高鹽廢水人工濕地處理中耐鹽植物的篩選

水處理網(wǎng)訊:摘要：天津塘沽作為濱海新區(qū)核心區(qū)，是目前天津發(fā)展最快的地區(qū)之一。由于本區(qū)鹽堿土壤等自然條件，污水中鹽分含量較高，制約了廢水的回用。本文通過模擬人工濕地實驗，比較了蘆葦（Phragmites australis）、鹽地堿篷（Suaeda salsa）、堿蒿（Artemisia anethifolia）、黃花鳶尾（Iris wilsonii）、鹽角草（Salicornia europaea）和大米草（Spartina anglica）等耐鹽植物對輕污染水體中高濃度氯離子的去除能力，篩選出去除能力較強的植物，并確定植物對鹽分去除率達到最大時的生態(tài)系統(tǒng)條件。結(jié)果表明，適合人工濕地的耐鹽堿植物對氯離子的去除效果依次為：蘆葦>鹽地堿篷>堿蒿>黃花鳶尾>鹽角草>大米草，停留時間一般在第4 d 時可達到平衡。該研究為利用人工濕地處理高鹽廢水提供了科學依據(jù)。

關(guān)鍵詞：高鹽廢水；耐鹽植物；人工濕地

天津塘沽地處華北平原東部，是我國制鹽、制堿、造船和海洋石油開發(fā)的重要基地。但塘沽因土壤含鹽量高，水資源不足，降水偏少，地下水礦化度高難以利用，而成為資源型缺水地區(qū)。水資源短缺與利用的矛盾，嚴重制約著本地經(jīng)濟、社會及農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展。因此，如何用低成本的方式，降低廢水中的鹽分，使廢水資源化，成為亟待解決的問題。

人工濕地具有氮磷污染物去除能力強、耐污染沖擊負荷和運轉(zhuǎn)維護管理方便等優(yōu)勢，已被應(yīng)用于各種高含鹽量廢水的深度處理[1]。前人研究結(jié)果表明，人工濕地對沿海高鹽度地區(qū)（含鹽量為4 000～8 000 mg·L-1）的微咸水中總氮和總磷的最高去除率分別可達50%和37%[2]；對城市污水處理廠處理后含鹽量較高（含鹽量為5 000～7 000 mg·L-1） 的再生水中有機污染物去除率約為30%[3-5]；對含鹽量較高的水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水中氮、磷也有很好的去除效果[6-8]。人工濕地處理系統(tǒng)綜合了物理、化學、生物3 種作用，能夠去除污水或廢水中的有機物、氮、磷和重金屬等[9]，采用此方法實現(xiàn)污水的再生回用不僅適合國情，同時也適合塘沽區(qū)情。針對塘沽本地污水中含鹽量較高的特點，人工濕地中耐鹽植物的篩選顯得尤為重要。

本研究構(gòu)建了高鹽度進水條件下人工濕地的實驗裝置，比較了不同耐鹽植物對氯離子的去除效果，并研究植物對鹽分的去除率達到最大時的生態(tài)系統(tǒng)條件，篩選出耐鹽范圍較高的植物，為利用人工濕地處理高鹽廢水提供了科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 人工濕地實驗?zāi)望}植物的篩選

所選植物是通過野外調(diào)查和室內(nèi)實驗相結(jié)合的辦法篩選出的，最終選定為6 種植物：蘆葦、黃花鳶尾、大米草、鹽角草、鹽地堿蓬和堿蒿。

1.1.1 耐鹽植物的耐鹽性調(diào)查

在天津濱海新區(qū)塘沽及周邊地區(qū)，采取野外調(diào)查與資料查閱相結(jié)合的辦法，對本區(qū)的株高在1 m 以下的野生耐鹽植物的耐鹽程度進行了調(diào)查，共調(diào)查鹽堿植物23 種、隸屬17 科。

1.1.2 植物的耐鹽性室內(nèi)實驗

結(jié)合野外調(diào)查結(jié)果，初步選定塘沽本地耐鹽較高的6 種植物和人工濕地常用5 種植物作為實驗植物，按水生植物和陸生植物分類分別設(shè)計實驗，測定其耐鹽范圍。水生植物包括蘆葦、香蒲、水蔥、水葫蘆、黃花鳶尾、美人蕉和大米草，經(jīng)去土、洗凈根后置于高為25 cm、直徑為20 cm 的燒杯內(nèi)進行培養(yǎng)。人工基材采用約2 cm 厚度的泡沫板，并在板上打孔，以固定植物。每個燒杯種植1 棵植物，每種植物各重復3 次。陸生植物包括鹽角草、枸杞、鹽地堿蓬、堿蒿，種在高為20 cm、直徑為70 cm 的塑料大盆中，采用花園土作為栽培基質(zhì)。植物上盆后，盆中盛有相同體積的污水，并要求水面高度接近盆弦，水量7 L。同時設(shè)置未種植物的空白對照。每盆栽植植物的初始數(shù)量與其原生條件下單位面積內(nèi)植物數(shù)量相同。實驗室溫度控制在20~25 ℃，進行20 d 的馴養(yǎng)，觀察植物在鹽度為0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%情況下的生長變化情況。

1.2 實驗廢水

實驗水樣取自北排河，污水的水質(zhì)如表1 所示。

1.3 人工濕地實驗裝置

實驗裝置長為800 mm，寬為600 mm，高為700mm，板厚為100 mm，由聚乙烯板構(gòu)建，容器外側(cè)由角鋼焊接加固。進水管設(shè)在寬度方向中心一側(cè)，并設(shè)置1 個，進水管距離池頂300 mm。出水管設(shè)在寬度方向中心另一側(cè)，并設(shè)置3 個，其中最頂端的出水管距離底端400 mm，3 個出水管間距200 mm。取樣管設(shè)置在容器池底中心位置，垂直方向上布置3 支取樣管，3個取樣管間距200 mm，均勻分布在容器的中間位置。實驗裝置如圖1 所示。

本實驗所用材料主要包括植物、實驗廢水和基質(zhì)。所需基質(zhì)采用2 種：沸石和鵝卵石，二者孔隙度分別為55.0%和50.4%，其粒徑均分別為1~8 mm 和1~10 cm。其中，沸石是沸石族礦物的總稱，由硅氧和鋁氧四面體組成，是一種含水的堿金屬或堿土金屬的鋁硅酸鹽礦物，沸石按礦物特征可分為片狀、架狀、纖維狀及沫粉類4 種；按孔道體系特征沸石分為一維、二維和三維體系。而鵝卵石的主要化學成分是二氧化硅，其次是少量氧化鐵和微量的錳、銅、鋁、鎂等元素及化合物。

1.4 人工濕地的運行與測試方法

進水水源為采集的北排河水，每周采水1 次，并采用連續(xù)運行方式向?qū)嶒炑b置內(nèi)進水，進水依靠重力作用緩緩流入，停留時間為7 d。每種植物的栽植數(shù)量與其原生條件下單位面積內(nèi)植物數(shù)量相同，每種植物各重復3 次，同時設(shè)置未種植物的空白對照。實驗過程中，濕地水樣取樣頻率為每日1 次，氯離子測量方法采用硝酸銀滴定法，按照參考文獻[10]進行。

氯離子去除率=3 次重復試驗的去除率平均值-對照試驗去除率。

2 結(jié)果與分析

對天津塘沽及周邊地區(qū)，共調(diào)查鹽堿植物23 種，隸屬17 科，結(jié)果如表2 所示。

根據(jù)表2 得出：最耐鹽堿的是禾本科的蘆葦、大米草，耐鹽度達3%以上，其次是堿蒿、鹽角草、鹽地堿蓬、枸杞，耐鹽度都在2%以上?？蛇x蘆葦、大米草、堿蒿、鹽地堿蓬、鹽角草、枸杞進行下一步室內(nèi)實驗。

對選定的塘沽本地6 種植物和人工濕地常用5種植物進行室內(nèi)實驗，測定其耐鹽范圍，實驗結(jié)果如表3 所示。

由表3 可知，蘆葦、黃花鳶尾、大米草、鹽角草、鹽地堿蓬和堿蒿這6 種植物可歸為重度耐鹽植物；枸杞這1 種植物可歸為中度耐鹽植物；香蒲、水蔥、水葫蘆、美人蕉這4 種植物可歸為輕度耐鹽植物。選擇蘆葦、黃花鳶尾、大米草、鹽角草、鹽地堿蓬、堿蒿這6 種重度耐鹽植物進行下一步的人工濕地模擬實驗。

測量植物耐鹽范圍的室內(nèi)實驗，經(jīng)過20 d 的培養(yǎng)，鹽度為0.4%時，12 種植物正常生長，都具有良好的適應(yīng)性，且株高、平均濕重都有所增加，其中蘆葦、黃花鳶尾有新芽萌出；鹽度為0.6%時，蘆葦、黃花鶯尾、大米草、鹽角草、鹽地堿蓬、堿蒿生長良好，平均濕重都有所增加，但香蒲、水葫蘆、水蔥和美人蕉生長緩慢，枸杞繼續(xù)生長伴有葉片枯萎；鹽度為0.8%時，蘆葦、大米草、鹽地堿蓬、堿蒿生長良好，濕重和株高都在增加，鹽角草、黃花鳶尾仍可以繼續(xù)生長，但長勢略緩，枸杞葉片枯萎；鹽度為1.0%時，蘆葦、黃花鳶尾、鹽地堿蓬和堿蒿沒有新葉萌發(fā)，葉片枯萎脫落，濕重減少；鹽度達到1.2%時，堿蒿老葉枯萎，根部變黑。香蒲、水蔥、美人蕉和黃花鳶尾的耐鹽范圍研究結(jié)果與郭煥曉等[2]研究相一致。相比之下，蘆葦、鹽地堿蓬、堿蒿、黃花鳶尾、鹽角草、大米草耐鹽性較好，適于作為高鹽度地區(qū)廢水人工濕地的植物。

由圖2 可以看出，蘆葦、鹽地堿蓬、堿蒿、黃花鳶尾、鹽角草和大米草6 種植物對高鹽廢水中氯離子的去除，停留時間一般在第4 d 時可達到平衡，去除效果依次為：蘆葦>鹽地堿篷>堿蒿>黃花鳶尾>鹽角草>大米草，蘆葦、鹽地堿篷、堿蒿這3 種植物去除氯離子情況相一致，且其去除效果明顯好于黃花鳶尾、鹽角草、大米草。

人工濕地實驗結(jié)果表明，6 種植物對高含鹽量Cl-的去除率是先逐漸增強，到第4 d 時可達到平衡。魯敏等[12]研究發(fā)現(xiàn)：對蘆葦、香蒲、美人蕉等植物進行人工濕地實驗，停留時間1 d 各種植物對CODCr、TN、TP 和濁度就有明顯去除，并且出水已基本達到國家一級排放標準。本研究耐鹽植物第4 d 時達到去除平衡，這是因為高鹽量廢水對植物具有離子毒害和滲透脅迫等作用[13-14]，隨著廢水鹽度的增加，植物的滲透脅迫升高，導致植物葉片面積和氣孔度減少，蒸騰作用減弱等形態(tài)學和生理學特征的改變[15-16]，從而影響廢水中氯離子等其他物質(zhì)的去除時間。

3 結(jié)論

（1）通過野外調(diào)查與資料查閱相結(jié)合的辦法，調(diào)查塘沽及周邊地區(qū)鹽堿土綠化植物23 種，隸屬17科，其中最耐鹽堿的是禾本科的蘆葦、大米草等，耐鹽度達3%以上，其次是堿蒿、鹽角草、枸杞，耐鹽度都在2%以上。

（2）通過選用11 種植物作為實驗植物，進行室內(nèi)實驗，測定其耐鹽范圍，結(jié)果表明：蘆葦、黃花鳶尾、大米草、鹽角草、鹽地堿蓬、堿蒿這6 種植物可歸為重度耐鹽植物；枸杞這1 種植物可歸為中度耐鹽植物；香蒲、水蔥、水葫蘆、美人蕉這4 種植物可歸為輕度耐鹽植物。因此，選定以上6 種重度耐鹽植物進行人工濕地小試實驗，測定其對氯離子的去除效果。

（3）通過人工濕地小試實驗，得出結(jié)論如下：蘆葦、鹽地堿蓬、堿蒿、黃花鳶尾、鹽角草、大米草6 種植物對高鹽廢水中氯離子的去除，停留時間一般在第4 d時可達到平衡，植物對氯離子的去除效果為：蘆葦>鹽地堿篷>堿蒿>黃花鳶尾>鹽角草>大米草。蘆葦、鹽地堿篷、堿蒿這3 種植物去除氯離子效果明顯好于黃花鳶尾、鹽角草、大米草。

原標題:高鹽廢水人工濕地處理中耐鹽植物的篩選