污水生態(tài)處理人工濕地植物凈化功能

劉嫣瀟 史 瑞 郭麗娟

濟(jì)寧市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究所有限責(zé)任公司

1 前言

目前我國(guó)現(xiàn)有的人工濕地之中，植物主要分為漂浮植物、沉水植物、挺水植物與浮葉植物等四大類別，這些植物都有著較好地凈化功能，可以成為污水生態(tài)處理的良好工具。所以我們?cè)谶M(jìn)行污水處理工作的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)將人工濕地植物的凈化功能利用起來，采取必要的措施展開污水生態(tài)處理工作。

2 人工濕地的相關(guān)種類

想要對(duì)人工濕地的植物凈化功能進(jìn)行分析與研究，首先要對(duì)人工濕地的植物種類以及人工濕地的相關(guān)含義進(jìn)行一個(gè)初步的了解。下文將對(duì)人工濕地中常見的植物進(jìn)行一個(gè)詳細(xì)的分類介紹。

2.1 植物分類

（1）挺水植物。挺水植物的體積比較大，大多數(shù)都是根系植于水下的泥土中，但主體部分生長(zhǎng)在水面上。此類植于常見于水深較淺的區(qū)域，比較靠近岸邊的潮濕區(qū)域。典型代表有：蘆葦植物、香蒲植物等，也是人工濕地比較常用的植物類型。

（2）漂浮植物。漂浮植物主要是指那類莖葉漂浮在水面上而根系卻懸垂在水中的植物，它們之中的絕大多數(shù)都依附挺水植物生長(zhǎng)，但也有一部分是以群落的形式在水面生長(zhǎng)。此類植物的典型代表有：鳳眼蓮、水芙蓉、槐葉萍等，它們被大范圍用于人工濕地之中。

（3）浮葉植物。浮葉植物一般生長(zhǎng)在淺水區(qū)，他們的根扎于水底的泥土之中，但葉片浮于水面，他們大多數(shù)有著細(xì)長(zhǎng)的葉柄但是內(nèi)里是空的。通常情況下，它也是生長(zhǎng)在挺水植物的周邊區(qū)域，它有著較強(qiáng)的生態(tài)凈化功能，所以可以將其栽種于人工濕地之中。

（4）沉水植物。沉水植物屬大型水生植物，主要生長(zhǎng)在水層的下部分區(qū)域。通常情況下，沉水植物的根系生長(zhǎng)在水層底部的泥土之中，所有的莖葉也都浸沒在水面之下，其對(duì)于深水區(qū)域的適應(yīng)性極高。典型代表有：茨藻科植物、金魚藻可植物等，沉水植物的耐污性較低，因?yàn)樗那o葉部分浸沒在水面之下，一旦水質(zhì)污染嚴(yán)重導(dǎo)致水體的透明度較低，就會(huì)影響其接收光照進(jìn)行光合作用，而且水里的污染物接觸到植物以后會(huì)在其表面依附，產(chǎn)生一些細(xì)菌影響植物本身光合作用的發(fā)揮。

2.2 人工濕地分類

除了人工濕地當(dāng)中的植物涵蓋范圍廣，分類繁復(fù)之外，人工濕地本身也由于污水在內(nèi)的流動(dòng)方式有較大差異而存在著不同的分類。

（1）表面流人工濕地。所謂表面流人工濕地，顧名思義，就是污水只在土壤表層流動(dòng)的人工濕地。這種人工濕地是所有人工濕地當(dāng)中與自然濕地系統(tǒng)最為相像的人工濕地，但與自然濕地有所不同的是，這種人工濕地的污水處理能力要比自然濕地要好得多。這種類型的人工濕地，其去污的主力軍是人工濕地中種植植物的莖與桿。當(dāng)然，植物中莖與桿的去污能力自然無法與根部相比，故而這種表面流的人工濕地，雖然去污能力要比自然濕地好一些，但與其他類型的人工濕地相比，去污能力就會(huì)相對(duì)較弱一些。但是這種表面流的人工濕地相比較其他類型的人工濕地而言，成本耗費(fèi)要小得多，并且不需要花費(fèi)太多的時(shí)間進(jìn)行創(chuàng)建，自有其可取之處。

（2）潛流人工濕地。潛流人工濕地與表面流人工濕地不同，它內(nèi)部的污水并不是在土壤表層流動(dòng)的，而是在濕地床下面流動(dòng)的。也正因如此，潛流人工濕地的去污主力軍并非是植物的莖與桿，而是植物根部的微生物群落。因此相比較表面流的人工濕地而言，潛流人工濕地的污水凈化能力要比表面流人工濕地好。也由于污水流動(dòng)的部分在濕地床下方，故而有關(guān)污水的凈化處理并不如同表面流人工濕地那樣容易受到氣候以及其他外部環(huán)境的影響。但是它也有缺點(diǎn)，相比較表面流的人工濕地而言，潛流人工濕地的造價(jià)成本較高，建造工期也較為漫長(zhǎng)，因此該種類型的人工濕地在國(guó)外的運(yùn)用并不怎樣廣泛。

（3）垂直流人工濕地。所謂的垂直流人工濕地，其污水流動(dòng)并不只在一個(gè)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，而是在整個(gè)濕地中呈現(xiàn)垂直流動(dòng)的態(tài)勢(shì)。最終所有污水都會(huì)被集中輸送至出水端，最后被排除在整個(gè)系統(tǒng)之外。總體而言，垂直流人工濕地相比較其他人工濕地而言，它的去污效果最好，能夠去除較高氨氮濃度的污水，并且水負(fù)荷運(yùn)行能力也較強(qiáng)。因此垂直流人工濕地在未來有較大的應(yīng)用市場(chǎng)與應(yīng)用空間，或許能夠在污水生態(tài)處理方面發(fā)揮更大的作用。

3 污水生態(tài)處理人工濕地植物凈化功能的分析

在進(jìn)行污水生態(tài)處理的過程中，使用人工濕地植物能夠起到良好的凈化作用，有效提升污水生態(tài)處理的效果，它的主要凈化功能有以下幾種。

3.1 吸附有機(jī)物的功能

一般情況下，人工濕地的有機(jī)物凈化功能很強(qiáng)大，它的土壤表層顆粒形成了一道生物膜，在污水流過時(shí)候起到一定的阻擋作用。一些不溶于水的有機(jī)物經(jīng)過生物膜的沉淀與過濾，會(huì)被快速截留然后為一些微生物所用，而可溶類型的有機(jī)物之中的污染物則會(huì)被植物根系的生物膜吸收代謝。人工濕地土壤中的好氧區(qū)存在著大量的好氧菌，這些好氧菌能夠分解污水之中的有機(jī)物，將它們變成水和二氧化碳。而厭氧區(qū)存在的厭氧菌則會(huì)把有機(jī)物分解成甲烷成分和二氧化碳成分。此外，污水之中存在的大多數(shù)有機(jī)物，都能夠被人工濕地里面的微生物分解。通常情況下，人工濕地還能夠?qū)OD還有BOD發(fā)揮一定的吸附功能，有時(shí)候的吸附率可能高達(dá)百分之九十一，效果較為顯著。

3.2 去除污染物的功能

人工濕地的植物在污水生態(tài)處理中去除污染物這一環(huán)節(jié)發(fā)揮著巨大的作用。一般來說，植物對(duì)水體污染物有著吸收、吸附和富集三大功效，并且它的根系能夠?qū)⑽鬯械臓I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收并化為己用。甚至植物還可以將污水里面的重金屬元素以及一些有害物質(zhì)吸附和富集然后再除去。

3.3 凈化氮元素的功能

通常情況下，污水里面的無機(jī)氮和有機(jī)氮成分會(huì)含有大量氮元素，人工濕地的植物能夠吸收氮元素并用其合成植物之內(nèi)的物質(zhì)，最終達(dá)到凈化氮元素的功效。人工濕地之中的植物，還能夠通過物理作用或者化學(xué)作用來吸附和過濾水里面的氮元素，比如植物和微生物的硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)，就能夠?qū)崿F(xiàn)凈化氮元素結(jié)果。此外，人工濕地中栽有的大型植物，它們的根系也會(huì)起到生物膜的作用，可以凈化污水里面的污染物，污水生態(tài)處理作用和功能極好。

3.4 凈化磷元素的功能

通常情況下，人工濕地的植物有著凈化磷元素的功能，它的工作機(jī)制主要是借助植物的吸收功能、微生物積累同化功能和基質(zhì)吸附沉淀功能等完成凈化磷元素任務(wù)。污水里面飽含無機(jī)磷成分，能被植物吸收并將其同化，用于合成DNA和RNA，之后對(duì)植物進(jìn)行收割就能夠吸附其中的磷元素。而在微生物的代謝過程中，磷元素屬于必要成分，而污水之中的有機(jī)磷和難以溶于水的磷，都能夠被微生物轉(zhuǎn)化成可溶解的無機(jī)磷然后被植物全面吸收。用于作為人工濕地土壤或者填料的原料都有著一定的污水吸附功能和離子交換功能，并且這當(dāng)中的基質(zhì)還能夠?qū)α自剡M(jìn)行一定程度的吸附與沉淀，無機(jī)磷成分是他主要的吸收對(duì)象，能夠起到良好的磷凈化功能。

3.5 維持環(huán)境的功能

人工濕地里面的植物，兼具去除污染物和維持環(huán)境兩方面的功能。它能夠有效地固定床體表面，創(chuàng)設(shè)出極佳的過濾條件，并且可以預(yù)防濕地出現(xiàn)淤泥堵塞這一問題，提供一個(gè)有利的環(huán)境給微生物，助其生長(zhǎng)。將人工濕地系統(tǒng)用于污水生態(tài)處理工作，能夠利用植物的生長(zhǎng)和凈化功能改善生態(tài)環(huán)境，全面提升生態(tài)凈化的效果。

4 在污水生態(tài)處理中人工濕地植物的選用存在問題分析

雖然在現(xiàn)階段，有關(guān)技術(shù)研究人員已經(jīng)意識(shí)到了污水生態(tài)處理中人工濕地植物能夠發(fā)揮的巨大作用，但這并不代表現(xiàn)階段人工濕地的植物選用是沒有問題的。事實(shí)上現(xiàn)階段人工濕地的植物選用仍然存在著許多問題。眾所周知，人工濕地當(dāng)中所種植的植物生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)越好，生命力越旺盛，那么其能夠達(dá)到的去污效果也就會(huì)有明顯的提升。但是在實(shí)際的污水生態(tài)處理過程中，人工濕地中的植物其生命力與生長(zhǎng)周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到預(yù)想的效果。很多人工濕地中的植物往往只能夠存活兩季，及至到了冬天就會(huì)枯死，無法再承擔(dān)去污的功用。倘若這個(gè)問題得不到解決，那么污水生態(tài)處理問題就無法得到進(jìn)一步的改進(jìn)。當(dāng)然，除了植物本身的生長(zhǎng)周期問題外，植物的衰退問題也是困擾污水生態(tài)處理的主要問題。很多植物在人工濕地進(jìn)行種植之處，都具有很好地去污能力，但是在生長(zhǎng)一段時(shí)間過后，非但去污能力下降，植物本身也開始呈現(xiàn)衰退的態(tài)勢(shì)。影響植物生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)的因素有很多，污水的水質(zhì)以及水力負(fù)荷等問題，都有可能會(huì)影響到植物的生長(zhǎng)。為此，有關(guān)人工濕地的植物選用問題開始被重新提出，有關(guān)研究者開始思考是否擁有龐大根系的植物就是人工濕地進(jìn)行種植的不二之選，倘若的確只有擁有龐大根系的植物能夠在人工濕地當(dāng)中發(fā)揮出強(qiáng)大的去污凈化能力，那么這類植物就不會(huì)在屢次的實(shí)驗(yàn)中都達(dá)不到預(yù)想的效果。許多研究人員在進(jìn)行龐大根系植物種植之后，其根系不僅沒有隨著植物本身在人工濕地當(dāng)中的生長(zhǎng)而變得愈加發(fā)達(dá)，甚至植物本身在生長(zhǎng)了一段時(shí)間后都逐漸變得頹靡，甚至走向死亡。從這個(gè)方面來看，在人工濕地當(dāng)中所適宜種植的植物種類問題的考量應(yīng)當(dāng)跳出對(duì)根部特征的執(zhí)著，適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行植物選用范圍的擴(kuò)大，讓能夠在人工濕地中存活更久，能夠保持更長(zhǎng)時(shí)間去污效果和去污能力的植物來幫助進(jìn)行污水生態(tài)處理。

5 在污水生態(tài)處理中人工濕地植物的選用標(biāo)準(zhǔn)

上文主要分析了在污水生態(tài)處理的過程之中，人工濕地里面的植物起到了怎樣的凈化功能，也詳細(xì)分析了就目前而言，進(jìn)行污水生態(tài)處理過程當(dāng)中，種植在人工濕地當(dāng)中植物的選用存在的問題。為了能夠?qū)⑦@些植物的凈化功能全方位的發(fā)揮出來，也為了能夠使得技術(shù)人員在進(jìn)行植物種類的選用時(shí)能夠跳出根部發(fā)達(dá)準(zhǔn)入原則的窠臼，我們?cè)趯?shí)際進(jìn)行污水生態(tài)處理的過程中，需要合理地選用一些能夠在實(shí)際操作中發(fā)揮較明顯作用的植物作為人工濕地的植物，將其作用恰當(dāng)合理地發(fā)揮出來，下文將對(duì)植物的選用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析。

5.1 選擇一些耐污能力較強(qiáng)的植物

目前人們?cè)谶x取人工濕地植物的時(shí)候，會(huì)格外關(guān)注其耐污能力。因?yàn)殡m然一些植物能夠?qū)ξ廴经h(huán)境有著極強(qiáng)的適應(yīng)能力，但是由于抗性問題，使得他們的耐污能力存在著極大地差異。抗性問題主要跟遺傳有關(guān)系，不同種類的植物有著不同的遺傳特點(diǎn)，所以導(dǎo)致他們的耐污能力存在著不同，為了建設(shè)出一個(gè)凈化能力最優(yōu)的人工濕地，我們需要對(duì)所種植物進(jìn)行挑選，選擇那些耐污能力較強(qiáng)的植物種類。這樣才能夠用這些植物幫助人工濕地增強(qiáng)污染物凈化功能，將人工濕地的污染生態(tài)處理的功能發(fā)揮得淋漓盡致。

5.2 選擇一些凈化能力較強(qiáng)的植物

人工濕地的植物除了耐污性要強(qiáng)，其凈化功能也十分重要，我們?cè)谶x擇植物的時(shí)候要考慮它凈化能力是否符合人工濕地的要求，讓植物之內(nèi)的污染物濃度和去除污染物的能力都達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)所要求的。比如說燈芯草植物和香蒲植物這兩類植物的去污能力較強(qiáng)，它們能夠?qū)崿F(xiàn)COD的去除率達(dá)到45%左右，像這樣的植物就是人工濕地想要實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)凈化能力所不能錯(cuò)失的。此外，由于一些工業(yè)污染的現(xiàn)象，導(dǎo)致當(dāng)前的污水之中存在著或多或少的重金屬污染物，所以人工濕地在選擇植物的時(shí)候，一些去除重金屬污染物能力較強(qiáng)的植物，也是需要重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象。通過以上這些植物，可以有效地緩解當(dāng)前存在的水污染現(xiàn)象。

5.3 選擇一些根系較為發(fā)達(dá)的植物

我們應(yīng)當(dāng)選擇一些根系較為發(fā)達(dá)的植物用于人工濕地的實(shí)際建設(shè)，因?yàn)榇祟愔参飼?huì)有著較好地吸收功能、吸附功能和富集功能。植物的根系發(fā)達(dá)能夠有效地增加水下生物的數(shù)量，并且有著去除氮元素與磷元素的功能，還可以吸附污水之中存在的一些污染物質(zhì)，甚至還能在一定程度上進(jìn)行生物降解。不過雖然根系較為發(fā)達(dá)的植物功能十分強(qiáng)大，但是過猶不及，想要將其功效發(fā)揮到最優(yōu)，我們也應(yīng)該視實(shí)際情況酌情選擇，不能盲目地選擇，要科學(xué)合理地選擇根系發(fā)達(dá)的植物種類與數(shù)量，將其凈化功能發(fā)揮到最優(yōu)。可以咨詢一些專業(yè)人員，通過他們對(duì)植物污水凈化功能的對(duì)比和分析，來正確選擇有利的植物用于人工濕地的建設(shè)。

5.4 選擇一些本土化的植物

在選擇人工濕地的植物的時(shí)候，我們首先考慮的應(yīng)該是一些本土化的植物，因?yàn)檫x用外地植物的時(shí)候，我們還要考慮到環(huán)境適應(yīng)性這一問題，很多外地植物會(huì)因?yàn)椴惶m應(yīng)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件所以成活率很低，不利于人工濕地的凈化污水目的。但是本土化植物就不同了，它沒有環(huán)境適應(yīng)這一障礙，生長(zhǎng)效果這一點(diǎn)可以得到明確保證，我們只需要考慮如何加快其生長(zhǎng)速度，將其污水凈化能力發(fā)揮到最大即可。所以我們?cè)谔暨x人工濕地的植物的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，合理適當(dāng)?shù)剡x取一些本土的植物用于人工濕地建設(shè)。

6 結(jié)束語

近年來，未來改進(jìn)傳統(tǒng)的污水生態(tài)處理方式，我們逐漸將人工濕地用于污水生態(tài)處理工作。人工濕地當(dāng)中的植物有著極好的污水凈化能力，能夠增加污水生態(tài)處理效果，有助于污水的凈化。但在人工濕地的實(shí)際建設(shè)中，我們需要合理地選擇用于人工濕地的植物，在優(yōu)先考慮本土化植物的前提基礎(chǔ)上，盡可能地去選擇那些耐污、凈化性強(qiáng)，根系發(fā)達(dá)的植物進(jìn)行栽種，將它們所具有的吸附有機(jī)物、去除污染物、去除磷元素和氮元素和維持環(huán)境的功能全面發(fā)揮出來，科學(xué)、合理地建設(shè)人工濕地，形成一種良好的污水生態(tài)處理模式。