自20世紀60年代起，國內(nèi)外的學者們就相繼采用植物進行污水治理的研究。1974年西德建成了第一個用于廢水處理的人工濕地，我國也于20世紀80年代實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。近年來沿海地區(qū)利用紅樹林濕地處理廢水也收效顯著�？梢姡徽撌侨斯竦�、凈化塘，還是土地處理系統(tǒng)，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行實驗研究探討。

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。中山大學環(huán)科所和韶關凡口鉛/鋅礦環(huán)保監(jiān)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?shù)氐膹U礦石和沙礫建造了一個香蒲凈化塘。根據(jù)實驗結果分析，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，塘內(nèi)還出現(xiàn)了多種藻類、魚類和茳芏植物。

1.2 紅樹林植物凈化含油廢水和城市污水實例研究

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

李玫等用秋茄人工模擬濕地進行了為期一年的含油廢水凈化試驗，發(fā)現(xiàn)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%，可見凈化效率隨濃度的增大而增大。含油量大小為根>葉>莖>枝。實驗還表明：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與桐花樹（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�，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、風車草、寬葉香薄及茭白，建立植物處理系統(tǒng)處理造紙廢水，將廢混合制成3個濃度級廢水注入植物系統(tǒng)里。通過實驗，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、風車草為84%以上；對TN、TP的去除能力大小為：水葫蘆>大漂>水花生>浮萍，風車草>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，如香蒲表皮有厚角質層，柵欄組織發(fā)達，污染點處的根、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。如鳳眼蓮長年過程需要大量的N、P營養(yǎng)物，它吸收后生長迅速，對于凈化富營養(yǎng)化水體效果明顯；香蒲植物吸收廢水中的重金屬時，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，形成新的動態(tài)平衡，防止對某元素吸收過多而引起毒害。植物吸收污染物后，尤其是重金屬離子、農(nóng)藥和其他人工合成有機物等，便富集、固定在體內(nèi)或土壤中，減少水體中污染物量。研究表明，Pb、Zn進入香蒲體內(nèi)，主要積聚在皮層細胞中的細胞壁上，只有少量進入原生質，可見細胞壁對重金屬有較高的親和力。

1.4.3 凈化塘的沉降、吸附和過濾作用

凈化塘里水生植物生長旺盛，根系發(fā)達，與水體接觸面積大，形成密集的過濾層。如香蒲，它的地下莖和根形成縱橫交錯的地下莖網(wǎng)，水流緩慢時重金屬和懸浮顆粒被阻隔而沉降，防止其隨水流失。同時又在其表面進行離子交換、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。

1.4.4 生化作用

植物凈化污水的過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，一方面根系通過釋放O2，氧化分解根系周圍的沉降物；另一方面使水體底部和基質土壤形成許多厭氧和好氧小區(qū)，為微生物活動創(chuàng)造條件，進而形成“根際區(qū)”。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，大量微生物在基質表面形成灰色生物膜，增加了微生物的數(shù)量和分解代謝的面積，使植物根部的污染物（富集或沉降下來的）被微生物分解利用或經(jīng)生物代謝降解過程而去除。富營養(yǎng)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的轉化過程，便于水生植物的吸收與利用，減少底泥向水體中的營養(yǎng)鹽釋放。

1.4.5 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，同浮游藻競爭營養(yǎng)物質以及所需的光熱條件，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。這樣可以提高水體透明度，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。

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，需選擇出理想的凈化物種來。華南環(huán)科所進行了2年的實驗，對華南地區(qū)11種高等水生植物從凈化能力、抗逆性、管理難易、綜合利用價值和美化景觀等5項方面綜合評價，篩選出黑藻和假馬齒莧為較優(yōu)凈化物種。因此可見，植物凈化能力大小關系到凈化效率的高低。

1.5.2 廢水pH值的大小

pH值不同，廢水能植物的生長狀況影響不同，進而影響其凈化效率。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

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，對植物凈化效率而言很重要。如鳳蓮處理煉油廢水實施運行最佳條件為：65mg／L 1.5.4凈化時間

凈化時間的長短及季節(jié)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養(yǎng)化湖水滯留時間≤2d時，凈化結果不明顯；延至7d時，凈化效率提高50%～80%。同時，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(qū)氣溫下降至4攝氏度時，靜態(tài)培養(yǎng)的鳳眼蓮就會發(fā)生凍害，難以越冬。

當然，植物抗病蟲害能力、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，有以下4個優(yōu)點：①成本低，對環(huán)境擾動��；②有利于保護和改善原有環(huán)境，有較高的美化環(huán)境價值；③治理污染時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(jié)約標準煤46.72t；④操作簡單，投資少，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.

2.2 現(xiàn)狀問題

目前水生高等植物凈化污水還存在著一些問題。首先，管理上控制不當，未能及時打撈過剩的或干枯的植物殘體，就會致使二次污染的產(chǎn)生（如富營養(yǎng)化、有毒物質的釋放）。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，極易在水面屏蔽產(chǎn)生自屏蔽效應，會壓迫環(huán)境；同時，密度過大也會滋生蚊蟲細菌。第四，不能科學地篩選出抗性大的植物，并且凈化的系統(tǒng)工藝設計也未考慮最優(yōu)化配置和后處理問題，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(xù)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，這樣有利于生長期和凈化功能的季節(jié)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可與其他工程技術結合，建成復合污水處理工藝。如有學者采用煤灰吸附和植物氧化塘復合處理廢水，分為三個系統(tǒng)：混合吸附→快速沉降→水葫蘆氧化塘自凈系統(tǒng)，去除COD為80%以上，水也可以供生產(chǎn)循環(huán)使用。

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

⑸對水生植物凈化系統(tǒng)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。

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