人工湿地对蔡、菲去除效果及分布特征
商静静[1] （山东省环科院环境工程有限公司，山东济南250013）
中图分类号:Ｘ552 文献标识码:Ａ
摘 要：以淄博某地区湿地对蔡、菲研究为例，对湿地中的底泥、水质及植物监测，通过综合分析，结果表明，湿地对蔡、菲相应的去除率分别达到41.84%、70.36%，植物对蔡、菲去除效果最高，其中对蔡和菲的富集能力，黄菖蒲>水葱>芦苇>菰。
关键词：人工湿地；PAHs；水生植物；富集能力
Removal effect of polycyclic aromatic hydrocarbons (CAI, Phenanthrene) by constructed wetland The constructed wetland at the entrance of Zhulong River is taken as an example
Shang Jing jing (Environmental Engineering Co, LTD, Shandong Academy of Environmental Sciences, Jinan 250013, China)
Abstract: A region in zibo wetland research on CAI, Philippines, for example, sediment, water and plant in wetland monitoring, through comprehensive analysis, the results showed that the wetland of CAI and the corresponding removal rate reached 41.84%, 70.36% respectively, plants of CAI and the highest removal efficiency, the enrichment of Cai Hefei ability, yellow flag > scirpus tabernaemontani reeds.
Key words: constructed wetland; PAHs; Aquatic plants; Enrichment ability
多环芳烃是指包括100多种化学品的一类化学品总称，也称为多核芳烃。其中蔡、菲是其中代表性化合物，具有很强的致癌性，是在环境中持续性时间较长的污染物。污水中的蔡、菲多来自化工企业，目前我国部分水体受到其危害较大，其主要危害是破坏人体中的细胞膜或DNA，导致基因突变，从而影响人类健康。
人工湿地作为技术先进，工艺简单，运营维护成本低的污水处理技术受到广泛应用，目前对人工湿地研究及应用主要集中于COD、氨氮、总磷的研究，对污水中的蔡、菲研究较少，分析研究湿地对蔡、菲去除效果及分布特征，考察湿地对蔡、菲去除效果分析，为后期人工湿地对蔡、菲去除提供技术参考。
1、淄博某地区人工湿地简介
淄博某地区人工湿地于2014年正式投产运营，湿地采用“生态滞留塘+潜流人工湿地+表流人工湿地”出水水质达到地表水III类标准，处理水量1万m3/d,总占地面积714亩，人工湿地工艺流程如图1.1所示。
图1.1淄博某人工湿地流程图
2、湿地采样断面确定
取样点按水流方向沿程分布，结合湿地工艺确定取样点分布，共对8个采样点取样检测分析，取样点如下图2.1及表2.1所示，
图2.1采样点布置图
Fig 2.1 Sampling point layout
表2.1 人工湿地采样点位置表
Table 2.1 Sampling locations of constructed wetlands
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编号 |
点位位置 |
编号 |
点位位置 |
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1 |
人工湿地进水处 |
5 |
一级表流出水处 |
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2 |
生态滞留塘出水处 |
6 |
二级表流出水处 |
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3 |
一级潜流出水处 |
7 |
三级表流出水处 |
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4 |
二级潜流出水处 |
8 |
人工湿地出水处 |
3、湿地样品采集方案
表流湿地中的底泥采样取15cm内的沉积物，潜流湿地填料采集l-20cm混合基质，各采样点位每次采集样品500g，冷藏自然干燥。水样采样玻璃瓶采集，各采样点采集1.5L水样，于阴暗处冷藏存放。各采样点均采集黄菖蒲、水葱、芦苇、菰等挺水植物分别采集2~3株。
4、湿地中的荼、菲浓度及分布特征
4.1水中荼、菲沿程分布特征
人工湿地中荼、菲含量沿程变化如图4.1所示。
图4.1 湿地中萘、菲沿程分布情况
Fig. 4.1 Distribution of naphthalene and phenanthrene along the constructed wetland at the entrance of Zhulong River
湿地进水中蔡、菲浓度分别为67.11 mg /L、20.04 mg /L，出水浓度分别为39.03mg/L、5.94 mg /L，去除率分别为41.84%、70.36%，可以看出湿地对菲的去除效果较高，潜流湿地对蔡、菲效率明显高于表流湿地，可知潜流湿地对蔡、菲去除效果高于表流湿地。
4.2植物中荼、菲分布特征
植物在生长发育过程中，从污水中吸收大量的污染物质，并富集其他污染物质，合成植物生长发挥的其他成分，通过植物采收将其从系统中去除。蔡、菲在植物湿地中的分布如图4.2所示。
（a） 植物不同部位中萘含量 （b） 植物中萘总含量
（c）植物不同部位中菲含量 （d）植物中菲含量
图4.2 淄博某湿地植物中萘、菲含量
Fig. 4.2 Contents of naphthalene and phenanthrene in plants of constructed wetland at zhulong River entrance to lake
从图4.2可以看出，黄菖蒲根上部蔡含量为38.98 mg /L，是根的1.7倍，显著高于根。这一现象是由于黄菖蒲在营养生长期代谢迅速，蒸腾作用强，导致大气颗粒物污染物通过气孔进入植物的数量增加。葱根上部蔡含量与根中含量基本一致。污染物的迁移富集能力与其脂溶性直接相关。亲脂性强的有机化合物更容易在根部富集，其迁移能力相对减弱[5]。菰和芦苇根系上部的蔡含量低于根系，这是由于蔡具有亲脂性，物质在植物中的迁移过程主要依靠水分蒸腾作用，不利于蔡的运输，因此蔡在根系中富集。
由图4.2 (b)可知，四种湿地植物的蔡含量依次为黄菖蒲>葱>芦苇>菰。其中，黄菖蒲中的蔡的含量为40.78 mg /g，是菰的2.04倍，说明黄菖蒲对蔡有较好的富集效果。水葱和芦苇含量最少。与其他三种植物相比，菰的富集效果较差。
从图4.2 (c)可以看出，黄菖蒲和水葱根以上部分菲的含量显著高于根。黄菖蒲根以上部分菲的含量是根的1.73倍，葱根以上部分菲的含量是根的2.11倍。造成这种现象的原因可能也和蔡类似。由于生长期间植物的快速代谢和强烈的蒸腾作用，大气颗粒中污染物通过气孔进入植物的量增加。野生稻根中根生植物含量略高于根以上部分，芦苇根中根生植物含量为41.9mg /g，是根以上部分根生植物含量的5.37倍。这是因为菲是亲脂性[6]，不溶于水，不能利用植物内部的水进行迁移。
由图4.2(d)可知，四种湿地植物菲菌含量顺序为黄菖蒲>葱>芦苇>菰。其中，黄菖蒲体内菲的含量最高，为61.54 mg /g，是菰的1.76倍，说明黄菖蒲的富集效果明显，其次是葱和芦苇，且体内菲的累积量略低于黄菖蒲
4.3基质及底泥中荼、菲分布特征
基质主要通过沉淀法、过滤法和吸附法去除污水中的污染物质。淄博某人工湿地基质中蔡和菲的分布如图4.3所示。
（a） 人工湿地基质中萘含量 （b） 人工湿地基质中菲含量
图4.3 淄博某人工湿地基质及底泥中萘、菲含量
Fig 4.3 Contents of naphthalene and phenanthrene in the substrate and bottom mud of the constructed wetland at the entrance of Zhulong River
从图4.3可以看出，火山岩对萘的吸附效果要高于砾石，对菲的吸附效果与砾石相当。这主要是由于火山岩表面粗糙，天然蜂窝状的空洞。与其他填料相比，火山岩对有机质具有较好的吸附效果。
第一、二潜流湿地底物对萘、菲的去除效果较好，而面流湿地底泥中萘、菲的含量很低，这可能与面流湿地底泥对萘、菲的吸附性能较差有关，另一方面也可能是萘、菲经过次潜流湿地后，水中的含量萘、菲减少原因导致。
4种湿地植物中萘和菲的富集总量在55.02 ~ 102.31 mg /g之间，平均含量为81.29 mg /g。表层流湿地沉积物和地下流湿地填料吸附的萘、苯的总含量在5.77 ~ 24.67 mg /g之间，平均浓度为14.88 mg /g。因此，萘和菲在人工湿地植物中的分布明显高于湿地填料和泥沙中的分布，说明湿地植物对PAHs的积累强于湿地填料和底泥对PAHs的吸附。
5、结论
(1)根据人工湿地中萘、菲的浓度沿分布情况，除二次面流湿地外，污水经过各个处理单元后，萘、菲的浓度均呈现不同程度的下降，人工湿地对萘、菲的去除效果较好，潜流湿地对萘、菲的去除效果优于面流湿地。
(2)从植物样品中萘、菲的含量来看，采集的4种湿地植物对萘、菲均有较好的净化效果。污水中的污染物可以通过植物自身的吸收和积累来去除，通过收获植物可以去除湿地中的部分萘和菲。
(3)湿地基质对萘、菲有一定的去除效果。从潜流湿地基质和潜流湿地底泥中萘、菲的含量来看，潜流湿地基质对萘、菲的去除效果较好。
(4)通过比较植物储存的萘、菲总量以及沉积物和基质吸附的萘、菲总量，可以看出湿地植物对萘、菲的富集作用强于沉积物和基质的吸附作用。
参考文献
[3] 宋世杰,黄韬,周胜等. 博斯腾湖流域沉积物中多环芳烃的时空分布、来源及生态风险评价[J].环境科学学报. 2019: 1-10.
[4] 吕立. 得克隆在植物组织中的分布[D]. 杭州: 浙江工业大学, 2016.
[5] Mclachlan M S. Framework for the interpretation of measurements of SOCs in plants[J]. Environmental Science & Technology. 1999, 33(11): 1799-1804.
[6]于英鹏,刘敏.太湖流域水源地多环芳烃分布、溯源与生态风险评估.水资源保护.2017, 33(03):82-89.
[7]夏运红. 不同基质和湿地植物的潜流人工湿地处理畜禽污水的效果研究[D]. 雅安:四川农业大学, 2015.
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