李偉斯, 李長虹, 徐 斌, 李修嶺

(1.山東省臨沂市環(huán)境監(jiān)測站, 山東 臨沂 276000; 2.青島理工大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院, 山東 青島 266033; 3. 臨沂大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院, 山東 臨沂 276000)

人工濕地作為一種人工生態(tài)系統(tǒng)，是對自然濕地的人工模擬，在利用有關(guān)基質(zhì)、植物和微生物三者協(xié)同作用的基礎(chǔ)上來達(dá)到有效凈化污廢水的效果，因其生態(tài)化的處理方式而應(yīng)用廣泛，且效果良好，不僅在工業(yè)廢水和生活污水凈化處理方面應(yīng)用廣泛，也應(yīng)用于農(nóng)業(yè)排水的凈化，其凈化效果主要依賴于物理、化學(xué)及生物的綜合作用。但凈化效果需依賴于相關(guān)的基質(zhì)填料與能夠產(chǎn)生顯著凈化效果的植物，目前人工濕地方面的基質(zhì)與植物等相關(guān)研究已在國內(nèi)外廣泛進(jìn)行[1-2]。常規(guī)的基質(zhì)填料主要包括沙和礫石等，隨著研究的不斷深入，諸如礦石及工業(yè)副產(chǎn)品等性能較高的基質(zhì)填料等研究日益成熟，同時一些混合基質(zhì)研究也不斷開始，比如沸石、白云石等，還有諸[3-4]。當(dāng)然，對濕地植物的相關(guān)研究也逐漸轉(zhuǎn)向多功能化的方向，通過研究發(fā)現(xiàn)諸如香蒲、美人蕉、燈心草等都是相當(dāng)理想的濕地植物，對于污水具有較強(qiáng)的凈化效果，同時這些植物具有很好的生長適應(yīng)性，在頗具美感的同時具有良好的實用效果[5-6]。可以說，人工濕地日益成為一種環(huán)保有效的污水處理技術(shù)，一種生態(tài)化的處理手段。在國外，人工濕地在廢水及污水處理方面的研究相當(dāng)廣泛，但在國內(nèi)這方面的研究相對較少，在城市水污染嚴(yán)重的今天，研究濕地污水廢水凈化具有重要的現(xiàn)實意義，能夠?qū)ξ覀兊纳顜碛幸娴挠绊慬7]。

1　材料與方法

1.1　試驗材料

1.2　人工濕地結(jié)構(gòu)

人工濕地試驗區(qū)位于青島理工大學(xué)，該人工濕地系統(tǒng)采取的是串聯(lián)構(gòu)成方式，利用的是3級過濾池，并結(jié)合8級表面流人工濕地，并對濕地進(jìn)行S型的幾何布局，主要對日常水質(zhì)凈化效果進(jìn)行試驗。考慮到城市水質(zhì)日均排放具有很大的不穩(wěn)定性，因此將一調(diào)節(jié)池布局在了濕地系統(tǒng)前部，從而對進(jìn)出流量進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，這樣就能保障進(jìn)入濕地系統(tǒng)的流量穩(wěn)定。其中的快速滲濾系統(tǒng)由3級滲濾槽組成，其水力負(fù)荷達(dá)到了1.5 m3/(m2·d)，其中濕地生物塘所產(chǎn)生的平均水力負(fù)荷達(dá)到0.08 m3/(m2·d)。表1具體表述了各級表面流濕地中種植的水生植物，這些植物的選擇亦是考慮了當(dāng)?shù)氐纳L特點，其中水生植物均在人工濕地運(yùn)行一年后種植，行距為0.3 m，株距為0.4 m，管理模式保持一致。每一級為長方體濕地床，其組成部分有機(jī)玻璃厚達(dá)10 mm，其中長×寬×高=1.8 m×1.6 m×0.8 m，坡度<5%，集水區(qū)位于底部區(qū)域，并在上面鋪放尼龍網(wǎng)，分3層依次進(jìn)行基質(zhì)的填充，這樣能夠較好的防止填料的下漏，從而保障試驗效果的準(zhǔn)確性，另外，還要在每個單元進(jìn)行對角線的PVC管埋入處理，管的直徑要達(dá)到12 mm，這樣濕地中的水能夠通過PVC管進(jìn)行不斷的循環(huán)，從而方便進(jìn)行試驗樣品水質(zhì)的采集工作，為了保障水流的曲折蜿蜒，增強(qiáng)濕地與污水的接觸，同時提升濕地的利用效率，特通過導(dǎo)流墻對濕地床體進(jìn)行有效分割，本試驗中將床體以串聯(lián)的形式分成了8個單元床，其中的大小為0.4 m×1.5 m×1.0 m，并在導(dǎo)流墻上進(jìn)行過水孔布局，對相鄰導(dǎo)流墻過水孔進(jìn)行上下對角線處理，這樣水流彎曲之下能夠增大與污水的接觸面積，利于在各單元床出水口進(jìn)行水樣的采集，同時對水樣進(jìn)行監(jiān)測分析，進(jìn)而研究其去除機(jī)制和效果。

表1　濕地系統(tǒng)各級參數(shù)設(shè)置

1.3　測定方法

人工濕地運(yùn)行一年后，2016年1月至12月期間共對濕地系統(tǒng)11個取樣點進(jìn)行了12次的不定期取樣分析，這些取樣分布在不同的月份，取樣處主要分布在濕地系統(tǒng)的各過濾池和濕地床的進(jìn)出口，同時也對整個濕地系統(tǒng)的出口進(jìn)行了采樣，之后對取樣水質(zhì)進(jìn)行化驗分析[15]，各指標(biāo)的去除率取決于進(jìn)水口值與出水口值，具體計算公式為：

去除率=(進(jìn)水口值—出水口值)/出水口值×100%

然后對每個單元人工濕地1 m2樣方范圍內(nèi)植株生長情況進(jìn)行統(tǒng)計，主要統(tǒng)計其數(shù)目、株高等相關(guān)的生長性狀，之后將其收割，并按照地上和地下部分進(jìn)行分類烘干，然后分別測定其生物量分布狀況；之后分別將地上和地下植被樣品進(jìn)行粉碎操作，并使用H2SO4-H2O2消煮后制備成溶液，同時采用過硫酸鉀氧化吸光光度法對植被TN進(jìn)行詳細(xì)的測定，TP則采取釩鉬藍(lán)法進(jìn)行測定[16]。其中植被N，P的積累量取決于其濃度和植被的生物量，也即是：

植被N，P積累量=植被體內(nèi)N，P濃度×植被生物量

1.4　數(shù)據(jù)分析

根據(jù)各指標(biāo)的數(shù)據(jù)測定，本研究采取Origin 9.0軟件對其采取曲線擬合處理，曲線擬合類型不僅包括常規(guī)的指數(shù)擬合、線性擬合，還包括較為復(fù)雜的二次多項式擬合。具體的各擬合曲線計算公式如下：

指數(shù)擬合曲線計算公式：y=a·ebx

線性擬合曲線計算公式：y=ax+b

二次擬合曲線計算公式：y=ax2+bx+c

對進(jìn)口水質(zhì)濃度值Ci進(jìn)行相應(yīng)擬合計算后得到相應(yīng)的擬合曲線系數(shù)，然后在此基礎(chǔ)上對其進(jìn)行一元回歸分析，分析軟件為SPSS 19.0，通過相應(yīng)的回歸分析能夠得到各擬合曲線系數(shù)與進(jìn)口濃度值之間的關(guān)系。

通過相應(yīng)的回歸分析，能夠得出不同的擬合曲線方程，之后對其進(jìn)行相關(guān)分析和均方根誤差RMSE分析，為了提高分析的精確性，還需進(jìn)行相對均方根誤差RRMSE等評價指標(biāo)檢驗，這樣能夠得到不同檢測指標(biāo)之下更為精確的擬合曲線類型。

通過判定系數(shù)(R2)、F檢驗值和回歸檢驗顯著水平(p<0.01)來篩選生物量統(tǒng)計模型。另外，由于樣本的預(yù)測值與實測值之間會存在一定的誤差，為了更好的分析二者的差異情況，一般通過總相對誤差(RS)和平均相對誤差絕對值(RMA)兩種方法進(jìn)行雙重檢驗。計算公式如下：

均方根誤差RMSE

相對均方根誤差RRMSE

式中：C1為檢測指標(biāo)的模擬值；C2為檢測指標(biāo)的實測值；C3為檢測指標(biāo)的平均值；n為檢測指標(biāo)的樣品個數(shù)。

之后利用SPSS 21.0統(tǒng)計分析軟件進(jìn)行相應(yīng)的回歸分析：首先對所采取的數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析(One-way ANOVA)，并利用LSD進(jìn)行多重比較分析，然后建立植被N，P積累量與植被生物量，N，P濃度的線性回歸方程，這樣通過對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合線性回歸分析就能夠獲取相應(yīng)的擬合度參數(shù)r2，同時對相關(guān)系數(shù)的顯著性進(jìn)行檢驗(p<0.05)。

2　結(jié)果與分析

2.1　人工濕地中的水質(zhì)各指標(biāo)沿程變化

表2　水質(zhì)各指標(biāo)在人工濕地中的沿程變化

注：同行相同字母表示差異不顯著(p<0.05)。

2.2　水質(zhì)各指標(biāo)沿程的衰減模型

圖1　人工濕地植被對生活污水的凈化率

2.3　水質(zhì)各指標(biāo)擬合曲線相關(guān)性分析

然后進(jìn)行相關(guān)性檢驗和指標(biāo)評價分析，該分析建立在利用試驗得出的指數(shù)模型、線性模型和二次多項式模型，通過相應(yīng)的擬合相關(guān)分析和評價來判定模型是否合理性，進(jìn)而從中找出更佳的擬合公式。通過表3的水質(zhì)各指標(biāo)擬合相關(guān)分析結(jié)果可以看出，各擬合曲線模型的模擬值與實測值之間顯著相關(guān)性水平達(dá)到了p<0.01，這表明這3種模型在該濕地系統(tǒng)中模擬效果較好，從而為試驗結(jié)果準(zhǔn)確性奠定基礎(chǔ)。

表3　城市水質(zhì)各指標(biāo)的衰減模型

表3　水質(zhì)各指標(biāo)擬合曲線相關(guān)性分析

2.4　人工濕地植被N，P含量及積累量分析

植被氮磷積累量是植被通過吸附、截流等作用之下的氮磷凈化，是直接反映植被凈化潛力的重要指標(biāo)之一，其大小由生長量和植被內(nèi)氮磷平均含量決定。由圖2，3中發(fā)現(xiàn)，人工濕地植被葉片N含量變化范圍在15.23～29.56 mg/g，且基本呈現(xiàn)逐級遞增的趨勢，也就是說隨著沿程的變化，植被葉片N含量也在隨之增加，但增加速度在放慢，這也能從側(cè)面反映出第1格植被對N的處理能力較強(qiáng)；人工濕地植被葉片N積累量變化范圍在16.23～29.15 g/m2，也呈現(xiàn)出逐級遞增的趨勢，說明隨著沿程的進(jìn)展，植被對N的吸附及吸收效果越來越明顯；人工濕地植被葉片P含量變化范圍在1.68～4.58 mg/g，且基本呈現(xiàn)逐級遞增的趨勢，但增加速度較為緩慢，說明隨著沿程變化，植被P含量在緩慢上升，說明大量的P在被植被吸收、過濾等效果不是特別明顯；人工濕地植被葉片P積累量變化范圍在0.83～3.56 g/m2，基本表現(xiàn)出緩慢的逐級遞增趨勢，說明濕地植被對P的吸收消化速度較慢。通過對人工濕地植被N，P含量及積累量的對比發(fā)現(xiàn)，濕地植被對N的吸收過濾速度較快，且具有更好的處理效果。同時這也反映出不同的植被對不同的水質(zhì)指標(biāo)成分具有不同的凈化作用，這樣可以通過植被的錯配來全面進(jìn)行污水廢水營養(yǎng)成分的凈化，從而提升整體的濕地植被凈化作用。

2.5　人工濕地植被N，P含量與生物量間的關(guān)系研究

利用人工濕地試驗原始數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合線性分析，濕地植被選擇的是茭白、蘆葦、鳳眼蓮及美人蕉，從而得出了相應(yīng)的回歸關(guān)系，然后利用統(tǒng)計學(xué)檢驗得到了擬合度參數(shù)r2，并分別在p<0.05和p<0.01的顯著水平下對相關(guān)系數(shù)的顯著性進(jìn)行檢驗，以此來確定不同類型人工濕地植被N，P積累量與生物量、N，P濃度之間是否具有顯著的相關(guān)關(guān)系。利用F檢驗發(fā)現(xiàn)，線性回歸關(guān)系均達(dá)到0.01的顯著性水平，說明構(gòu)建的回歸關(guān)系是合理的。從表4不難看出，人工濕地植被N，P積累量分別與生物量、N，P含量在p<0.05的顯著性水平達(dá)到了線性關(guān)系，這說明濕地植被對N，P去除的作用明顯的受到生物量和植被N，P濃度的影響，也即是說能夠通過生物量和植被N，P濃度來評價濕地植被對N，P的去除效應(yīng)。

圖2　人工濕地植被N，P含量

圖3　人工濕地植被N，P積累量

濕地植被xy擬合線性方程r2FpN積累量(g/m2)生物量(g/m2)y=28.163x-9.2650.895152.89**茭白P積累量(g/m2)生物量(g/m2)y=15.023x+2.1540.902175.14**N積累量(g/m2)N含量(mg/g)y=2.587x+12.0390.63598.74*P積累量(g/m2)P含量(mg/g)y=1.897x+35.0260.32156.23-N積累量(g/m2)生物量(g/m2)y=12.788x-15.0320.912146.78**蘆葦P積累量(g/m2)生物量(g/m2)y=21.485x-1.2630.925165.32**N積累量(g/m2)N含量(mg/g)y=9.157x-1.5640.662128.47-P積累量(g/m2)P含量(mg/g)y=6.259x+38.0250.42361.24-N積累量(g/m2)生物量(g/m2)y=6.598x+1.2570.895134.77**鳳眼蓮P積累量(g/m2)生物量(g/m2)y=35.697x-2.1520.902169.87**N積累量(g/m2)N含量(mg/g)y=3.987x+2.3980.755123.45*P積累量(g/m2)P含量(mg/g)y=0.698x-2.1470.828143.02**N積累量(g/m2)生物量(g/m2)y=4.159x-0.9870.898154.98**美人蕉P積累量(g/m2)生物量(g/m2)y=0.989x+34.0210.923168.97**N積累量(g/m2)N含量(mg/g)y=3.698x+9.5630.56392.56-P積累量(g/m2)P含量(mg/g)y=1.574x-13.5890.42687.03-

注：“**”表示在0.01水平上顯著相關(guān)，“*”表示在0.05水平上顯著相關(guān)。

2.6　N，P積累量與各指標(biāo)去除率之間的相關(guān)性

錯誤分析理論是二語習(xí)得的一個重要理論，對語言教學(xué)有著重要的指導(dǎo)作用。本文主要基于Corder的錯誤分析理論以及陳菁（2002）的口譯能力識別分類對高校口譯課堂上學(xué)生所犯的錯誤進(jìn)行理解分析，旨在啟示高校口譯課堂教學(xué)模式和內(nèi)容。

表5　各污染物去除效果之間的相關(guān)性

注：**相關(guān)性在0.01水平上顯著(雙尾)；*相關(guān)性在0.05水平上顯著(雙尾)。

3　結(jié)論與討論

人工濕地中的植被能夠?qū)ξ鬯畯U水雜質(zhì)進(jìn)行截流、過濾，同時還能通過微生物的新陳代謝來進(jìn)行水質(zhì)的凈化，這也正是人工濕地能夠帶來較好凈化水質(zhì)效果的重要原因之一。一般情況下，為了提升微生物的掛膜空間以增強(qiáng)其凈化水質(zhì)的效果，常利用孔隙度較大的礫石作為人工濕地的基質(zhì)填料[17-18]。本研究中將爐渣與泥沙作為人工濕地基質(zhì)，因為二者能夠?qū)σ种仆寥老到y(tǒng)表面的短流情況，從而利用多孔來擴(kuò)大濕地表面積，并促進(jìn)微生物的新陳代謝活動，通過這些有利條件對人工濕地的去除效果進(jìn)一步增強(qiáng)。與傳統(tǒng)的人工濕地營養(yǎng)鹽削減模型相比而言，本研究試驗構(gòu)建的模型主要是對營養(yǎng)鹽濃度在多級串聯(lián)表面流人工濕地中沿程衰減變化的規(guī)律進(jìn)行研究分析，與各個子濕地中營養(yǎng)鹽的停留時間長短關(guān)系不大，從而構(gòu)建其與總濕地系統(tǒng)進(jìn)口初始濃度之間的關(guān)系模型[19]。通過對該模型的結(jié)果分析和研究方法，為今后進(jìn)行多級串聯(lián)人工濕地氮磷濃度的沿程變化變化提供有益參考，也就是說要首先獲取任意時段內(nèi)濕地系統(tǒng)進(jìn)口濃度數(shù)據(jù)，然后通過相關(guān)性研究及回歸分析來預(yù)測濕地系統(tǒng)中某些濕地子系統(tǒng)中的濃度。

人工濕地綜合利用了基質(zhì)—微生物—植被的凈化機(jī)理，但是考慮到基質(zhì)的吸附凈化能力會隨著時間的推移而降低直至達(dá)到飽和狀態(tài)，一旦其吸附容量達(dá)到飽和水平將因清理難度大而難以再次重復(fù)利用；相反，濕地植被則能夠利用其截流過濾作用有效凈化水質(zhì)，并在微生物的綜合作用下產(chǎn)生顯著的凈化作用。濕地植被一方面通過直接吸收及過濾污廢水的營養(yǎng)物質(zhì)及有機(jī)物來對水質(zhì)進(jìn)行凈化，另一方面通過提高濕地滲透能力、增強(qiáng)微生物活性等作用來間接進(jìn)行水質(zhì)凈化，并對于基質(zhì)的使用時間起到延長作用，因此濕地植被的選擇相當(dāng)重要，這直接關(guān)乎濕地的水質(zhì)凈化效果。在實際的濕地構(gòu)建中，濕地植被的選擇不是單一的，要做好濕地植被的錯配，因為不同的植被對水質(zhì)中不同的成分具有不同的凈化效果和能力，要依靠多元化的濕地植被來提升濕地系統(tǒng)的凈化能力，同時選擇合適的基質(zhì)填料，綜合利用濕地的去除凈化作用。

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