人工湿地中植物的作用

近20 a来,人工湿地系统由于具有独特的净化机理和功能而越来越多地被用于处理生活污水、工业废水和农业污水。人工湿地系统之所以受到国际上广泛的关注,这是由于它具有低能耗,低成本,运行费用少和操作简便等优势。湿地植物在人工湿地中起着非常重要的作用,不但可以直接摄取和利用污水中的营养物质、吸收富集污水中的重金属等有毒有害物质;而且还能输送氧气到根区,提供根区微生物生长、繁殖和降解过程中对氧的需求。通过详细阐述植物对水中营养元素的吸收作用,说明了植物在人工湿地处理污水中的重要性,并提出了一些改进人工湿地处理污水能力的设想以及人工湿地系统水生植物有待进一步研究的问题,研究结果可以为进一步优化人工湿地系统的设计提供参考。     

人工湿地处理水体中抗生素的研究进展

针对中国水环境抗生素污染问题,概述了中国水环境中主要抗生素的种类、来源和危害;比较分析了现有污水处理技术在抗生素污染水体治理中的应用状况,阐述了人工湿地在抗生素污染净化中的应用进展。目前,在中国地表水体中,常见的抗生素为磺胺嘧啶(SDZ)、磺胺二甲嘧啶(SMZ)、磺胺甲恶唑(SMX)、罗红霉素(RTM)、环丙沙星(CFX)和四环素(TC)等,其主要来源于养殖废水、医疗废水及人类和动物的排泄物。人工湿地主要依靠基质吸附、植物吸收和微生物降解的协同作用,去除抗生素。其中,植物通过直接吸收、植物根系分泌和植物根区环境改善等途径,直接或间接地去除抗生素,去除效果因抗生素种类和植物种类不同而差别较大。基质的物理吸附、化学反应、微生物的种类、微生物群落多样性和酶活性等因素也影响人工湿地对抗生素类污水的净化效果。除了人工湿地植物、基质和微生物等内在因素外,金属阳离子、p H、溶解氧、温度和光照等环境因素都会影响人工湿地对污水中抗生素的去除作用。关于人工湿地对污水中抗生素的去除,在净化机理、应用创新、种类拓展和应用推广等方面有必要进一步研究。     

用于污水处理的人工湿地的基质、植物及其配置

从工程角度探讨了人工湿地中基质与植物的筛选以及配置问题。基质是人工湿地不可缺少的组成部分,大部分物理、化学和生物反应等都在基质中进行。不同基质对污染物的净化能力存在明显差异,筛选对污染物净化能力强的当地材料作为人工湿地基质,不但能提高人工湿地的净化能力和使用寿命,还能减少人工湿地的投资成本。植物在人工湿地中有着重要的作用,包括直接吸收氮、磷和重金属等污染物质,提高人工湿地的渗透系数,增强根际微生物活性和输送氧气到根际增加根际的溶解性氧含量等,但不同植物对污染物的净化能力也存在很大差异,选用本地区净化力强的植物用于人工湿地,一方面可以提高人工湿地对污染物的去除效率,另一方面可以减少引用外来植物的投资成本,还可以避免引用外来植物造成的生物入侵危险。在筛选人工湿地基质和植物的基础上合理的配置基质和植物是提高人工湿地净化效率的重要保障。     

人工湿地植物去除废水中重金属的作用机制研究进展

综述了近20 a在国内外建造的人工湿地中的植物去除废水中的重金属研究的报道,总结、分析了对重金属富集能力强的湿地植物种类及其去除废水重金属的机制,介绍了人工湿地中的植物净化含重金属废水的作用和效果。湿地植物通过根系分泌物影响根际环境,可以直接或间接地改变废水中重金属的物理、化学形态。植物可以通过吸收、转运和积累去除废水中的重金属,而在植物吸收、转运和积累重金属的过程中,存在一系列起关键作用的转运蛋白和基因。为了增强人工湿地系统去除废水中重金属的整体功能,可以在优势植物筛选的基础上,采用基因工程和分子生物学技术提高植物的吸收、转运废水中重金属的能力。另外,可以通过基质选择、抗性微生物菌种引种,进一步优化植物、微生物和基质的配置,也将是提高人工湿地处理含重金属废水的效率的重要途径。     

兼顾景观功能的人工湿地植物配置模式探讨

湿地植物是人工湿地的重要组成部分,在水质净化过程中起着非常重要的作用,同时也是形成湿地景观的重要要素,目前人工湿地植物的配置还存在着功能结构单一、种间搭配不合理、季相效果差、岸带植物配置效果不佳等问题,影响植物的生态功能及景观效果。通过对湿地植物群落结构特征的研究,借鉴园林中植物造景,提出将植物净化功能与景观特性相结合的设计构想,并提出空间尺度与时间尺度相结合的植物配置模式及将人工湿地的水体与岸带植物配置相结合的人工湿地植物景观设计方式,这将有利于充分发挥人工湿地的多功能效益。     

人工湿地污水处理技术的应用初探

人工构建湿地是在自然湿地净化污水基础上建立新型污水处理技术,因其独特的优势在国内外得到广泛应用.介绍了湿地污水处理系统的概念;分析了人工湿地按照水流特征可以分为表面流湿地、水平流湿地、垂直流及各种湿地类型的优缺点;阐述了污水在湿地中的净化机理主要分为基质滤过、水生植物净化和微生物降解等主要去除过程;最后介绍了当前中国的主要应用及其尚存在的主要问题和解决的途径,并展望了人工湿地污水处理技术良好应用前景.     

人工湿地的植物选择和净化效果评价

为优化人工湿地植物的水体净化功能和景观生态效果,构建了表流人工湿地不同植物组合的评价体系,分析了湿地植物组合的应用潜力。评价体系选用一级、二级评价指标,一级指标包括植物特性、净化能力、社会经济功能和景观功能;二级指标包括耐污性、耐寒性、氮、磷、COD的去除率和植物维护管理等15项指标。通过计算每种植物组合的指标分数,判断在不同情况下最适合的植物组合。结果表明:在处理污染严重的污水时,芦苇—浮萍—穗状狐尾藻为最优组合,得分为0.80,属于“优”级;在处理污染较轻的水体时,芦苇—凤眼莲—穗状狐尾藻为最优组合,得分为0.74,属于“良”级。湿地植物评价需更加详细并符合当地环境条件的评价指标。     

小叶章湿地系统对污水中磷的净化模拟研究

2008年5～9月,在三江平原小叶章(Calamagrostis angustifolia)湿地中,通过在模拟桶中人工加入3种浓度的含磷污水进行湿地系统对污水中磷的净化模拟研究.结果表明,小叶章湿地系统对污水中正磷酸盐的净化效率较高,平均净化率为85.26%;小叶章主要生长过程中的各生长阶段对湿地系统净化污水中正磷酸盐效率的影响显著(n=60, p<0.05);在小叶章慢速生长阶段至衰老阶段(7月8日～9月30日),湿地系统对污水中正磷酸盐的净化率逐渐降低;小叶章湿地系统对污水中有机磷的净化效率较差,平均净化率为11.64%;生长阶段对小叶章湿地系统净化污水中有机磷效率的影响显著(n=60, p<0.01);小叶章慢速生长阶段至衰老阶段,湿地系统对污水中有机磷的净化率逐渐降低.磷输入浓度由5 mg/L增加到10 mg/L时,磷输入浓度增加对小叶章湿地系统净化污水中正磷酸盐效率的影响不明显,对净化污水中有机磷效率的影响显著(n=60, p<0.01),且在小叶章不同生长阶段,其影响也不同.在小叶章快速生长阶段(6月10日～7月7日);磷输入浓度由10 mg/L增加到20 mg/L时,小叶章湿地系统净化污水中正磷酸盐的效率显著降低(n=24, p<0.01),净化污水中有机磷的效率显著升高(n=24, p<0.05).     

沼泽湿地对污水中NH4^＋-N和PO4^3——P净化模拟研究

选取三江平原典型沼泽湿地———毛苔草沼泽,通过人工施加氮肥和磷肥来模拟农田污水排入沼泽湿地后,沼泽植物对污水的净化效果。从植物营养吸收角度进行野外实地污水净化模拟研究,对植物直接吸收利用的营养成分NH 4-N、PO3-4-P进行了测试分析。研究表明毛苔草沼泽对水中的NH 4-N、PO3-4-P的净化随时间的推移呈现明显的指数衰减下降趋势,随着氮、磷含量的增加,沼泽湿地对污水净化逐渐变慢,净化所需时间增长,曲线数值方程模拟效果较好。     

西北干旱、半干旱地区高盐人工湿地适宜植物筛选

植物是人工湿地的重要组成部分,但是,在西北干旱、半干旱地区,由于年降水量较少,年蒸发量较大,导致人工湿地土壤和水体含盐量较高,可供选择的适宜植物种类少,限制了人工湿地污水处理技术在该地区的应用。选择香蒲(Typha orientalis)、鸢尾(Iris tectorum)、芦苇(Phragmites australis)作为人工湿地中的植物,构建模拟的潜流人工湿地,配置不同含盐量(NaCl含量分别为0%、0.5%和1%)、化学需氧量(质量浓度为191.8~249.9mg/L)、总氮(质量浓度为27.5~33.5 mg/L)和总磷(质量浓度为4.5~5.9 mg/L)的污水,作为人工湿地的进水,研究不同盐度下植物外部形态、生理特性指标变化及其对污水中化学需氧量、总氮和总磷的净化效果,筛选出适宜盐沼的植物。研究结果表明,随着污水中含盐量的增加,3种植物的叶长、叶宽和生物量显著减小,比叶重显著增加;与对照处理相比,当水中NaCl含量为1%时,芦苇叶长的变短幅度相对最大,鸢尾的、香蒲的依次减小,鸢尾叶宽的变窄幅度相对最大,香蒲的、芦苇的依次减小,芦苇株高的变矮幅度相对最大,鸢尾的、香蒲的依次减小,鸢尾生物量的减少幅度相对最大,香蒲的、芦苇的依次减小,鸢尾比叶重的增加幅度相对最大,芦苇的、香蒲的依次减小。当水中NaCl含量为0.5%和1%时,都是芦苇叶片的净光合速率、气孔导度和叶肉导度相对最大,香蒲的、鸢尾的依次减小;香蒲叶片的水分利用效率相对最大,芦苇的、鸢尾的依次减小。当水中NaCl含量为0.5%和1%时,芦苇叶片的脯氨酸含量相对最大,鸢尾的、香蒲的都依次减小;到实验结束时,在各种盐含量下,鸢尾叶片的丙二醛含量相对最大,香蒲的、芦苇的依次减小;芦苇叶片的超氧化物歧化酶活性相对最大,香蒲的、鸢尾的依次减小。在各种盐含量下,都是种植芦苇的人工湿地系统对污水中化学需氧量、总氮和总磷的去除率相对最大,种植香蒲、鸢尾的人工湿地湿地的去除率依次减小。综合考虑3种植物的生长和生理特性以及种植3种植物的人工湿地对污染物去除率,相对最适宜种植在高盐人工湿地的植物为芦苇,其它依次为香蒲、鸢尾。     

沼泽湿地对污水中NH4+-N和PO3-4-P净化模拟研究

选取三江平原典型沼泽湿地--毛苔草沼泽,通过人工施加氮肥和磷肥来模拟农田污水排入沼泽湿地后,沼泽植物对污水的净化效果.从植物营养吸收角度进行野外实地污水净化模拟研究,对植物直接吸收利用的营养成分NH4+-N、PO34--P进行了测试分析.研究表明毛苔草沼泽对水中的NH4+-N、PO34--P的净化随时间的推移呈现明显的指数衰减下降趋势,随着氮、磷含量的增加,沼泽湿地对污水净化逐渐变慢,净化所需时间增长,曲线数值方程模拟效果较好.     

种植4种植物的模拟人工湿地对污水中4种重金属的去除效果

利用黑龙江三江国家级自然保护区中4种常见植物——臌囊薹草(Carex schmidtii)、芦苇(Phragmites australis)、水葱(Scirpus validus)和香蒲(Typha orientalis),构建模拟人工湿地,研究种植了4种植物的人工湿地对当地稻田废水和被污染河水中Cr、Pb、Cu和Zn的去除效果。研究结果表明,在28 d的实验期内,随着实验时间推移,两种污水中的Cr、Pb、Cu、Zn含量都在减小,延长污水在人工湿地中的停留时间,Cr、Pb、Cu、Zn的累积去除率持续增大;实验结束后,种植了4种植物的人工湿地对稻田废水中Cr、Pb、Cu和Zn的平均累积去除率分别为89.56%、55.15%、12.57%和68.17%,对被污染河水中Cr、Pb、Cu和Zn的平均累积去除率分别为86.62%、54.50%、2.74%和44.21%。对稻田废水中的4种重金属,种植臌囊薹草的人工湿地对Cr的去除率(95.45%)最大,种植芦苇的人工湿地对Pb和Cu的去除率(Pb:67.75%;Cu:15.81%)最大,种植水葱的人工湿地对Zn的去除率(75.86%)最大;对被污染河水中的4种重金属,种植芦苇的人工湿地对Cr的去除率(95.48%)最大,种植水葱的人工湿地对Pb的去除率(69.49%)最大,种植香蒲的人工湿地对Cu的去除率(3.46%)最大,种植臌囊薹草的人工湿地对Zn的去除率(64.98%)最大。     

杭州人工湿地与西溪湿地4种植物光合生理生态比较

比较了夏季杭州植物园观鱼池人工湿地和西溪湿地的4种植物,鸢尾(Iris tectorum)、菖蒲(Acorus cala-mus)、美人蕉(Canna indica)和旱柳(Salix matsudana)的生理生态差异。测定了植物的光饱和曲线,蒸腾速率(Tr),计算了表观光量子效率(AQY)、水分利用效率(WUE)和呼吸速率(Rd)等生理参数。研究发现,夏季人工湿地植物的生长状态优于西溪湿地的植物,最大光合速率和蒸腾速率都是人工湿地大于西溪湿地,而呼吸速率则是西溪湿地大于人工湿地。人工湿地为净化鱼池水的沙基质结构以及间歇式供水条件在净化富营养化水的同时也为其中生长的植物创造了好于自然湿地的生长环境。     

红树林湿地系统污染生态及其净化效果的研究概况

红树林湿地系统处于淡水和海水的交互地带,具有净化水体的功能。随着大量污水、废物源源不断地排放入海,红树林湿地的水体净化功能正日益受到重视。综合国内外学者的相关研究成果,对红树林湿地系统的污染生态及其净化效果方面的研究概况进行了综述。目前,红树林湿地系统污染生态的研究主要集中在不同污染物的排放对红树林及生态环境的影响上,包括对红树植物的生长和生理生态的影响,污染物在红树植物中的累积以及污染物对红树林区沉积物、藻类、底栖动物的影响等方面上。研究结果表明,红树林对重金属、石油及污水等污染物有较强的耐性,且红树林植物和林下的土壤都有吸收多种污染物的能力,对污染物有较强的净化效果。红树林湿地系统的研究还有待于进一步深入,红树林湿地资源处于濒危状态,需加强管理和保护,所有的实验项目应在非保护区中进行。     

种植4种植物的模拟人工湿地对污水中4种重金属的去除效果北大核心CSCD

利用黑龙江三江国家级自然保护区中4种常见植物——臌囊薹草(Carex schmidtii)、芦苇(Phragmites australis)、水葱(Scirpus validus)和香蒲(Typha orientalis),构建模拟人工湿地,研究种植了4种植物的人工湿地对当地稻田废水和被污染河水中Cr、Pb、Cu和Zn的去除效果。研究结果表明,在28 d的实验期内,随着实验时间推移,两种污水中的Cr、Pb、Cu、Zn含量都在减小,延长污水在人工湿地中的停留时间,Cr、Pb、Cu、Zn的累积去除率持续增大;实验结束后,种植了4种植物的人工湿地对稻田废水中Cr、Pb、Cu和Zn的平均累积去除率分别为89.56%、55.15%、12.57%和68.17%,对被污染河水中Cr、Pb、Cu和Zn的平均累积去除率分别为86.62%、54.50%、2.74%和44.21%。对稻田废水中的4种重金属,种植臌囊薹草的人工湿地对Cr的去除率(95.45%)最大,种植芦苇的人工湿地对Pb和Cu的去除率(Pb:67.75%;Cu:15.81%)最大,种植水葱的人工湿地对Zn的去除率(75.86%)最大;对被污染河水中的4种重金属,种植芦苇的人工湿地对Cr的去除率(95.48%)最大,种植水葱的人工湿地对Pb的去除率(69.49%)最大,种植香蒲的人工湿地对Cu的去除率(3.46%)最大,种植臌囊薹草的人工湿地对Zn的去除率(64.98%)最大。     

多介质人工湿地对生活污水中氮和磷的去除效率研究

分别以芦苇(Phragmites australis)、东方香蒲(Typha orientalis)、碗莲(Nelumbo nucifera)、水生美人蕉(Canna glauca)、睡莲(Nymphaea alba)—金鱼藻(Ceratophyllum demersum)、凤眼莲(Eichhornia crassipes—金鱼藻为人工湿地净化植物,以沸石和无烟煤作为基质,构建6种多介质人工湿地单元,分别对3种浓度生活污水中的总氮(TN)、氨氮(NH4+—N)、硝态氮(NO3-—N)和总磷(TP)的净化效果进行研究.结果表明,污水停留时间为5d时,4种有沸石和无烟煤作为基质的人工湿地单元,对TN、NH4+—N和TP的去除效率显著高于无基质的两种湿地单元(p＜0.05),其中香蒲、碗莲和美人蕉湿地单元对3种浓度污水的TN、NH4+—N、NO3-—N和TP的净化效率都达到90％以上,以美人蕉湿地单元的净化效率为最高.睡莲—金鱼藻湿地单元对氮和磷的净化效率总体上优于凤眼莲—金鱼藻湿地单元;但是,在凤眼莲—金鱼藻湿地单元处理后的污水中,溶解氧(DO)含量较高,出水清澈、透明.为此,在构建多级人工湿地时,美人蕉宜作为先锋种首先承载高浓度污水,香蒲、碗莲和芦苇次之,凤眼莲—金鱼藻适宜多级人工湿地的最后一级.     

北京市杨镇一中人工湿地设计及污水处理效果

针对北京市农村地区居民居住相对分散、生活污水集中处理难度大的状况,在北京市杨镇一中,建立了经济且简便易行的用于处理污水的人工湿地。该人工湿地由地埋式一体化预处理、多级复合式人工湿地系统、景观湿地系统三部分组成。通过单元实验,对人工湿地的填料结构、植物选择、布水设计、水位调节、湿地防堵系统设计、预处理系统设计进行了创新,研究了1d、2d和3d水力停留时间对污水中有机物处理效应的影响,并开展了人工湿地基质堵塞实验、冬季保温措施研究以及人工湿地脱氮除磷效果研究。结果表明,比较而言,1d和3d的水力停留时间不利于有机物的去除,2d的水力停留时间有利于有机物的去除;人工湿地0～10m的水平距离内,0～5cm、30～35cm、60～65cm深度的基质的堵塞差异显著(n=10,p<0.05),从水平上看,在0m、2m、4m处基质的堵塞最为明显,因此,在更换人工湿地基质时,只需更换0～4m内的基质;棚膜+蒲席覆盖系统去除污水中总氮的效果要优于结冰盖系统,更适宜于北方使用;预处理系统、人工湿地系统、景观湿地系统三部分共同处理污水,优势互补,能使处理后的出水符合北京市水污染排放标准一级B限值。     

几种常见湿地植物及其去污效果

<正>湿地植物在污水处理系统起着重要的作用,与微生物、基质、水体及动物相互协同,使得整个湿地生态系统平衡运转,发挥良好的净化功能。     

人工湿地设计研究进展

从人工湿地的组成——基质、植物、水流方式,阐述人工湿地的去污机理,并综合国内外人工湿地的设计方法,对其关键因素进行分析,探讨人工湿地结构组成因素的选择及确定方法.综述结果表明,人工湿地的出现和发展为净化污水提供了一种生态思路,是未来水处理领域发展的一种趋势,但目前人工湿地的设计理论尚不完善,存在较大的改进空间.如何进一步改进人工湿地结构组成成分、优化设计方案依然是未来人工湿地设计需要解决的问题.     

表面流——潜流——潜流串联人工湿地对排入星月水库污水的处理效果

采用表面流—潜流—潜流串联人工湿地模式,对排入长沙市青竹湖星月水库的污水进行处理。分别在2015年7月和11月,研究该人工湿地的水质和植物根际微生物数量。研究结果表明,在7月采样日,该人工湿地对污水中的化学需氧量、总氮、总磷和氨氮的去除率分别为81.9%、97.1%、96.0%和99.8%;在11月采样日,其去除率分别为85.7%、97.8%、96.4%和98.5%。在7月和11月采样日,各污染物含量大致上随着实验进程逐渐减小,在AII单元和AIII单元,污染物含量升高,原因是这两个单元兼顾溢洪的功能。在7月采样日,人工湿地对氨氮的去除率大于11月采样日,而在11月采样日,人工湿地对总氮、化学需氧量和总磷的去除率大于7月采样日。在人工湿地系统中,微生物数量沿程递减,且在11月采样日各单元的微生物数量明显大于7月采样日。在人工湿地系统的两个潜流单元中,前端的潜流单元有利于去除污水中的化学需氧量、总磷和氨氮,后端的潜流单元有利于去除污水中的总氮。