林芳

摘 要：水杉林人工濕地具有諸多生態(tài)功能，可以應用于微污染河水凈化。本文研究了水杉林人工濕地在不同水期（枯水期、平水期、豐水期）對TP、TN、NH3-N和COD的去除效果，分析了水杉林人工濕地對微污染河水的凈化能力。結果表明，枯水期，水杉林人工濕地對TP、TN、NH3-N和COD的去除率分別為18.4%、1.1%、2.9%和30.1%;平水期，水杉林人工濕地對TP、TN、NH3-N和COD的去除率分別為15.4%、20.9%、6.6%和43.9%;豐水期，水杉林人工濕地對TP、TN、NH3-N和COD的去除率分別為38.3%、28.1%、7.9%和41.3%。以上數據說明，水杉林人工濕地對微污染河水具有較好的凈化效果，而且不同水期的凈化效果表現為：豐水期>平水期>枯水期。

關鍵詞：水杉林;人工濕地;微污染河水

中圖分類號：X52文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）12-0137-04

Study on Purification Effect of Artificial Wetland of

Metasequoia Glyptostroboides Forest on Micro-polluted River Water

LIN Fang

（Huangshan Ecological Environmental Protection Integrated Administrative Law Enforcement Detachment，Huangshan Anhui 245000）

Abstract： Metasequoia glyptostroboides forest artificial wetland has many ecological functions， which can be used for the purification of micro-polluted river water. This paper studies the removal effect of artificial wetland of? Metasequoia glyptostroboides forest on TP， TN， NH3-N and COD in different water periods low water period， normal water period， and high water period）， and analyzes the purification ability of artificial wetland of? Metasequoia glyptostroboides forest to micro-polluted river water. The results show that during the low water period， the removal rates of TP， TN， NH3-N and COD are 18.4%， 1.1%， 2.9%， and 30.1% respectively in the artificial wetland of? Metasequoia glyptostroboides forest; during the normal water period， the removal rates of TP， TN， NH3-N and COD are 15.4%， 20.9%， 6.6%， and 43.9% in the artificial wetland of? Metasequoia glyptostroboides forest; during the high water period， the removal rates of TP， TN， NH3-N and COD are 38.3%， 28.1%， 7.9%， and 41.3% in the artificial wetland of? Metasequoia glyptostroboides forest. All the above data show that the artificial wetland of? Metasequoia glyptostroboides forest has a good purification effect on micro-polluted river water， and the purification effect in different high water periods is as follows： high water period> normal water period> low water peroad.

Keywords：? Metasequoia glyptostroboides forest;artificial wetland;micro-polluted river water

總體來說，濕地有兩種形式，即天然濕地和人工濕地[1]。人工濕地是人為建設的綜合生態(tài)系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過土壤、人工介質、植物和微生物的物理、化學和生物相互作用來處理污水。人工濕地系統(tǒng)具有占地面積較大、易受氣候條件影響、基建投資較高等弊端[2-3]。但是，若運行管理得當，人工濕地將會帶來極高的經濟效益、環(huán)境效益以及社會效益[4]。本文研究了人工濕地系統(tǒng)的一段（水杉林人工濕地）對常見水質指標的凈化效果，結果發(fā)現，微污染河水經過人工濕地處理后，出水質量能夠達到《地表水環(huán)境質量標準》（GB 3838—2002）的Ⅲ類標準，因而能夠確保飲用水水源地的水質[5]。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

水西河是安徽省黃山市率水河（中心城區(qū)飲用水水源地）的一條支流，最終匯入率水河上游。濕地占地面積為17 200 m2，處理河水的流量為5 000 m3/d。水西河濕地由一級氧化塘+水平潛流人工濕地+自由表面流人工濕地+二級氧化塘+人工生物浮島構成。

1.1.1 一級氧化塘。一級氧化塘面積為1 000 m2，水深為0.8 m，處理量為3 500 m3/d，停留時間為8.73 h。塘內植物有蘆葦、美人蕉、香菇草、黃菖蒲、千屈菜、水蔥和睡蓮等，塘內還建設人工島嶼。一級氧化塘的主要作用是調節(jié)水質與水量，凈化微污染河水，降低人工濕地的處理負荷。

1.1.2 水平潛流人工濕地。潛流層人工濕地長為30 m，寬為35 m，面積為1 000 m2，水深為1 m，底部坡度為0.1%，停留時間為11.45 h。底層填料采用碎石、沙礫等，中間層采用細小的石塊，上層填料采用統(tǒng)料和陶粒。潛流濕地表面的植物有美人蕉、蘆葦等，其利用植物根系吸收河水中的污染物，達到凈化水質的目的。

1.1.3 自由表面流人工濕地。其處理污水的過程是在濕地表面形成一層地表水流，以推流的方式緩慢前進，其面積為7 500 m2，底部坡度為0.1%，微污染河水停留時間為40.91 h，水深為0.5 m。

1.1.4 二級氧化塘。水西河的二級氧化塘面積為1 500 m2，水深為0.8 m，微污染河水停留時間為13.09 h。塘內的植物有蘆葦、千屈菜等。

1.1.5 人工生物浮島。水西河的人工生物浮島是漂浮在河面上的，上面種有一些植物，如水芹等。這樣可以利用生長在浮島上的植物根系吸收河水中的某些污染物，同時植物根系上吸附的微生物也可以對河水中的污染物進行吸附與降解，使水質得到改善。浮島在水下采用錨式固定。浮島單元尺寸為5.0 m×1.5 m×0.5 m，共設計了5組（120 m2）。

1.2 采樣點布設及采集

本文研究區(qū)域是水杉林濕地，采樣原則如下：首先，考慮采樣點是否具有代表性、采樣是否可行以及需要的費用是否合理等問題，再確定監(jiān)測斷面和采樣點的數量;其次，選擇的采樣點一定不能是一些特殊區(qū)域，如死水區(qū)、排污口等，而應該選擇流速相對穩(wěn)定、水面相對寬闊的區(qū)域。

1.3 試驗材料

1.3.1 試劑。一是總磷（TP）測定試劑，包括硫酸、50 g/L過硫酸鉀溶液、100 g/L抗壞血酸溶液、鉬酸鹽容液。二是總氮（TN）測定試劑，包括鹽酸溶液（1+9）、堿性過硫酸鉀溶液。三是氨氮（NH3-N）測定試劑，包括無氨水、納氏試劑、酒石酸鉀鈉溶液。四是化學需氧量（COD）測定試劑，包括重鉻酸鉀、硫酸亞鐵銨、鄰苯二甲酸氫鉀、七水合硫酸亞鐵、硫酸溶液（1+9）、硫酸銀-硫酸溶液、硫酸汞溶液、硫酸亞鐵銨標準溶液和試亞鐵靈指示劑。

1.3.2 試驗儀器。一是TP測定儀器，包括密度1.1～1.4 kg/cm2的壓力鍋、50 mL比色管、分光光度計。二是TN測定儀器，包括紫外分光光度計、壓力鍋、25 mL比色管、10 mm比色皿、其他常用儀器及設備。三是NH3-N測定儀器，包括可見分光光度計、20 mm比色皿。四是COD測定儀器，包括回流裝置、加熱裝置、分析天平、酸式滴定管、其他常用儀器及設備。

1.4 試驗原理

將2020年各月份按水量分為枯水期（1月、2月和12月）、平水期（3月、4月、10月和11月）和豐水期（5—9月），對該三個時期的水質指標進行系統(tǒng)監(jiān)測，分析進、出水水質。監(jiān)測指標主要為TP、TN、NH3-N和COD。[c1]表示進水濃度，[c2]表示出水濃度，本研究通過式（1）得出去除率[a]，繼而判斷濕地凈化微污染河水的效果。去除率計算公式如下：

[a=（c1-c2）÷c1×100%]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

2 結果與討論

2.1 TP數據分析

水杉林人工濕地TP的監(jiān)測數據如表1所示，其對TP的去除率變化如圖1所示。

由表1可知，在枯水期、平水期以及豐水期，1號點的TP濃度均高于2號點的TP濃度，說明水杉林人工濕地對污水中的TP有一定的吸收能力。由圖1可知，枯水期TP的去除率為18.4%，平水期TP的去除率為15.4%，枯水期和平水期的去除率差不多，原因可能是天氣剛好從冬天向春天過渡，萬物等待復蘇，還未在濕地中發(fā)揮作用。豐水期，TP的去除率為38.3%。人工濕地除磷主要有基質的吸附作用、植物的吸收作用和微生物的作用，它們是濕地除磷的重要途徑。在除磷的過程中，自然狀況會影響濕地系統(tǒng)中磷形態(tài)的轉化、溶解氧的濃度變化和總體的除磷效果。在未來的研究過程中，必須充分利用基質、植物以及微生物的協(xié)同作用，構建出最高效的人工濕地[6]。

2.2 TN數據分析

水杉林人工濕地TN的監(jiān)測數據如表2所示，其對TN的去除率變化如圖2所示。

由表2可知，枯水期，水杉林人工濕地對河水的凈化效果不明顯，平水期和豐水期則有較好的脫氮效果。由圖2可知，枯水期，水杉林人工濕地對TN的去除率為1.1%，原因可能是天氣寒冷，微生物的活性較低，一些水生植物和動物甚至會出現死亡現象，導致濕地在枯水期對TN的去除率極低。平水期，水杉林人工濕地對TN的去除率為20.9%;豐水期，水杉林人工濕地對TN的去除率為28.1%。植物的吸收、填料基質的吸附以及硝化-反硝化作用均可以去除微污染河水中的氮，平水期和豐水期溫度較高，微生物活動旺盛，使得硝化-反硝化作用十分明顯。水平潛流人工濕地的構造使?jié)竦貎炔砍尸F為厭氧的狀態(tài)，有利于硝化-反硝化反應的進行。反硝化作用是反硝化細菌在缺氧條件下將NO3-轉換成N2而逸出水體。

2.3 NH3-N數據分析

水杉林人工濕地NH3-N的監(jiān)測數據如表3所示，其對NH3-N的去除率變化如圖3所示。

由表3可知，在枯水期、平水期、豐水期，水杉林人工濕地對NH3-N的去除效果差不多，并不是很明顯。由圖3可知，枯水期，水杉林人工濕地對NH3-N的去除效率為2.9%;平水期，水杉林人工濕地對NH3-N的去除效率為6.6%;豐水期，水杉林人工濕地對NH3-N的去除效率為7.9%。影響人工濕地氨氮去除的因素有很多種，如水生植物吸收、微生物的硝化和反硝化、氮的揮發(fā)、溶解氧（DO）、pH和溫度等，而脫氮的最主要途徑是微生物的硝化與反硝化，所以氨氮的去除率低，很有可能是微生物的硝化與反硝化反應受到了抑制。溶解氧濃度的不足會使硝化反應受到抑制，同時由于碳源不足，異養(yǎng)反硝化也進行得不夠徹底，導致人工濕地系統(tǒng)實際的脫氮效果無法達到預期。另外，河水中的氧氣主要來自水面的擴散和植物根系的傳輸，整個人工濕地系統(tǒng)處于露天狀態(tài)，受天氣影響比較大，在夏季因溫度較高而容易滋生蚊蠅。

2.4 COD數據分析

水杉林人工濕地COD的監(jiān)測數據如表4所示，其對COD的去除率變化如圖4所示。

由表4和圖4可知，水杉林人工濕地對COD的去除效果比較明顯?？菟?，水杉林人工濕地對COD的去除效率為30.1%;平水期，水杉林人工濕地對COD的去除效率為43.9%;豐水期，水杉林人工濕地對COD的去除效率為41.3%。通過植物根系處生物膜的吸附、吸收代謝降解過程去除污水中的可溶解性有機污染物，使河水的COD濃度得以降低，而污水中相對難溶的有機污染物經過基質的過濾、沉淀作用后，迅速截留下來，繼而被微生物吸收。微生物降解有機物的過程分為好氧降解和厭氧降解兩部分。當然，植物也能夠起著比較明顯的作用，植物的存在可以加快微生物對有機物的礦質化過程和腐殖化過程。植物本身能夠吸收部分有機污染物，而且植物的根系微生物能夠加快有機污染物的分解。

3 結論

通過試驗測定可知，經過水杉林人工濕地處理后，河水的TP、TN、NH3-N和COD濃度都比未處理時的濃度低，說明水杉林濕地對這些水質指標都有較好的去除效果。表面流濕地內建設有水杉林，因為水杉屬于喜光性強的樹種，對環(huán)境條件有很好的適應能力。由所得數據可知，水杉林人工濕地對TP和COD的去除率大于對TN和NH3-N的去除率。水杉林人工濕地屬于表面流人工濕地，其面積約為7 500 m2，微污染河水停留時間為40.91 h。主要過程是向濕地表面布水，維持10～30 cm的水層厚度，水力負荷可達200 m3/（hm2·d），水流以推流式前進，流至終端后溢出，這就是水杉林濕地的整個凈化過程。濕地中種植大量浮水植物和挺水植物，植物根系形成的生物濾膜可以對河水中的污染物進行過濾、截留，最終達到凈化水質的目的。

在人工濕地系統(tǒng)中，植物不僅能夠吸收有機物、P、N等營養(yǎng)物質，還能為微生物提供附著場所，使得污染物通過硝化、反硝化、吸附等作用而被除去。污水進入水杉林人工濕地后，在流動過程中與植物根系生長的生物膜接觸，通過物理、化學、生物作用而得到凈化。由以上試驗分析可得，不同水期污染因子的去除規(guī)律為：豐水期>平水期>枯水期。但是，試驗數據顯示，枯水期和平水期的水質明顯比豐水期好。這是因為豐水期水質和水位變化很大，通常，降雨較多，導致其水質較差，但是由于其水容量大，所以豐水期去除水質影響因子的效率較高。

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