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1、植物在人工湿地处理生活污水中对粪细菌、生化需氧量和悬浮物去除的影响1 / 22植物在人工湿地处理生活污水中对粪细、生化需氧量和悬浮物去除的影响摘要在受地形条件限制的地区，贫瘠的土壤条件和高水位线使得土壤本身不能自动有效的去除污染物，人工湿地就成为一个生活污水二级处理的可行选择。现有关于水生植物处理效果的资料是相互矛盾的，而且绝大多数都来自实验室的中小型生态系统模拟试验。本课题对肯塔基州12个处理家庭生活污水二级出水的人工湿地进行了研究，测定其粪大肠菌群，生化需氧量，总悬浮物的去除率。在这些湿地中，有只种单一植物的（香蒲或酥油草）系统，种植多种开花植物的系统，以及不种植物的对照系统。在一年内，每
2、个月对进出水采一次样，分析其粪大肠菌，粪链球菌，生化需氧量，总悬浮固体的去除率。研究结果表明，各系统对粪细菌的年平均去除率相差不显著（PV0.05）,其中种植植物的系统在温季去除效果最好，未种植物的系统在冬季性能最佳。从全年来看，种植植物的系统对BOD,TSS的去除率比空白系统高得多。总体而言，混种系统是对污水指标处理效果最稳定的系统，而且受季节变更影响也最小。种植香蒲的系统，可以通过在生长末期收割香蒲，以减少腐烂输入的额外BOD和TSS,来提高该系统的处理性能。与混种系统和种植香蒲的系统相比，酥油草系统性能通常较差，因为他的根生长较浅，而且生物膜表面区域也很有限，而对照系统对BOD和TSS无
3、去除效果，因此,不宜使用这种系统。关键词：污水处理；单作湿地；混作湿地，对照湿地，粪大肠菌群；粪链球菌；季节更替1引言在受地形条件限制的地区，贫瘠的土壤条件和高水位线使得土壤本身不能自动有效的去除污染物，所以公共卫生官员正在试验一种包括人工湿地在内的可行性系统来进行污水处理。人工湿地的建设成本低、维护费用低和较高的改善水质的能力已经吸引了许多个别家庭和小型居住群体。虽然我们对人工湿地处理过程的了解，都取得了相当大的进步，但是，许多不一致的研究结果需要我们对其最优的处理机能作更进一步的研究，不同植物种类在促进污染物去除方面，其扮演的角色及其影响已经开始争议，虽然许多研究已经表明，水生植物通过促进
4、沉降、过滤、同化作用、耗氧处理和微生物吸收来去除人工湿地中的BOD和细菌，但另一些研究表明，种植植物和未种植植物系统没有区别，这是植物在人工湿地处理生活污水中对粪细菌、生化需氧量和悬浮物去除的影响因为他们使用了不同的培养基，不同的水力设计和速率，不同的水压和水力负荷，所以很难对其进行比较。例如，和潜流系统相比，表面流系统中培养基和根区的影响就可以完全忽略，潜流系统中的废水可以在培养基和根区长时间停留和交换，具有高的根区通风能力。生物量季节性更替低和生长缓慢的植物适合于表面流湿地系统，而生长快、赖污能力强的植物更适合于潜流型湿地系统。此外,有些品种混养可能形成花卉和植被结构模式,可以提高生态功能
5、和美学价值,而有些品种单种对污染物去除更为有效。湿地中粪大肠菌的去除效率是非常高的，经常超过95%,但是它也随水力停留时间、湿地设计情况、水力负荷、基质和温度的变化而变化。实验表明，有沉淀、吸附和生物代谢活动初级处理装置的潜流型湿地系统对TSS和BOD的处理是很有效的，但是，他们的性能都受生物代谢活动、水力停留时间、水力负荷、温度和植被类型的影响。几个相关的研究报道，在不同植被的人工湿地系统中，给与一致的处理后，观察发现，BOD去除率在冬季末变低，但是这还不能确定冬季性能差是否仅仅是因为温度下降，还是与水力负荷增加的影响有关，因为其它几个研究中并没有表明冬季和夏季有什么重大影响。因此，在这些处
6、理过程中，阐明各种参数的最佳选择和操作设计需要更进一步的描述。本研究的主要目的是比较无植被湿地、单作湿地和混养湿地对粪细菌，BOD和悬浮物的去除效率，其次就是分析季节变更，系统完善程度和实地大小对处理过程的影响。2材料和方法在本研究中，评价了处于肯塔基州Jessamine、Fayette、Woodfords和Boyle县境内的12个处理家庭生活污水的潜流型人工湿地（图.1）。这些系统有12个进行一级处理的储水池和一个不同大小和使用时间的单一线型湿地单元，适合25个成员的家庭使用，这些处理单元有41到46cm深，用直径为2.5到6cm的石灰石作基质，其中三个湿地单元种植香蒲，三个种植酥油草，还有
7、三个种植了大体由黄篇尾、百合、萱草、芙蓉、芦苇和薄荷组成的多种植物，另外三个什么也不种。所有的系统都有一个给湿地出水提供附加处理的4674m的土壤过滤区。一般系统的特性研究，列于表1。表112个人工湿地的特征描述系统名称地点尺寸m2年龄(年)居民数化粪池体积(L)石灰石基质(cm)X率(m2/day)香蒲1Woodford56655670561.42香沛2Woodford56423780560.57香沛3FavetteJ45833780560.85平均52.36.03344100.95混养1FavetteJ36653780561.42# / 22植物在人工湿地处理生活污水中对粪细菌、生化需氧量
8、和悬浮物去除的影响混养2Boyle45323780560.57混养3Boyle56225725560.57平均45.73.73.044280.85酥油草1Boyle3462378056+SC0.47酥油草2Boyle4413378056+SC0.85酥油草3Boyle6084850556+SC1.14平均46.05.03.053550.85无植被1Jessamine442285052.5-50.57无植被2Jessamine444456702.5-51.14无植被3Jessamine445356702.5-50.85平均44.03.73.066150.85SC,覆盖土壤厚度15/20cm粪大肠
9、菌和总悬浮固体的检测从1999年7月开始至2000年6月结束，B0D从1999年10月监测到2000年9月，每个月在湿地系统的进口和出口末端采一次样，采样用1英寸的聚乙烯管做成。用手动泵储水装置从每个采样口采样，这种样品具有代表性，所采样品装入消过毒的1000ml的容器中，以确保容器中没有粪细菌，然后将样品送到肯塔基州立大学的冷冻室冷藏，以防止污水中细菌数量发生变化。粪细菌用消过毒的孔径为0.2um的微孔过滤器过滤，并用膜过滤技术进行分析，分别取体积为0.1、1.0和3.0ml的三个样品来增加计数的可能性。将过滤后的样品放在琼脂上，于44.5C下培养22小时后数粪大肠菌群数，在35c下培养48
10、小时计算粪链球菌数。测定标准的5日生化需氧量(BOD5)来评估生化需氧量的去除效果，样品在低于4c下保存大约24小时，在室温下依次从15到30ml取样，加入到300nli的碘量瓶，并用稀释水充满，稀释水每升分别加L0ml的磷酸盐缓冲液、MgSOl溶液、CaC12溶液和FeC13溶液，如果有必要的话，分析测定前将PH调整在6.5到7.5之间，稀释后的样品放在B0D培养箱中培养，5天后的溶解氧含量决定是否接种。总悬浮固体用玻璃纤维过滤器过滤，干燥后称量。在概率为0.05的水平下，用计算机及其显著性差异程序测试系统及系统间白分去除率、装载率、去除效率的统计意义，显著性差异程序也用于测试季节性差异,相
11、互关系和回归分析(PB/0.05)用来研究湿地设计与性能参数之间的关系。3结果与讨论3.1粪大肠菌在取样期间，进水的粪大肠菌浓度很不稳定，它们的浓度在无植被系统可高达251.3X/l()3cFU/100mL在酥油草系统中却低至5.7义lOpFU/lOOml,而且都没有一致的季节性倾向。在香蒲系统中，平均浓度最高，酥油草系统最低，混养系统和无植被系统的浓度处于中间水平，但是每次取样都不稳定，平均出水浓度也极不稳定，通常在无植被和香蒲系统中最高。混养系统和酥油草系统粪大肠菌的平均浓度接近美国环保署提出的lX/KcFu/iooml的浓度水平，而且每年有七个月达到此标准。香蒲和无植被系统的出水高出所要
12、求的水平30%50%,而且每年有34个月是这样的。尽管各系统间进出水的粪大肠菌的浓度非常不稳定，但是其去除百分率从94%（无植被系统）到97%（混养系统和酥油草系统）却非常相近（表2,图2）。表2取样期间平均进水浓度、出水浓度和去除百分率（标准偏差列于括号之内）湿地粪大肠菌(CFU/lOOmlX103)粪链球菌(CFU/100mlX103)进水出水%率进水出水%率香沛90.4(64.3)4.6(3.7)95(4)52.8(33.3)3.6(3.6)93(6)混养系统36.4(43.2)1.1(1.1)97(3)72.1(83.2)1.3(1.3)98(2)酥油草32.9(27.7)1.0(0.
13、9)97(3)14.7(11.1)0.9(1.1)94(5)无植被48.0(58.4)2.7(2.5)94(5)75.3(73.9)3.2(4.2)94(5)湿地BOD(mg/l)TSS(mg/l)进水出水%率进水出水%率香蒲392(96)81(43)79(5)1310(1376)136(114)90(7)混养系统271(96)69(35)75(3)2102(1788)202(178)90(6)酥油草230(125)58(28)75(4)814(908)97(92)88(7)无植被274(157)102(30)63(5)418(284)226(162)46(10)从1999年7月至2000年6
14、月每月对粪便细菌采一次样，从1999年10月至2000年9月每月对BOD和TSS采一次样然而，在各系统间和系统内，粪大肠菌去除效率都有显著的季节性差异（PB/0.05）。总的来说，单一植被系统在温季表现较好（5月9月），无植被系统在冬季与早春时节表现最佳（9月次年4月）（图.2）。香蒲和酥油草系统的季节去除率从春天的97%分别到冬天的82%和78%。混养系统在温季始终比其他系统都好,在秋季处理效果是最好的，高达98%,在冬季表现最差，为82%。单一植被系统在冬季粪大肠菌去除率较低，这是由于其代谢活动弱，温度小于3c的时间延长而使微生物数量降低的结果（图.3）（MerlinetaL,2002）。在冬季，植物根生物量减少也会使微生物吸附表面区域减少并限制培养基的过滤能力。另外，冬季降雨量的增加可通过增加水力负荷和减少停留时间来加剧这种趋势（图.3）。相反，无植被系统在冬季显示了最高的去除率（93%）,在秋季最低（75%）。这个趋势可能是由于冬季温度低导致粪大肠菌数量减少，或者用于系统初级处理的处理池体积较大而弥补了冬季植被缺失的原因。此外，培养基中的小碎石能够提供较强的过滤能力，尤其是促进了生物膜的产生（ColemanetaL,2001）。# / 22C1SC3e;三三(本)峰健刊嘏
