曝气对潜流人工湿地中木本植物的影响

　　潜流型人工湿地作为人工湿地的一种类型，因其污水处理效率高，占地面积相对较少，因而在污水处理中得到了广泛的应用[1]，植物是潜流人工湿地的重要组成部分[2]，目前湿地植物的研究主要主要集中在去污植物的筛选与组合配置､湿地植物的去污机理等方面，湿地植物品种主要包括为芦苇(Phragmitesaustralis)､美人蕉(Cannaindica)､风车草(Cyperusalternifolius)､香蒲(Typhaangustifolia)､水葱(Scirpusvalidus)､梭鱼草(Pontederiacordata)等草本湿地植物类型[3，4]，为了增加湿地植物的多样性与冬季抗寒性，我们考虑扩大湿地植物的筛选范围，增加木本植物，我们还发现，木本植物部分品种更具有抗寒性，而且可以提高地上部分生物量､生物多样性与景观效果､增加立体空间[5，6]。

　　为此，我们利用潜流人工湿地运行水位在表层基质的20cm以下的特点，将木本植物引入潜流人工湿地中，前期研究发现，少数木本植物经过根系驯化诱导后可以适应潜流人工湿地环境[6，7]，但是，大部分木本植物很难适应人工湿地水生缺氧的环境，生长受阻甚至导致死亡，因此，本研究拟在人工曝气的条件下，将3种木本植物引入潜流人工湿地系统，比较曝气前后木本植物的潜流人工湿地系统对污水处理效果､植物的生物量与对TN､TP负荷减少的贡献率､丙二醛和根系活力､根系类型､根际微生物与基质酶活性的变化，旨在为木本植物在潜流人工湿地的应用提供基础数据与技术支撑。

　　1 材料与方法

　　1.1 实验系统

　　系统由三级串联的潜流人工湿地单元构成(编号为A､B和C)。每级池体内宽0.8m，长2m，深0.6m，底部填大粒径石灰石，厚度20cm，中间填充15cm的蛭石，比较上层填20cm厚的河砂。在床体表层下20cm处添加了微曝气装置(ACQ-007型，比较大供气量100L/min)(图1)，每天08:30—18:30曝气10h，其余时间不曝气。系统进水水质为:COD64.58~207.09mg/L､NH+4 -N 33.31~49.91mg/L､TN37.5~55.64mg/L､TP2.93~3.17mg/L。A､B和C植物分布为花叶冬青(Ilexaquifolium)､月季(Rosachinensis)和八角金盘(Fatsiajaponica)，每种植物种植10行，每行10株。平均每天进水量为1m3，未供氧前湿地系统连续运行60d，60d后启动曝气装置，同样运行60d。每6d取一次水样测定，取水时间为每天曝气停止的时间18:30。

　　1.2 实验方法

　　1.2.1 水质测定

　　方法参照文献[8]。

　　1.2.2 植物生长量的测定

　　每种植物在种前称重，经过12个月的生长以后再称重，将待测样品在80℃ 烘箱中烘至恒重后称重，计算单株平均生长量。植物氮磷积累量的测定:将植物样品用H2SO4-H2O2 消煮制备成溶液，总氮含量用过硫酸钾氧化吸光光度法测定[9];总磷用钒钼蓝法测定[10]。

　　1.2.3 植物吸收贡献率测定

　　单元氮磷去除量=(进水氮磷浓度-出水氮磷浓度)×均进水量。

　　单位面积氮磷去除量=单元氮磷去除量/单元面积。

　　植物氮磷吸收量=(整株植物全氮含量×总生物量增量)/种植面积。

　　植物吸收贡献率=(植物氮磷吸收量/单位面积氮磷去除量)×100%。

　　植物单元生物量=湿地单元中植物茎叶生物量+湿地单元中根生物量。

　　植物单元生物增量=曝气后单元植物生长量-种植前单元植物生长量。

　　1.2.4 根际微生物数量测定

　　选取5点取样法，在植物根系附近取基质，用MPN法分别测定其中硝化菌及反硝化菌的数量[11]。

　　2 结果与讨论

　　2.1 曝气前后系统对污水处理效果的比较

　　2.1.1 曝气前后COD去除率比较

　　从曝气前后系统对COD去除率(图2)比较可以看出:在前期1个月内曝气前后的COD去除率差异不明显,但去除率的比较高值曝气后晚于曝气前1周左右,运行1个月后,曝气后的COD去除率明显高于曝气前｡数据显示曝气前系统对COD去除率在48% ~73%之间,曝气后系统对COD的去除率在56% ~80%之间,平均较曝气前增加了6.99%,出现这种现象的原因可能是有机物的去除以兼性细菌和厌氧细菌的分解为主,而增加湿地含氧量,增大了湿地的有氧环境,有利于有机物的去除,曝气后,改善了湿地环境中的含氧量保证了硝化作用的顺利进行[12,13]｡

　　2.1.2 曝气前后TN去除率比较从曝气前后系统对TN去除率(图3)可以看出:去除率均在45%以上,整个实验期间,曝气后的去除率都高于曝气前,总体上,TN的去除率曝气后>曝气前平均增加了10.25%｡有研究证明,人工潜流湿地去除TN主要通过硝化?反硝化､水生植物和湿地微生物吸收[14],曝气增强湿地植物及其根际微生物吸收[15]可能是系统提高TN去除的重要原因｡