全 文 ：应用与环境生物学报　2002 , 8(6):614～ 617 　 　
Chin J Appl Environ Biol=ISSN 1006-687X 　 2002-12-25
　
风车草对生活污水的净化效果及其在人工湿地的应用＊
靖元孝＊＊　陈兆平　杨丹菁1
(华南师范大学生物系　广州　510631;1广州市环境保护科学研究所　广州　510620)
摘　要　研究了风车草(Cyperus alternifolius)的生长特性和对生活污水的净化效果.风车草全年保持生长 , 即使在冬
天仍能维持一定的生长速率.风车草在生活污水中培养 10 d 后 , 污水中 TN、TP、COD 和 BOD 的去除率分别达到
91%、92%、70%和 73%, 其中风车草对 N 、P的吸收量分别占净化量的 55%和 53%.种植风车草的潜流型人工湿地对
TN 、TP 、COD和 BOD的去除率分别为 64%、47%、74%和 74%,与不种植物的人工湿地相比 , TN、TP、COD和 BOD 的
去除率分别提高了 28%、19%、14%和 13%.图 2 表 3 参 12
关键词　风车草;生活污水;潜流型人工湿地;去除率
CLC　X52 Q949.714.3
PURIFYING EFFICIENCY OF CYPERUS ALTERNIFOLIUS TO DOMESTIC
SEWAGE AND ITS APPLICATION IN CONSTRUCTED WETLAND＊
JING Yuanxiao＊＊ , CHEN Zhaoping &YANG Danjing1
(Department of Biology , South China Normal Universi ty , Guangzhou　510631 , C hina)
(1 Guangzhou Inst i tute of E nvironmen tal Protection , Guangzhou　510620 , China)
Abstract　Grow th characteristics and purifying eff iciency of Cyperus al terni fol ius to domestic sew age
w ere studied.C.alternifolius could g row throughout a year and keep certain g row th rate even in the
w inter.After C.al terni fol ius were cultivated in domestic sew age for 10 d , the removal rates of TN ,
TP ,COD and BOD were 91%, 92%, 70% and 73%, respectively;while the amounts of uptake to TN
and TP by plant accounted for 55% and 53% of the purification amounts , respectively.The removal
rates of TN ,TP ,COD and BOD in the subsurface f low const ructed wet land w ith C.alterni folius were
64%, 47%, 74% and 74%, respectively;compared with unplanted sy stem , the removal rates of TN ,
TP ,COD and BOD raised 28%, 19%, 14% and 13%, respectively.Fig 2 , Tab 3 , Ref 12
Keywords　Cyperus al terni folius;domestic sew age;subsurface flow const ructed wetland;removal rate
CLC　X52 Q949.714.3
　　人工湿地系统的应用始于 20世纪 70年代初期 ,
1977年 ,德国学者 Kickuth 提出“根区法” ,推动了对
人工湿地处理污水的试验研究.1990 年 ,华南环境科
学研究所与深圳东深供水局在深圳白泥坑建立试验
基地 ,开展人工湿地处理污水研究工作.近年来 ,国内
外关于芦苇(Phragmites communis)、香蒲(Typha
orientalis)、茳芏(Cyperus malaccensis)等水生植物人
工湿地处理系统的研究已有许多报道[ 1 ～ 8] ,利用水生
植物人工湿地系统处理污水 ,被证明是一种低投资 、
低能耗 、低成本和能脱氮除磷的新型污水处理技术.
收稿日期:2002-01-07　接受日期:2002-03-05
＊广东省重点学科基金和广东省教育厅自然科学研究项目(200022)
Supported by the Provincial Foundation of Key Discipline and the
Provincial Natural Science Foundat ion of Educational Department of
Guangdong , China＊＊通讯作者　Corresponding author
　　风车草(C.al terni folius)属莎草科 ,原产非洲 ,
我国南北各地均有栽培 ,一般用作观赏植物 ,亦可生
于沼泽地或长期积水处[ 9] .近年来 ,国外学者的研究
证明 ,风车草有很强的吸收污染物能力 ,并成功应用
于人工湿地[ 10～ 12] .但在国内 ,有关风车草对生活污水
的净化作用及其在人工湿地应用方面研究未见报道.
本研究在了解风车草的生长及分蘖状况的基础上 ,对
该植物净化生活污水及其在潜流型人工湿地的应用
进行了报道.
1　材料与方法
1.1　风车草生长及分蘖测定
风车草由华南师范大学生物系固氮中心提供 ,盆
栽后置于水池中 ,地上部分淹水 30 cm 左右 ,每隔 15
d记录分蘖及株高情况 ,实验从 2000年 11月至 2001
年 6月.
1.2　水培条件下风车草对生活污水净化能力试验
1.2.1　试验设计　　将风车草移栽到薄膜大棚下的
塑料桶中进行无土栽培 ,每个塑料桶中装有 30 L 生
活污水 ,将鲜重为 500 g的风车草放入水中培养.实验
共设两种处理:有风车草的实验组 ,不种植物的对照
组 ,每个处理均设 5个重复 ,在 2001年 4 ～ 5月进行 ,
日平均气温在 20 ℃以上.
1.2.2　水质指标测定　　总氮 、总磷 、BOD5及 COD
含量测定:用碱性过硫酸钾氧化法测定水中总氮 ,钼
-锑-抗法测定水中总磷 ,用常规方法测定 BOD5 ,重
铬酸钾法测定 COD.
1.2.3　植株体内N 、P 含量测定　　将植株用清水洗
干净 ,然后放入烘箱内 75 ℃烘 24 h ,直至恒重.N 、P
含量测量参照 1.2.2.
1.3　潜流型人工湿地污水处理系统设计
1.3.1　潜流型人工湿地构造　　处理系统由水池改
造而成 ,处理区长 130 cm 、宽 84 cm 、高 50 cm.下部填
充粒径 4 ～ 6 mm 碎石层 24 cm ,上部再铺厚 26 cm 的
细砂.风车草种于床的表层 ,株密度约为 10 m2 ,每株
10个分蘖 ,每株鲜重生物量为 750 g.按水面线计总体
积为 488 L ,总间隙水体积约为 192 L.另设不种植物
的处理系统作为对照 ,系统连续进水 ,研究其在动态
条件下对污水的净化能力.
1.3.2　运行条件　　实验在 2001年 4 ～ 6 月期间进
行 ,月平均气温在 20 ℃以上.实验用污水来自本校行
政学院生活污水 ,污水 COD约为 244 mg/L 、BOD5约
为 130 mg/L 、总氮 15 mg/L 、总磷 3 mg/ L ,进水量 30
L/d ,水力停留时间约为 6.4 d.按处理区实际面积计
算 ,处理系统的 TN 、TP 、BOD5和 COD的面积负荷分
别为 4.13 kg/(d hm2)、0.83 kg/(d hm2)、36 kg/(d
hm
2)和 67 kg/(d hm2).
1.3.3　取样与分析　　风车草人工湿地运行 1 mo
稳定后 ,分别采集进水和出水水样 ,每隔 4 d采水样 1
次 ,共采集 7次 ,水样分析参见 1.2.2.
2　结果及分析
2.1　风车草生长及分蘖
由于大部分水生植物在冬季基本停止生长 ,因此
利用水生植物来进行污水处理时 ,冬季效果普遍较
差 ,本试验选择包括冬季在内的 2000年 11月至 2001
年 5月的 7个月(其中 ,2000年 11月至 2001年 2月 ,
月平均气温在 20 ℃以下)进行实验 ,研究风车草的生
长及分蘖状况.
2.1.1　风车草分蘖状况 　　由图 1 可以看出 , 从
2000年 12月至 2001 年 5月 ,分蘖数呈稳步增长 ,分
蘖从实验开始的 3.5 个 ,经过 6 mo 的生长增至 77
个 ,增长 20多倍.如果以 1月后新增分蘖数占增加前
分蘖数的百分比来表示分蘖数月净增长率的话 ,在
2000年 12月至 2001 年 2 月 ,虽然月平均气温在 20
℃以下 ,仍保持一定的月净增长率(在 40%～ 65%),
随着气温的升高 ,3月份月净增长率达 85%,4月份为
120%,而在 5月份月净增长率降为 55%.5月份月净
增长率降低一方面是由于 4 月份分蘖月净增长率高
达 120%,且分蘖数达到 50个 ,可能已达到增长上限 ,
另一方面本实验在盆中进行 ,生长空间有限.
时间 T ime
图 1　风车草分蘖月变化
F ig 1　Monthly changes of C.alternifolius tillers
2.1.2　风车草株高变化情况　　由图 2可以看出 ,风
车草从 2001年 1月至 2001年 5月株高变化情况与分
蘖数变化情况基本相同 ,株高从实验开始的 28 cm ,经
过 5个月的生长变为 68 cm ,增长2倍多.株高月净增长
率在 2001年 1月至 2 月 ,虽然月平均气温在 20 ℃以
下 ,仍保持一定的月净增长率(在 11%～ 16%),随着气
温的升高 ,3 、4月份月净增长率增至 28%和 29%,而在
5月份月净增长率降为 15%,这主要是因为 4月份株高
达 59 cm ,已基本达到株高生长上限.
本实验同时对茳芏(C.malaccensis)、茭白
(Zizania lat ifolia)和菖蒲(Acorus calamus)等水生植
物的生长状况进行了研究 ,结果表明 ,它们在冬季基
本停止生长.本工作是通过盆栽进行研究 ,由于盆子
空间所限只进行了半年实验 ,但从资料记载可知 ,风
车草在华南地区 6 ～ 10月均能保持快速生长 ,因此从
风车草分蘖和株高变化情况来看 ,该植物全年可保持
生长 ,这一结果与 Neralla[ 12]结果相一致.
615　 6 期 靖元孝等:风车草对生活污水的净化效果及其在人工湿地的应用 　　
时间 T ime
图 2　风车草株高月变化
Fig 2　Monthly changes o f C.alternifolius height
2.2　水培条件下风车草对污水的净化作用
2.2.1　水培条件下风车草对生活污水的净化效果　
　表1结果表明 ,培养1 0d后 ,风车草对TN 、TP 、
COD和 BOD的净化率要比对照组自然净化率分别高
出 39%, 37%,20%和 22%,其中植物对 TN 、TP 的净
化作用尤为明显.
2.2.2　风车草对污水中 TN 、TP 的吸收效果　　表
2结果表明 ,培养 10 d后 ,风车草将一部分 N 、P 吸收
到体内 ,体内 N 、P 含量明显升高 ,同时风车草的生物
量也有明显的增加 ,每桶由培养前 100 g 干重增至培
养后的 102 g干重 ,每桶风车草净吸收 N 、P 含量分别
为 225 mg和 44 mg ,分别占 N 总净化量(410 mg)、P
总净化量(82 mg)的 55%和 53%.这一方面表明风车
草对N 、P有较强的吸收作用 ,另一方面也表明吸收量
仅占净化量的一部分.这是因为在植物净化系统中 ,
除了植物根系的吸收作用外 ,净化效果还与系统的微
生物活动密切相关 ,它包括根际周围的微生物和微型
动物的净化作用以及根系的吸附作用等.此外 , N 、P
化合物本身的降解 、沉淀 、挥发等都能降低自身的浓
度 ,而这些反应在有植物存在时会变得更剧烈.
表 1　风车草对生活污水的净化能力
Tab 1　The purifying ability of C.alternifolius to domestic sew age
组别
Group
培养前浓度
Ini tial concent ration(ρ/mg L -1)
培养后浓度(N =5)
Final concent ration(ρ/mg L -1)
去除率
Removal rate(r/ %)
TP TN COD BOD TP TN COD BOD TP TN COD BOD
试验 Experiment 3 15 250 134 0.24 1.4 74 36 92 91 70 73
对照组 C ont rol 3 15 250 134 1.35 7.2 125 66 55 52 50 51
表 2　污水培养后风车草植株体内 N 、P 浓度及吸收量
Tab 2　Concentration and uptake of N , P in C.alternifolius after cultivation
wDW/mg g -1 吸收量 N=5
Uptake(m/mg)＊
吸收量与净化量之比
Rate of uptake to pu rifi cat ion(r/%)水培前 Before cult ivation 水培后 After cult ivation(N =5)
TN 10.5 12.5 225 55
TP 1.23 1.64 44 53
　＊吸收量为 N 、P的浓度与每桶植株干重的乘积　Uptake=concent ration(N or P)×(plant dry weigh t per tub)
表 3　人工湿地系统 TN 、TP、COD及 BOD的去除率
Tab 3　Removal ratio of TN , TP , COD and BOD in the constructed wetland system
检测
次数
Times
进水浓度
Inf luent concent ration
(ρ/mg L -1)
出水浓度
Eff luent concent rat ion(ρ/mg L -1)
风车草系统
Constructed w etland
wi th C.a lterni folius
无植物系统
Const ructed w et land
withou t plant
去除率
Removal rate(r/ %)
风车草系统
Const ructed w etland
wi th C.a lterni folius
无植物系统
Const ructed w et land
w ithou t plant
TN TP COD BOD TN TP COD BOD TN TP COD BOD TN TP COD BOD TN TP COD BOD
1 15.2 3.1 250.6 132.5 5.3 1.6 67.2 32.7 9.8 2.2 99.2 51.3 65.2 47.5 73.2 75.3 35.3 28.4 60.4 61.3
2 14.2 2.9 230.5 128.3 5.4 1.5 65.7 35.3 9.1 2.1 89.2 48.4 62.3 48.2 71.5 72.5 35.9 27.8 61.2 62.3
3 16.4 3.4 260.5 133.7 5.2 1.9 64.6 33.6 10.5 2.4 95.9 48.8 68.3 45.7 75.2 74.9 36.1 28.9 63.2 63.5
4 12.5 2.7 210.2 120.6 4.6 1.5 55.7 32.3 8.1 1.9 82.2 46.1 63.5 46.2 73.5 73.2 35.5 28.7 60.9 61.8
5 13.5 3.1 240.3 130.1 5.3 1.7 61.3 34.2 8.8 2.3 94.9 49 60.6 44.7 74.5 73.7 34.8 26.9 60.5 62.3
6 14.8 3.2 254.2 132.9 5.1 1.6 61.5 31.6 9.9 2.4 110 53.4 65.3 48.9 75.8 76.2 33.2 26.1 56.9 59.8
7 15.6 3.3 258.3 133.2 6.3 1.8 70.3 39.6 9.9 2.4 106 56.5 59.7 44.9 72.8 70.3 36.4 27.5 58.9 57.6
平均
Mean
14.6 3.1 243.5 130.5 5.3 1.7 63.7 34.2 9.4 2.2 96.8 50.5 63.6 46.6 73.8 73.7 35.3 27.8 60.3 61.2
2.3　人工湿地系统的净化效果　　人工湿地运行 1 mo 后 ,于 2001年 4 ～ 6月开始测定进 、出水各污染物
616 　　　　　　　　应用 与 环境 生物 学报　　Chin J Appl Environ Biol　　　　　　　 　　　　　　　　　　8卷
浓度 ,然后计算去除率.
表3 结果表明 ,种风车草的人工湿地对污水中
TN 、TP 、COD和 BOD的去除率分别为 63.6%、46.6%、
73.8%和73.7%,与未种植物的人工湿地相比 TN 、TP 、
COD和 BOD 的去除率分别提高 28.3%、18.8%、
13.5%和 12.5%,统计分析结果表明两系统对污水的
净化率差异极显著(P<0.01).风车草人工湿地系统的
污染物负荷为 TN:4.13 kg/(d hm2)、TP:0.83 kg/(d
hm2)、BOD5:36 kg/(d hm2)和 COD:67 kg/(d hm2),属
中等负荷水平 ,与张甲耀[ 2]等人设计的芦苇系统和茭
白系统相当 ,但处理效果比芦苇系统和茭白系统好.风
车草人工湿地去除效果好的原因除了通过基质沉淀 、
过滤和吸附等作用直接去除污染物外 ,风车草能通过
茎和根向根区输送氧 ,从而使根区附近变为好氧环境 ,
有利于废水中有机物的好氧分解 ,提高了 COD和 BOD
去除率.同时 ,在靠根区处形成好氧环境 ,而在远离处形
成缺氧 、厌氧环境 ,使床体中呈现连续的好 、缺 、厌氧环
境 ,促进硝化 、反硝化反应连续进行 ,因此极有利于 N
的去除.磷的去除包括微生物正常的同化和积磷菌的
过量摄磷作用.此外 ,植物还能通过吸收污水中的 N和
P而将污染物去除.
3　结论
在华南地区 ,风车草全年保持生长 ,即使在冬季
(11月到翌年 2 月)分蘖数月净增长率仍能保持在
40%～ 65%,抗寒能力较强.风车草潜流型人工湿地
对生活污水的 TN 、TP 、COD和 BOD有较好的净化效
果 ,与未种风车草系统相比 , TN 、TP 、COD 和 BOD的
去除率均有明显的增加.风车草是一种较为理想的人
工湿地植物 ,可考虑在华南地区的人工湿地进行种
植.
致谢　华南师范大学生物系 98级杨梅 、曾威 、谢英和
李斯蔚同学参加了部分研究工作.
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