利用大型水生植物改善水質(zhì)研究

［印度］ S.多特 等

利用大型水生植物改善水質(zhì)研究

［印度］ S.多特 等

城市化、工業(yè)化的加快以及人口過量造成了環(huán)境不斷惡化。造成水污染的最主要污染物是各種重金屬。水體是各類污染物直接或者間接的主要投放目標(biāo)，同時(shí)，隨著暴雨雨水以及生活、工業(yè)廢水的排入，水體還處于接收的最末端。之前所采用的去除污染物的水體凈化技術(shù)不僅成本高，而且有時(shí)會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響。因此旨在研究既經(jīng)濟(jì)又生態(tài)友好，同時(shí)也有利于生物群落的凈水技術(shù)。對(duì)大約38種相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行綜合分析，探討了不同水生植物在凈水方面的潛力。

水污染;污染治理;水生植物;水質(zhì)研究

1概述

水體是污染物的主要接受和收羅末端，包括工業(yè)廢水、生活廢水和地表徑流等。為了去除污染物并凈化水質(zhì)，在實(shí)踐中采用了多種傳統(tǒng)的凈水方法，但這些方法大多成本高且對(duì)生態(tài)環(huán)境有不利影響。為了解決這一問題，許多學(xué)者進(jìn)行了利用純天然方式改善水質(zhì)的方法研究。博伊德、康維爾、謝菲爾德、斯圖爾特、伍滕、多德及楊特等學(xué)者是這一研究領(lǐng)域的先驅(qū)者，他們證明了水生生物具有能夠去除水體養(yǎng)分的潛力。希達(dá)爾、沃爾費(fèi)頓與麥克唐納，以及沃爾費(fèi)頓與麥考恩等學(xué)者用試驗(yàn)證明了水生植物對(duì)于去除水環(huán)境中有機(jī)污染物起著重要作用。此后，各國(guó)研究者開展了更深入的研究，研究各種大型水生植物去除不同水體中營(yíng)養(yǎng)成分的原理和效率。

廢水處理過程的主要目標(biāo)就是去除或者減少污染物，以達(dá)到對(duì)人類和排放對(duì)象(環(huán)境)不產(chǎn)生負(fù)面影響的目的。去除廢水中重金屬物質(zhì)的傳統(tǒng)方法是將廢水與污水混合，然后進(jìn)行一次、二次和三次處理。二次和三次的水處理過程需要大量技術(shù)、化學(xué)藥品和電能，因此需要用既經(jīng)濟(jì)又對(duì)環(huán)境友好的處理方法來取代這種傳統(tǒng)方法。學(xué)者塔姆等建議了一種可供選擇的凈水方法，可以用來處理自然濕地和人工濕地的污染問題。這些方法比傳統(tǒng)方法更加受到青睞，是由于其不妨害生態(tài)環(huán)境而且耗能低，因此也更加經(jīng)濟(jì)。本文闡明了各種水生植物去除水生態(tài)環(huán)境中污染物方面的潛力。

美國(guó)科學(xué)院在其名為《充分利用水草——給發(fā)展中國(guó)家的一些建議》的書中專門有一章介紹“利用水草處理廢水”。

大型水生生物在許多水生態(tài)環(huán)境的營(yíng)養(yǎng)成分和重金屬循環(huán)中都發(fā)揮著顯著的作用，微生物和大型水生植物可以去除重金屬或者其他污染物。在全世界范圍內(nèi)的水體中，經(jīng)?？梢杂^察到大型水生植物的存在。自然過程或者城市和農(nóng)業(yè)徑流使得水體富營(yíng)養(yǎng)化，也造成了水生植物和海藻的瘋長(zhǎng)。水生植物十分適合于被用來進(jìn)行廢水處理，因?yàn)樗麄兙哂泻軓?qiáng)的從水體中吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和其他物質(zhì)的能力，因此可以減少污染量。學(xué)者丹尼進(jìn)一步指出，水生植物攝入重金屬的主要路徑是通過挺水植物和浮游植物的根系，而沉水植物的根系和葉也參與到了去除重金屬和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的過程中。學(xué)者考吉爾提出，沉水根系的植物有著可以將重金屬?gòu)乃蜕持形粘鰜淼臐撃埽渲袩o根植物可以快速地將重金屬?gòu)乃w中吸收出來。

在富營(yíng)養(yǎng)水體中常見的大型水生植物包括:

(1)大型浮游水生植物(除根外的部位都位于水面之上)，例如鳳眼蓮、丁香蓼等)。

(2)大型沉水植物(所有部位沉入水中)，例如輪葉黑藻、水蘊(yùn)草等。

(3)大型挺水植物(根系在水底土壤中，但莖、葉挺出水面)，例如香蒲和蘆葦。

2 各種大型水生植物改善水質(zhì)的能力

2.1 大型浮游水生植物

大型浮游水生植物主要包括鳳眼蓮、丁香蓼等。

鳳眼蓮或水葫蘆(鳳眼藍(lán))是世界上最難對(duì)付的雜草，其累積和吸收重金屬污染物的特性已經(jīng)被廣泛研究，根據(jù)學(xué)者米切爾的介紹，其數(shù)量可以在6 d的時(shí)間內(nèi)增長(zhǎng)1倍。在通過水生植物去除水體重金屬和其他污染物的研究領(lǐng)域中，鳳眼蓮屢屢被提及。由于它對(duì)水體中的污染物具有生物聚集和生物放大的作用，因此，對(duì)于通過這種大型水生植物去除污染物的機(jī)理和效率的研究工作很多。學(xué)者薩拉提對(duì)于巴西鳳眼蓮攝入重金屬進(jìn)行了研究，觀察到它對(duì)于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和重金屬具有很強(qiáng)的攝入和吸收能力。

學(xué)者博伊德對(duì)鳳眼蓮聚集固態(tài)氮和磷進(jìn)行了研究，通過試驗(yàn)確定鳳眼蓮可以從池塘攝入氮磷。試驗(yàn)結(jié)果表明，鳳眼蓮能夠大量去除水體中的氮磷。學(xué)者穆拉摩托等的研究表明，鳳眼蓮能夠從被污染的水體中吸收重金屬鉛(Pb)、鉻(Cr)、銅(Cu)、鎘(Cd)和鋅(Zn)。學(xué)者諾爾研究了通過鳳眼蓮吸收重金屬。提瓦里等的研究表明，重金屬Pb、Zn、錳(Mn)在生物累積的過程中更容易被吸收，而生物放大則表現(xiàn)在植物中出現(xiàn)更高的重金屬含量。鳳眼蓮具有利用其根組織積累重金屬Cd、Cu、Pb和Zn的獨(dú)特性質(zhì)。學(xué)者平托等的研究表明，鳳眼蓮在隨后的恢復(fù)過程中，還可以在很短的時(shí)間內(nèi)大量去除工業(yè)廢水中的銀。學(xué)者沃爾費(fèi)頓與麥克唐納觀察到，鳳眼蓮之所以能夠凈化水體，是由于其在污水中的快速生長(zhǎng)能力和重金屬吸收能力。他們還觀察到，鳳眼蓮能夠降低污水中的生物需氧量(BOD)，其效率取決于對(duì)于有機(jī)物的吸收，由鳳眼蓮的根部進(jìn)行分餾和分解。根部通過機(jī)械和生物活動(dòng)而起到過濾器的作用，去除水體懸浮顆粒，降低水體渾濁度。學(xué)者沃爾費(fèi)頓等解釋了降低渾濁度的原因，根毛帶有的電荷可以吸引帶有反方向電荷的膠體顆粒(如懸浮物)，讓其吸附在根部，并被植物和有機(jī)微生物分解和同化。學(xué)者布里克斯觀察到，鳳眼蓮已經(jīng)被成功應(yīng)用到廢水處理系統(tǒng)中，通過降低有機(jī)物和有機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分來改善水質(zhì)。學(xué)者斯多威爾等發(fā)現(xiàn)，鳳眼蓮池的作用類似于一個(gè)水平滴濾器，沉水植物的根為其中一層厚的細(xì)菌生物膜提供物質(zhì)依托，這實(shí)際上也降解了有機(jī)物。

2.2 大型沉水植物

大型沉水植物主要包括黑藻、槐葉蘋等。

這種植物所有部位都沉入水下，對(duì)于去除污染物起到了重要的作用。學(xué)者丹尼觀察到，依賴根部進(jìn)行重金屬攝取是屬于有根的浮游類群，而對(duì)沉水類群的依賴較少。他還觀察到這樣的趨勢(shì)，即利用芽取代隨著淹沒進(jìn)展和莖結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化而增加的根，作為重金屬攝取的部位。前幾年，科學(xué)家還研究了通過黑藻和槐葉蘋去除污染物。學(xué)者伊蘭庫(kù)馬恩等進(jìn)行了輪葉黑藻和槐葉蘋的對(duì)比研究，得出的結(jié)論表明，在污染物濃度較低的情況下，黑藻去除污染物的效率更高，但當(dāng)污染物濃度較高時(shí)，槐葉蘋去除污染物的效率則高于黑藻。他們還觀察到，主要取決于輻射時(shí)間和初始劑量，例如，輻射時(shí)間越長(zhǎng)，劑量越高，形態(tài)上的變化更容易被觀察到。學(xué)者布恩略辛等研究了大型水生植物去除重金屬離子的吸附量，他們發(fā)現(xiàn)，對(duì)于處理Cd污染物含量較低的廢水，黑藻是很好的生物吸附劑。

2.3 大型挺水植物

大型挺水植物主要包括香蒲、蘆葦?shù)取?/p>

大型挺水植物多見于河湖岸邊，其根部在泥土之中，在從沙土之中攝取重金屬和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)過程中發(fā)揮了重要作用。與大型浮游植物相比，挺水植物擁有更多用于去除污染物的組織。對(duì)于在更長(zhǎng)時(shí)期中吸附營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，挺水植物的潛力更大。根據(jù)學(xué)者朱瓦爾克等的研究，當(dāng)利用香蒲和蘆葦進(jìn)行凈水時(shí)，可以分別去除78%和91%的BOD，氮從30.8 mg/L下降到9.8 mg/L，磷酸鹽從14.9 mg/L 下降到9.6 mg/L。根據(jù)學(xué)者杜納賓等的研究，挺水植物通過氧化、緩沖等作用，改變了底層，從而間接影響金屬含量。學(xué)者萊因等觀察到蘆葦可去除廢水中的Zn，他們還發(fā)現(xiàn)莖和葉在其中起到了非常重要的作用。

3 結(jié)語

學(xué)者博伊德觀察到，水生植物十分適合于用來進(jìn)行廢水處理，因?yàn)樗鼈兙哂泻軓?qiáng)的從水體中吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和其他物質(zhì)的能力，因此可以減少污染量。學(xué)者丹尼進(jìn)一步指出，水生植物攝入重金屬的主要路徑是通過挺水植物和浮游植物的根系，然而沉水植物的根系和葉也參與到了去除重金屬和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的過程中。學(xué)者考吉爾提出，沉水根系的植物具有從水和沙之中吸收重金屬的潛力，其中無根植物可以快速吸收水體中重金屬。

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2011-03-04

李 慧 孫 遠(yuǎn) 編譯