利用植物凈化功能處理黑臭水體的技術研究

李德強（廣東省建筑設計研究院，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研究

李德強（廣東省建筑設計研究院，廣東 廣州 510010）

通過對水生植物處理黑臭水體的小試研究，明確了挺水植物對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、選種等有關系。對某河涌在控源截污的基礎上，通過人工強化植物的生態修復作用，歷時一年時間，將黑臭河涌水質由重度污染處理到《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）Ⅳ類水的標準，為黑臭河涌治理摸索了一個可行的方法。

黑臭水體；挺水植物；控源截污

我國城市地表水污染嚴重，流經城市的河涌發黑發臭現象十分突出，嚴重地影響了沿岸居民的生產、生活。國家對黑臭水體整治非常重視，《國務院關于印發水污染防治行動計劃的通知》（國發 【2015】17號）明確要求加快城市黑臭水體整治，并下達了具體的整治目標、計劃。

對黑臭水體的治理，截污控源是基礎，攔截掉內源、外源污染后，河涌的生態才能慢慢恢復。但生態的自然修復是個漫長的過程，如果能強化這個過程具有重要的意義。水生植物處理技術就是通過人工手段，強化生態的自然修復，其良好的處理效果、低廉的投資及運行成本、簡單易行的操作方式，受到廣泛關注。

1　水生植物技術處理黑臭水體的機理

大量實踐證明，水生植物通過吸附、吸收、過濾、富集濃縮、降解轉化等作用，能夠大量地去除水中有機物，其機理如下：

（1）直接吸收。有些水生植物能直接吸收污水中的污染物，作為生產所需的營養，促進生長，具體吸收程度與污染物的理化特征有關，也和植物種類、水體性質有關。對于一些并非植物生產所需的污染物，如重金屬離子，植物能通過螯合作用、區室化等作用來吸收、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。植物發達的根系能對部分污染物，特別是懸浮污染物，進行吸附、過濾。

（3）微生物作用。污水中可降解有機物能通過微生物的降解轉化而去除。植物發達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、表皮細胞以及根際分泌物為微生物提供了養料，促進了微生物的代謝。這種植物和微生物形成的共生系統，有利于對污染物的降解。如有些根系上附著著菌根菌，它與植物形成共生系統，能代謝部分自養菌無法代謝的有機物。

（4）抑藻作用。一方面，部分植物能分泌抑藻物質，直接克制藻類的生長；另一方面，水生植物的生產能營造出比較穩定的水體環境，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光能、營養形成競爭關系，而由于前者個體大、生長周期長、對營養吸收能力強，從而抑制了藻類的生長。

（5）酶催化。植物分泌的生化酶在對有機污染物的降解、轉化中發揮了巨大的作用，植物死亡后，酶釋放到水體中，可以繼續發揮降解作用。

2　挺水植物處理黑臭水體的特性參數研究

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，通過實驗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）含量的變化以及對污水中COD的去除率。

試驗裝置采用2個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，分別監測RO、CHL和COD，連續監測一周。（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）。試驗結果如圖1～3。

圖1　溶解氧RO在一天內變化曲線圖

圖2　葉綠素CHL在一天內變化曲線圖

圖3　一天內水箱進、出水水質檢測圖

通過對以上數據進行分析，得出如下結論：

（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，中午光照時間較強時，光合作用最強，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污水中污染物進行了吸收，結果栽植密度較大的水槽中，污水的濃度降低較大，植物受環境的逆影響較小，生長旺盛，產生葉綠素較多。

（3）圖3表明：植物通過光合作用產生氧氣，氧化有機物以及根系吸收等作用，對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，對污水中的養分形成競爭關系，根系間也會產生影響，處理效果反而提高不大。具體的栽植密度應根據具體的污水水質以及栽植植物特性，通過試驗分析確定。

3　工程實例

根據小試研究成果，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，前后經過一年的時間，取得了良好的效果，河涌由黑臭水體處理達到了《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）Ⅳ類水的標準。

（1）處理前。河涌水質惡化嚴重，黑臭明顯。主要污染物指標如表1、圖4。

表1　河涌整治前水質表

圖4　河涌治理前照片

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

圖5　植物生長2個月后照片

（3）最終處理效果。植物生長3個月，整個過程經過一年后，河涌水質得到了極大改善，主要指標達到《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）Ⅳ類水的標準，最終水質指標如表2、圖6。

表2　河涌整治前水質表

圖6　河涌治理后照片

4　小結

通過對挺水植物處理黑臭河水的小試和生產性試驗研究表明，在截污控源的基礎上，通過參數的適當控制，強化植物的凈化功能，能解決河涌黑臭的問題，而且除必要的維護工作外，在穩定運行階段，不需要人工曝氣，就能保持河涌水質。

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

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

所獲榮譽及獎勵：

國家級優秀工程設計獎3項；省級優秀工程設計獎3項。

李德強（1976-），男，黑龍江人，高級工程師，碩士，畢業于哈爾濱工業大學，環境科學專業，主要從事市政給水排水工程、垃圾處理工程設計工作。

X522

A

2095-2066（2016）16-0009-02

本項目為廣州市科學（技術）研究專項重點項目，（201505192330218）。

2016-5-16