4%、48.5%、35.6%、56.2%、85.4%、26.1%。其中菖蒲去除效果最好，而水蓼和慈姑的去除效果相对较差，各种植有湿地植物的培养箱中TP的去除效果明显好于对照，表明所选的湿地植物对污水中的TP有较好的吸收效果。

2.3 农村生活污水中的NH4+-N特征及植物去除NH4+-N的效果

2.3.1 农村生活污水中的NH4+-N特征 NH4+-N以游离氨或铵盐的形式存在于水中。水中NH4+-N的来源主要为生活污水中含氮有机物受微生物作用分解的产物。测定水中NH4+-N的含量有助于评价水体被污染和“自净”状况。从图5可以看出，NH4+-N变化有较强的规律性，较大值出现在每天8：00～10：00和20：00～22：00，较小值出现在16：00～18：00。范围为1.04～17.12 mg/L，平均值为7.34 mg/L。污水中NH4+-N变化较大，不同时段的NH4+-N差别较大。

2.3.2 植物去除NH4+-N的效果 7种湿地植物每天均处于淹水状态，装置内溶解氧为0.2～4.2 mg/L， NH4+-N的去除主要是植物的吸收。由图6可知，种植有植物的培养箱中NH4+-N含量随着培养时间先上升后持续下降，在培养25 d时，菖蒲、藨草、香蒲、水蓼、茭白、水芹和慈姑对NH4+-N的去除率依次为90.4%、89.2%、89.5%、87.4%、77.4%、89.9%和84.0%，而对照的去除率仅为13.8%。从图6可以看出，从第15天开始，处理效果变化明显，可能是由于根系输氧的作用，发生硝化反应。对NH4+-N的去除率与植物生长情况成正相关，生长情况好的植物对NH4+-N的吸收量也高。7种湿地植物对NH4+-N的去除效果也有一定的差别，去除效果由高到低依次为菖蒲、水芹、香蒲、藨草、水蓼、慈姑、茭白。

2.4 农村生活污水中的TN特征及植物去除TN的效果

2.4.1 农村生活污水中的TN特征 水体中含有一定量的氮时，会造成浮游生物繁殖旺盛，出现富营养化状态。因此，TN是衡量水质的重要指标之一。从图7可以看出，较大值出现在每天早上和晚上，较小值出现在每天下午，范围为5.48～28.55 mg/L，平均值为17.75 mg/L。

2.4.2 植物去除TN的效果 由图8可知，菖蒲、藨草、香蒲、水蓼、茭白、水芹和慈姑能有效去除TN，随着培养时间的延长，TN含量持续下降，在培养25 d时对TN的去除率分别为93.1%、92.6%、78.9%、93.9%、85.1%、95.3%、91.3%，平均去除率为89.9%，对照的TN含量变化较小，去除率仅为4.3%。说明筛选的湿地植物对TN的去除效果较为理想，其中水芹的去除效果最佳，香蒲的去除效果略差。

3 结论

通过对红枫湖流域农村生活污水污染特征分析和植物净化效果研究试验，结果表明：①该流域农村生活污水中COD为77.35～693.81 mg/L，TP为0.52～6.37 mg/L，NH4+-N为1.04～17.12 mg/L，TN为5.48～28.55 mg/L；②菖蒲、藨草、香蒲、水蓼、茭白、水芹和慈姑对COD、TP、NH4+-N和TN均具有良好的去除效果，其中菖蒲的性能最佳，对COD、TP、NH4+-N、TN的去除率分别达到96.1%、88.1%、90.4%和93.1%。

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