植物在人工濕地凈化污水中的作用及其影響因素

劉斯平，陶少丹

摘要：人工濕地是現(xiàn)代重要的污水處理技術(shù)系統(tǒng)，有著低能耗、成本低、操作便捷、效能高等特點，在國際上受到很廣泛的關(guān)注。植物是人工濕地主要組成，并發(fā)揮著極為重要的作用。本文主要對植物在人工濕地凈化污水中的作用及相關(guān)影響因素進行系統(tǒng)剖析，以期為人工濕地的設計和建設提供參考。

關(guān)鍵詞：人工濕地；污水凈化；植物；影響因素

中圖分類號： X703 文獻標識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2018.16.013

人工濕地是相對自然濕地而言的概念，就是人造的、可控的、工程性的濕地系統(tǒng)，人為地把土壤、砂石等介質(zhì)按照一定比例構(gòu)成基質(zhì)，并選擇性地植入植物的生態(tài)系統(tǒng)，有著顯著的污水處理效果，其建造原理就是對濕地自然系統(tǒng)中的生物、理化等作用進行優(yōu)化組合[1]。

1 人工濕地凈化污水中植物的作用

1.1 吸收、吸附及富集

植物可以吸收污水中的無機磷、氮等多種營養(yǎng)性物質(zhì)，并使其良好生長。在正常情況下，污水所含有的氨、氮是植物生長不可或缺的物質(zhì)，能被吸收并合成植物蛋白和有機氮，再通過植物的收割從廢水中有效清除，而污水中其他的氮物質(zhì)會通過濕地降解微生物，使氮不會過多殘留；在植物吸收以及同化作用下，污水中的無機磷可以轉(zhuǎn)變?yōu)橹参顰TP、DNA等有機成分，然后通過植物收割從系統(tǒng)中有效去除。實驗表明，生根植物能夠直接從砂土中吸收氮、磷等物質(zhì)，浮水植物能夠在水中去除。同時，植物還可吸附、富集污水中的毒害性物質(zhì)，例如：鉛、鎘、砷等，從吸收能力看，沉水植物>漂浮植物>挺水植物。試驗結(jié)果顯示[2]，風車草可吸收污水中30%的銅與錳，5%～15%的鋅、鎘、鉛等，薺菜根系在附著大量細菌后，可加快硒的富集與揮發(fā)。

1.2 輸氧作用

對大多數(shù)生物而言，濕地屬于嚴酷逆境，主要表現(xiàn)為土壤缺氧，在這種狀態(tài)下，生物無法正常呼吸，這就使還原態(tài)的一些元素和有機物濃度達到有毒水平。在人工濕地中，污染物所需要的氧主要來自于大氣中的復氧以及植物輸氧，植物能夠?qū)⒐夂献饔卯a(chǎn)生的O2通過氣道輸送到根區(qū)，并于根區(qū)還原態(tài)的介質(zhì)中逐步形成氧化態(tài)的微環(huán)境。這種輸氧作用能讓根毛周邊生成好氧區(qū)域，而好氧生物膜對氧利用使得離根毛較遠區(qū)域表現(xiàn)為缺氧，再遠就會完全缺氧。如此使得根區(qū)有氧與缺氧區(qū)域一并存在，進而為根區(qū)好氧以及厭氧微生物提供相應的生存的微生境，讓不同微生物良好生存，相輔相成。

1.3分泌

植物可以往土壤釋放糖類、氨基酸等物質(zhì)，且數(shù)量占全年光合作用產(chǎn)量的10%～20%。研究表明，細根能夠快速分解并向土壤中提供有機碳，該種物質(zhì)能夠為微生物的生長提供必要的營養(yǎng)，植物的存在可以使?jié)竦刂械南趸?、反硝化菌等微生物?shù)量增多。而這些微生物是人工濕地中分解有機物的主要參與者和執(zhí)行者，把有機物充作其主要的能源，轉(zhuǎn)變成必要的營養(yǎng)物質(zhì)和能量。因而，在人工濕地中植物能夠間接促進有機物的分解，而植物根系所產(chǎn)生的酶可直接降解有機化合物。

1.4抑制

藻類是最為常見的一種水體植物，還是水體有機物的重要制造者，它在凋亡之后，殘體通常會直接殘留在濕地中，藻類所生成的有機物難以通過收割機制轉(zhuǎn)移出來。藻類植物吸收的氮、磷等會重新回到人工濕地系統(tǒng)中，如此藻類就可縮短氮、磷等物質(zhì)的循環(huán)周期，這在一定程度上破壞水體的生態(tài)平衡和穩(wěn)定，對人工濕地的凈化效用產(chǎn)生不良影響。實驗表明，寬葉香蒲、鳳眼蓮等有助于抑制藻類的生長和繁殖，能夠減小藻類對濕地凈化效用的影響。

2 植物凈化污水的相關(guān)影響因素

2.1溫度

因濕地的凈化效用主要是基于濕地微生物來達成的，而在微生物的生長、繁殖以及活性中溫度發(fā)揮著重要作用和影響。在不同季節(jié)植物生長和代謝是有差異的，因而濕地中的植物在吸收和利用有機物質(zhì)效能方面也有所不同。有學者模擬人工濕地對污水凈化的研究，結(jié)果顯示氣溫在22.5℃～32℃時，池杉清除氮的效果會隨溫度升高而增加。但同時有實驗表明，在短期內(nèi)氣溫對氮、磷清除效果無顯著性影響，但如長時間溫度變化將會較顯著影響有機物去除率，原因可能是短期溫度變化中系統(tǒng)中的微生物群并無變化，但是溫度變化時間較長，那么系統(tǒng)中的微生物群落會因適應新環(huán)境而致數(shù)目、種類出現(xiàn)變化，進而影響濕地的凈化效果。

2.2 氣候

研究表明，低氣溫對濕地系統(tǒng)的植物有顯著性影響。因植物生長于營養(yǎng)豐富、溫度適宜的環(huán)境下，抗寒性較弱，因此當氣溫急劇降低、形成大風時，會引起寒害。在相同的環(huán)境下，植物在不同生長階段的抗寒性是有所差異的，原因可能是植物抗寒性和細胞含水量有著密切關(guān)系，植物細胞抗脫水能力越強，那么其抗寒性也相應增強?；谏锘瘜W層面看，抗寒性強的植物組織內(nèi)含大量親水化合物，能夠確保原生物質(zhì)在低溫下保持良好的穩(wěn)定性。在栽植氣候適宜下，不同季節(jié)內(nèi)生長情況與處理效果不同，在移栽時必須明確植物的多樣性及其穩(wěn)定性。

2.3生長狀況

有學者對蘆葦、茭白兩種植物在人工濕地中污水磷凈化效果進行比較研究，有無栽種植物的系統(tǒng)對磷清除效果有顯著影響，有栽種植物系統(tǒng)的清除率顯著高于無栽種植物系統(tǒng)，且不同凈化效果與穩(wěn)定性更優(yōu)。另外，在不同季節(jié)，污水磷的凈化效果也有所差異，春夏好于秋冬。另有研究表明，人工濕地植物根區(qū)微生物和凈化效果的季節(jié)變化也有相類似的規(guī)律，夏季蘆葦、菱白和香蒲在濕地系統(tǒng)中對總磷清除率分別為58.2%、36.0%、66.3%，無栽種植物系統(tǒng)對總磷無清除效用，栽種蘆葦?shù)认到y(tǒng)在秋季的磷凈化效果又低于夏季，栽種香蒲系統(tǒng)的總磷清除率在26.5%左右[3]。由此可見，有無栽種植物以及植物生長對污水處理效果有很大影響。

3 結(jié)語

植物在人工濕地污水凈化中有著吸收、吸附、富集、輸氧、分泌及抑制等作用，有著顯著凈化作用，但諸多因素會對凈化效果產(chǎn)生影響，所以在設計和建造時應充分考慮實際情況，因地制宜，確保凈化效果。

參考文獻

[1]李峰平，魏紅陽，馬，王超.人工濕地植物的選擇及植物凈化污水作用研究進展[J].濕地科學，2017，15（06）：849-854.

[2]王志國，藍梅.人工濕地系統(tǒng)污水凈化機理及其影響因素研究[J].人民珠江，2016，37（05）：90-92.

[3]程憲偉，梁銀秀，?；荩?人工濕地處理水體中抗生素的研究進展[J].濕地科學，2017，15（01）：125-131.

作者簡介：劉斯平，大專學歷，助理工程師 ，研究方向：濕地野保。