水葫芦水鳖人工湿地对城市生活污水的净化研究

黄鹤飞

摘 要：人工湿地对城市生活污水具有较好的净化效果。本实验对比分析了夏季、秋季和冬季气候条件下以浮水植物水葫芦、水鳖为主体的人工湿地对城市生活污水中COD和BOD5的去除效果。实验结果表明，这类人工湿地在种植第一年的秋季和冬季对污水中COD的去除效果分别为50.7%和28.0%，相应的BOD5去除效果分别为74.3%和25.0%；在种植第二年的夏季、秋季和冬季，人工湿地对污水中COD的去除效果分别为63.0%，61.7%和20.0%，而相应的BOD5去除效果分别为78.0%，76.4%和74.5%。实验表明季节温度对人工湿地处理COD效果具有一定的影响。本文对人工湿地处理生活废水具有重要的参考价值。

关键词：人工湿地 水葫芦 水鳖 城市生活污水 季节温度

中图分类号：X703.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（c）-0123-02

城市生活污水主要来自家庭、商业、服务行业及其他城市公用设施等，目前我国每年近九成的废水未经处理就直接排出，严重影响对河流水及饮用水水源安全。人工湿地是通过优化自然湿地的功能进行设计和建造的，是一个人工建造的、工程化的和可控制的湿地系统，利用湿地中的物理、化学和生物的共同作用，进行废水的处理。人工湿地具有投资少，运营成本低，净化效果好，废水资源化程度高等特点，具有广阔的应用前景[1～4]。

人工湿地作为一种新兴的生态处理技术在国内外都得到了很好的发展。第一个用于废水处理的人工湿地于1974年西德建成[5]。目前，各国针对各自的水环境特点，研究和实践了各类人工湿地技术。美国有几十家相关的工程设计公司，奥地利、比利时、丹麦、英国等国家都在使用人工湿地技术。而国内在人工湿地治理污水的研究方面起步比较晚，但发展迅速，1990年7月，国家环保局华南环保所在深圳白泥坑建造了我国第一个规模较大的人工湿地污水处理试验场，处理7000人的乡镇小区综合污水，其出水达到了二级处理水平[6～8]。

通过对南昌市湿地植物的调查，本实验对浮水植物水葫芦、水鳖进行研究，通过近2年时间的运行结果，及分别从夏季、秋季和冬季对所选择的植物进行处理效果研究，初步筛选出适合南昌市实际情况的湿地植物，为南昌市利用人工湿地处理生活污水工艺设计积累了第一手数据资料。

1 实验材料与方法

1.1 实验材料

本课题实验现场基地选择在昌东高校区—江西师范大学新校区内的污水处理站旁边空地，原水COD在300～400 mg/L之间波动，平均值为350 mg/L，经污水处理站预处理后出水COD在140～210之间波动，平均值为150 mg/L；原水BOD5在100～150 mg/L之间波动，平均值为130 mg/L，经污水处理站预处理后出水BOD5在57～82之间波动，平均值为65 mg/L。

浮水植物选择水葫芦和水鳖，2005年种植量占水面面积的15%，经1年自然成长，植物数量占水面面积的60%左右。

COD采用重铬酸盐法测定[9]；BOD5采用稀释与接种法测定[10]。

1.2 工艺流程选择

具体工艺流程见图1所示。

1.3 设计参数

本试验初步确定其参数范围如下：湿床工艺尺寸：沉水区（7 m×3 m×1.5 m）、挺水区（7 m×3 m×1.5 m）、浮水区（9 m×3 m×1.5 m），占地面积为420 m2，其中长宽比：2～5∶1左右；坡度：0～2‰；水深：10～30 cm；水力负荷：2～20 cm/d；有机负荷：15～120 kgBOD/ha·d。

2 实验结果与讨论

浮水植物的选择主要考虑不同浮水植物的生长习性、生物量、危害性、耐寒特性等因素，原则是选择生物量大、繁殖力强的浮水植物，并观测气候适应情况，以选出较适宜的水生生物塘植物品种。水葫芦水鳖有较好的复氧作用，总体净化效果较好[11]。

实验过程中就2005年秋（9月）、冬（12月）两季和2006年夏（7月）、秋（9月）、冬（12月）三季水葫芦水鳖处理效果（COD和BOD5）进行了分析与统计，其结果如下。

2.1 COD处理效果

从图2和图3可知，2005年秋季和冬季COD浓度分别在进水时间第6日及第24日达到最大，说明该时间进水污染较大，而经水葫芦水鳖人工湿地处理后，COD去除率分别为51%和28%。从图4、图5和图6可知，2006年夏季、秋季和冬季COD浓度分别在进水时间第21日、第5日及第18日达到最大，而经处理后COD去除率分别为63%、62%及20%。夏季和秋季处理效果较好，而冬季处理效果较低原因可能在于冬季水温较低，影响到水葫芦水鳖人工湿地的处理效率。

2.2 BOD5处理效果

进水BOD5浓度变化与COD浓度变化一致，经过水葫芦水鳖人工湿地处理后，2005年秋季和冬季的率分别为74%和25%左右，2006年夏季、秋季和冬季的BOD5去除率分别为78%、76%和74%左右，水中BOD5去除效果较好。

水葫芦、水鳖种植密度为15%，经一年的自然生长后为总水面面积的60%左右，说明水葫芦、水鳖的生长速度较快，第一年对污水COD的去除率秋季、冬季分别为50.7%和28.0%，对污水BOD5的去除率秋季、冬季分别为74.3%和25.0%；第二年对污水COD的去除率夏季、秋季、冬季分别为63.0%、61.7%和20.0%，对污水BOD5的去除率夏季、秋季、冬季分别为78.0%、76.4%和74.5%；数据表明，浮水植物水葫芦、水鳖对污水处理的效果较好，影响处理效果的主要因素为水葫芦、水鳖的数量，季节对COD处理效果影响较大。实验及数据表明，水葫芦、水鳖适合南昌地区人工湿地植物。（如表1）endprint

3 结论

（1）适合南昌地区的人工湿地植物主要有：浮水植物包括水葫芦和水鳖，其对污水中COD的去除效率经一年自然生长后最大可达63.0%，对污水中BOD5的去除效率经一年自然生长后最大可达78.0%。

（2）季节温度对人工湿地对COD的处理效果影响较大，因此工程设计参数可按冬季进行设计，以确保工程完全稳定运行。

（3）利用人工和天然湿地治理南昌市城市生活污水是可行的，且是经济的，值得推广应用。

参考文献

[1] 王辉耀，罗灿.人工湿地处理城市生活污水的实验研究[J].科技信息，2008（20）：13-14.

[2] 郑蕾，丁爱中，左丽丽，等.人工湿地设计分析[J].北京师范大学学报：自然科学版，2009，45（5，6）：572-574.

[3] 项学敏，杨洪涛，周集体，等.人工湿地对城市生活污水的深度净化效果研究：冬季和夏季对比[J].环境科学，2009，30（3）：713-719.

[4] 曹优明.人工湿地对城市生活污水的净化研究[J].水处理技术，2008，34（9）：26-29.

[5] 曹优明.美人蕉人工湿地对城市生活污水的净化研究[J].环境科学与技术，2009，32（7）：120-124，131.

[6] 郭杏妹，刘素娥，张秋云，等.三种人工湿地植物处理农村生活污水的净化效果[J].华南师范大学学报：自然科学版，2010（1）：105-109，122.

[7] 陈发先，王铁良，柴宇，等.人工湿地植物研究现状与展望[J].中国农村水利水电，2010（2）：1-4，12.

[8] 徐建新，崔栋，赵振国，等.北方人工湿地植物对污水净化效果研究[J].安徽农业科学，2010，38（30）：17049-17051，17062.

[9] 国家环境保护总局.GB/T11914-89.中华人民共和国国家标准—— 量与单位[S].北京：中国标准出版社，1989-12-25.

[10] 国家环境保护总局.HJ505-2009.中华人民共和国国家标准—— 量与单位[S].北京：中国标准出版社，2009-10-20.

[11] Zhao Zhen-guo， Liu li. Study on the Floating Plant Climatic Adaptation of Undercurrent Constructed Wetland in North China[J].Agricultural Science &Technology，2011，12（9）：1331-1333.endprint

3 结论

（1）适合南昌地区的人工湿地植物主要有：浮水植物包括水葫芦和水鳖，其对污水中COD的去除效率经一年自然生长后最大可达63.0%，对污水中BOD5的去除效率经一年自然生长后最大可达78.0%。

（2）季节温度对人工湿地对COD的处理效果影响较大，因此工程设计参数可按冬季进行设计，以确保工程完全稳定运行。

（3）利用人工和天然湿地治理南昌市城市生活污水是可行的，且是经济的，值得推广应用。

参考文献

[1] 王辉耀，罗灿.人工湿地处理城市生活污水的实验研究[J].科技信息，2008（20）：13-14.

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[8] 徐建新，崔栋，赵振国，等.北方人工湿地植物对污水净化效果研究[J].安徽农业科学，2010，38（30）：17049-17051，17062.

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[10] 国家环境保护总局.HJ505-2009.中华人民共和国国家标准—— 量与单位[S].北京：中国标准出版社，2009-10-20.

[11] Zhao Zhen-guo， Liu li. Study on the Floating Plant Climatic Adaptation of Undercurrent Constructed Wetland in North China[J].Agricultural Science &Technology，2011，12（9）：1331-1333.endprint

3 结论

（1）适合南昌地区的人工湿地植物主要有：浮水植物包括水葫芦和水鳖，其对污水中COD的去除效率经一年自然生长后最大可达63.0%，对污水中BOD5的去除效率经一年自然生长后最大可达78.0%。

（2）季节温度对人工湿地对COD的处理效果影响较大，因此工程设计参数可按冬季进行设计，以确保工程完全稳定运行。

（3）利用人工和天然湿地治理南昌市城市生活污水是可行的，且是经济的，值得推广应用。

参考文献

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[11] Zhao Zhen-guo， Liu li. Study on the Floating Plant Climatic Adaptation of Undercurrent Constructed Wetland in North China[J].Agricultural Science &Technology，2011，12（9）：1331-1333.endprint