利用植物凈化功能處理黑臭水體的技術(shù)研究

李德強(qiáng)（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510010）

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利用植物凈化功能處理黑臭水體的技術(shù)研究

李德強(qiáng)（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510010）

通過對(duì)水生植物處理黑臭水體的小試研究，明確了挺水植物對(duì)于污水中的污染物具有降解、吸附、過濾等削減功能，這些功能與植物的種植密度、選種等有關(guān)系。對(duì)某河涌在控源截污的基礎(chǔ)上，通過人工強(qiáng)化植物的生態(tài)修復(fù)作用，歷時(shí)一年時(shí)間，將黑臭河涌水質(zhì)由重度污染處理到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）Ⅳ類水的標(biāo)準(zhǔn)，為黑臭河涌治理摸索了一個(gè)可行的方法。

黑臭水體；挺水植物；控源截污

我國城市地表水污染嚴(yán)重，流經(jīng)城市的河涌發(fā)黑發(fā)臭現(xiàn)象十分突出，嚴(yán)重地影響了沿岸居民的生產(chǎn)、生活。國家對(duì)黑臭水體整治非常重視，《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)水污染防治行動(dòng)計(jì)劃的通知》（國發(fā) 【2015】17號(hào)）明確要求加快城市黑臭水體整治，并下達(dá)了具體的整治目標(biāo)、計(jì)劃。

對(duì)黑臭水體的治理，截污控源是基礎(chǔ)，攔截掉內(nèi)源、外源污染后，河涌的生態(tài)才能慢慢恢復(fù)。但生態(tài)的自然修復(fù)是個(gè)漫長的過程，如果能強(qiáng)化這個(gè)過程具有重要的意義。水生植物處理技術(shù)就是通過人工手段，強(qiáng)化生態(tài)的自然修復(fù)，其良好的處理效果、低廉的投資及運(yùn)行成本、簡單易行的操作方式，受到廣泛關(guān)注。

1　水生植物技術(shù)處理黑臭水體的機(jī)理

大量實(shí)踐證明，水生植物通過吸附、吸收、過濾、富集濃縮、降解轉(zhuǎn)化等作用，能夠大量地去除水中有機(jī)物，其機(jī)理如下：

（1）直接吸收。有些水生植物能直接吸收污水中的污染物，作為生產(chǎn)所需的營養(yǎng)，促進(jìn)生長，具體吸收程度與污染物的理化特征有關(guān)，也和植物種類、水體性質(zhì)有關(guān)。對(duì)于一些并非植物生產(chǎn)所需的污染物，如重金屬離子，植物能通過螯合作用、區(qū)室化等作用來吸收、富集。

（2）物理作用。植物凈化作用還包括過濾、吸附、生物凝聚等作用。植物發(fā)達(dá)的根系能對(duì)部分污染物，特別是懸浮污染物，進(jìn)行吸附、過濾。

（3）微生物作用。污水中可降解有機(jī)物能通過微生物的降解轉(zhuǎn)化而去除。植物發(fā)達(dá)的根系上通常為微生物提供了棲息的場所，并且植物在生長過程中，衰老的根毛、表皮細(xì)胞以及根際分泌物為微生物提供了養(yǎng)料，促進(jìn)了微生物的代謝。這種植物和微生物形成的共生系統(tǒng)，有利于對(duì)污染物的降解。如有些根系上附著著菌根菌，它與植物形成共生系統(tǒng)，能代謝部分自養(yǎng)菌無法代謝的有機(jī)物。

（4）抑藻作用。一方面，部分植物能分泌抑藻物質(zhì)，直接克制藻類的生長；另一方面，水生植物的生產(chǎn)能營造出比較穩(wěn)定的水體環(huán)境，能在水體中生長出一些大型浮游生物，可撲食藻類；最后，水生植物與藻類在水中對(duì)光能、營養(yǎng)形成競爭關(guān)系，而由于前者個(gè)體大、生長周期長、對(duì)營養(yǎng)吸收能力強(qiáng)，從而抑制了藻類的生長。

（5）酶催化。植物分泌的生化酶在對(duì)有機(jī)污染物的降解、轉(zhuǎn)化中發(fā)揮了巨大的作用，植物死亡后，酶釋放到水體中，可以繼續(xù)發(fā)揮降解作用。

2　挺水植物處理黑臭水體的特性參數(shù)研究

挺水植物（emerge d plant）：即根、根莖生長在水的底泥之中，莖、葉挺出水面的植物。常分布于0～1.5m的淺水處，其中有的種類生長于潮濕的岸邊。這類植物在空氣中的部分，具有陸生植物的特征；生長在水中的部分（根或地下莖），具有水生植物的特征，常見有：美人蕉、蘆、蒲草、荸薺、蓮、水芹、茭白荀、荷花、香蒲。

本次以美人蕉為例，通過實(shí)驗(yàn)室小試研究不同栽植密度下，植物根系組織中溶解氧（RO）、葉綠素（CHL）含量的變化以及對(duì)污水中COD的去除率。

試驗(yàn)裝置采用2個(gè)1000mm×1000mm水箱，分別種植10株（水箱1）、20株（水箱2）美人蕉，在一天7：00～17：00每隔1～2h采水樣一次，分別監(jiān)測RO、CHL和COD，連續(xù)監(jiān)測一周。（溶解氧RO測定采用哈希公司便攜式溶解氧測定儀；葉綠素CHL測定采用銳品公司SPAD-502plus便攜式葉綠素測定儀；COD檢測采用重鉻酸鉀氧化法）。試驗(yàn)結(jié)果如圖1～3。

圖1　溶解氧RO在一天內(nèi)變化曲線圖

圖2　葉綠素CHL在一天內(nèi)變化曲線圖

圖3　一天內(nèi)水箱進(jìn)、出水水質(zhì)檢測圖

通過對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出如下結(jié)論：

（1）圖1表明：植物的光合作用是水中氧氣的重要來源，植物栽植密度較大的水槽中溶解氧RO含量較高，而且在一天中，中午光照時(shí)間較強(qiáng)時(shí)，光合作用最強(qiáng)，溶解氧RO含量最高。

（2）圖2表明：隨著植物栽植密度的增加，葉綠素CHL的含量增加，這主要是由于植物對(duì)污水中污染物進(jìn)行了吸收，結(jié)果栽植密度較大的水槽中，污水的濃度降低較大，植物受環(huán)境的逆影響較小，生長旺盛，產(chǎn)生葉綠素較多。

（3）圖3表明：植物通過光合作用產(chǎn)生氧氣，氧化有機(jī)物以及根系吸收等作用，對(duì)污水中的污染物有一定的降解功能，而且隨著植物栽植密度的增加，單株植物受到污水的逆影響較小，生長更加旺盛，對(duì)污水的處理效率增加，但也不是栽植密度越高越好，栽植越密，對(duì)污水中的養(yǎng)分形成競爭關(guān)系，根系間也會(huì)產(chǎn)生影響，處理效果反而提高不大。具體的栽植密度應(yīng)根據(jù)具體的污水水質(zhì)以及栽植植物特性，通過試驗(yàn)分析確定。

3　工程實(shí)例

根據(jù)小試研究成果，在某河涌中，通過截污、清淤、人工曝氣、種植挺水植物等措施凈化河涌水質(zhì)，前后經(jīng)過一年的時(shí)間，取得了良好的效果，河涌由黑臭水體處理達(dá)到了《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）Ⅳ類水的標(biāo)準(zhǔn)。

（1）處理前。河涌水質(zhì)惡化嚴(yán)重，黑臭明顯。主要污染物指標(biāo)如表1、圖4。

表1　河涌整治前水質(zhì)表

圖4　河涌治理前照片

（2）處理過程。首先對(duì)排入河涌的污染源進(jìn)行控源截污，保證沒有大量污水排入，然后對(duì)底泥進(jìn)行消毒殺菌，種植挺水植物美人蕉等，期間對(duì)河水進(jìn)行曝氣，植物生長2個(gè)月后，水質(zhì)得到了初步改善。

圖5　植物生長2個(gè)月后照片

（3）最終處理效果。植物生長3個(gè)月，整個(gè)過程經(jīng)過一年后，河涌水質(zhì)得到了極大改善，主要指標(biāo)達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）Ⅳ類水的標(biāo)準(zhǔn)，最終水質(zhì)指標(biāo)如表2、圖6。

表2　河涌整治前水質(zhì)表

圖6　河涌治理后照片

4　小結(jié)

通過對(duì)挺水植物處理黑臭河水的小試和生產(chǎn)性試驗(yàn)研究表明，在截污控源的基礎(chǔ)上，通過參數(shù)的適當(dāng)控制，強(qiáng)化植物的凈化功能，能解決河涌黑臭的問題，而且除必要的維護(hù)工作外，在穩(wěn)定運(yùn)行階段，不需要人工曝氣，就能保持河涌水質(zhì)。

［1］童昌華，楊肖娥，濮培民.低溫季節(jié)水生植物對(duì)污染水體的凈化效果研究［J］.水土保持學(xué)報(bào)，2003，17（2）：159～163.

［2］吳振斌，邱東茹，賀 峰，等.水生植物對(duì)富營養(yǎng)水體水質(zhì)凈化作用研究［J］.武漢植物學(xué)研究，2001，19（4）：299～303.

所獲榮譽(yù)及獎(jiǎng)勵(lì)：

國家級(jí)優(yōu)秀工程設(shè)計(jì)獎(jiǎng)3項(xiàng)；省級(jí)優(yōu)秀工程設(shè)計(jì)獎(jiǎng)3項(xiàng)。

李德強(qiáng)（1976-），男，黑龍江人，高級(jí)工程師，碩士，畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)，環(huán)境科學(xué)專業(yè)，主要從事市政給水排水工程、垃圾處理工程設(shè)計(jì)工作。

X522

A

2095-2066（2016）16-0009-02

本項(xiàng)目為廣州市科學(xué)（技術(shù)）研究專項(xiàng)重點(diǎn)項(xiàng)目，（201505192330218）。

2016-5-16