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  • 目前國內生活污水處理普遍采用的工藝有氧化溝法、SBR法、A2/O法等,盡管這些工藝被證明是行之有效的,但投資費用十分高昂。對于經濟不夠發達的地區,尤其是沒有污水處理設施的城鎮,需要一種處理效果好且投資運行費用低的污水處理新工藝。人工濕地是20世紀70年代蓬勃興起的處理污水的方式,并在歐洲得到廣泛的應用。它的原理主要是利用濕地中基質、濕地植物和微生物之間的相互作用,通過一系列物理的、化學的以及生物的途徑來凈化污水。

    植物是人工濕地的重要功能單元,通過植物不但可以去除污染物,還能綠化土地,改善小區域氣候,促進生態環境的良性循環。

     

     

     

    1、人工濕地植物的作用

    1.1 吸收作用

    植物在生長發育過程中從污水中吸收大量的無機氮、磷等營養物質。污水中氨氮作為植物生長過程中不可缺少的營養物質被植物直接攝取,合成植物蛋白質和有機氮,再通過植物的收割從廢水中去除。污水中無機磷在植物吸收及同化作用下可轉化為植物的ATP、DNA和PNA等有機成分,通過植物的收割而從系統中去除。研究寬葉香蒲人工濕地發現,植物不同組織器官對營養元素吸收能力不同,N為嫩葉>凋落物>地上莖>地下莖>根,P為嫩葉>凋落物>根>地上莖>地下莖,K在植物地下莖及嫩葉中含量相當高。

    植物還能吸附、富集一些有毒有害物質,如重金屬鉛、鎘、汞、砷等。重金屬在一般植物中的積累量為0.1~100μg/g,但也有一些特殊植物能超量積累重金屬。植物對污水中重金屬的去除作用還表現在植物的產氧作用使根區含氧量增加,促進污水重金屬的氧化和沉降。植物對有機污染物的吸收通過與微生物的協同作用完成。

     

    1.2輸氧作用

    1977年德國學者Kickuth提出了濕地凈化污水的根區法(Rootzonemethod,RZM)理論,認為在污水滲過濕地的過程中,在植物根區這一特殊的生態環境下,植物根系可對污水中的營養物質進行吸收、富集,而根區附近豐富的微生物群落更可以通過其旺盛的代謝活動將各種營養物質降解、轉化。該理論推動了人工濕地凈化功能原理的研究。

    濕地中生長的蘆葦、香蒲等濕生植物的根系有強大的輸氧功能,將空氣中的氧氣通過植物體的疏導組織直接輸送到根部。在整個濕地低溶氧的環境下,濕地植物的根區附近能形成局部富氧區域,利于好氧菌的生長代謝。因此,種植于濕地的植物,除了必須適應當地生境,有較長生長期外,還需要生長快速,根莖發達,有較大的地下生物量。

    對于人工濕地處理系統來說,能否達到預期的處理效果,1個重要因素就是能否使基質中保持充足的氧分。由于生長在濕地中的挺水植物對氧的運輸、釋放和擴散作用,將空氣中的氧轉運到根部,再經過植物根部的擴散,在植物根區周圍的微環境中依次出現好氧區、兼氧區和厭氧區,有利于硝化、反硝化反應和微生物對磷的過量積累作用,達到去除氮和磷的效果。

     

    1.3 濕地植物的其他作用

    濕地植物在人工濕地系統中除了具有上述的幾個主要作用外,還具有另外一些作用:

    ①植物的光合作用可以為凈化作用提供能量來源,可以減少能源的消耗;

    ②由于資源競爭的結果,種植適宜的植物還可以抑制雜草的生長,植物及其枯枝敗葉層形成了1個自然生物過濾器,有助于控制臭味。冬季枯枝落葉還可以形成一層天然的保溫層,有助于地下的基質免受霜凍;

    ③植物根系可以形成1個天然的過濾器,有助于水中懸浮物的截留,并可以防止系統堵塞;

    ④植物通過吸收同化污水中的營養物質轉化為自身的生物量,再通過定期收割植物,從而去除廢水中的營養元素,并且回收的植物還可以用作造紙原料、編織材料、牲畜的飼料或燃料等,實現了能源的回收利用,具有良好的經濟效益。另外,有些濕地植物還可作為水體所受污染程度的指示物。

     

     

    2、影響植物處理效果的因素

    2.1水力負荷

    濕地植物的生長需要大量的水分,蘆葦每形成1g干物質需要消耗579~709g水,這些水分除極少部分(5%以下)參加了物質的合成、水解等反應外,絕大部分都散失到體外去了,這是蒸騰的作用。水分的適量供給,即水力負荷的及時調整是保證濕地植物正常發揮作用的重要因素。人工濕地能夠滿足濕地植物對水分的需求,干濕交替的運行方式更有利于濕地植物的生長,地上生物量的增加,須根和根毛數量的增加,提高植物的輸氧量,改善介質中氧化還原狀態以促進有機物的降解和硝化細菌的生長。

     

     

    2.2溫度

    氣候主要影響濕地植物的生長。在適宜的溫度條件下,濕地植物生長良好,對污染物的去除效率高。研究結果表明,在冬季大多數的濕地植物對污水中KN和NH3-N等的去除能力明顯低于夏季。人工濕地對磷的去除研究表明,冬季人工濕地出水中的無機磷濃度甚至高于進水。濕地基質的溫度對根系吸水的影響是非常明顯的,過高或過低對根系吸水都不利?;|溫度低,水的粘滯性增大,擴散速度降低,水分子進入根系的速度降低。另一方面使根系的生理活動減弱,降低了根系吸水的速度?;|溫度過高,會影響根系生理活動中各種新陳代謝過程之間的協調性。如溫度偏高,促進根系細胞分化的進程提前木質化,縮短根毛區和根毛的壽命,降低根系吸水的速度。

     

    2.3植物種類

    不同水生植物的凈化能力有一定差異,主要原因在于不同的植物根系發達水平不同。所以在選擇濕地植物時應選擇根系發達的植物。另外,不同植物對不同污染物的去除能力也不同。如蘆葦對N、P去除效果好,蒲草對N、P去除效果不佳,但對COD去除好。目前,全球發現的濕地高等植物多達6700余種,而已被用于處理濕地且產生效果的不過幾十種,很多植物還未被研究。一般選擇的原則是考慮去污能力和抗逆能力強、生長量小、易管理和有一定經濟、景觀效益的植物?,F在研究最多的人工濕地植物主要有蘆葦、燈芯草、香蒲、茭草、菖蒲、美人蕉、慈菇等。

     

     

    3、展望

    植物在濕地污水處理中發揮著重要作用,但由于各種原因使人工濕地植物的整體凈化效果受到影響,因此有關植物的研究還有待深入。下一階段的研究方向應考慮如下方面:

    (1)根據當地的氣候特征、不同的污染物種類和負荷選擇合適的植物。如,抗季節變化、抗重金屬污染。

     

    (2)濕地環境條件下水生植物的生理生態研究。如,陸生花卉植物美人蕉,現廣泛用于人工濕地的污水處理,其在濕生、淹水等不同類型的人工濕地條件下的存活、繁殖機制。

    (3)開展濕地植物-微生物界面相互作用以加速污染物降解的研究。如,氮的主要去除方式為微生物的反硝化作用,而植物為微生物的生長提供了合適條件,增強了污染物的降解速率。

    (4)濕地系統中不同植物的配置。如將系統的主要功能與植物的植物學特性充分結合起來考慮。在人工濕地建設時,前端工藝部分如強氧化塘、潛流濕地等工藝一般選擇耐污染能力強的植物品種。末端工藝如穩定塘和景觀塘等處理段中,由于污水濃度降低,因此可以更多考慮植物的景觀效果。

     

    人工濕地植物的作用與影響因素

    2021-03-30
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