分析利用水生高等植物凈化污水廢水

自20世紀60年代起，國內外的學(xué)者們就相繼采用植物進(jìn)行污水治理的研究。1974年西德建成了第一個(gè)用于廢水處理的人工濕地，我國也于20世紀80年代實(shí)施了以鳳眼蓮凈化塘為主的污水處理與利用生態(tài)工程，達到治污與增產(chǎn)雙重效益。近年來(lái)沿海地區利用紅樹(shù)林濕地處理廢水也收效顯著(zhù)�？梢�(jiàn)，不論是人工濕地、凈化塘，還是土地處理系統，利用水生高等植物凈化污水都具有廣泛的應用發(fā)展前景。為了取得更好的凈化效果和更高的凈化效率，有必要對水生高等植物凈化污水的機制進(jìn)行實(shí)驗研究探討。

1水生高等植物對廢水的凈化機制探討

1.1香蒲植物凈化鉛/鋅礦廢水實(shí)例研究

寬葉香蒲屬單子葉多年生挺水植物，具根狀莖，以其他下莖不斷延伸而迅速發(fā)展成群體，能形成水生植物凈化塘中占絕對優(yōu)勢的種群。中山大學(xué)環(huán)科所和韶關(guān)凡口鉛/鋅礦環(huán)保監測站針對凡口尾礦廢水排放量大且重金屬含量大的污染狀況，設計和利用當地的廢礦石和沙礫建造了一個(gè)香蒲凈化塘。根據實(shí)驗結果分析，未處理的鉛/鋅礦廢水含Pb、Zn、Cd、總懸浮物含量均超標，但經(jīng)過(guò)凈化塘后，SS去除率達99％，Pb、Zn、Cd去除率達84％～90％，各項指標達到工業(yè)排放標準。黑灰色廢水被香蒲群落變成清澈的出水，香蒲植物也能茂盛生長(cháng)，塘內還出現了多種藻類(lèi)、魚(yú)類(lèi)和茳芏植物。

1.2紅樹(shù)林植物凈化含油廢水和城市污水實(shí)例研究

紅樹(shù)林屬于熱帶海岸特有的濕地生態(tài)系統，包括陸生生態(tài)系統和水生生態(tài)系統，具有防風(fēng)浪，保護農田的生態(tài)功能，且因其生物資源豐富、景色美觀(guān)，具有較高的經(jīng)濟價(jià)值和觀(guān)賞價(jià)值。對于污水處理，紅樹(shù)林也有獨特作用。

李玫等用秋茄人工模擬濕地進(jìn)行了為期一年的含油廢水凈化試驗，發(fā)現隨含油廢水處理濃度升高，植物對油的相對凈化率是：50mg/L組為75.76％，100mg/L組為67.55％，而800mg/L組為42.94％，可見(jiàn)凈化效率隨濃度的增大而增大。含油量大小為根>葉>莖>枝。實(shí)驗還表明：秋茄凈化含油廢水的適宜濃度應不大于200mg/L.

白骨壤也是一種多年生的紅樹(shù)植物。同樣將正常、5倍、10倍濃度的人工合成污水排放到白骨壤人工模擬濕地中，一年的實(shí)驗證明：白骨壤模擬濕地對污水中重金屬凈化率均在88％以上，其中Pb凈化率達97.91％，Zn凈化率為89.47％；N凈化率為88.04％。因N、Pb、Zn被白骨壤吸收作為植物體的架構元素，吸收量較大，故而凈化同一種人工污水時(shí)與桐花樹(shù)（凈化率N：60.58％，Pb：93.62％）、秋茄（凈化率N：60.58％，Pb：93.44％）相比，凈化率最大�？梢�(jiàn)，白骨壤對含有重金屬的污水有很強的適應性和耐受性。

1.3草本植物凈化造紙廢水實(shí)例研究

郝登峰等選用7種水生植物：水葫蘆、水花生、大漂、浮萍、風(fēng)車(chē)草、寬葉香薄及茭白，建立植物處理系統處理造紙廢水，將廢混合制成3個(gè)濃度級廢水注入植物系統里。通過(guò)實(shí)驗，7種植物對廢水中懸浮物去除率均在70％以上，其中水葫蘆、水花生、風(fēng)車(chē)草為84％以上；對TN、TP的去除能力大小為：水葫蘆>大漂>水花生>浮萍，風(fēng)車(chē)草>寬葉香蒲>茭白。
但是CODCr和BOD5去除率均不到50％。廢水色度也只有水花生、水葫蘆去除效果明顯，水花生9天后去除率可達73.33％，水葫蘆可達54.67％，使得發(fā)黑發(fā)臭的水處理得比較清澈。
1.4凈化機理探討

1.4.1植物自身的性狀和抗性能力

水生植物由于長(cháng)期生活在一種缺氧、弱光的環(huán)境中，本身的形態(tài)解剖結構上形成特殊性狀。根、莖、葉形成完整的通氣組織，保證器官和組織對O2的需要；葉片呈肉質(zhì)，如香蒲表皮有厚角質(zhì)層，柵欄組織發(fā)達，污染點(diǎn)處的根、莖、葉表皮細胞排列緊密等結構能抵抗因污染受害而引起的同化功能下降、水分過(guò)分蒸騰，增強了香蒲植物的耐污性和抵抗力。

1.4.2植物的吸收、富集作用

水生植物根系發(fā)達，利于吸收水中物質(zhì)。如鳳眼蓮長(cháng)年過(guò)程需要大量的N、P營(yíng)養物，它吸收后生長(cháng)迅速，對于凈化富營(yíng)養化水體效果明顯；香蒲植物吸收廢水中的重金屬時(shí)，吸收能力大小依次是根>地下莖>葉，并且按照一定的比例從生境中吸取各種元素，形成新的動(dòng)態(tài)平衡，防止對某元素吸收過(guò)多而引起毒害。植物吸收污染物后，尤其是重金屬離子、農藥和其他人工合成有機物等，便富集、固定在體內或土壤中，減少水體中污染物量。研究表明，Pb、Zn進(jìn)入香蒲體內，主要積聚在皮層細胞中的細胞壁上，只有少量進(jìn)入原生質(zhì)，可見(jiàn)細胞壁對重金屬有較高的親和力。

1.4.3凈化塘的沉降、吸附和過(guò)濾作用

凈化塘里水生植物生長(cháng)旺盛，根系發(fā)達，與水體接觸面積大，形成密集的過(guò)濾層。如香蒲，它的地下莖和根形成縱橫交錯的地下莖網(wǎng)，水流緩慢時(shí)重金屬和懸浮顆粒被阻隔而沉降，防止其隨水流失。同時(shí)又在其表面進(jìn)行離子交換、螯合、吸附、沉淀等，不溶性膠體為根系黏附和吸附，凝集的菌膠團把懸浮性的有機物和新陳代謝產(chǎn)物沉降下來(lái)。

1.4.4生化作用

植物凈化污水的過(guò)程中生化作用也起到很大作用，這方面已有大量的研究。光合作用產(chǎn)生的O2和大氣中的O2直接輸送到植株各處，并向水中擴散，一方面根系通過(guò)釋放O2，氧化分解根系周?chē)�的沉降物；另一方面使水體底部和基質(zhì)土壤形成許多厭氧和好氧小區，為微生物活動(dòng)創(chuàng )造條件，進(jìn)而形成“根際區”。這樣，植物代謝產(chǎn)物和殘體及溶解的有機碳給濕地中的菌落提供食物源；同時(shí)，大量微生物在基質(zhì)表面形成灰色生物膜，增加了微生物的數量和分解代謝的面積，使植物根部的污染物（富集或沉降下來(lái)的）被微生物分解利用或經(jīng)生物代謝降解過(guò)程而去除。富營(yíng)養化水體中，也可依靠水生植物根莖上的微生物使反硝化菌、氨化菌等加速NH3－N向NO2－N和NO3－N的轉化過(guò)程，便于水生植物的吸收與利用，減少底泥向水體中的營(yíng)養鹽釋放。

1.4.5對浮游藻類(lèi)的競爭抑制作用

富營(yíng)養化嚴重的水體中，藻類(lèi)瘋長(cháng)，水質(zhì)惡化。栽種水生植物后，同浮游藻競爭營(yíng)養物質(zhì)以及所需的光熱條件，同時(shí)分泌出抑藻物質(zhì)，破壞藻類(lèi)正常的生理代謝功能，迫使藻類(lèi)死亡，以防止其帶來(lái)的毒素。這樣可以提高水體透明度，改善水中的DO含量，促進(jìn)沉水植物與共生菌的生長(cháng)，進(jìn)一步凈化水質(zhì)。

1.5植物凈化效應的影響因素

1.5.1凈化植物的選擇

凈化污水的高等植物有許多，常見(jiàn)的有鳳眼蓮、水花生、香蒲等，但考慮到具有較高的凈化率、低成本、耐沖擊負荷等因素時(shí)，需選擇出理想的凈化物種來(lái)。華南環(huán)科所進(jìn)行了2年的實(shí)驗，對華南地區11種高等水生植物從凈化能力、抗逆性、管理難易、綜合利用價(jià)值和美化景觀(guān)等5項方面綜合評價(jià)，篩選出黑藻和假馬齒莧為較優(yōu)凈化物種。因此可見(jiàn)，植物凈化能力大小關(guān)系到凈化效率的高低。

1.5.2廢水pH值的大小

pH值不同，廢水能植物的生長(cháng)狀況影響不同，進(jìn)而影響其凈化效率。用水葫蘆、水花生等7種草本植物凈化酸性造紙廢水結果表明，廢水的pH值最低不能低于5.84，否則植物的生理機制受損，凈化功能下降，導致植物不能很好地吸收重金屬。

1.5.3廢水的性質(zhì)

廢水中有機污染物濃度高低、N和P含量大小以及污染物是否易降解等性質(zhì)，對植物凈化效率而言很重要。如鳳蓮處理煉油廢水實(shí)施運行最佳條件為：65mg/L 1.5.4凈化時(shí)間

凈化時(shí)間的長(cháng)短及季節變化對植物凈化效率的影響也不容忽視。水生植物鳳蓮凈化富營(yíng)養化湖水滯留時(shí)間≤2d時(shí)，凈化結果不明顯；延至7d時(shí)，凈化效率提高50％～80％。同時(shí)，植物在溫度變化不大的氣候下正常發(fā)揮其功能，但嚴寒天氣就會(huì )使一些植物凍壞，生理代謝受阻，不能很好地凈化污水。如華南地區氣溫下降至4攝氏度時(shí)，靜態(tài)培養的鳳眼蓮就會(huì )發(fā)生凍害，難以越冬。

當然，植物抗病蟲(chóng)害能力、廢水流量及流速、廢水中溶解氧的大小等因素同樣制約著(zhù)水生高等植物的凈化能力。

2植物凈化的利用與發(fā)展

2.1水生高等植物凈化技術(shù)的優(yōu)勢

水生高等植物治理污水是一種新興的生物工程技術(shù)，有以下4個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①成本低，對環(huán)境擾動(dòng)��；②有利于保護和改善原有環(huán)境，有較高的美化環(huán)境價(jià)值；③治理污染時(shí)可以收獲植物和生物能源，獲得經(jīng)濟效益，如水葫蘆凈化塘，每年每公頃可產(chǎn)沼氣58400m3，折合節約標準煤46.72t；④操作簡(jiǎn)單，投資少，其基建投資、運轉費用和能耗均為常規二級處理方法的1/3～1/5.

2.2現狀問(wèn)題

目前水生高等植物凈化污水還存在著(zhù)一些問(wèn)題。首先，管理上控制不當，未能及時(shí)打撈過(guò)剩的或干枯的植物殘體，就會(huì )致使二次污染的產(chǎn)生（如富營(yíng)養化、有毒物質(zhì)的釋放）。其次，一種植物一般只能吸收降解一種或有限的幾種環(huán)境污染物，而對其他濃度高的污染物可能會(huì )中毒，因此對于推廣作用有局限性。再次，水生植物自身在污水生長(cháng)，極易在水面屏蔽產(chǎn)生自屏蔽效應，會(huì )壓迫環(huán)境；同時(shí)，密度過(guò)大也會(huì )滋生蚊蟲(chóng)細菌。第四，不能科學(xué)地篩選出抗性大的植物，并且凈化的系統工藝設計也未考慮最優(yōu)化配置和后處理問(wèn)題，導致凈化效果不明顯，效率不高。

2.3今后的發(fā)展方向

⑴可繼續采用水生植物多種組合建配置或多級水生植物串聯(lián)塘，形成一定的凈化層次，這樣有利于生長(cháng)期和凈化功能的季節性交替互補。

⑵對于冬季低溫期處理污水，要對其中不耐寒的植物采取覆膜或改變生態(tài)位的越冬措施。

⑶可與其他工程技術(shù)結合，建成復合污水處理工藝。如有學(xué)者采用煤灰吸附和植物氧化塘復合處理廢水，分為三個(gè)系統：混合吸附→快速沉降→水葫蘆氧化塘自?xún)粝到y，去除COD為80％以上，水也可以供生產(chǎn)循環(huán)使用。

⑷可將分子生物學(xué)和基因工程技術(shù)應用于治污的高等植物，推廣超累積植物，通過(guò)改進(jìn)、改變使其生長(cháng)周期縮短，生長(cháng)速率加快，提高凈化能力。

⑸對水生植物凈化系統要有后處理清潔工藝，使其變廢為寶，提供豐富的生物資源和能量資源。來(lái)源：谷騰水網(wǎng)