[摘要]綜述了水生植物在污水處理中的應(yīng)用及其凈化水質(zhì)的機(jī)理,以及利用水生植物營(yíng)造的凈化塘、人工濕地系統(tǒng)、水域浮床技術(shù)和根際過(guò)濾技術(shù)等方式凈化污水的研究進(jìn)展。

    [關(guān)鍵詞]水生植物;水環(huán)境;凈化作用

    地球表面積71%被水覆蓋,大洋承納了整個(gè)生物圈內(nèi)97%的水體,極地冰固化了生物圈內(nèi)2%的水體,只有不到1%的水體以淡水形態(tài)存在于江、河、湖泊中,這也是人類和其他生物賴以生存的基礎(chǔ)。但是,隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快和人口數(shù)量的不斷增加,生態(tài)環(huán)境不斷受到破壞,水污染日趨嚴(yán)重,大多數(shù)水體超過(guò)國(guó)家地表水環(huán)境質(zhì)量四類標(biāo)準(zhǔn)[1]。水體污染問(wèn)題受到了廣泛的關(guān)注,前人對(duì)如何預(yù)防和治理水體污染做了大量的研究[2～4]。在污水處理中,傳統(tǒng)污染水處理方法如生化二級(jí)處理法,工藝成熟、處理效果理想,但建造、運(yùn)行、管理費(fèi)用過(guò)高;化學(xué)法(如加入硫酸銅等)和換水法處理污水,雖然均有一定效果,但化學(xué)法易產(chǎn)生二次污染,換水法不夠方便、經(jīng)濟(jì),且僅適宜于小型水體。為了尋找高效低耗的水污染處理技術(shù),自20世紀(jì)70年代起,水生植物開(kāi)始受到人們的關(guān)注。水生植物不僅具有較高的觀賞價(jià)值,還能主動(dòng)吸收水體中的養(yǎng)分物質(zhì),對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體可起到凈化作用。為此,筆者就水生植物對(duì)水質(zhì)的凈化作用和機(jī)理進(jìn)行了概述與分析,同時(shí)就其在凈化污水方面的應(yīng)用方式進(jìn)行了簡(jiǎn)要論述,以期為科技工作者治理水體污染提供一些參考。

    1水生植物在污水處理中的應(yīng)用

    凡生長(zhǎng)在水中或濕土壤中的植物,以大型的草本植物為主,包括水生、濕生和沼生植物,稱為水生植物(hydrophyte)[5]。水生植物主要包括3大類:水生維管束植物、水生蘚類和高等藻類。在污水治理中應(yīng)用較多的是水生維管束植物,它具有發(fā)達(dá)的機(jī)械組織,植物個(gè)體比較高大,可分為挺水、浮水和沉水3種生活型[6],這3種類型的水生植物在污水處理系統(tǒng)中存在一些不同的應(yīng)用方式,詳見(jiàn)(表1)。

    2.5對(duì)浮游藻類的競(jìng)爭(zhēng)抑制作用

    富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重的水體中,藻類瘋長(zhǎng),水質(zhì)惡化。栽種水生植物后,同浮游藻類競(jìng)爭(zhēng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及所需的光熱條件,同時(shí)分泌出抑藻物質(zhì),破壞藻類正常的生理代謝功能,迫使藻類死亡,以防止其帶來(lái)的毒素[23,24]。這樣可提高水體透明度,改善水中的DO含量,促進(jìn)沉水植物與共生菌的生長(zhǎng),進(jìn)一步凈化水質(zhì)。

    3利用水生植物凈化污水的處理方式

    3.1凈化塘

    目前在利用水生植物凈化污水時(shí)通常是以凈化塘的方式,如鳳眼蓮凈化塘、香蒲植物凈化塘等[25～27]。

    凈化塘是以某種水生植物占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)而組成的特殊水生生態(tài)系統(tǒng),這個(gè)系統(tǒng)通過(guò)水生植物群落的阻濾、沉降、吸附等物理作用以及植物體的吸收、積累等作用而達(dá)到對(duì)污水的凈化效果。最近幾年,水生植物凈化塘在國(guó)內(nèi)外發(fā)展都比較快,能凈化的污水種類越來(lái)越多,已由凈化生活污水發(fā)展到工業(yè)廢水和城市混合污水;處理規(guī)模也越來(lái)越大,從利用人工的凈化塘發(fā)展到利用天然湖塘、湖灣放養(yǎng)水生植物凈化水質(zhì)和底泥。在水生植物的利用上,由一種植物為主發(fā)展到多種植物搭配,以相互取長(zhǎng)補(bǔ)短,達(dá)到最佳的凈化效果。比如選用耐寒植物伊樂(lè)藻和喜溫植物鳳眼蓮及菱,組建成的常綠型人工水生植被。不僅使試驗(yàn)區(qū)內(nèi)常年保持較好的水質(zhì),而且對(duì)外來(lái)污染沖擊有很強(qiáng)的緩沖能力,它可用于水源保護(hù)、局部性水質(zhì)控制、污水凈化生態(tài)工程、小型富營(yíng)養(yǎng)水體的生態(tài)恢復(fù)等[28]。

    3.2人工濕地系統(tǒng)

    20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的人工濕地系統(tǒng)是利用水生植物處理污水的又一發(fā)展方向[29,30]。由于建造和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低、維護(hù)簡(jiǎn)單、效果好,且為眾多野生動(dòng)物提供了棲息地,成了研究的重點(diǎn)。如蘆葦濕地可用于處理生活污水和部分工業(yè)廢水,如造紙廢水、紡織廢水、啤酒廢水、煉油廢水、養(yǎng)殖和飼料及食品加工廢水等。其基建投資、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用和能耗均為常規(guī)二級(jí)處理方法的1/3～1/5,并有較好的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益[31]。Nyakang等[32]利用香蒲、蘆葦、美人蕉等觀賞性水生植物,經(jīng)過(guò)1塊濕地和3個(gè)池塘構(gòu)成的賓館和游泳池污水處理系統(tǒng),在達(dá)到去污目的的同時(shí)也營(yíng)造了優(yōu)美的水體景觀。Koottatep等[33]還發(fā)現(xiàn)進(jìn)入濕地約50%的總氮是被植物吸收的。濕地系統(tǒng)去除污染物的機(jī)理主要是通過(guò)沉降、過(guò)濾、化學(xué)沉淀和吸附、微生物反應(yīng)和植物吸收等反應(yīng)過(guò)程除去水中的污染物。所以濕地是一種低成本、易操作和高效率的污水處理方法。

    3.3水域浮床技術(shù)

    水域浮床技術(shù)早期僅應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn),近10年來(lái)有學(xué)者利用該技術(shù)進(jìn)行水污染控制。它采用人工新材料作浮床,并通過(guò)獨(dú)特的肥料供應(yīng)、植物栽培與相應(yīng)的工程措施,在自然水域的水面上無(wú)土栽培植物,在改善水域環(huán)境的同時(shí),增加水產(chǎn)品產(chǎn)量[34～37]。

    3.4根際過(guò)濾技術(shù)(Rhizofiltration)

    根際過(guò)濾技術(shù)是近幾年發(fā)展的一種植物修復(fù)技術(shù),用來(lái)處理放射性核素廢水、重金屬?gòu)U水以及富含營(yíng)養(yǎng)鹽的廢水。它利用超積累植物的根系從廢水中吸收、富集和沉淀污染物,是更經(jīng)濟(jì)、更適于現(xiàn)場(chǎng)操作的原位污染治理技術(shù)[38,39]。

    4結(jié)語(yǔ)

    眾多研究表明,利用水生植物處理系統(tǒng)進(jìn)行水污染控制具有投資、維護(hù)和運(yùn)行費(fèi)用低,管理簡(jiǎn)便,污水處理效果好,可改善和恢復(fù)生態(tài)環(huán)境、回收資源和能源以及收獲經(jīng)濟(jì)植物等諸多優(yōu)點(diǎn),在污水處理和富營(yíng)養(yǎng)化水體凈化等方面均表現(xiàn)出良好的效果。未來(lái)的研究應(yīng)注重本土原生植物的特性、跨區(qū)域引進(jìn)新型物種的意義、水生植物修復(fù)的機(jī)理、物質(zhì)循環(huán)、根系與水或土壤的微環(huán)境關(guān)系、植物與周圍微生物如何共同作用等方面。目前利用水生植物凈化污水尚有許多不足之處,但隨著人們對(duì)其研究的深入,特別是在工藝選擇和凈化機(jī)理等方面的努力,水生植物必將在水污染控制中發(fā)揮更重要的作用,從而更大程度地造福于人類。同時(shí)可以參照中國(guó)污水處理工程網(wǎng)其他技術(shù)文檔。