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，同時，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，而且有時會對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生負面影響。因此旨在研究既經(jīng)濟又生態(tài)友好，同時也有利于生物群落的凈水技術(shù)。對大約38種相關(guān)文獻進行綜合分析，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生態(tài)環(huán)境有不利影響。為了解決這一問題，許多學者進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。希達爾、沃爾費頓與麥克唐納，以及沃爾費頓與麥考恩等學者用試驗證明了水生植物對于去除水環(huán)境中有機污染物起著重要作用。此后，各國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養(yǎng)成分的原理和效率。

廢水處理過程的主要目標就是去除或者減少污染物，以達到對人類和排放對象(環(huán)境)不產(chǎn)生負面影響的目的。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)、化學藥品和電能，因此需要用既經(jīng)濟又對環(huán)境友好的處理方法來取代這種傳統(tǒng)方法。學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。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。

美國科學院在其名為《充分利用水草——給發(fā)展中國家的一些建議》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)常可以觀察到大型水生植物的存在。自然過程或者城市和農(nóng)業(yè)徑流使得水體富營養(yǎng)化，也造成了水生植物和海藻的瘋長。水生植物十分適合于被用來進行廢水處理，因為他們具有很強的從水體中吸收營養(yǎng)物質(zhì)和其他物質(zhì)的能力，因此可以減少污染量。學者丹尼進一步指出，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養(yǎng)物質(zhì)的過程中。學者考吉爾提出，沉水根系的植物有著可以將重金屬從水和沙之中吸收出來的潛能，其中無根植物可以快速地將重金屬從水體中吸收出來。

在富營養(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)是世界上最難對付的雜草，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)學者米切爾的介紹，其數(shù)量可以在6 d的時間內(nèi)增長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。由于它對水體中的污染物具有生物聚集和生物放大的作用，因此，對于通過這種大型水生植物去除污染物的機理和效率的研究工作很多。學者薩拉提對于巴西鳳眼蓮攝入重金屬進行了研究，觀察到它對于營養(yǎng)物質(zhì)和重金屬具有很強的攝入和吸收能力。

學者博伊德對鳳眼蓮聚集固態(tài)氮和磷進行了研究，通過試驗確定鳳眼蓮可以從池塘攝入氮磷。試驗結(jié)果表明，鳳眼蓮能夠大量去除水體中的氮磷。學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的獨特性質(zhì)。學者平托等的研究表明，鳳眼蓮在隨后的恢復過程中，還可以在很短的時間內(nèi)大量去除工業(yè)廢水中的銀。學者沃爾費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)，其效率取決于對于有機物的吸收，由鳳眼蓮的根部進行分餾和分解。根部通過機械和生物活動而起到過濾器的作用，去除水體懸浮顆粒，降低水體渾濁度。學者沃爾費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，并被植物和有機微生物分解和同化。學者布里克斯觀察到，鳳眼蓮已經(jīng)被成功應用到廢水處理系統(tǒng)中，通過降低有機物和有機營養(yǎng)成分來改善水質(zhì)。學者斯多威爾等發(fā)現(xiàn)，鳳眼蓮池的作用類似于一個水平滴濾器，沉水植物的根為其中一層厚的細菌生物膜提供物質(zhì)依托，這實際上也降解了有機物。

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，對于去除污染物起到了重要的作用。學者丹尼觀察到，依賴根部進行重金屬攝取是屬于有根的浮游類群，而對沉水類群的依賴較少。他還觀察到這樣的趨勢，即利用芽取代隨著淹沒進展和莖結(jié)構(gòu)簡單化而增加的根，作為重金屬攝取的部位。前幾年，科學家還研究了通過黑藻和槐葉蘋去除污染物。學者伊蘭庫馬恩等進行了輪葉黑藻和槐葉蘋的對比研究，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，但當污染物濃度較高時，槐葉蘋去除污染物的效率則高于黑藻。他們還觀察到，主要取決于輻射時間和初始劑量，例如，輻射時間越長，劑量越高，形態(tài)上的變化更容易被觀察到。學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。對于在更長時期中吸附營養(yǎng)物質(zhì)，挺水植物的潛力更大。根據(jù)學者朱瓦爾克等的研究，當利用香蒲和蘆葦進行凈水時，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

學者博伊德觀察到，水生植物十分適合于用來進行廢水處理，因為它們具有很強的從水體中吸收營養(yǎng)物質(zhì)和其他物質(zhì)的能力，因此可以減少污染量。學者丹尼進一步指出，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養(yǎng)物質(zhì)的過程中。學者考吉爾提出，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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1006-0081(2011)09-0021-02

2011-03-04

李 慧 孫 遠 編譯