水葫蘆修復污染水體的功能及其在工程應用中所面臨的挑戰

張志勇，嚴少華，徐寸發，劉海琴，張迎穎*

水葫蘆修復污染水體的功能及其在工程應用中所面臨的挑戰

張志勇1，嚴少華1，徐寸發2，劉海琴1，張迎穎1*

1. 江蘇省農業科學院農業資源與環境研究所，江蘇 南京 210014；2. 江蘇省農業科學院中心實驗室，江蘇 南京 210014

水葫蘆（鳳眼蓮，Eichhornia crassipes (Mart) Solms）具有繁殖速度快、生物產量大、吸收氮磷能力強等特點，被廣泛地用于凈化污染水體，是國內外學術界公認的水體修復的優勢物種。然而，目前水葫蘆修復污染水體多停留在研究試驗階段，并未在水體污染治理生態工程中得到大規模應用。文章系統地總結了水葫蘆修復污染水體的功能，并分析了水葫蘆規模化應用于污染水體治理工程中面臨的挑戰。有關研究表明，水葫蘆對生活污水、工業廢水、畜禽養殖廢水、地表徑流水與富營養化河流、湖泊、水庫水體中的氮、磷、重金屬、有機污染物等均有較強的去除效果；規模化種養水葫蘆修復污染水體面臨的主要挑戰包括：潛在的生態風險高，收獲難度大、成本高，處置利用困難，商業化生產可行性低等。針對這些瓶頸問題，文章提出了破解的思路和今后的研究重點：（1）研究規模化安全種養的可靠技術，如種養圍欄設施的研發、水葫蘆適宜種養水域的選擇和適宜的水面覆蓋度等，以防范規模化種養的潛在生態風險；（2）加強研發快速高效、規模匹配的打撈-運輸聯動專用裝備，優化打撈、運輸技術方案，以期提高打撈效率，降低打撈成本；（3）深入研究水葫蘆固、液分離技術，研發高效機械脫水裝備，解決水葫蘆含水量高、擠壓脫水難題；（4）創新水葫蘆資源化利用工藝，充分開發水葫蘆經濟價值，并探索政府生態補償政策和辦法，建立生態補償機制，吸引企業參與，推動規模化種養水葫蘆治污的產業化生產、企業化運行。

鳳眼蓮；富營養化水體；生態修復；工程應用；挑戰

水葫蘆（Eichhornia crassipes (Mart) Solms），又名鳳眼蓮，是一種大型漂浮水生植物，喜高溫濕潤環境，可在 1～40 ℃范圍內生長，最適宜生長溫度為25～27.5 ℃（Wilson et al.，2005）。水葫蘆可進行無性和有性繁殖。無性繁殖通過匍匐莖增殖，在適宜的溫度和濕度條件下，每株水葫蘆每5天能繁殖1株新植株，每公頃水葫蘆年產量（干質量）從幾十噸到上百噸不等（Reddy等，1984；Abbasi，1999；Carina et al.，2007）。水葫蘆是世界上生長繁殖速率極快，產量極高的水生植物之一。雖然水葫蘆被視為世界上危害最嚴重的水生雜草，但其對無機養分、重金屬、持久性有機污染物等具有更強的吸收積累與分解轉化能力。因此，水葫蘆被成功應用于處理各類廢水并在世界范圍內得到了廣泛的認可（Brix，1993；Tchobanoglous et al.，1989；Fox et al.，2008）。相對其他一些水生植物，水葫蘆是污水凈化和富營養化水體修復的優選植物Mishra et al.（2008）。

研究水葫蘆、水浮蓮（Pistia stratiotes）和紫萍（Spirodela polyrhiza）對含Cu、Zn、Cr、Cd污水的處理情況，結果表明，3種水生植物對污水中Cu、Zn、Cr、Cd去除率均高于 90%，且以水葫蘆處理效果最佳；徐寸發等（2015）通過比較水葫蘆、輪葉黑藻(Hydrilla verticillata)和香蒲(Typha orientalis)對富營養化水體的凈化效果，發現水葫蘆對水體TN、TP和COD的去除率均優于其他兩種水生植物。

水葫蘆對水體污染的耐受能力很強，在水體中能夠忍受高濃度的氮、磷污染（Jukkrit et al.，2001；Hu et al.，2010）和多種重金屬污染（Soltan et al.，2003；Mishra et al.，2009）。水葫蘆對氮、磷等營養物質的吸收能力依其生長環境的不同而存在差異。例如，水葫蘆凈化TN、TP初始質量濃度分別為2.06～20.08 mg?L-1和0.14～1.43 mg?L-1的4種富營養化水體時，每噸新鮮水葫蘆對TN、TP的吸收量隨水體初始 TN、TP濃度的升高而增加，分別為1.05～1.51 kg 和 0.21～0.35 kg（張志勇等，2010）；在水力負荷為 0.14～1.0 m3?m-2?d-1，富營養化水體TN、TP 質量濃度分別為 4.85 mg?L-1和 0.50 mg?L-1試驗條件下，每噸新鮮水葫蘆對氮、磷的吸收總量隨水力負荷的提高而增加，分別為0.94～1.35 kg和0.20～0.31 kg（張志勇等，2011）；而在滇池水葫蘆治理污染試驗性工程中，每噸新鮮水葫蘆吸收的TN、TP 量高達 1.70 kg 和 0.42 kg（張迎穎等，2011）。文獻報道水葫蘆對水中的重金屬有很強的富集能力（Reddy等，1984；Zhou，2000）。在重金屬含量較高的水體中，水葫蘆植株體內能夠積累大量的重金屬，但受到重金屬脅迫，其處理效率也隨之降低（Malar et al.，2014）。

水葫蘆繁殖速率高、生物產量大、吸收氮磷能力強，其凈化水質效率高在國際學術界是不爭的事實。然而，水葫蘆修復污染水體多停留在研究試驗階段，并未在水體污染治理生態工程中得到大規模應用。本文系統地歸納了水葫蘆在富營養化水體生態修復與污染水體凈化中的應用實例，分析了水葫蘆規模化應用所面臨的挑戰，指出其潛在的生態安全性問題；收獲難度大、成本高；處置、利用困難，商業化生產可行性小等原因是制約水葫蘆規模化應用于污染水體治理工程中的瓶頸問題，并提出破解上述難題的思路與今后研究重點，為水葫蘆在污染水體凈化中的規模化應用提供參考。

1 水葫蘆生態修復污染水體的功能

1.1 凈化生活污水和工業廢水

近 40年來，基于水葫蘆修復的污水處理生物塘和人工濕地技術發展迅速，與典型的化學處理方法相比，該技術具有投資少、能耗低、見效快和景觀美等優點（Koottatep et al.，1997）。早在1971年，Wooten et al.（1976）利用5個以管道串聯的池塘（每個池塘面積465 m2，深0.8 m，總容積370 m3）放養水葫蘆來處理城鎮污水處理廠二級尾水，結果表明，在進水流量為480 L?min-1條件下，水葫蘆在各個塘中生長旺盛，生長季（105 d）平均生物量達64.5 kg?m-2；尾水流經凈化塘后，出水中的銨態氮和硝態氮被快速去除，TP濃度明顯下降。Sinha et al.（2000）將水葫蘆與浮萍和藍綠藻適當組合后用于處理生活污水，取得了良好的污染物去除效果，對重金屬和BOD的去除率分別為20%～100%和97%，對硝酸鹽和磷酸鹽的去除率均在90%以上。Sajn et al.（2005）利用水葫蘆表面流人工濕地處理污水處理廠二級尾水，為期一年的中試結果表明：人工濕地對污染物的去除效果明顯優于以藻類為主的穩定塘，對SS、TN、COD和BOD的去除率分別為64.6%、38%、67.2%和72.1%。

水葫蘆也被成功地應用于各類工業廢水的處理中。Jayaweera et al.（2004）報道了水葫蘆處理不同濃度人工模擬工業廢水的效果，并探討了水葫蘆去除TN、TP的機理，研究發現：在水力停留時間為21 d，廢水TN、TP濃度分別為7.0～56.0、1.92～15.4 mg?L-1條件下，經過9周后，水葫蘆對所有濃度工業廢水的TN、TP去除率均達到100%，并指出植物吸收和反硝化作用是廢水中 TN去除的主要機制，而植物吸收和吸附作用是TP去除的主要機制。Kulkarni et al.（2007）進行了水葫蘆處理紡織廢水的研究，結果表明：經過18 d處理后，廢水中COD和重金屬的去除率分別為80.0%和25%～45%。

此外，水葫蘆對重金屬具有極高的親和力和累積能力，能夠有效去除造紙廢水、果膠廢水和屠宰廢水中的 Cd、Zn、Hg、Ag、Co、Cr、Cu、Ni、Pb和 As等（Zaranyika et al.，1994；Polprasert et al.，1998；Zhu et al.，1999）。

1.2 處理畜禽養殖廢水

畜禽養殖廢水中含有大量殘留的抗生素、重金屬和氮、磷等物質，成為水體環境污染的主要污染源之一。國內外已開發出多種處理技術，這些技術對畜禽養殖廢水均顯示很好的處理效果，其中，有關以水葫蘆為主要植物的人工濕地和氧化塘處理系統的研究較多。陳小潔等（2012）利用水葫蘆處理含鹽酸四環素、氨芐青霉素等4種抗生素的廢水，處理72 h后，水葫蘆對其中的鹽酸四環素、氨芐青霉素的去除率分別達90%、70%以上。Polprasert et al.（1992）開展了水葫蘆生物塘處理養豬場廢水的試驗，結果顯示：水葫蘆生物塘處理豬場廢水的最佳 COD負荷為 200 kg?hm-2?d-1，最佳水力滯留時間為10～20 d；小試試驗中水葫蘆塘對COD的去除率為 74%～93%，而中試試驗中 COD的去除率為52%～72%；豬場廢水中 TN的去除效果接近于COD；同時指出，為獲得更理想的廢水處理效果，生物凈化塘數量最好在2個以上，并采用串聯方式排列。Lu et al.（2008）將面積為688 m2的集約化養鴨場建于以水葫蘆為核心植物的濕地上，考察水葫蘆濕地對養鴨廢水的凈化能力，研究表明，COD的去除率為 64.44%，TN的去除率為 21.78%，TP的去除率為23.02%，并且廢水中的溶解氧和透明度都得到明顯改善。Alex et al.（2014）利用水葫蘆表面流人工濕地處理羅非魚（Oreochromis spp）、白鯧魚（Colossoma brach ypomum）的養殖池塘廢水，結果表明，在水力停留時間為1.6 d條件下，人工濕地對養魚廢水中的污染物表現出良好的去除效果，NH4+-N、NO3--N、NO2--N、TP和 BOD5的去除率分別為32.1%、16.7%、27.0%、23.0%和67.9%。

深圳萬豐豬場（年產肉豬 10萬頭）在廢水處理工程后段采用水葫蘆生物系統處理廢水（余遠松等，2000）。厭氧發酵后的豬場廢水經兼性氧化塘自然氧化后進入水葫蘆生物處理系統，先經增氧氧化塘氧化，然后進入一級水葫蘆凈化塘；出水經自然氧化塘氧化后進入二級水葫蘆凈化塘，再經沙濾床流入氧化塘達到凈化廢水的目的。在廢水 COD質量濃度為 800 mg?L-1，TN 質量濃度為 600 mg?L-1，水葫蘆覆蓋面積占總面積70%的情況下，水葫蘆對豬場廢水 COD及 TN的去除效果分別為 69%和75%，達到了廢水凈化的目的。

1.3 凈化地表徑流水

就全球范圍來看，由地表徑流產生的非點源污染是當前所有河流水污染的基本來源，是河流 70%氮素的來源（USEPA，2000）。國內外學者對以水葫蘆為主的生態工程技術控制地表徑流污染的效果進行了研究。Reddy et al.（1982）開展了為期1年的水葫蘆塘處理農田灌溉排水的現場試驗，結果表明，在水力滯留時間為3.6 d條件下，水葫蘆塘對輸入的NO3-和NH4+的去除率達78%～81%，對TP的去除率為54%。Polomski et al.（2009）采用室內模擬試驗方法研究了水葫蘆、水浮蓮和狐尾藻(Myriophyllum verticillatum L.)3種人工濕地修復苗圃徑流的效果，結果表明，為期8周的試驗期內，濕地接納徑流水的 TN、TP 質量濃度分別為 0.39～36.81 mg?L-1和0.07～6.77 mg?L-1，植物組織內氮、磷的含量隨徑流水的TN、TP濃度增加而升高，并與TN、TP負荷呈正相關；水葫蘆和水浮蓮對 TN的去除率接近100%，自身吸收的TN量與TN負荷量呈正相關；3種植物對苗圃經流水中TP的去除率相近，但均低于TP負荷量；試驗結論指出，水葫蘆等3種水生植物均可用于人工濕地凈化苗圃徑流。

為減少或控制稻田排放水體對外河水體的污染，夏小江（2012）構建了稻田-水葫蘆塘水循環系統，研究了水葫蘆對不同氮磷養分濃度稻田排水的凈化效果，以及系統對稻田氮磷等養分徑流流失的控制作用。結果表明：水葫蘆對3種不同濃度的稻田排放水 TN的去除率分別為 62.04%、76.75%、88.46%；對TP的去除率分別為93.52%、88.46%、78.57%，其對水體中氮、磷養分的凈化效果與水體中氮、磷養分濃度具有顯著的相關性，對氮的去除率隨著水體氮素濃度的升高而降低，但對磷的去除率則隨著水體中TP濃度的升高而不斷上升；整個稻季，水葫蘆塘截留的稻田徑流氮、磷量分別為8.13、0.57 kg?hm-2；此外，由于水葫蘆塘對雨水具有攔蓄作用，整個稻季，水葫蘆塘攔截雨水中氮、磷的能力分別達 1.49 kg?hm-2和 0.03 kg?hm-2。

1.4 修復富營養化河流、湖泊、水庫

水體富營養化已成為當今世界性難題，是全球范圍內普遍存在的環境問題（Heisler et al.，2008；Ansari et al.，2011）。利用水葫蘆來凈化富營養化水體的研究在國內外報道很多。水葫蘆在生長過程中能吸收水體中大量的氮、磷等營養元素（齊玉梅等，1999），不僅能在池塘、河渠、小型湖蕩的湖灣或氧化塘內生長去污，而且在湖泊等開闊水域放養得當也可實施凈化水質的生態工程（竇鴻身等，1995）。上世紀90年代，Pu et al.（1998）在太湖—五里湖內采用毛竹樁、不透水材料建設圍隔，圍隔內放養水葫蘆、水花生（Alternanthera philoxeroides）和蕹菜（Ipomoea aquatic Forsk）等植物，進行了物理-生態工程（PPE）修復水體的研究，為期1年的工程試驗結果表明，該工程能有效地除藻和凈化水質，對水的濁度、色度、NH4+-N、NO2--N的改善效果較好，去除率分別為82%、46%、69%和69%。

Mariana et al.（2012）調查研究了美國哥倫比亞 Tomine′水庫在自然生長了 300 hm2水葫蘆前后的水質變化情況，結果表明，整個水庫水質得到明顯改善，水體中NO3--N和NH4+-N濃度顯著低于水葫蘆生長之前，特別是水體透明度，由植物生長之前的0.3 m增加到了生長后的2.0 m。

泰國實施了水葫蘆修復他金河（Tha-chin River）富營養化水體生態工程，Jukkrit et al.（2001）在持續收獲水葫蘆獲取最高生物產量的基礎上，研究了水葫蘆潛在的生物產量和對水體中營養物質的去除效果，建立了雨季和旱季長期控制河流水質的水葫蘆收獲模型；通過獲得最高收獲量的方法，水葫蘆對他金河水體中的TN和TP消減速率分別達到 0.42 g?m-2?d-1和 0.09 g?m-2?d-1。

江蘇省農業科學院于 2011—2013年作為“水葫蘆治理滇池水體污染試驗性工程”的技術支撐單位，在滇池草海開展了安全控制性種養水葫蘆修復滇池水體的生態工程；利用管架泡沫浮球圍欄設施規模化控養 4.30 km2水葫蘆，草海湖體的 TN、NH4+-N和 NO3--N濃度由河道入湖口的 13.8、4.7和5.8 mg?L-1分別降低到出湖口的3.3、0.02和0.8 mg?L-1；對草海湖體氮素輸入-輸出平衡估算結果顯示，水葫蘆吸收作用是草海湖體氮去除的主要途徑，植物吸收的TN量對湖體入湖氮負荷量的去除貢獻率為52%；生態工程實踐結果表明，規模化控養水葫蘆消減富營養化湖泊水體氮污染負荷效果顯著且具有可行性（Wang et al.，2013）。

現有文獻報道充分證實了水葫蘆在治理各類污染水體方面的凈化優勢。但利用水葫蘆修復污染水體，特別是河流、湖泊和水庫等公共性質的水體時，無論其控養工程規模多大，在規劃、設計、實施以及后期生物量的打撈和處置等方面均面臨諸多的挑戰和風險。

2 水葫蘆修復技術工程應用所面臨的挑戰

水葫蘆在污染水體治理中具有突出的生態修復功能，但在世界各國高度關注污染治理和環境保護的今天，卻鮮見有關水葫蘆在污水治理生態工程中規模化應用的報道。主要存在以下原因：

2.1 潛在的生態風險

水葫蘆繁殖速度驚人，在適宜生長環境下，每年累積的生物干物質量可高達 140 t?hm-2（Adelhamid et al.，1991）。同時，水葫蘆具有在湖泊和河流中隨風力或水流漂移的能力（Gettys et al.，2009）。因此，對于水葫蘆治污生態修復工程，人們首先關注的是生態安全性問題，擔心一旦缺乏科學的管理和控制，水葫蘆會逃逸到下游水域，覆蓋水面進而導致各種生態問題，諸如降低生物多樣性，阻塞水上交通，影響行洪，堵塞灌溉、水電、供水系統，引發疾病威脅人類健康，增加蒸散量造成地表水損失，影響漁業生產等（Calvert，1998）。此外，如若不能將水葫蘆及時收獲上岸，殘留在水中的植株死亡分解后會降低溶解氧濃度，改變水體的營養和碳平衡（Greenfield et al.，2007）；而且較低的溶解氧可促使沉積物向水體釋放磷元素，從而加重水體的富營養化，甚至導致后續水葫蘆或藻類生物量增加（Perna et al.，2005；Bicudo et al.，2007）。也有研究者擔心水葫蘆能夠富集水中的重金屬，制成青貯飼料后為動物所食用，重金屬在食物鏈中累積，進而威脅人類健康（李博等，2004）。

因此，利用水葫蘆生態修復污染水體時，首先要考慮水體生態系統的安全問題，諸如控養水域、控養規模，如何避免溶解氧降低，以及如何解決后續打撈、處置和利用等問題（Bicudo et al.，2007）。

2.2 水葫蘆收獲難度大、成本高

人工和機械收獲是目前控制水葫蘆最常用、最有效的方法之一。人工收獲是勞動密集型的工作，強度大、效率低、成本高。當水葫蘆靠近岸邊時，一個人以輕松且可承受的速度，每小時大約只能收獲200 kg的水葫蘆（Gunnarsson et al.，1997）。據悉，中國的多個省份每年都要組織人工收獲水葫蘆，僅浙江溫州市和福建莆田市每年用于人工收獲水葫蘆的費用分別為1000萬元和500萬元（江洪濤等，2003）。人工收獲僅適用于較小規模的水葫蘆群體；并且在一些地區，收獲工作中還可能存在嚴重的安全隱患（Calvert，1998）。相比而言，機械化收獲效率高、見效快、成本低，是短期內清除水葫蘆的最佳方法。

利用重型機械來打撈和控制水葫蘆始于 1937年的美國陸軍工程師團（Little，1979）。機械收獲通常使用陸基“抓斗式”起重機、挖掘機，或者水基機械，如切割船、破碎機、水草收割船等，同時還需配備一支具備水、陸機械設備的隊伍，專門負責將數量巨大的水葫蘆轉運上岸（Calvert，1998）。機械收獲雖然見效快，但水葫蘆生物量巨大，其收獲成本極其昂貴，每公頃約需600～1200美元，而且處理收獲的水葫蘆也要額外的費用（Malik，2007；Villamagna et al，2010）。來自歐洲環境暑的資料顯示，2005—2008年間，采用機械收獲葡萄牙—西班牙邊境瓜迪亞納河流域的 20萬噸水葫蘆，總費用達14680000歐元；中國每年用于收獲水葫蘆的費用約達10億歐元（EEA，2012）；再如西非的馬里機械收獲水葫蘆的費用大約為每年 80000～100000美元（Dagno et al.，2007）。

此外，在分析機械打撈水葫蘆所需投入的費用時，除了考慮到植株含水量高達 93%～95%（Cifuentes et al.，1976），還須考慮到收貨后的水葫蘆是否具有商業價值。要破解這些難題，目前有兩個辦法：（1）在打撈期間或上岸后縮減水葫蘆體積，降低植株體內的含水量；（2）找到具備經濟價值的商業利用途徑，從而彌補機械打撈的高成本（Babourina et al.，2011）。總而言之，為了使水葫蘆生物量得以資源化利用（如產甲烷或青貯飼料），必須形成一套高效率、低成本的脫水技術（Cifuentes et al.，1976）。

2.3 水葫蘆處置利用難，商業化生產可行性小

在過去的幾十年里，為了控制水葫蘆，世界各地開展了大量有關水葫蘆處置和利用方面的研究（Ndimele et al.，2011）。但水葫蘆利用面臨的基本問題之一是脫水處置難以解決（Malik，2007）。Gettys et al.（2009）研究認為處置機械化收獲后的水葫蘆是一件耗資大和十分棘手的事情。水葫蘆含水量高達95%以上，含有豐富的海綿組織，密度約為0.3 g·cm-3。這意味著每立方米的新鮮水葫蘆生物量僅為300 kg，其中水分含量約285 kg。低密度和高含水量阻礙了水葫蘆的運輸，也制約了其資源化開發利用（National Acadamy of Sciences (NAS)，1977）。

Mathur et al.（2004）設計了一個岸基式破碎機，可將新鮮水葫蘆的體積減少64%，即每立方米的生物量增加到830 kg，該機械破碎處理新鮮水葫蘆的效率為 1 t?h-1。然而，在大型湖泊中，如在東非的勝利湖或西非的拉各斯湖，每年要打撈處理水葫蘆的生物量高達幾百萬噸，若利用上述效率的破碎機就不切合實際了。計算可知，假設水葫蘆現存生物量為100.0萬噸，每天植株生長新增生物量則可達7.0萬噸，即使破碎機每天連續工作8 h，需9000臺破碎機同時工作，才能將新增生物量處理掉，而原有的100萬噸現存量卻并未減少。因此，要處理數量巨大的水葫蘆，關鍵是研發先進的處理技術和高效運行的專用裝備。

水葫蘆的利用，首先需進行脫水處理，以獲得適宜的水分含量（Carina et al.，2007）。目前，國內外關于水葫蘆脫水技術的報道相對較少。小規模利用水葫蘆時，最佳的脫水辦法就是將其曬干。但文獻顯示，將含水量 95.8%的水葫蘆在溫度 25 ℃、濕度68%的環境下晾曬15 d后，水葫蘆含水量僅可降至 72%（Solly，1984）。因此，要將水葫蘆含水量降至較低的水平，必須考慮機械脫水的方法。

Innocent et al.（2008）為了設計適合的烘干設備，開展了水葫蘆烘干脫水特性研究，結果表明，隨著烘干溫度的升高，其烘干率相應提高；雖然采用自然晾干與機械直接烘干等方式，可有效降低水葫蘆水分，但因其脫水時間長或成本高，均難以在實踐中大規模應用。Cifuentes et al.（1976）設計了一種螺旋壓榨脫水方法，并測試了該方法對水葫蘆的脫水效果，得出在最優限壓600 kPa時，水葫蘆殘渣含水量為84%。但含水量84%的水葫蘆殘渣依然無法滿足制作有機肥、飼料和固態發酵的要求，必須進一步降低含水量（蔣磊等，2011；施林林等，2012）。杜靜等（2010）以人工控制性放養的水葫蘆為試驗材料，比較了不同擠壓方式的脫水效果，并對水葫蘆粉碎粗細程度、擠壓篩孔孔徑等工藝參數進行了篩選，試驗結果表明，以螺旋式擠壓方式對水葫蘆脫水的效果最佳，出渣含水率由95.38%降至86.23%，脫水率可達69.67%；若采用螺旋擠壓方式對酸化處理7 d后的水葫蘆進行脫水，則出渣含水量可降到76.77%，脫水率達到82.61%，此脫水效果可完全達到后續資源化利用的基本要求。

3 結論

綜上所述，水葫蘆對各類污染水體和污染物均表現出了顯著的凈化效果和較強的凈化能力，是公認的污染水體生物修復優勢物種。在當前水環境污染日趨嚴重，水質日益惡化的現狀下，破解水葫蘆規模化應用于污染水體生態修復及其資源化利用中面臨的關鍵技術難題，對充分利用水葫蘆的生態修復功能控制水體富營養化具有重要意義。有關水葫蘆修復污染水體效果與機理方面的研究已取得眾多成果，但有關水葫蘆生態修復污染水體工程化技術，特別是規模化安全種養技術、機械化打撈技術、工廠化加工處置技術和資源化利用技術方面的研究卻極其缺乏。因此，今后的研究應著重以下幾方面：（1）構建及比選安全可靠的圍欄設施、探索水葫蘆適宜種養的水域和適宜的水面覆蓋度、定期監測評估種養過程對水生生態系統的安全性影響等，以防范規模化種養的潛在生態風險；（2）針對現有機械化打撈、運輸和機械化脫水裝備效率低、成本高的問題，進一步研發具備可移動性、快速高效、規模匹配的打撈-運輸聯動專用設備，優化打撈、運輸技術方案，大幅提高打撈、運輸效率，降低成本；研究水葫蘆固、液分離技術，研發高效機械脫水裝備，解決水葫蘆含水量高、擠壓脫水難題；（3）創新水葫蘆資源化利用工藝，如汁、渣分開厭氧發酵制沼氣、高溫堆肥和復合青貯發酵飼料生產等，充分開發水葫蘆經濟價值；并進一步探索政府生態補償政策和辦法，建立生態補償機制，吸引企業參與，建立政府主導、生態補償、企業實施的運作模式，推動規模化種養水葫蘆治污的產業化生產、企業化運行。

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Abstract: Water hyacinth (Eichhornia crassipes (Mart) Solms) with the characteristics of fast propagation, large biological yield and strong absorption capacity for nitrogen and phosphorus, was widely used for the purification of polluted water, which was regarded as the dominant species for water restoration by national and international academic community. Many experimental studies about remediation of polluted waters by water hyacinth have been reported, and meanwhile little large-scale application of water hyacinth in treatment project of polluted waters has been carried out. Purification functions of water hyacinth to polluted water has been summarized systematically and the challenge about large-scale application of the macrophyte in treatment project has been analyzed in the paper. The results show that water hyacinth can efficiently remove nitrogen and phosphorus, heavy metals and organic pollutants from various kinds of polluted water, such as sewage, industrial wastewater, livestock and poultry breeding wastewater,surface runoff water and the eutrophic rivers, lakes and reservoirs. The challenge of large-scale application of water hyacinth in restoration project of polluted water mainly include potential ecological risk, difficult and expensive harvesting, difficult dehydration and utilization and low feasibility of commercial production. In order to solve the above problems, some solutions and the research emphases in the future have been presented in the paper. (1) In order to avoid potential ecological risk, the safe and reliable technology for planting water hyacinth should be developed, such as the improvement of planting enclosure facilities, the section of suitable cultivation area and cover ratio. (2) The specialized equipment for rapid harvesting-transport linkage should be manufactured to raise efficiency and reduce cost, and the technical measures of harvesting should be optimized in the future. (3) Solid-liquid separation technology for spongy tissue of water hyacinth should be developed, and efficient equipment of mechanical dewatering should be produced to sharply reduce the moisture content of the macrophyte. (4) The technology for resource utilization of water hyacinth should be developed, and the economic value should be exploited to attract business cooperation, then the mechanism of ecological compensation should be established as soon as possible.

Key words: water hyacinth; eutrophic waters; ecological remediation; engineering application; challenge

The Functions of Water Hyacinth (Eichhornia crassipes (Mart) Solms)in Remediation of Polluted Waters and Challenges in Engineering Application

ZHANG Zhiyong, YAN Shaohua, XU Cunfa, LIU Haiqin, ZHANG Yingying*

1. Institute of Agricultural Resource and Environmental Sciences, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences, Nanjing 210014, China;2. Central Laboratory, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences, Nanjing 210014, China

10.16258/j.cnki.1674-5906.2017.09.022

X52

A

1674-5906（2017）09-1612-07

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江蘇省農業科技自主創新資金項目（CX（15）1004）

張志勇，研究員，主要從事污染水體生態修復研究。E-mail: jaaszyzhang@126.com*通信作者，E-mail: fly8006@163.com

2017-07-20