您的当前位置:首页正文

水生植物净化污水的机理及研究进展

2024-10-18 来源:威能网
西南农业学报 2011年24卷1期 352 Southwest China Journal of A cultural Sciences Vo1.24 No.1 文章编号:1001—4829(2011)01—0352—04 水生植物净化污水的机理及研究进展 詹金星 ,支崇远 ,夏品华 ,马建荣 ,李海珍 (1.贵州省山地环境信息系统与生态环境保护重点实验室,贵州贵阳550001;2.贵州师范大学生命科学院,贵州贵阳55O001) 摘要:水生植物净化污水是一项低成本、高效益的生态工程技术,是目前国内外许多专家学者研究的热点之一。为提高水污染 处理能力,保护水体环境和生态系统,对水生植物净化污水的机理及其在污水处理中的应用进行综述,展望了水生植物净化污水 的应用前景及发展方向。 关键词:水生植物;净化机理;研究进展 中图分类号:S19 文献标识码:A Mechanism and Research Progresses of Purification of Wastewater with Aquatic Plants ZHAN Jin.xing ,ZHI Chong—yuan ・ ,XIA Pin—hua ,MA Jian—rong ,LI Hai-zhen‘ (1.Guizhou Key Laboratory for Information System of Mountainous Areas and Protection of Ecological Enviornment,Guizhou Guiyang 550001,China;2.School of Life Sciences,Guizhou Normal University,Guizhou Guiyang 550001,China) Abstract:Purification of wastewater with aquatic plants is a cOst-effective and ec0 engineering technology and is one of the Yesesl'eh hotspots at home and abroad.The puriifcation mechanism and its application in wastcwater processing were reviewed and its application prospect and development direction were prospected in this paper. Key words:Aquatic plants;Purification mechanism;Research progress 随着我国社会经济的迅速发展,人口的快速增 旨在为我国污水处理提供理论参考。 长以及城市化进程加快,大量未经处理的工业废水 和生活污水直接排放到江河湖海中,造成水体的环 1水生植物净化污水的机理 境容量和生态承载能力不堪重负,生态系统遭到严 1.1水生植物的分类及特点 重破坏,水污染问题13益加剧。水污染问题将危及 水生植物是指能够长期生长在水中的植物,是 人们的身体健康和严重阻碍我国经济的发展。因 植物界重要组成部分,具有生长速度快、分布广、繁 此,如何寻找一种耗能低、效果好的新型污水处理技 殖快、病害少、用途大等特点¨ J。我国水生植物种 术,是目前国内学者和专家关注的热点。 类丰富,一般将水生植物分为湿生植物、挺水植物、 大量的实践表明,水生植物净化污水具有投资 浮叶植物、浮水植物及沉水植物5类。湿生植物是 和维护成本低、操作简单、不造成二次污染等特点, 指生长在河川两岸或浅水区植物,代表植物有水杉; 具有广阔的市场和应用前景。笔者从水生植物净化 挺水植物的根茎生于底泥,茎叶或大部分生出水面, 污水的机理及其在污水处理中的应用进行综述,总 代表植物有芦苇;浮叶植物的根系或地下部分固定 结了目前研究中的不足并展望了未来的应用前景, 在土中,叶漂浮于水面,代表植物有睡莲;浮水植物 收稿日期:2010—08—24 的根系沉于水中,植物体漂浮水面,代表植物有凤眼 基金项目:国家自然科学基金资助项目“黔桂滇河流底栖硅藻 莲;沉水植物的根系固定于水下底泥或漂浮水中植 分布与喀斯特离子关系的研究”(30560011);贵州省国际科技 合作重点项目“乌江上游硅藻多样性与环境因子关系的研究” 物体全部或大部分沉于大气界面以下,代表植物有 (黔科合外科G-7.(2007)400105) 金鱼藻。 作者简介:詹金星(1983一),男,在读硕士,研究方向:环境生物 学,E—mall:zhanjinxinglf009@126.eom。 1.2水生植物的吸收和富集作用 1期 詹金星等:水生植物净化污水的机理及研究进展 353 水生植物根系发达,能直接吸收水体中的氮磷 等营养元素,供其生长与繁殖。水体中的大部分氮 中藻细胞数量,促进藻细胞内叶绿素a的破坏与脂 质过氧化产物丙二醛(MDA)含量的升高,抑制超 磷被植物吸收或保存于生物体内,无机氮被植物直 接利用,并转化为蛋白质与有机氮。当水体中大量 的营养元素被水生植物吸收利用,而水生植物被转 运走,从而达到净化水体的作用。袁桂良等 对凤 眼莲静态净化养殖污水的研究结果表明,凤眼莲对 甲鱼污水中的氨态氮、亚硝氮和硝氮、COD、磷等净 化率分别为71.5%、88.1%、68.5%、90.7%,并 建立了凤眼莲静态净化养殖污水净水模型。Phil一 氧化物歧化酶(SOD)的活性。其中,种植水葫芦的 克藻作用最显著,栅藻体内叶绿素a的含量减少了 78.6%,藻液光密度值降低了53.8%。 2水生植物在污水处理中的应用 2.1 水生植物在重金属污染中的应用 水中重金属元素具有危害性大、不可降解等特 点,水生高等植物所具有的富集能力,能从废水中 的研究表明,在人工湿地中香蒲对N的吸收为 565 m (112・d),草对N的吸收为261 m (ITI・ d)。 1.3微生物降解 植物对污水的净化是植物吸收和微生物综合作 用的结果,在以水生植物为核心的污水处理系统中, 微生物对水体中的各种污染物降解起着很重要的作 用。水生植物与微生物共同降解的机理主要是:① 水生植物的存在可以为微生物提供栖息的环境和附 着基质,水生植物根系周围的有机胶体或悬浮物能 够迅速被植物分解,从而可以提高对污染物的净化 率。②水生植物淹没于水中的根部呼吸作用,为微 生物代谢提供微环境,植物将氧气输送到根部,形成 植物根表面的有氧状态,污水中大部分厌氧微生物 利用氧这一终端电子受体而将有机物分解成二氧化 碳和水;在根区的还原状态的区域,厌氧细菌经过发 酵作用,将有机质分解成二氧化碳和甲烷释放到大 气中 。在水生植物与微生物的协同降解中,微生 物起着直接的作用,植物的生理代谢活动也直接关 系到污染物的降解。 1.4抑制藻类的作用 水生植物会对浮游藻类产生竞争抑制作用表现 为:①水生植物个体大,吸收、储存营养物质和利用 光能的能力强,能与藻类形成竞争,从而抑制浮游藻 类的生长。②水生植物可以分泌出大量的抑藻物 质,破坏藻类正常生理代谢,迫使藻类死亡,以防止 带来的藻毒素 6-7]。张维昊等 J研究了菖蒲 (Acorus calamus)对铜绿微囊藻(Microcystis aerugino- sa)的化感抑制作用,结果表明,菖蒲可抑制微囊藻 的生长,使藻液光密度(OD锄)降低,菖蒲的存在降 低了藻细胞内的蛋白含量,菖蒲分泌的化感物质造 成微囊藻死亡。国外一些学者研究发现,水葫芦对 浮游藻类的有抑制作用,水葫芦的根和叶的渗滤液 均能够抑制斜生栅列藻的生长 。。。唐萍等 1 研 究了水葫芦等植物对同一水体中栅藻生长的抑制作 用,结果表明,受试植物均能在不同程度上减少水体 吸收Zn、Cr、Pb、co、Ni和Cu等离子,不仅可以净化 水质,还能够对一些重金属进行回收利用。因此,利 用水生植物治理和防治重金属污染具有良好的应用 前景,目前备受关注。YL.zhu等 指出利用水葫 芦富集痕量金属Cd“、G 最好,其次是Se¨、 Cu“,再次是As¨、Ni“,而且重金属主要富集在水 葫芦的根部¨ 。李周玉等¨ 研究了凤眼莲对养殖 水体中Cu离子的消失率,去除率达53%~75%。 李柳川等 利用香蒲净化塘系统成功治理了铅锌 矿废水污,该系统对Pb、zn、Cd的去除率分别为9O %、84%、84%。侯晓龙等¨ 通过水生植物在垃圾 渗滤液中的培养实验,研究水浮莲、浮萍、水葫芦3 种水生植物对垃圾渗滤液中重金属的吸附能力,结 果表明,不同植物对重金属的吸附能力表现为:水浮 莲>浮萍>水葫芦,其中,水浮莲对垃圾渗滤液中 Ni、Zn、Gr、Cd、Pb、Mn的最高吸附率分别可达50.2l %、50.92%、100%、73.27%、89.99%、88.52%。 2.2水生植物在生活污水处理中的应用 随着城市化的发展和人民生活水平的提高,城 镇生活污水排放数量大,呈逐年增长趋势,且污水成 分日趋复杂,是导致水体环境恶化的重要污染源,城 镇生活污水迫切需要治理。近年来,利用水生植物 来净化城市生活污水的研究工作引起了普遍的关 注。Peter Van DerSteen-J 等采用2个浮萍塘3个稳 定塘5个浮萍塘串联来净化经UASB处理的城市污 水的出水,结果表明,系统平均BOD去除率为60 %、COD为54%、NH 一N为46%、悬浮物为57%, 而大肠杆菌在通过稳定塘后可去除99.6%~99.95 %。贾凤芝等 在利用水花生氧化塘处理城市污 水净化的研究中经过对十几种水生植物进行了l0 年的驯化,培育出了优势种水花生,该优势种水花生 处理低浓度污水不仅有较高的耐污性,而且净化效 率非常显著。王海庆等¨ 通过模拟人工湿地的方 法研究了芦竹、荻次、菖蒲、芦苇等7种高等水生植 物对生活污水的净化能力,结果表明,水生植物对氮 的除去率为7%~63%,磷的除去贡献率为12% 354 西南农业学报 23卷 ~65%,植物对氮磷的富集量茎叶高于根系。 工业废水是泛指工业生产过程中排出的受污染 湖泊富营养化的有效途径 。高镜清 等采用人 工模拟方法,选取武汉市东湖的春季优势种金鱼藻、 伊乐藻和菹草,夏季优势种类金鱼藻、狐尾藻和苦 2.3水生植物在工业废水中的应用 的水。随着我国工业的发展,工业废水的数量El益 增多,工业废水中含有大量的有机污染物、重金属 草,在春、夏2个季节分别对东湖重度富营养化水体 磷的去除效果进行了比较研究,结果显示,5种沉水 植物均能较好地吸收上覆水中的磷,其中,金鱼藻在 等,如果对大量工业废水不能很好的处理,将会引起 严重污染环境,传统处理工业废水的方法主要有:混 凝法、沉淀法、中和法,而某些水生植物具有对这 春、夏2季对水体总磷的去除率均为最高(春季为 91.75%,夏季为92.44%),同时5种沉水植物还 些污染物高效去除的特殊功能。田淑嫒 研究发 可抑止底泥中磷的释放,均使上覆水中各形态磷浓 现,凤眼莲对含有大量硫化氢的不同浓度印染废水 在10 d左右有6O%~7O%的去除率。叶志鸿 等研究了以宽叶香蒲(Typha tatiolia)为优势群落的 净化塘系统来处理广东韶关凡口铅/锌矿选矿废水. 经5年多的监测结果表明,该系统能有效地净化铅/ 锌矿废水,在进净化塘系统前,未处理的麈水含有高 浓度的悬浮物(4635 mg ̄,/L)和重金属[Pb(1.61 mg/ L)、Zn(1.96 mg/L)和Cd(0.022 rag/L)]等,经过 净化后,水质明显改善,pH从8.03下降到7.74,总 悬浮物去除率达99%,Pb的去除率为9O%,Pb和 Cd去除率为84%,其它重金属如Cu、Fe和Al等也 都有不同程度的降低。曾健【2¨等利用凤眼莲、水浮 莲、水花生和浮萍4种水生植物对偏二甲肼、甲基 肼和无水肼(简称三肼)污水进行处理,结果表明, 凤眼莲能将污水中偏二甲肼、甲基肼和无水肼吸收 到根部和叶部,达到了较好的净化效果。唐仁仲 等 利用凤眼莲、龙须子菜净化石油化工污水,通 过在石油化工废水中经生化处理后投放凤眼莲、龙 须子菜等水生植物20 d后,可使石油类、As氰化物 的浓度明显下降,可达到渔业水质标准,对污水中的 酚、COD、浊度等也有明显的净化效果。郑师章 研究表明,根部微生物对石油化工废水的净化也起 了相当重要的作用,即使离开凤眼莲根系或只有根 系组织匀浆加入的情况下,根部微生物仍有一定的 净化作用。 2.4水生植物在富营养化水体中的应用 水体富营养化是指在人类活动的影响下,生物 所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾 等缓流水体,引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖,水 体溶解氧量下降,水质恶化,鱼类及其他生物大量死 亡的现象。水生植物对富营养化水体的净化中和了 吸附沉淀、吸收代谢、富集浓缩等各种作用。水生植 物是水生生态系统中重要的初级生产者,在水生生 态系统物质和能量循环中处于十分重要的地位,一 方面不仅能起到净化水体的作用,另一方面还能改 善水体生态环境,促进退化水体生态系统的恢复。 因此,利用水生植物富集氮、磷是治理、调节和抑制 度保持较低水平。王春景等 研究了菰、菖蒲及它 们的复合体系对富营养化水体的净化效果,结果表 明,菰和菖蒲在供试富营养化水体中均能正常生长, 二者单独种植体系或等量混合种植体系对富营养化 水体均有一定的净化能力,单独种植的菰和菖蒲及 二者的混合种植体系对供试水体中总氮的去除率分 别为92.8%、92.7%和94.9%,对氨氮的去除率 分别为95.5%、97.4%和96.6%;对总磷的去除 率分别为83.9%、94.3%和84.7%,对CODG 的 去除率分别为83.0%、85.5%和86.7%. 3结论与展望 (1)综上所述,水生植物能够不同程度地清除 被污染水体的氮、磷、重金属及有机污染物,并在污 水治理中得到了广泛的应用。通过分析水生植物对 水中氮、磷等营养元素和污染物的吸收及分解作用, 可选择不同的水生植物及其组合来适应不同的受污 染水体,还可通过控制水生植物的数量来调控净化 能力的大小,利用水生植物净化污水具有广泛的应 用发展前景。 (2)为了取得更好的净化效果和更高的净化效 率,提出以下建议:可继续采用水生植物多种组合建 配置或多级水生植物串联塘,形成一定的净化层次, 这样有利于水生植物的生长期和净化功能的季节性 交替互补;对于冬季低温期处理污水,要对其中不耐 寒的植物采取覆膜或改变生态位的越冬措施;可与 其他工程技术结合,建成复合污水处理工艺;可将分 子生物学和基因工程技术应用于水生高等植物,推 广超富集植物,通过改进、改变使其生长周期,加快 生长速率,提高净化能力;对水生植物净化系统要有 后处理清洁工艺,使其变废为宝,提供丰富的生物资 源和能量资源。 参考文献: [1]袁龙义,杨小林,付燕玲,等.水生植物在园林造景中的应用[J]. 2008,36(26):11309—11310. [2]李伟,钟扬编译.水生植被研究的理论与方法[M].武汉:华 中师范大学出版社,1992. [3]袁桂良,刘鹰.凤眼莲对集约化甲鱼养殖污水的静态净化研究 1期 詹金星等:水生植物净化污水的机理及研究进展 355 [J].农业环境保护,2001,20(5):322—325. [4]Philip A M Baehand, Alexander J Home.Denitl"iifcati0n in con— structed free—water surface wetlands:1I.Effects of vegetation and [J].生物学杂志,2001,185:47. [15]侯晓龙,马祥庆.水生植物对垃圾渗滤液中重金属的吸附效果 研究[J].农业环境科学学报,2007,26(6):2262—2266. [16]Peter vander Steen,Asher Brenner,Joost van Buuren。et a1.Post— treatment of UASB eactror efluentf in an integrated duckweed and sta— temperature.[J].Ecological Engineering,1999,14(1—2):17— 32. [5]成水平.人工湿地废水处理生态系统的生物学基础研究进展 [J】.湖泊科学,1996,8(3):268—273. [6]胡春华,王国祥.冬季净化湖水的效果与机理[J].中国环境科 学,1999,196:561—565. bilization pond system[J].Water Research,1999,33(3):615— 620. [17]贾凤芝,谢平,陈俊玲,等.水花生对城市污水净化能力的研 究[J].水处理技术,1998,245:308—310. [7]甫尔,米吉提,艾尔肯.热合曼,等.利用水浮莲净化城市污水 [18]王庆海,段留生,李瑞华,等.几种水生植物净化能力比较[J]. 华北农学报,2008,23(2):217—222. [19]田淑媛,王景峰,朗铁柱,等.水生维管束植物处理污水及其综 的实践[J].中国环境科学,2002(223):268—271. [8]张维吴,周连凤,吴小刚,等.莒蒲对铜绿微囊藻的化感作用[J]. 中国环境科学,2006,26(3):355—358. [9]AlkaShanna,Mallen,Singha1.Toxic effect of leaehater of water hya・ cinth decay on the growth of Seenesmus ObU,aDus[J].Wat.Res, 1996,30(10):2281—2286. [1O]M.E.Sohan,M.N.Rashed.Laboratory study on the survival of water hyacinth under several conditions of heavy metal concentration[J]. Advances in Environmental Research,2003(7):321—334. [11]唐萍.太湖水域几种高等水生植物的克藻效应[J].农村生态 环境,2001,17(3):42—44. [12]Y.L.Zhu,A.M.Zayed,Qian,et a1.Phtoaccumulation of trace ele・ ments by wetland plants:II.water hyacinth[J].Journal of Environ— mental Quality,1999,28(1):339—344. [1 3]Andreas Klumpp,Konmd Bauer,Chaffs Franz—Gerstein,et a1.Var— iation of nutirent and mental concentrations in aquatic maerophytes a- long the Rio Cachoeira in Bahia(Brazil)[J].Environment Interna— tional,2002,28:165—171. [14]李周玉,冉梦莲,王鸿博.净化水域的水生花卉——凤眼莲 合利用[J].城市环境与城市生态,2000,13(6):54—56. [2O]叶志鸿,陈桂珠,蓝崇钰,等.宽叶香蒲净化塘系统净化铅/锌矿 废水效应的研究[J].应用生态学报,1992,3(2):190—194. [21]曾建,徐婉琴,虞登洋.水生植物净化三肼污水的研究[J].环 境污染与防冶,1997,194:17—2O. [22]唐仁仲,汪金叶.凤眼莲、龙须子菜净化石油化工污水试验初报 [J].农业环境保护,1988,92:25—26. [23]郑师章.风眼莲根系微生物在净石油化工废水中的作用[J].生 态学杂志,1987,64:30—32. [24]安静.水生植物修复富营养化水体的机理及影响因素综述 [J].广西轻工业,2008,6(6):115. [25]高镜清.常见沉水植物对东湖重度富营养化水体磷的去除效果 [J J.长江流域资源与环境,2007,11(6):796—800. [26]王春景,杨海军,刘国经,等.菰和菖蒲对富营养化水体净化效 率的比较[J].植物资源与环境学报,2007,16(1):40—44. (责任编辑姜萍) 

因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容