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(diǎn)，在國(guó)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(duì)植物在人工濕地凈化污水中的作用及相關(guān)影響因素進(jìn)行系統(tǒng)剖析，以期為人工濕地的設(shè)計(jì)和建設(shè)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(hào)： X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A DOI編號(hào)： 10.14025/j.cnki.jlny.2018.16.013

人工濕地是相對(duì)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(duì)濕地自然系統(tǒng)中的生物、理化等作用進(jìn)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(wú)機(jī)磷、氮等多種營(yíng)養(yǎng)性物質(zhì)，并使其良好生長(zhǎng)。在正常情況下，污水所含有的氨、氮是植物生長(zhǎng)不可或缺的物質(zhì)，能被吸收并合成植物蛋白和有機(jī)氮，再通過(guò)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(huì)通過(guò)濕地降解微生物，使氮不會(huì)過(guò)多殘留；在植物吸收以及同化作用下，污水中的無(wú)機(jī)磷可以轉(zhuǎn)變?yōu)橹参顰TP、DNA等有機(jī)成分，然后通過(guò)植物收割從系統(tǒng)中有效去除。實(shí)驗(yàn)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(shí)，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(yàn)結(jié)果顯示[2]，風(fēng)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(xì)菌后，可加快硒的富集與揮發(fā)。

1.2 輸氧作用

對(duì)大多數(shù)生物而言，濕地屬于嚴(yán)酷逆境，主要表現(xiàn)為土壤缺氧，在這種狀態(tài)下，生物無(wú)法正常呼吸，這就使還原態(tài)的一些元素和有機(jī)物濃度達(dá)到有毒水平。在人工濕地中，污染物所需要的氧主要來(lái)自于大氣中的復(fù)氧以及植物輸氧，植物能夠?qū)⒐夂献饔卯a(chǎn)生的O2通過(guò)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(duì)氧利用使得離根毛較遠(yuǎn)區(qū)域表現(xiàn)為缺氧，再遠(yuǎn)就會(huì)完全缺氧。如此使得根區(qū)有氧與缺氧區(qū)域一并存在，進(jìn)而為根區(qū)好氧以及厭氧微生物提供相應(yīng)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(xì)根能夠快速分解并向土壤中提供有機(jī)碳，該種物質(zhì)能夠?yàn)槲⑸锏纳L(zhǎng)提供必要的營(yíng)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(jī)物的主要參與者和執(zhí)行者，把有機(jī)物充作其主要的能源，轉(zhuǎn)變成必要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和能量。因而，在人工濕地中植物能夠間接促進(jìn)有機(jī)物的分解，而植物根系所產(chǎn)生的酶可直接降解有機(jī)化合物。

1.4抑制

藻類是最為常見(jiàn)的一種水體植物，還是水體有機(jī)物的重要制造者，它在凋亡之后，殘?bào)w通常會(huì)直接殘留在濕地中，藻類所生成的有機(jī)物難以通過(guò)收割機(jī)制轉(zhuǎn)移出來(lái)。藻類植物吸收的氮、磷等會(huì)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(duì)人工濕地的凈化效用產(chǎn)生不良影響。實(shí)驗(yàn)表明，寬葉香蒲、鳳眼蓮等有助于抑制藻類的生長(zhǎng)和繁殖，能夠減小藻類對(duì)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(lái)達(dá)成的，而在微生物的生長(zhǎng)、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(zhǎng)和代謝是有差異的，因而濕地中的植物在吸收和利用有機(jī)物質(zhì)效能方面也有所不同。有學(xué)者模擬人工濕地對(duì)污水凈化的研究，結(jié)果顯示氣溫在22.5℃～32℃時(shí)，池杉清除氮的效果會(huì)隨溫度升高而增加。但同時(shí)有實(shí)驗(yàn)表明，在短期內(nèi)氣溫對(duì)氮、磷清除效果無(wú)顯著性影響，但如長(zhǎng)時(shí)間溫度變化將會(huì)較顯著影響有機(jī)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(wú)變化，但是溫度變化時(shí)間較長(zhǎng)，那么系統(tǒng)中的微生物群落會(huì)因適應(yīng)新環(huán)境而致數(shù)目、種類出現(xiàn)變化，進(jìn)而影響濕地的凈化效果。

2.2 氣候

研究表明，低氣溫對(duì)濕地系統(tǒng)的植物有顯著性影響。因植物生長(zhǎng)于營(yíng)養(yǎng)豐富、溫度適宜的環(huán)境下，抗寒性較弱，因此當(dāng)氣溫急劇降低、形成大風(fēng)時(shí)，會(huì)引起寒害。在相同的環(huán)境下，植物在不同生長(zhǎng)階段的抗寒性是有所差異的，原因可能是植物抗寒性和細(xì)胞含水量有著密切關(guān)系，植物細(xì)胞抗脫水能力越強(qiáng)，那么其抗寒性也相應(yīng)增強(qiáng)?；谏锘瘜W(xué)層面看，抗寒性強(qiáng)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(zhǎng)情況與處理效果不同，在移栽時(shí)必須明確植物的多樣性及其穩(wěn)定性。

2.3生長(zhǎng)狀況

有學(xué)者對(duì)蘆葦、茭白兩種植物在人工濕地中污水磷凈化效果進(jìn)行比較研究，有無(wú)栽種植物的系統(tǒng)對(duì)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(wú)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(duì)總磷清除率分別為58.2%、36.0%、66.3%，無(wú)栽種植物系統(tǒng)對(duì)總磷無(wú)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(jiàn)，有無(wú)栽種植物以及植物生長(zhǎng)對(duì)污水處理效果有很大影響。

3 結(jié)語(yǔ)

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(huì)對(duì)凈化效果產(chǎn)生影響，所以在設(shè)計(jì)和建造時(shí)應(yīng)充分考慮實(shí)際情況，因地制宜，確保凈化效果。

參考文獻(xiàn)

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

[2]王志國(guó)，藍(lán)梅.人工濕地系統(tǒng)污水凈化機(jī)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，祝惠，等.人工濕地處理水體中抗生素的研究進(jìn)展[J].濕地科學(xué)，2017，15（01）：125-131.

作者簡(jiǎn)介：劉斯平，大專學(xué)歷，助理工程師 ，研究方向：濕地野保。