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宋福等利用狐尾藻(Myriophyllum Verticillatum L)、菹草(Potamogeton Crispus)、苦草(Vallisneria Natans Hara)、伊乐藻、金鱼藻、篦齿眼子菜、轮藻等7种沉水植物对受污染的草海水体的(含底泥)总氮去除速率进行了试验研究,试验的27 d内,对总氮、总磷的去除百分率分别为80.31%和89.82%,得出多物种同时种植去除效果更好的结论。
童昌华等利用人工模拟的方法,在低温季节用金鱼藻等6种植物对养鱼池污水进行净化处理。结果表明,低温季节6种植物对总氮、总磷和硝态氮仍有较好的吸收效果,无论总氮,氨氮还是硝态氮狐尾藻的吸收效率都是最高。
2.2 水生植物对重金属的去除
有许多种湿地植物对污染废水中的重金属具有极强的富集能力,这些植物体内的重金属浓度可达其生长废水中重金属浓度的数百甚至数千倍。姜虎生等研究了芦苇、水芹菜(Apium Graveolens)、香蒲3种水生植物对含铬(Cr)污水的吸收和富集作用,结果表明芦苇对Cr的去除率高于水芹菜和香蒲。
任珺等进行了芦苇、菖蒲、水葱(Scirpus validus Vahl)对不同镉(Cd)浓度和锌(Zn)浓度的富集能力研究,结果表明:水葱、菖蒲、芦苇均能够有效吸收水体中的Cd,菖蒲对水体中Cd具有最强的富集能力,芦苇对Cd的富集能力最弱;菖蒲对Zn2+的吸收能力也高于水葱和芦苇。
徐德福等以4种挺水植物为材料研究了对重金属锌的抗性和去除能力,结果表明:灯心草和菖蒲对锌的抗性能力较强,茭白和美人蕉则较弱。而灯心草抗锌毒害能力最强,当处理锌污染水体时,灯心草可作为一种工程植物。
2.3 水生植物耐盐性研究
对于含盐废水,尤其是无机氮、磷营养盐含量高,COD含量相对较低,不易生化降解的受污染的水体极易富营养化。付春平等研究了香蒲湿地及水葱对泰达地区高含盐再生水的净化效果。结果表明香蒲在盐度高达4 800 mg/L时水质净化效果仍良好;水葱对含盐量高达5000 mg/L的污染水仍具有明显的净化效果。在泰达再生水景观河道实际水体中,对COD、TN、NO3--N、NH3-N、TP、PO43--P的去除率分别为21.37%、61.84%、72.35%、9.30%、49.09%、56.52%,并且两者都能够降低水体的pH值。
不同水生植物的抗盐度能力也不同,李双跃等对芦苇、香蒲、荷花3种水生植物在不同盐浓度下的SOD、POD活性和MDA、叶绿素含量等进行了研究。结果表明芦苇的耐盐性最强,高盐度下对芦苇的生长没有很大影响。
2.4 根系分泌物及根际微生物对废水净化作用
植物-微生物相互作用主宰了陆地生态系统的生态功能,可溶性根系分泌物为微生物提供了丰富的有效性碳源,根系分泌物是植物对环境条件本能反应的一种特征物质。植物和微生物进行协同代谢过程,袁东海等通过对几种湿地植物净化生活污水COD、总氮效果比较发现,植被系统净化污染物的能力一方面取决于植物的生物量,另一方面取决于植被根际微生物的硝化反硝化作用。魏成在不同植物组合条件下,研究了人工湿地系统的污染物去除效率与植物根际微生物群落的相互关系。结果表明,通过不同植物组合而成的湿地系统,可提高根际微生物群落功能多样性,从而提高人工湿地污染物净化的效率和稳定性。
2.5 水生植物腐烂分解对水质的影响
Tanner等在研究利用水生植物处理人工湿地污水时发现,一定量的植物残体可以促进整个系统的脱氮过程,但超过一定范围,氮、磷去除率会减小。唐金艳等对6种水生植物进行64天的腐烂分解试验,结果表明,水生植物在分解前期,会造成水体氮、磷等营养元素激增和局部缺氧现象,但在分解后期,水体中硝态氮和亚硝态氮浓度开始下降,还发现挺水植物芦苇腐解过程中的水体化学需氧量、总氮和总磷浓度最低,水质最好。
3 水生植物净化污染水体的工程与应用研究
3.1 净化塘
水生植物塘具有较高的去污效能,其出水水质,特别是对氮、磷等营养物的去除,比普通氧化塘系统好得多。在城市环境与城市生态静态实验中,水生植物塘对磷和有机物一级降解速率比一般菌藻共生塘平均高出两倍以上。杨鹏等利用三级净化塘处理工艺对云南省某农业生活与农业废水进行了生态拦截与修复,净化塘主要植物为当地植物,如茭白、莲藕、洱海海菜、浮萍和凤眼莲等。实际运行结果表明,该工艺处理效果良好,运行稳定,对水体中总氮、总磷和COD的累计去除率分别达到96.76%、95.08%和83.90%。
3.2 人工湿地系统
芦苇和香蒲被国际上公认是人工湿地的首选植物,其种植简单、繁殖能力强、管理要求粗放、处理效果好。Valipour用芦苇和宽叶香蒲湿地系统净化城市污水试验表明,BOD去除率达到86.59%。隋艳杰等研究也表明,用芦苇作湿地植被,BOD、COD和SS去除效果好。成水平等研究显示,香蒲、灯芯草人工湿地对COD的去除率均达94%以上。
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