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摘要：在傳統景觀墻設計的基礎上，利用不銹鋼結構、有機玻璃管和3種水生植物（鳳眼蓮、菖蒲和水蔥）構建了1種能有效凈化污染水體的新型植物景觀墻裝置，研究該裝置對高校生活污水中典型污染物的凈化效果。結果表明，新型植物景觀墻對污水COD、NH4+-N、TP、TSS和色度的平均去除率分別達到了81.8%、79.6%、64.7%、93.1和71.3%，且出水水質保持穩定。出水COD、TSS含量和色度達到GB18918－2002一級A標準，出水NH4+-N和TP含量達到二級標準。裝置具有占地面積小、運行維護簡單等優點。

關鍵詞：高校生活污水；植物景觀墻；水生植物；COD

自1986年法國著名植物學家帕特里克•布蘭科（PatrickBLANC）首次提出“垂直花園”的概念后，各式各樣的植物景觀墻開始在城市綠化方面嶄露頭角[1]。植物景觀墻指在城市建筑物的立面上模擬布置植物的生長環境，結合當地的氣候條件種植合適的綠色植物，不僅具有極高的美學價值，還有凈化空氣、隔音降噪、調節空氣濕度等諸多優點[2]。水生植物可以直接吸收污水中的氮、磷等營養物質，富集某些重金屬污染物，且能促進微生物對一些有機污染物進行生物降解[3]。近年來，國內外的研究者已經成功篩選出了鳳眼蓮、蘆葦等一批能高效去除污水中各類污染物的水生植物，并將它們應用到人工濕地、生態浮島等技術中，取得了良好的污水處理效果[4-5]。本研究將植物景觀墻與植物修復技術相結合，設計并制作了1種能有效凈化污染水體的新型植物景觀墻。高校生活污水水量大，但來源比較單一，排放集中，且水質一般優于普通居民用戶生活污水。利用污水處理手段對校園生活污水進行處理并回用，是建設“節水型社會”的重要舉措，也能為學校節約用水成本。校園生活污水可用于綠化用水、沖廁用水和景觀用水等。本實驗使用專利成果新型植物景觀墻對桂林某大學校區的生活污水進行處理，研究其對生活污水中典型污染物的去除效果，以考察裝置的適用性。

1實驗部分

1.1裝置和運行方式。實驗裝置見圖1。裝置長×寬×高為2.0m×1.5m×3.0m。裝置由蠕動泵、進水桶、不銹鋼架體、有機玻璃管、塑料導流管、水生植物、球閥和流量控制器等組成。其中有機玻璃管長1.5m、直徑20cm，管壁上平均開設9個直徑10cm的圓孔，圓孔內能夠栽種植物。景觀墻架體呈階梯狀，每層階梯高度為50cm，階梯平面寬度為30cm，共7層。有機玻璃管的數量與架體的階梯數量一致，固定于階梯上，多個有機玻璃管依次首尾相連。污水由進水管通過蠕動泵的作用流入架體最頂端的有機玻璃管中，然后依次向下，最底部的有機玻璃管中的水由出水管回流到進水桶中。為了適應不同高度的植物，架體各個階梯的高度可調節。為了使有機玻璃管中的水能夠順利自行流動，有機玻璃管沿水流方向向下傾斜設置。為了控制流量，防止污水因流量過大從有機玻璃管中溢出，相鄰的有機玻璃管之間加裝球閥。另外，進水管上還設置流量控制器，方便控制流量。實驗地點位于校區污水處理站內，實施時間為2017年3－5月。新型植物景觀墻中所用水生植物為菖蒲（AcoruscalamusL.）、水蔥（ScirpusvalidusVahl）和鳳眼蓮（Eichhorniacrassipes），采購于桂林某花鳥市場，選用生長健康且大小基本一致的植物在有機玻璃管上的圓孔中間隔種植，每個圓孔種2～3株植物，并保證每個圓孔中植物根系不至于過密導致水流堵塞。實驗開始時，取污水處理站調節池污水，灌滿進水桶（進水桶容積為50L），開啟蠕動泵開始進水，控制進水體積流量為80～100L/h。每個運行周期為18～24h，整個實驗過程持續60d，裝置調試運行1天后每隔3d分別采集進出口水樣，采樣時間為每天中午12:00－13:00進行，各取3個平行樣，取樣后立即送到實驗室保存在4℃的冰箱中，待測。1.2進水水質。實驗裝置采用連續進水方式。進水為校區的生活污水，呈淺灰色，微臭，COD為105～310mg/L，NH4+-N、TP、SS的質量濃度分別為35～69、5.0～9.8、65～118mg/L，色度45～136度，溫度8～19℃，pH為6.8～8.0。1.3分析方法與數據處理。COD：重鉻酸鉀法；NH3-N含量：納氏試劑分光光度法；TP含量：鉬酸銨分光光度法；TSS含量：稱量法；色度：鉑鈷比色法；pH：便攜式酸度計。植物株高：在實驗開始時和結束時分別用鋼卷尺測定；植物生物量：在實驗開始時和結束時分別采集植物，用自來水反復沖洗干凈后在烘箱中70℃烘干至恒量，將根莖葉分別稱量。使用MicrosoftExcel2013進行數據處理，使用Origin8.5繪制圖表，用SPSS18.0進行顯著性分析。

2結果與討論

2.1COD的去除。污水中的有機污染物會在有氧的條件下被裝置中的微生物分解為氨氮、二氧化碳等產物，進而水生植物在光照的條件下利用這些產物合成自身所需的營養物質并釋放氧氣，這個過程不斷循環達到去除污水中有機污染物的效果[6]。新型植物景觀墻進、出水中COD及去除率隨時間變化情況如圖2所示。由圖2可知，進水COD在105～310mg/L，隨時間波動較大。這可能是校園生活污水與學生活動規律有關，不同時段差異很大，且期間桂林雨水較多，也會對進水水質帶來一些影響。初期COD去除率僅60%左右，可能是實驗植物仍在逐步適應生活污水環境。整個實驗中出水COD維持在50mg/L以下，最低達到28mg/L。COD去除率為62.5%～90.3%，平均去除率為81.8%。與GB18918－2002一級A標準（50mg/L）相比，出水COD達標率達到95%[7]。鄭志偉等采用紅樹生物塘處理農村生活污水，其COD的平均去除率為73.3%[8]。李旭東等用高效藻類塘處理太湖地區農村污水，其COD的平均去除率為70%[9]。新型植物景觀墻對污水中COD去除效率較常見的植物穩定塘較高，且占地面積更小，可拆卸，運行維護簡單方便。2.2NH4+-N去除特征。新型植物景觀墻進、出水中NH4+-N含量及去除率隨時間變化情況如圖3所示。由圖3可知，進水NH4+-N的質量濃度在35～69mg/L波動，出水NH4+-N質量濃度為10～21mg/L，與GB18918－2002的一級A標準（5mg/L）對比，達標率為0，若與二級標準（25mg/L）相比達標率則為100%。裝置對氨氮的去除率平均為69.9%，最高達到83.3%。裝置對NH4+-N的去除主要依靠水生植物的吸收、微生物的硝化和NH4+-N的揮發等，其去除效率受到pH、溫度、DO含量等多種因素影響[10]。對NH4+-N的去除效果較不理想可能與實驗期間桂林溫度較低，實驗裝置內植物與微生物活性下降有關。前人的研究表明，冬季水生植物對于氨氮的去除效果顯著弱于夏季[10-12]；SONG等對1個占地80hm2的人工濕地系統對污水的凈化效果進行了為期6年的監測，發現出水中NH4+-N含量在冬季（質量濃度(14.0±1.9)mg/L）和夏季（(8.6±1.0)mg/L）有顯著的差異[13]。另外，通過曝氣等手段提高裝置中的DO含量可能會提高裝置對NH4+-N的去除效果[14]。2.3TP的去除特征。新型植物景觀墻進、出水中TP含量及去除率隨時間變化情況如圖4所示。由圖4可知，進、出水中TP的質量濃度分別為5.0～9.8、1.7～3.6mg/L，TP去除率為45.5%～75.9%，平均去除率為63.7%。出水TP含量與GB18918－2002的一級A標準（0.5mg/L）比較達標率為0，若與二級標準（3.0mg/L）相比達標率則為90%。人工濕地是利用水生植物凈化污水的裝置中應用最廣泛的，然而大多數人工濕地系統在去除污水中TP方面表現不佳。DONG等比較多種不同類型的人工濕地后認為，人工濕地系統對于TP的去除率接近50%，其中綜合除磷效果最好的水平潛流式人工濕地TP去除率平均也僅為69.8%[11]。另外有研究表明，植物對磷的吸收量與其生物量成顯著正相關[15]。增加景觀墻尺寸或者選用生物量更大的水生植物可能會提高裝置對TP的去除效果。2.4TSS和色度的去除效果。新型植物景觀墻對于校園生活污水的TSS和色度都有較良好的去除效果，出水中TSS和色度的平均分別為7mg/L和27度，均達到GB18918－2002的一級A要求。裝置進、出水平均水質見表1。COD、NH4+-N、TP、SS的去除率分別為81.8%、79.6%、64.7%、71.3%，色度降低71.3%。由于沒有前置格柵和初沉池，且校園污水中含有大量雨水SS較高，因此導致裝置在連續運行7d后在下部有機玻璃管連接處發生堵塞現象，人工清除泥沙后裝置繼續正常運行。2.5植物株高和生物量的變化。植物株高和生物量可以直觀地反應植物的生長狀況，見表2和表3。由表2可知，實驗結束后，水生植物菖蒲和水蔥的株高均顯著高于實驗前（p＜0.05）；鳳眼蓮的株高也高于實驗前，但是標準偏差較大，株高增長不顯著。實驗周期內鳳眼蓮、菖蒲和水蔥的總生物量比實驗前分別增加了29.9%、39.0%和33.6%。3種實驗植物都對校園生活污水表現出良好的耐受性，且能吸收污水中的營養物質并快速地生長。

3結論

新型植物景觀墻裝置將水生植物的景觀功能和環境修復功能相結合，賦予了傳統植物墻新的活力。研究結果表明，本裝置能有效去除高校生活污水中的污染物，其中對于污水中COD、NH4+-N、TP、TSS和色度的平均去除率分別達到81.8%、79.6%、64.7%、93.1和71.3%。出水指標中COD、TSS和色度均基本達到GB18918－2002一級A標準要求，出水中NH4+-N和TP含量基本達到GB18918－2002二級標準要求，同時所有出水指標滿足GB/T18920－2002的要求[16]。3種實驗植物對高校生活污水表現出良好的耐受性，其生物量在實驗期間均顯著增加。從整體運行效果來看，新型植物景觀墻在美化校園的同時，能較好地處理校園生活污水，且相比于人工濕地、植物穩定塘等污水處理設施有占地面積小、運行維護簡單等優點，可以作為以高校生活污水為原水的污水再生回用裝置，污水處理后可用于校園綠化用水、景觀用水等，大大節約了用水成本。

作者:俞果 馬建初 蔣萍萍 游少鴻 劉杰 梁延鵬