[摘要]綜述了水生植物在污水處理中的應用及其凈化水質的機理,以及利用水生植物營造的凈化塘、人工濕地系統(tǒng)、水域浮床技術和根際過濾技術等方式凈化污水的研究進展。

    [關鍵詞]水生植物;水環(huán)境;凈化作用

    地球表面積71%被水覆蓋,大洋承納了整個生物圈內97%的水體,極地冰固化了生物圈內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。但是,隨著工業(yè)化進程的加快和人口數(shù)量的不斷增加,生態(tài)環(huán)境不斷受到破壞,水污染日趨嚴重,大多數(shù)水體超過國家地表水環(huán)境質量四類標準[1]。水體污染問題受到了廣泛的關注,前人對如何預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處理法,工藝成熟、處理效果理想,但建造、運行、管理費用過高;化學法(如加入硫酸銅等)和換水法處理污水,雖然均有一定效果,但化學法易產(chǎn)生二次污染,換水法不夠方便、經(jīng)濟,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,自20世紀70年代起,水生植物開始受到人們的關注。水生植物不僅具有較高的觀賞價值,還能主動吸收水體中的養(yǎng)分物質,對富營養(yǎng)化水體可起到凈化作用。為此,筆者就水生植物對水質的凈化作用和機理進行了概述與分析,同時就其在凈化污水方面的應用方式進行了簡要論述,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用

    凡生長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。在污水治理中應用較多的是水生維管束植物,它具有發(fā)達的機械組織,植物個體比較高大,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用方式,詳見(表1)。

    2.5對浮游藻類的競爭抑制作用

    富營養(yǎng)化嚴重的水體中,藻類瘋長,水質惡化。栽種水生植物后,同浮游藻類競爭營養(yǎng)物質及所需的光熱條件,同時分泌出抑藻物質,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,促進沉水植物與共生菌的生長,進一步凈化水質。

    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優(yōu)勢而組成的特殊水生生態(tài)系統(tǒng),這個系統(tǒng)通過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、積累等作用而達到對污水的凈化效果。最近幾年,水生植物凈化塘在國內外發(fā)展都比較快,能凈化的污水種類越來越多,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,以相互取長補短,達到最佳的凈化效果。比如選用耐寒植物伊樂藻和喜溫植物鳳眼蓮及菱,組建成的常綠型人工水生植被。不僅使試驗區(qū)內常年保持較好的水質,而且對外來污染沖擊有很強的緩沖能力,它可用于水源保護、局部性水質控制、污水凈化生態(tài)工程、小型富營養(yǎng)水體的生態(tài)恢復等[28]。

    3.2人工濕地系統(tǒng)

    20世紀70年代發(fā)展起來的人工濕地系統(tǒng)是利用水生植物處理污水的又一發(fā)展方向[29,30]。由于建造和運轉費用低、維護簡單、效果好,且為眾多野生動物提供了棲息地,成了研究的重點。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、運轉費用和能耗均為常規(guī)二級處理方法的1/3～1/5,并有較好的經(jīng)濟效益和生態(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1塊濕地和3個池塘構成的賓館和游泳池污水處理系統(tǒng),在達到去污目的的同時也營造了優(yōu)美的水體景觀。Koottatep等[33]還發(fā)現(xiàn)進入濕地約50%的總氮是被植物吸收的。濕地系統(tǒng)去除污染物的機理主要是通過沉降、過濾、化學沉淀和吸附、微生物反應和植物吸收等反應過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

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

    3.4根際過濾技術(Rhizofiltration)

    根際過濾技術是近幾年發(fā)展的一種植物修復技術,用來處理放射性核素廢水、重金屬廢水以及富含營養(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、更適于現(xiàn)場操作的原位污染治理技術[38,39]。

    4結語

    眾多研究表明,利用水生植物處理系統(tǒng)進行水污染控制具有投資、維護和運行費用低,管理簡便,污水處理效果好,可改善和恢復生態(tài)環(huán)境、回收資源和能源以及收獲經(jīng)濟植物等諸多優(yōu)點,在污水處理和富營養(yǎng)化水體凈化等方面均表現(xiàn)出良好的效果。未來的研究應注重本土原生植物的特性、跨區(qū)域引進新型物種的意義、水生植物修復的機理、物質循環(huán)、根系與水或土壤的微環(huán)境關系、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,但隨著人們對其研究的深入,特別是在工藝選擇和凈化機理等方面的努力,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。同時可以參照中國污水處理工程網(wǎng)其他技術文檔。