利用大型水生植物改善水质研究

［印度］ S.多特 等

利用大型水生植物改善水质研究

［印度］ S.多特 等

城市化、工业化的加快以及人口过量造成了环境不断恶化。造成水污染的最主要污染物是各种重金属。水体是各类污染物直接或者间接的主要投放目标，同时，随着暴雨雨水以及生活、工业废水的排入，水体还处于接收的最末端。之前所采用的去除污染物的水体净化技术不仅成本高，而且有时会对生态环境产生负面影响。因此旨在研究既经济又生态友好，同时也有利于生物群落的净水技术。对大约38种相关文献进行综合分析，探讨了不同水生植物在净水方面的潜力。

水污染;污染治理;水生植物;水质研究

1概述

水体是污染物的主要接受和收罗末端，包括工业废水、生活废水和地表径流等。为了去除污染物并净化水质，在实践中采用了多种传统的净水方法，但这些方法大多成本高且对生态环境有不利影响。为了解决这一问题，许多学者进行了利用纯天然方式改善水质的方法研究。博伊德、康维尔、谢菲尔德、斯图尔特、伍滕、多德及杨特等学者是这一研究领域的先驱者，他们证明了水生生物具有能够去除水体养分的潜力。希达尔、沃尔费顿与麦克唐纳，以及沃尔费顿与麦考恩等学者用试验证明了水生植物对于去除水环境中有机污染物起着重要作用。此后，各国研究者开展了更深入的研究，研究各种大型水生植物去除不同水体中营养成分的原理和效率。

废水处理过程的主要目标就是去除或者减少污染物，以达到对人类和排放对象(环境)不产生负面影响的目的。去除废水中重金属物质的传统方法是将废水与污水混合，然后进行一次、二次和三次处理。二次和三次的水处理过程需要大量技术、化学药品和电能，因此需要用既经济又对环境友好的处理方法来取代这种传统方法。学者塔姆等建议了一种可供选择的净水方法，可以用来处理自然湿地和人工湿地的污染问题。这些方法比传统方法更加受到青睐，是由于其不妨害生态环境而且耗能低，因此也更加经济。本文阐明了各种水生植物去除水生态环境中污染物方面的潜力。

美国科学院在其名为《充分利用水草——给发展中国家的一些建议》的书中专门有一章介绍“利用水草处理废水”。

大型水生生物在许多水生态环境的营养成分和重金属循环中都发挥着显著的作用，微生物和大型水生植物可以去除重金属或者其他污染物。在全世界范围内的水体中，经常可以观察到大型水生植物的存在。自然过程或者城市和农业径流使得水体富营养化，也造成了水生植物和海藻的疯长。水生植物十分适合于被用来进行废水处理，因为他们具有很强的从水体中吸收营养物质和其他物质的能力，因此可以减少污染量。学者丹尼进一步指出，水生植物摄入重金属的主要路径是通过挺水植物和浮游植物的根系，而沉水植物的根系和叶也参与到了去除重金属和营养物质的过程中。学者考吉尔提出，沉水根系的植物有着可以将重金属从水和沙之中吸收出来的潜能，其中无根植物可以快速地将重金属从水体中吸收出来。

在富营养水体中常见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)，例如凤眼莲、丁香蓼等)。

(2)大型沉水植物(所有部位沉入水中)，例如轮叶黑藻、水蕴草等。

(3)大型挺水植物(根系在水底土壤中，但茎、叶挺出水面)，例如香蒲和芦苇。

2 各种大型水生植物改善水质的能力

2.1 大型浮游水生植物

大型浮游水生植物主要包括凤眼莲、丁香蓼等。

凤眼莲或水葫芦(凤眼蓝)是世界上最难对付的杂草，其累积和吸收重金属污染物的特性已经被广泛研究，根据学者米切尔的介绍，其数量可以在6 d的时间内增长1倍。在通过水生植物去除水体重金属和其他污染物的研究领域中，凤眼莲屡屡被提及。由于它对水体中的污染物具有生物聚集和生物放大的作用，因此，对于通过这种大型水生植物去除污染物的机理和效率的研究工作很多。学者萨拉提对于巴西凤眼莲摄入重金属进行了研究，观察到它对于营养物质和重金属具有很强的摄入和吸收能力。

学者博伊德对凤眼莲聚集固态氮和磷进行了研究，通过试验确定凤眼莲可以从池塘摄入氮磷。试验结果表明，凤眼莲能够大量去除水体中的氮磷。学者穆拉摩托等的研究表明，凤眼莲能够从被污染的水体中吸收重金属铅(Pb)、铬(Cr)、铜(Cu)、镉(Cd)和锌(Zn)。学者诺尔研究了通过凤眼莲吸收重金属。提瓦里等的研究表明，重金属Pb、Zn、锰(Mn)在生物累积的过程中更容易被吸收，而生物放大则表现在植物中出现更高的重金属含量。凤眼莲具有利用其根组织积累重金属Cd、Cu、Pb和Zn的独特性质。学者平托等的研究表明，凤眼莲在随后的恢复过程中，还可以在很短的时间内大量去除工业废水中的银。学者沃尔费顿与麦克唐纳观察到，凤眼莲之所以能够净化水体，是由于其在污水中的快速生长能力和重金属吸收能力。他们还观察到，凤眼莲能够降低污水中的生物需氧量(BOD)，其效率取决于对于有机物的吸收，由凤眼莲的根部进行分馏和分解。根部通过机械和生物活动而起到过滤器的作用，去除水体悬浮颗粒，降低水体浑浊度。学者沃尔费顿等解释了降低浑浊度的原因，根毛带有的电荷可以吸引带有反方向电荷的胶体颗粒(如悬浮物)，让其吸附在根部，并被植物和有机微生物分解和同化。学者布里克斯观察到，凤眼莲已经被成功应用到废水处理系统中，通过降低有机物和有机营养成分来改善水质。学者斯多威尔等发现，凤眼莲池的作用类似于一个水平滴滤器，沉水植物的根为其中一层厚的细菌生物膜提供物质依托，这实际上也降解了有机物。

2.2 大型沉水植物

大型沉水植物主要包括黑藻、槐叶苹等。

这种植物所有部位都沉入水下，对于去除污染物起到了重要的作用。学者丹尼观察到，依赖根部进行重金属摄取是属于有根的浮游类群，而对沉水类群的依赖较少。他还观察到这样的趋势，即利用芽取代随着淹没进展和茎结构简单化而增加的根，作为重金属摄取的部位。前几年，科学家还研究了通过黑藻和槐叶苹去除污染物。学者伊兰库马恩等进行了轮叶黑藻和槐叶苹的对比研究，得出的结论表明，在污染物浓度较低的情况下，黑藻去除污染物的效率更高，但当污染物浓度较高时，槐叶苹去除污染物的效率则高于黑藻。他们还观察到，主要取决于辐射时间和初始剂量，例如，辐射时间越长，剂量越高，形态上的变化更容易被观察到。学者布恩略辛等研究了大型水生植物去除重金属离子的吸附量，他们发现，对于处理Cd污染物含量较低的废水，黑藻是很好的生物吸附剂。

2.3 大型挺水植物

大型挺水植物主要包括香蒲、芦苇等。

大型挺水植物多见于河湖岸边，其根部在泥土之中，在从沙土之中摄取重金属和营养物质过程中发挥了重要作用。与大型浮游植物相比，挺水植物拥有更多用于去除污染物的组织。对于在更长时期中吸附营养物质，挺水植物的潜力更大。根据学者朱瓦尔克等的研究，当利用香蒲和芦苇进行净水时，可以分别去除78%和91%的BOD，氮从30.8 mg/L下降到9.8 mg/L，磷酸盐从14.9 mg/L 下降到9.6 mg/L。根据学者杜纳宾等的研究，挺水植物通过氧化、缓冲等作用，改变了底层，从而间接影响金属含量。学者莱因等观察到芦苇可去除废水中的Zn，他们还发现茎和叶在其中起到了非常重要的作用。

3 结语

学者博伊德观察到，水生植物十分适合于用来进行废水处理，因为它们具有很强的从水体中吸收营养物质和其他物质的能力，因此可以减少污染量。学者丹尼进一步指出，水生植物摄入重金属的主要路径是通过挺水植物和浮游植物的根系，然而沉水植物的根系和叶也参与到了去除重金属和营养物质的过程中。学者考吉尔提出，沉水根系的植物具有从水和沙之中吸收重金属的潜力，其中无根植物可以快速吸收水体中重金属。

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1006-0081(2011)09-0021-02

2011-03-04

李 慧 孙 远 编译