中南林業(yè)科技大學(xué)人工濕地

1、中南林業(yè)科技大學(xué)課 程 論 文論文名稱：人工濕地中植物的分類、選擇及作用 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 專業(yè)年級(jí)： 2011環(huán)境工程 人工濕地中植物的分類、選擇及作用摘要：人工濕地系統(tǒng)水質(zhì)凈化技術(shù)作為一種新型生態(tài)污水凈化處理方法,其基本原理是在人工濕地填料上種植特定的濕地植物，從而建立起一個(gè)人工濕地生態(tài)系統(tǒng)。當(dāng)污水通過(guò)濕地系統(tǒng)時(shí)，其中的污染物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被系統(tǒng)吸收或分解，而使水質(zhì)得到凈化。人工濕地系統(tǒng)水質(zhì)凈化的關(guān)鍵在于工藝的選擇和對(duì)植物的選擇及應(yīng)用配置。如何選擇和搭配適宜的濕地植物，并且將其應(yīng)用于不同類型的濕地系統(tǒng)中成了我們?cè)跔I(yíng)建人工濕地前必須思考的問(wèn)題。關(guān)鍵詞：污水處理 人工濕地 濕地植物 正文：人

2、工濕地是一種新型的污水處理模式,是以污水處理為目的的人工設(shè)計(jì)建造和監(jiān)督控制的與沼澤類似的地面。其設(shè)計(jì)和建造是通過(guò)對(duì)濕地自然生態(tài)系統(tǒng)中的物理、化學(xué)和生物作用的優(yōu)化組合而進(jìn)行的,也正是利用這3種作用的協(xié)同關(guān)系進(jìn)行的廢水處理,使水質(zhì)得到不同程度的改善,同時(shí)通過(guò)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和水分的生物地球化學(xué)循環(huán),促進(jìn)綠色植物的生長(zhǎng),實(shí)現(xiàn)污水的資源化和無(wú)害化。植物是人工濕地的核心,不但可以去除污染物,還可以促進(jìn)污水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)和再利用,同時(shí)還能綠化土地,改善區(qū)域氣候,促進(jìn)生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)。一、人工濕地污水處理系統(tǒng)植物的選用原則1、植物在具有良好的生態(tài)適應(yīng)能力和生態(tài)營(yíng)建功能。管理簡(jiǎn)單、方便是人工濕地生態(tài)污水處理工程的

3、主要特點(diǎn)之一。若能篩選出凈化能力強(qiáng)、抗逆性相仿,而生長(zhǎng)量較小的植物,將會(huì)減少管理上尤其是對(duì)植物體后處理上的許多麻煩。一般應(yīng)選用當(dāng)?shù)鼗虮镜貐^(qū)天然濕地中存在的植物。2、植物具有很強(qiáng)的生命力和旺盛的生長(zhǎng)勢(shì)。 抗凍、抗熱能力。由于污水處理系統(tǒng)是全年連續(xù)運(yùn)行的,故要求水生植物即使在惡劣的環(huán)境下也能基本正常生長(zhǎng),而那些對(duì)自然條件適應(yīng)性較差或不能適應(yīng)的植物都將直接影響凈化效果。 抗病蟲害能力。污水生態(tài)處理系統(tǒng)中的植物易滋生病蟲害,抗病蟲害能力直接關(guān)系到植物自身的生長(zhǎng)與生存,也直接影響其在處理系統(tǒng)中的凈化效果。 對(duì)周圍環(huán)境的適應(yīng)能力。由于人工濕地中的植物根系要長(zhǎng)期浸泡在水中和接觸濃度較高且變化較大的污染物,因

4、此所選用的水生植物除了耐污能力要強(qiáng)外,對(duì)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、土壤條件和周圍的動(dòng)植物環(huán)境都要有很好的適應(yīng)能力。3 、所引種的植物必須具有較強(qiáng)的耐污染能力。水生植物對(duì)污水中的BOD5、COD、TN、TP主要是靠附著生長(zhǎng)在根區(qū)表面及附近的微生物去除的,因此應(yīng)選擇根系比較發(fā)達(dá)，對(duì)污水承受能力強(qiáng)的水生植物。4 、植物的年生長(zhǎng)期長(zhǎng)，最好是冬季半枯萎或常綠植物。人工濕地處理系統(tǒng)中常會(huì)出現(xiàn)因冬季植物枯萎死亡或生長(zhǎng)休眠而導(dǎo)致功能下降的現(xiàn)象，因此，應(yīng)著重選用常綠冬季生長(zhǎng)旺盛的水生植物類型。5 、所選擇的植物將不對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境構(gòu)成隱患或威脅，具有生態(tài)安全性；6、具有一定的經(jīng)濟(jì)效益、文化價(jià)值、景觀效益和綜合利用價(jià)值。此

5、外，在選擇植物過(guò)程中也要注意以下幾點(diǎn)：1、優(yōu)先選用本土植物,慎重引入外來(lái)植物,避免引發(fā)生物安全性問(wèn)題。由于人工濕地中的植物根系是長(zhǎng)期浸泡在水中并接觸濃度較高且變化較大的污染物,因此,選用的水生植物除耐污能力強(qiáng)外,對(duì)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、土壤條件和周圍的動(dòng)植物環(huán)境要有很好的適應(yīng)能力,選用當(dāng)?shù)鼗虮镜貐^(qū)天然濕地中存在的植物。2、合理搭配不同植物物種。多物種的生態(tài)系統(tǒng)比單一物種的系統(tǒng)要穩(wěn)定。但也要考慮到不同種類的植物生長(zhǎng)一起,不僅污染物凈化能力和景觀效果差異較大,而且存在著相互之間的作用。主要包括兩個(gè)方面:其一是對(duì)光、水和營(yíng)養(yǎng)等資源的競(jìng)爭(zhēng);其二是植物之間通過(guò)釋放化感物質(zhì),影響周圍植物的生長(zhǎng)。另外,一些植物的

6、枯枝落葉經(jīng)雨水淋溶或微生物的作用也會(huì)釋放出化感物質(zhì),抑制植株的生長(zhǎng),如寬葉香蒲枯枝爛葉腐爛后會(huì)阻礙其本身新芽的萌發(fā)和新苗的生長(zhǎng)。二、 人工濕地中植物分類1-根據(jù)植物類型分類（1）漂浮植物（水葫蘆、大薸、水芹菜、李氏禾、浮萍、水蕹菜、豆瓣菜等）特點(diǎn)：生命力強(qiáng)，對(duì)環(huán)境適應(yīng)性好，根系發(fā)達(dá)；生物量大，生長(zhǎng)迅速；具有季節(jié)性休眠現(xiàn)象，如冬季休眠或死亡。生長(zhǎng)的旺盛季節(jié)主要集中在每年的3-10月或9月-次年5月；生育周期短，主要以營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)為主，對(duì)N氮的需求量最高；但是若水中有過(guò)多的氮和磷，則會(huì)導(dǎo)致漂浮植物過(guò)度繁殖。同時(shí)消耗水體氧，水質(zhì)下降，原正常生長(zhǎng)的水生物就容易死亡，從而破壞河水整個(gè)生態(tài)環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)。應(yīng)用

7、：由于這類植物的環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，因此在進(jìn)行植物配置時(shí)應(yīng)當(dāng)作地方優(yōu)勢(shì)品種予以優(yōu)先考慮；人工濕地系統(tǒng)中，水體中養(yǎng)分的去除主要依靠植物的吸收利用，因此，生物量大、根系發(fā)達(dá)、年生育周期多和吸收能力好的植物成為我們選擇的目標(biāo)；利用植物季節(jié)性休眠特性，我們可以給予正確的植物搭配，如冬季低溫時(shí)配置水芹菜而夏季高溫時(shí)則配置水葫蘆、大薸等適宜高溫生長(zhǎng)的植物，以避免因植物品種選擇搭配單一而出現(xiàn)季節(jié)性的功能失調(diào)現(xiàn)象；由于這類植物以營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)為主，對(duì)N氮的吸收利用率要高，因此，在進(jìn)行植物配置時(shí)應(yīng)重視其對(duì)N氮的吸收利用效果，可作為N氮去除的優(yōu)勢(shì)植物而加以利用，從而提高系統(tǒng)對(duì)N氮的去除效果。（2）根莖、球莖及種子植物（睡蓮

8、、荷花、馬蹄蓮、慈姑、荸薺、芋、澤瀉、菱角、薏米、芡實(shí)等。）特點(diǎn)：耐淤能力較好，適宜生長(zhǎng)在淤土層深厚肥沃的地方，生長(zhǎng)離不開土壤；適宜生長(zhǎng)環(huán)境的水深一般為40-100CM左右；具有發(fā)達(dá)的地下塊根或塊莖，其根莖的形成對(duì)P磷元素的需求較多，因此，對(duì)P的吸收量較大；種子果實(shí)類植物，其種子和果實(shí)的形成需要大量的P磷和K鉀元素。應(yīng)用 ：基于這些植物的特性，其應(yīng)用一般為表面流人工濕地系統(tǒng)和濕地的穩(wěn)定系統(tǒng)；利用這些植物的生長(zhǎng)（主要是塊根、球莖和果實(shí)的生長(zhǎng)）需要大量的P磷、K鉀元素的特性，將其作為P去除的優(yōu)勢(shì)植物應(yīng)用，以提高系統(tǒng)對(duì)P的去除效果。（3）挺水草本植物類型（蘆葦、茭草、香蒲、旱傘竹、皇竹草、藨草、水蔥

9、、水莎草、紙莎草等）特點(diǎn)：適應(yīng)能力強(qiáng)，或?yàn)楸就羶?yōu)勢(shì)品種；根系發(fā)達(dá)，生長(zhǎng)量大，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)并存，對(duì)N和P、K的吸收都比較豐富；能于無(wú)土環(huán)境生長(zhǎng)；可以搭配種植于潛流式人工濕地，也可以種植于表流式人工濕地系統(tǒng)中。應(yīng)用：深根叢生型的植物，其根系的分布深度一般在30CM以上，分布較深而分布面積不廣。植株的地上部分叢生，如皇竹草、蘆竹、旱傘竹、野茭草、薏米、紙莎草等。由于這類植物的根系入土深度較大，根系接觸面廣，配置栽種于潛流式人工濕地中更能顯示出它們的處理凈化性能。深根散生型植物，根系一般分布于20-30CM之間，植株分散，這類植物有香蒲、菖蒲、水蔥、藨草、水莎草、野山姜等，這類植物的根系入土深度

10、也較深，因此適宜配置栽種于潛流式人工濕地。淺根散生型植物，如美人蕉、蘆葦、荸薺、慈姑、蓮藕等，其根系分布一般都在5-20CM之間。由于這些植物的根系分布淺，而且一般原生于土壤環(huán)境，因此適宜配置于表流式人工濕地中。淺根叢生型的植物，如燈心草、芋頭等叢生型植物，由于根系分布淺，且一般原生于土壤環(huán)境，因此僅適宜配置于表面流人工濕地系統(tǒng)中（3）沉水植物（苦草、金魚藻、狐尾藻、黑藻、小葉眼子菜、輪藻、小茨藻等）特點(diǎn)：根不發(fā)達(dá)或退化，植物體的各部分都可吸收水分和養(yǎng)料，通氣組織特別發(fā)達(dá)，有利于在水中缺乏空氣的情況下進(jìn)行氣體交換；增加水中的溶氧，凈化水質(zhì)，擴(kuò)大水生動(dòng)物的有效生存空間，沉水植物的幼嫩部分又可供水

11、生動(dòng)物攝食。應(yīng)用：多用作人工濕地系統(tǒng)中最后的強(qiáng)化穩(wěn)定植物加以應(yīng)用，以提高出水水質(zhì)，增加水中溶氧量。2-根據(jù)植物原生環(huán)境分類（1）原生于實(shí)土環(huán)境的植物(美人蕉、蘆葦、燈心草、旱傘竹、皇竹草、蘆竹、薏米等)其根系生長(zhǎng)有一定的向土性，配置于表面流濕地系統(tǒng)中，生長(zhǎng)會(huì)更旺盛。但由于它們的根系大都垂直向下生長(zhǎng)，應(yīng)用于潛流式濕地中起凈化處理的效果會(huì)更好；（2）原生于沼澤、腐殖層、草炭濕地、湖泊水面的植物（水蔥、野茭、山姜、藨草、香蒲、菖蒲）由于其生長(zhǎng)已經(jīng)適應(yīng)了無(wú)土環(huán)境，因此更適宜配置于潛流式人工濕地。（3）塊根塊莖類的水生植物（荷花、睡蓮、慈姑、芋頭）只能配置于表流濕地中。三、植物在人工濕地中的作用濕地植物

12、能通過(guò)吸收、吸附和富集等作用去除污水中的污染物,包括對(duì)氮、磷的吸收利用及對(duì)重金屬的吸附和富集。徐德福等的研究表明,種植美人蕉、菩提子、鳳眼蓮和蘆葦?shù)臐竦?對(duì)氮、磷去除率分別是10.91%59.32%和50.13%87.26%1進(jìn)行城鎮(zhèn)污水處理試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),種植水燭和燈心草的人工濕地中氮、磷的含量分別比無(wú)植物的對(duì)照基質(zhì)中的含量低18%28%和20%31%,可見(jiàn)水燭和燈心草吸收利用了污水中部分的氮和磷。污水中的氮以有機(jī)氮和無(wú)機(jī)氮兩種形式存在,其中無(wú)機(jī)氮作為植物生長(zhǎng)過(guò)程中不可缺少的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),能以離子形式(NH+4和NO-3)被植物吸收利用;部分有機(jī)氮被微生物分解成氨氮后,也能被植物吸收利用。當(dāng)植物從污

13、水中吸收氮元素后,將氮元素合成植物蛋白質(zhì)等有機(jī)氮,最后通過(guò)對(duì)植物的收割將它們從濕地系統(tǒng)中去除。對(duì)風(fēng)車草凈化生活污水的實(shí)驗(yàn)表明,每克干重風(fēng)車草能凈吸收污水中2.25mg氮。無(wú)機(jī)磷也是植物必需的營(yíng)養(yǎng)元素,廢水中的無(wú)機(jī)磷在植物吸收及同化作用下可轉(zhuǎn)化成植物的ATP、DNA、RNA等有機(jī)成分,然后通過(guò)植物的收割而移去。通過(guò)建立小試系統(tǒng),對(duì)有植物濕地系統(tǒng)和無(wú)植物濕地系統(tǒng)進(jìn)行了比較研究,結(jié)果表明有植物濕地系統(tǒng)春夏季平均磷的去除率在60%以上,即使在冬季也能達(dá)到40%以上,出水總磷濃度達(dá)到或低于國(guó)家地面水三級(jí)標(biāo)準(zhǔn),處理效果接近二級(jí)生化處理廠,而且出水水質(zhì)穩(wěn)定,冬季仍能正常運(yùn)行,而無(wú)植物濕地系統(tǒng)磷的去除率僅為2

14、8%植物通過(guò)根部直接吸收水溶性重金屬,還能通過(guò)改變根際環(huán)境來(lái)改變污染物的化學(xué)形態(tài),達(dá)到降低或消除重金屬污染物化學(xué)毒性和生物毒性的作用。垂直流人工濕地處理低濃度重金屬污水的試驗(yàn)表明風(fēng)車草能吸收富集水體中30%的銅和錳,對(duì)鋅、鎘、鉛的富集也在5%15%。研究發(fā)現(xiàn)種植在濕地中的寬葉香蒲等植物能夠吸附和富集銅、鎘、鉛、鐵和油類,吸附后的重金屬主要分布在根部有機(jī)污染物的吸收是通過(guò)植物和微生物共同作用完成的,其降解機(jī)制分為三方面:轉(zhuǎn)化、結(jié)合、分離。茭白、慈菇對(duì)城市污水BOD的去除率可達(dá)80%以上。水蔥可使食品廠廢水中COD降低70%80%,使BOD降低60%90%在用潛流人工濕地處理豬場(chǎng)廢水的研究中發(fā)現(xiàn),

15、在夏季進(jìn)水COD高達(dá)10001400mg/L的情況下,風(fēng)車草和香根草人工濕地對(duì)COD的去除率依然接近90%,且植物生長(zhǎng)良好。(2)植物的光合及蒸騰特性對(duì)其本身營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的代謝有著重要的影響。濕地中的植物將光合作用產(chǎn)生的氧氣通過(guò)氣道輸送至根區(qū),在植物根區(qū)的還原態(tài)介質(zhì)中形成氧化態(tài)的微環(huán)境,為不同的微生物提供了各自適宜的生活環(huán)境。植物的蒸發(fā)蒸騰作用導(dǎo)致的水量變化是濕地水量平衡不可忽略的重要部分。(3)人工濕地中微生物的種類和數(shù)量是極其豐富的,因?yàn)槿斯竦厮参锏母党Ｐ纬梢粋€(gè)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),并在植物根系附近形成好氧、兼性和厭氧的不同環(huán)境,為各種不同微生物的吸附和代謝提供了良好的生存環(huán)境,也為人工濕地污水處

16、理系統(tǒng)提供了足夠的分解者。研究表明,有植物的濕地系統(tǒng),細(xì)菌數(shù)量顯著高于無(wú)植物系統(tǒng),且植物根部的細(xì)菌比介質(zhì)處高12個(gè)數(shù)量級(jí),植物的根系分泌物還可以促進(jìn)某些嗜磷、氮細(xì)菌的生長(zhǎng),促進(jìn)氮、磷釋放、轉(zhuǎn)化,從而間接提高凈化率。(4)維持人工濕地的運(yùn)行環(huán)境。植物在人工濕地系統(tǒng)中起固定床體表面、提供良好過(guò)濾條件、防止?jié)竦乇挥倌嘤偃约岸局伪娴茸饔?。植物的生長(zhǎng)能加快天然土壤的水力傳輸程度,當(dāng)植物成熟時(shí),根區(qū)系統(tǒng)的水容量增大。在植物的根和根系腐爛時(shí),剩下許多的空隙和通道,也有利于土壤的水力傳輸。植物還能減少風(fēng)對(duì)水的影響,繼而減小風(fēng)對(duì)濕地中的沉積物的影響,降低因?yàn)榇箫L(fēng)導(dǎo)致的濕地沉積物和再懸浮。(5)植物的生長(zhǎng)

17、能調(diào)節(jié)濕地周圍的小氣候,美化生態(tài)環(huán)境,為鳥和爬行類動(dòng)物等提供棲息地。在研究中指出,種有百合、風(fēng)信子的人工濕地使人們聯(lián)想到的是水上花園而非污水處理設(shè)施,同時(shí)也為壁虎、蜥蜴等環(huán)境有益動(dòng)物提供棲息場(chǎng)所。(6)植物收割后可資源化利用而產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)價(jià)值,例如將收割后的植物殘?bào)w用于堆肥以產(chǎn)生環(huán)境友好的生物肥,回收的植物還可以用作造紙?jiān)?、編織材料、牲畜的飼料或燃料等。參考文獻(xiàn)：1成水平.人工濕地植物研究J.湖泊科學(xué),2002,14(2):179-184.2范昌發(fā).植物整治研究現(xiàn)狀 J.環(huán)境科學(xué)進(jìn)展,1998, 7(5): 15-18.3徐偉偉,章北平,肖波,等. 植物在人工濕地凈化污水過(guò)程中的作用J. 安全與

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