处理生活污水的植物品种的筛选

第7卷第4期.环境污染治理技术与设备Vol.7, Vo.42006年4月Techniques and Equipment for Environmental Pollution ControlApr.2006处理生活污水的植物品种的筛选陈志澄郭丹桂熊明辉罗淑华林群龙郭桂胜(广东药学院卫生化学教研室,广州510224)摘要以小型碎石床人工湿地生态系统和无土栽培2种方法，模拟研究了广东园林绿化中常用的27种植物对生活污水中氦、磷、COD的降解能力,表明野芋头、花叶万年青、象草、姜花、绿公主、富贵竹、再力花、大花叶万年青、芦苇、花芦苇、美人蕉、文殊兰、水芋头、风车草、红草、蜘蛛兰、千手观音、水葱和花蝴蝶等18种植物，可以作为人工湿地生态系统选种植物,从而扩大了可选植物品种范围,配合适当,可达到美化环境和净化污水2种功能，可适用于面源性水污染的治理。象草的研究表明,它是一种既有强污水降解能力又能作饲料的品种,适用于畜牧场的水污染治理。关键词植物人工湿地污水处理中图分类号X52;X703. 1文献标识码A文章编号1008-9241 (2006 )04 0090-04Study on the screening of plants for sewage treatmentChen Zhicheng Cuo Dangui Xiong Minghui Luo Shuhua Lin Qunlong Guo Guisheng( Department of Health Chemistry, Guangdong College of Pharmacy, Guangzhou 510224)Abstract Two simulation of soil-free cultivation and small gravel-bed constructed weland were carried outto study the abilities of 27 kinds of plants to remove nitrogen, phosphor and C0D in sewage. Results showed that18 plants ineluding Alocasia odora, Dieffenbachia picta schott , Elephanigrass , Coronarious gingerlily ，Philoden-dron Spp.， Dracaena anderiana var. virens, Zaili flower，Big dieffenbachia picta schott, Phragmites australis com-munis trin , Flower bulrush , Canna chinenesis W. , Crinum asiaticum L. var. sinicum baker , Calla palustris Linn ,Cyperus altemifolius L. ，Alternanthera versicolor regel, Spiderorchis ，Qianshouguanyin, Seripus validus andSyngouium podophyllum were suitable for planting on the constructed wetland. These plants not only depuratedsewage but also beautified the environment. It could be used in non-point source sewage treatment. The researchof the Elephantgrass shows that it is a species with high capacity of sewage treatment and it can be used as for-age. So Elephantgrass is especially suitable for sewage treatment of stock farm.Key words plants; constructed wetland ; sewage purification近年,由于人们生活水平提高,生活方式改变，求。我们试研究-些观赏性植物，了解它们在人工农村耕作大多采用化肥取代农家肥,致使富裕起来湿地生态系统中处理生活污水的能力,为人工湿地的地区如珠江三角洲、韩江三角洲等,人口密集,生处理污水和美化环境两者兼容提供--些参考依据。活污水直排入河涌,引起河、塘、湖、库水质恶化。另1实验 部分外,城镇纷纷建立别墅区,这些住宅小区由于离城中1.1 供试植物心较远,其生活污水很难纳入城区生活污水处理系(1)野芋头(海芋,Alocasia odora);(2)花叶万统。上述这些面源性污染在水体污染中占有相当大年青( Diffenbachia picta schout) ;(3)象草( Elephant-的份额,若以污水处理厂处理,建厂成本高,后续运grass) ;(4)大叶绿萝( Scindapsus aureus engler);(5)行费用高,对于上述2类地区,似不适宜。如果以人花蝴蝶( Syngouium podophyllum) ;(6)姜花( Coronar-工湿地生态系统结合人工快滤床进行处理,投入资ious gingerlily);(7)卵形鸭脚木( Sceffiera octophylla金较小，后续运行费用低,结合环境治理和绿化,场lour. harms); (8)绿公主(蔓绿绒, Philodendron地也不难解决。据文献[1 ~8]介绍以及我们对一些人工湿地系统的考察,选取的植物多是芦苇、水葫收稿日期:2004-09 -29;修订日期:2005-03 -24芦、香根草和美人蕉等,观赏价值除美人蕉外不尽如作者简介:陈志澄(1939-),女,教投.主要研究方向:分析化学、坏人意,不能满足人们既要住得好，还要住得美的要境化学。E-mail: alekyu@ 2lun. com第4期陈志澄等;处理生活污水的植物品种的筛选Spp. );(9)富贵竹( Drccaena sanderiana war. virens); 头、文殊兰、大花叶万年青、姜花、野芋头芦苇和风(10)细叶榕( Ficus benjamina Linn);(11) 再力花车卓根向 下伸展甚好,如果除污能力好,将是首选的( Zaili flower);(12) 千手观音( Qianshouguanyin);植物。 大叶绿萝、富贵竹、小叶绿萝、花芦苇、紫砂(13)观音竹( Bambusa multiplex (lour) reuschei); 草 、金叶木和红草等枝叶生长一股,新根发育好,但(14)大花叶万年青(Big digjenbachia pica schwt);根比较细小。 象草许多新根、新芽生长，根粗大成(15)芦苇(Phragmites austrais comunis trin);(16)团。 卵形鸭脚木枝叶生长茂盛,根系生长良好,较粗小叶绿萝( Scindapsus aureus) ;(17)水葱( Seripus 0a-大,但新根生长不旺盛。再力花茎叶长势- -般,根系lidus);(18)红铁;(19)花芦苇(Flower burnsh); 成团， 新根较多,但根有腐烂现象。观音竹虽然移栽(20)美人蕉(Canna chinenesis W.);(21)文殊兰自河漫滩,在快滤床中枝叶发育一般,根成团,许多( Crinum asiaticum L. rar. sinicum baker);(22) 蜘蛛细根，但根有腐烂现象,似是应生长于圩泷或沙滩，兰(Spiderorchis) ;(23 )水芋头( Calla palustris Linn);不宜生长于水浸较多的细石中。红铁、红草根系生(24)紫砂草;(25 )金叶木;(26)风车草( Cyperus al-长一般。细叶榕叶与根均生长不好,茎有腐烂,少许temifolius L. );(27)红草(Alernanthera versicolor re-新根。上述实验表明,目前常用绿化植物中,有不少是能适用于人工快滤床这种生长条件的。1.2 实验设计(1)温室,(22+5)C ,深35 em水泥花槽，填入2.2各 种植物在模拟人工湿地生态系统中对氨、磷0.3~1 cm碎石,加入营养液或生活污水,液面于碎的吸收石表面之下10 cm,每种供试植物移栽约0.18 m°。按1.2中(2)条件实验,营养液中总氮107 μug/(2)温室,取27 cm(长) x20 cm(宽) x30 cmmL,总磷22.8 pμg/mL,于第2 d及第9 d取水样测(高)塑料桶,加入0.3~1 cm 小碎石填充，加入营NH,-N、NO:-N、NOJ-N 及PO,- ,以总N及总P数养液或生活污水。移3株在(1)条件下生长良好的据列于表1。供试植物,纯水冲洗根部,滴干水份后移人。从表1可见:在模拟人工湿地生态系统中,各种(3)温宰 ,按无土栽培法”,将生活污水注人塑植物对 N、P的吸收量差异很大。考虑到各种植物由料桶(27 cmx20 cm x30 cm) ,桶顶覆盖有孔泡沫塑于株形不同,种植 密度是不一- 致的,我们按可种植密料板，置小篮于孔中,供试植物置小篮,用小石固定，度进行估算 ,各种植物对N、P的吸收量从大到小依使其根部浸人污水中。.次是象草、绿公主、大花叶万年青、花芦苇、风车草、水1.3营养液配制芋头、野芋头、紫砂草、水葱、姜花、卵形鸭脚木、文殊取下列物质(mg):Ca(NO,)2. 4H20(472)，兰、花叶万年青、花蝴蝶、红铁、富贵竹、金叶木、观音KNO, (267) ,KH,PO, (100), NH HCO, (78),MgSO,●竹、芦苇、蜘蛛兰、美人蕉、千手观音、再力花、大叶绿7H2O(246) ,K,S0.(116), FeSO.●7H20(13.9),ED-萝、细叶榕和小叶绿萝。如果以日前已采用的芦苇、TA-2Na(18.6),H,BO3(2.86),MnSO,，4H2O再力花和美人蕉对N、P的降解程度为依据,则除了(2. 13) ,ZnSO,(O.22),CuSO. . 5H,0(0. 08),(NH)细叶榕 、大叶绿萝和小叶绿萝之外,其他目前广东园6Mo,024 .4H,0(0.02)溶解,混合,水稀释至1 L。林绿化常用的花草对N、P的吸收程度似都是可考虑1.4 测定方法的品种。象草外形不美,但对N、P吸收量非常大,象COD、高锰酸盐指数COD.、NH,-N、NO;~N、草又是饲料草 ,因此在畜牧场种植似可以起到净化污NO; -N、PO,-按国标方法测定。水和用作饲料的作用,形成良性生态循环。2结果与讨论2.3模拟人工湿地生态 系统中各种植物对生活污水的降解2.1模拟人工湿地植 物生长状况从市政生活污水出水口采集污水，曝气2 h,静.按1.2中(1)条件实验,植物种植一段时间后置2d,以此污水为培养液,注人培养桶,27种植物发现:在人工快滤床这种条件下，野芋头、花叶万年按1.2中(2)条件实验,从培养桶出水口采集溶液青、花蝴蝶、姜花、绿公主、千手观音、大花叶万年青、测定COD、N、P,待吸收降解2d后，再从出水口采芦苇、水葱、美人蕉、文殊兰、蜘蛛兰、水芋头和风车集溶液,测定。CODN、P去除率列于表2。草均枝叶茂盛,根系发达，新根生长发达,其中水芋)2环境污染治理技术与设备第了卷表1营养液中 TN.TP的变化Table1 The changes of TN、TP in nutrient solution(μg/ mL)NrPTNTI植物号;d9d2d88.0566.7212.295. 101:91.7871.0717.4310.0894.2273.3512. 205.00190.44.89. 2814. 5412. 4459.6712. 485.191.277.7865.9611. 209.6195.7489.56 :12.242.201878.5266. 89.9.037.3690.258.9813.735.4381.713S.47 .9.717.0189.179. 0714.45.662:101.783.229.672.4886.812.0415.270.92196.8290.7912. 9212.3264.527.072.93 ;2283.1873.1713.2276.0349.510.216.0753.700.008.403.1210100.795.3115. 3611.732494.1171.0911.115.07100.815. 3810.20 .2S87.3169.8711.746.07 .2100.495.8314.6310. 67103.542. 6111.293.59|378. 6778.3813.056.372775. 3513.2317.543.7161.3531.622. 93表2植物对生活污水CODs.、TN、TP去除辜2.4植物作用下生活污水的降解规律Table 2 The degradation percent of为了解生活污水中COD TN在植物作用下的降CODR ,TN.TP in sewage by plants(%)解状况,按1.2中(3)进行实验,排除人工快滤床的作植物号CODy。TNTP植物号C0ODxn TN用。设置4个生活污水浓度,选水芋头、姜花、绿公主、风车草和关人蕉为供试植物，同时设置无植物的57.386.95 15.31| 1554.1 75.73 8.27 .参照组,每种实验条件设置3个重复,在24 d中多次53.4 90.26 27.59| 16 49.2 91.78 44.64采水样测定,采样时将每个试验桶中水搅拌均匀。58.9 85.75 43.32 1795.4219. 89试验时移栽的植物未经1.2中(1)条件预栽45.9 82.61 44.18 1882.55 49.81培,直接将植物连土壤-一起浸人水中,溶出泥土后，43.0 81.08 57.0574.098.81 13.5水冲洗,滴去水分,即移入小篮,按1.2中(3)条件93.0 99.83 45.85 2062.4 88.03 42.86进行试验。移栽的植物根部仍附有少量土壤、有机41.3 99.78 39.39| 21 77.6 84.17 23.87质和微生物,在污水营养条件下，微生物得到快速增71.0 85.53 87.72|22 52.0 83.28 50.59长,因此， 虽然加人的各组污水浓度是-致的,定植51.4 94.13 22.18 :66.1 93.08 71.792d取水样进行测试时,均发现COD值大于对照组，58.2 85.31 45.086.3213. 19而且由于粘附程度差异,各植物、各盆并不一致,但66.9 91.18 30.644.788.09 25.32无论所加人污水浓度是哪一组,2 d COD值升高到1267.0 90.88 53.6272.2 80.34 98.89哪一个数值,24 d的降解规律大致相同。将其中- -1344.7 99.45 16.24|66.4 8.50 33.39组数据的第2 d COD值为100,与其他天数据比值64.8 99.26 48.26绘于图1。从表2可见,经过了人工湿地生态系统处理2d,图1表明,对于无植物的参照组,生活污水中有18种植物对生活污水中COD。去除率在50%以C0D的降解是缓慢的:有植物的各组COD均有不.上,27种植物N去除率在75%以上,不同植物磷的去同程度的下降,说明在植物和微生物的协同作用下除率差异较大,但也有14种磷去除率在40%以上。有机质的降解远大于单纯的微生物(CK组)作用。处埋过的污水已由灰黑色变成澄清无色,水中悬浮物图1中COD的降解规律与表2高锰酸盐指数随时明显减少,已嗅不到臭味,表明已得到净化。间下降是一致的。第4期陈志澄等:处理生活污水的植物品种的筛选9310060-一+绿公主80-美人蕉2034o-.10十风车525-●-CK时间(d)051015202s图3植物-生活污水中总氮降解规律Fig 3 The degradation rule of TN in the planl-seweage system图1植物-生活污水系统 中C0D降解规律于尤土栽培系统的降解速度是与前者微生物群落远Fig 1 The degrdation rule of C0D in the planl-sewage system丰富于后者有关,也与人工快滤床对生活污水的固生活污水中氨氮的变化曲线对照组及植物组趋体物质有一定保留有关。本实验的生活污水也变澄势是相同的,NH,-N有一-个升高值然后急剧下降,升清,无异味,但桶中有沉渣。高可能是生活污水中的有机氮被微生物分解有关，3小结对照组NH3-N也下降,但氮氮下降的程度植物组比所研究的27种城市绿化植物中，野芋头、花叶对照组快得多,表明植物加速了生活污水中氨氮的万年青、象草姜花、绿公主、富贵竹、再力花、大花叶降解,24d NH,N趋于零,见图2。万年青、芦苇、花卢苇、美人蕉、文殊兰、水芋头、风车草、红草、蜘蛛兰、千手观音和水葱等18种可以作为人工湿地生态系统选用植物,其对生活污水降解能力不低于日前已在一些人工湿地应用的植物,从而25-扩宽了可选植物品种范围,配合适当，可达到美化环境和净化污水2种功能。象草似可作为禽畜场种植Is10-的品种,既可净化污水,又叮作饲料。参考文献015[1]彭江燕,刘忠翰.术同水生植物影响污水处理效果的土要参数比较，云南环境科学,1998,17(2);47 -51图2植物-生活污水系统中氨氮降解规律[2_欧菊安,张小云,彭青林,等.几种植物对生恬污水的处理Fig2 The degradation rule of NH,-N效果研究，湘潭大学自然科学学报,2002 ,24(3):81 -83in the plant-sewage system[3]艾尔肯,热介曼.利用水浮莲净化麻黄素厂污水的中试研究，中国环境科学,2002 ,20(5) :409 -413NO; -N是植物吸收氮的主要化学形态,也是水[4]李亚治水葫芦一水草人工湿 地系统在再生浆造纸废中N化学形态转化的最后归宿。实验表明,污水中水处理中的应用研究.环境工程,2000,18(6):15-16的NO;"-N在第2 d至第4 d时下降最多,而在4 d [5] 陈镇华.地表漫流田培植美人蕉对工业区综合污水深度至24 d这一个长时间NO,-N的数值是比较平稳处理的试验及大田实践，广州环境科学,2002,17(3):的。鉴于NH,-N除了挥发和转化成N2外,要转化14-17[6]廖新娣.香根草和风车草人工湿地对豬场废水氮聯处理成NO5 N,从而使污水中NO; -N得到补充,维持在效果的研究，应用生态学报,2002 ,13(6):719-722一个比较平稳的水平。将氨氮、硝酸盐氮和业硝酸[7] 李芳柏漂浮栽培美人燕波菜等植物处理化炎池废水.盐氮的数据台算成总氮,其变化见图3。农村生态环境,1997, 13(1):25 ~28图3表明,植物组的总氮比对照组下降速度快8. Cooper P. F. ,et al. Reed bed treatment systems for sewagetreatment in the United Kingdom :The first 10 years experi-得多，表明植物加速了生活污水中总氮的降解。图ence. Water Sci. Tech. ,1995 ,32(3):317 -3273的变化与表I总氮随时间下降是一致的。[9]蒋卫杰,刘伟郑光华.蔬菜无士装培新技术、北京:金C0D.TN在模拟湿地生态系统中降解速度远大盾出版社,1998