蚯蚓与植物对污水净化作用评估

Posted 2023-01-13 植物

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摘要：构建具有不同蚯蚓和植物配置的4个单级蚯蚓生态滤池，依次编号为A（无蚯蚓无植物）、B（有蚯蚓无植物）、C（有蚯蚓栽种芦苇）和D（有蚯蚓栽种水生鸢尾）。通过比较4个滤池在6个月实验期间对化学需氧量（COD）和总氮（TN）的去除效率，系统分析蚯蚓和植物对滤池去除污染物的影响。

实验分2个阶段进行：5月上旬至9月上旬，滤池进水碳氮比恒定为6；9月中旬至11月中旬，滤池每周进水碳氮比交替为3、6、9。研究结果表明，蚯蚓对滤池去除COD有一定的促进作用，且作用强度显著受到进水碳氮比的影响。植物的存在与种类对滤池去除COD效率没有显著影响。蚯蚓和植物对滤池的TN去除效率都没有显著影响。滤池进水的碳氮比是显著影响滤池去除TN效率的主要因素。

据中国第六次人口普查统计，2010年我国的农村人口为6.74亿，占全国总人口的50.3％。大量的农村生活污水只经过化粪池的简单处理或没有任何处理，就直接排入附近水体，是造成周边水环境污染的重要污染源。以太湖为例，据报道太湖地区的漕桥河流域，村镇生活所产生的污染物负荷合计占流域COD负荷的53％，氨氮负荷的35％，总氮负荷的21％，和总磷负荷的18％。在同属太湖地区的武进港流域，来自于生活污水的污染负荷分别占流域COD和氨氮负荷的50％和23％。

与城市污水处理相比，处理农村污水具有特殊的要求。首先，农村居住点较为分散，面广量大，管网不健全，污水收集困难，因此难以采取大规模的污水集中收集和处理方式。同时，农村经济实力薄弱，技术管理力量缺乏，难以采用运行费用高，运行管理要求复杂的污水处理工艺。研发低成本、高效率、易管理、运行稳的分散式农村生活污水处理技术是我国农村环境整治工作中面临的重要任务之一。

蚯蚓生态滤池是20世纪90年代初在法国和智利发展起来的一项处理城镇生活污水的技术。在过去十多年，蚯蚓生态滤池技术在我国的村镇水污染处理中逐渐发展和日趋成熟。目前，该项技术已在太湖流域、淮河流域、洱海流域等地得到了较为广泛的实际工程应用。该项技术利用蚯蚓能够提高土壤通气性和促进有机物分解的能力解决了向滤池通气供氧和滤层堵塞的问题。此外，该项技术还充分利用了植物、动物和微生物的协同作用，相比传统污水处理工艺具有投资省、处理效率高、无污泥产生等优点。

蚯蚓和植物被认为是蚯蚓生态滤池的两个重要组成部分。蚯蚓产生的蚓粪和小块有机物质，可为微生物生长创造条件。在蚯蚓生态滤池内，蚯蚓可以延长生物的食物链，丰富微生物的种类，通过与微生物的协同作用强化对污染物的去除作用。

同时，蚯蚓的活动增加了滤池中滤料的渗透性，有助于提高滤池能够承受的水力负荷。迄今为止，植物已经被广泛地应用于污水治理之中。一方面，植物的生长需要大量的营养物质。通过吸收，将氮、磷等营养物质转化为自身的组分，从而降低了水中营养物的含量。同时，植物根部为微生物的生长、繁殖提供了良好的环境，并促进其对污染物的降解与转化。。

已有的关于生态滤池的研究主要集中于讨论水力负荷、温度、碳氮比、湿干比等运行条件对滤池去除污染物效率的影响。此外，在蚯蚓活动对生态滤池基质微生物功能群落结构及代谢特征的影响和滤池中蚯蚓本身的生理生态状态变化等方面也开展了一些研究。然而，对于蚯蚓和植物对蚯蚓生态滤池去除污染物的作用目前还主要停留于理论推断阶段，并未在蚯蚓、植物和滤池对污染物的去除之间建立明确的因果关系。对于蚯蚓滤池中蚯蚓和植物对污染物去除作用也未做过系统的科学比较与分析。本研究通过比较具有不同蚯蚓和植物配置的蚯蚓生态滤池的长时间的污染物去除效果，利用统计分析方法，系统评估蚯蚓和植物对蚯蚓生态滤池去除污染物的作用，填补了相关空白。

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