人工湿地植物净化生活污水

  我国是一个农业大国,随着地方经济的不断发展,农村人民生活水平不断提高,日益增长的农村生活垃圾已经成为影响我国水环境质量的重要因素。植物是人工湿地系统的核心部分之一[1],也是人工湿地系统的特点所在[2]。
  人工湿地作为污水处理系统存在已有50多年历史,具有投资少、运行费用低、抗冲击力强和易于维护管理的优点[3~7]。国内外专家学者对人工湿地进行了大量的研究,并规划建立了许多人工湿地,然而真正涉及到农村生活污水处理的人工湿地研究与试验极少[8,9],文章对生活污水的人工湿地净化现有文献作了简要综述,并对人工湿地植物处理生活污水的研究方向进行了展望,以期推动农村生活污水人工湿地净化研究。

1人工湿地植物的研究
1·1植物类型与常用植物
  人工湿地中的植物,可分为浮水植物、沉水植物和挺水植物三类[10]。国内外选用的人工湿地植物以水生植物为主,主要是挺水植物。国外最常用芦苇(Phragm ites conmunis)、香蒲(Typha angusti-folia)和灯心草(Juncus effusus)[11~13],此外也常用凤眼莲(Eichom iacrassipes)、黑三棱(Spargani umstoloniferum)和水葱(Scirpusvalidu)。国内选用的植物更丰富，除国外常用植物外，国内还有香根草(Vetiveriazizanioaes)、菱白(Zizanialatifo lia)、苔草(Carextristachya)、大米草(SpartinaanglicaHubb )、小叶浮萍(LemnaminorLinn )、菹草(Potamogetoncrispus)、池杉(Taxodiumas cendens Brongn)、美人蕉(Cannageneralis)、水仙(NarcissustazettaL var chinensisRoem )、慈姑(Sagittariatrifolia)等。

1.2人工湿地植物选择原则
  耐污净化能力强，抗冻、抗热、抗病虫害等抗逆性强，根系发达适应性强，经济和观赏综合利用价值高，利于物种间的搭配，易于管理。

1.3人工湿地植物去污机理与作用
  人工湿地去除的污染物范围广泛，包括N，P，SS，有机物，微量元素，病原体等。有关研究结果表明，在进水浓度较低的条件下，人工湿地对BOD5的去除率可达85%~95%，COD去除率可达80%以上，处理出水中BOD5的浓度在10mg/L左右，SS小于20mg/L。陈发先等研究认为，人工湿地植物去污机理有3个方面：第一，直接吸收利用污水中的N、P等营养物质，吸附和富集污水中的重金属铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)、砷(As)等有害物质；第二，输送氧气到植物根区，为微生物生长、繁殖和降解反应提供氧气；第三，增强和维持水体的水力传输能力。另外，人工湿地植物还具有其他作用：维持系统的稳定；释放促进生物化学反应的酶和影响酶的分布；湿地植物的抑澡作用；湿地植物的景观效应；经济和生态价值等。

1 4 植物去污作用的影响因素
  人工湿地植物去污作用受多种因素影响，情况复杂，陈发先等对影响因素进行了归纳，认为主要有6个影响因素：进水浓度；水力负荷；水力停留时间；温度；湿地水体pH；植物种类等。笔者认为，在不同性质、不同来源的污水中，各个因素的贡献率也是不同的。
  在环境温度较低的冬季，许多湿地植物的活性不断降低，甚至部分湿地植物开始死亡，极大地影响到人工湿地系统的去污能力。而目前涉及湿地植物越冬期研究的文章极少，通过中国期刊网文献检索，仅查到西洞庭湖湿地越冬期野生植物多样性一文，王朝晖等研究认为，在冬季西洞庭湿地以菊科、十字花科野生植物为主，因而在人工湿地植物选取的时候，可以选择一些菊科、十字花科植物来适应冬季温度较低的环境，从而能在一定程度上维持湿地系统的去污能力。从另一方面说明了在人工湿地植物越冬期去污能力下降问题研究方面还不深入，今后应当加强湿地植物越冬期的研究。

2生活污水的组成
  农村生活污水主要来源于3个方面：(1)淘米、洗菜等厨房炊事用水、沐浴、洗涤用水和冲洗厕所用水；(2)农村养殖及畜禽养殖产生的粪尿废水；(3)生活垃圾、粪肥堆置渗滤及沼气池排出的废液等。
  生活污水中含有较高的人畜粪尿等成分，N、P含量特别高，还有细菌、微生物及碳氢化物等。总之，农村生活污水成分相对简单，然而中国有广大的农村，家家户户都产生越来越多的生活污水，在农村造成的污染也是越来越严重，因而必须对农村生活污水进行净化处理，最佳处理方式就是建设小型人工湿地，利用其植物净化污水。

3人工湿地净化生活污水研究进展
  胡勇有等在华南地区选择了14种待选湿地植物，研究它们在华南地区气候条件下对低深度生活污水的净化效果，监测项目主要包括COD，TN，TP，NH+4 N，pH值，浊度等，结果认为不同植物对COD的去除没有明显差异，而N、P的去除率可作为筛选植物的重要指标，同时综合考虑植物的抗逆性、观赏性。最后筛选出合适种植于华南地区的湿地植物主要有菖蒲(Acorusgramineus)、象草(PennisetumpurpureumSchum)、风车草(Cyperus involucratusRottb )、香蒲(Typhaorientalis)等9种。说明大多数湿地植物都能起到净化污水的作用，当然在不同地区，不同的污水水体中，最合适种植的植物有差异。
  郭杏妹等选用菖蒲(Acorusgramineus)、再力花(Thaliadealbata)、梭鱼草(Pontederiacorda ta)3种植物，以学生食堂污水为实验用水，进行室外静态模拟人工湿地研究，水样监测指标主要包括TP、NH+4 N、CODCr，认为3种植物对污水中的TP、NH+4 N、CODCr去除效果均较好，认为植物株数为6株/m2时去除效果最好，污水停留时间为3d内时去除率增长较快。在3种植物中，菖蒲(Acorusgramineus)表现出最好的去污能力，将菖蒲运用到广州市荔城镇群爱村生活污水处理的实例中检验，人工湿地选择单一的菖蒲，种植密度为6株/m2，结果CODCr、TP、NH+4 N、SS、BOD5，动植物油6项指标全部达标。说明菖蒲、再力花、梭鱼草3种植物在生活污水处理中都有较好的去污效果，尤其是菖蒲去污效果最为理想，具有明显的优势，可以成为生活污水处理的首选植物。
  刘超翔等在滇池流域农村进行了人工湿地处理生活污水的试验和生态处理系统设计。采用人工复合生态床处理滇池地区低浓度农村污水的试验结果表明，芦苇具有较强的输氧能力，茭白对氮、磷的吸收能力强，可采用芦苇和茭白混种的方式提高BOD、氮、磷的去除率。
  针对太湖流域的面源污染和水体富营养化问题，白永刚孙亚兵进行了人工湿地处理太湖流域农村生活污水的试验研究。综上所述，人工湿地处理生活污水是有效的，对COD、TN、氨氮和TP有较高的去除率，出水水质较好。

4.展望
  综上所述，人工湿地净化生活污水，目前对城镇区的研究与实践比较充分，但是农村与农户区的人工湿地应用案例还较少。由于我国人工湿地的研究起步较晚，加上人工湿地净化污水的效果受到多种因素的影响，因而有关人工湿地净化生活污水的研究需要加强和不断深入，今后应当优先开展以下方面的研究：
  (1)对生活污水的来源组成进行详细的分类，研究各种来源生活污水的主要成分，从而可以选择相应的去污植物。
  (2)研究生活污水的主要或常用监测指标，比如BOD、COD、TP、TN、NH+4 N、SS等。选择不同的植物和不同的监测指标进行去污效果的相关性研究，从而筛选出理想的湿地植物。
  (3)加强湿地植物在生活污水中的抗冻、抗热、抗病虫害等抗逆性研究，尤其是应当加强人工湿地植物越冬期去污能力下降问题的研究，使选择的植物能够很好地适应于人工湿地环境，同时又能维持湿地的去污能力。
  (4)加强生活污水人工湿地上植物联合去污效果研究，变单一植物为联合模式。对不同植物比重具有不同的去污能力进行量化研究，加强生活污水湿地野外实验，筛选出不同植物的最佳组合模式。
  (5)加强人工湿地植物根系对生活污水适应性研究。湿地植物根系能够改善土壤微环境，影响根系的微生物和酶的产生，从而影响到污水的处理效果。
  (6)加强川中丘陵区农户生活污水人工湿地植物处理技术研究。