【污水處理技術】從植物學特性述人工濕地植物的選擇與配置
隨著環(huán)境保護的迅速發(fā)展，人們對濕地功能也有了廣泛的認識。濕地作為“地球之腎”，擔負著對地球自然水體的凈化和處理功能。由于城市中天然濕地的逐漸減少和消亡，因此人工濕地以其獨到的優(yōu)越性受到了越來越多的關注和發(fā)展。
人工濕地系統(tǒng)水質凈化技術作為一種新型生態(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，從而建立起一個人工濕地生態(tài)系統(tǒng)。當污水通過濕地系統(tǒng)時，其中的污染物質和營養(yǎng)物質被系統(tǒng)吸收或分解，而使水質得到凈化。
人工濕地系統(tǒng)水質凈化的關鍵在于工藝的選擇和對植物的選擇及應用配置。如何選擇和搭配適宜的濕地植物，并且將其應用于不同類型的濕地系統(tǒng)中成了我們在營建人工濕地前必須思考的問題。
1．人工濕地污水處理系統(tǒng)植物的選用原則
1.1 植物在具有良好的生態(tài)適應能力和生態(tài)營建功能；
管理簡單、方便是人工濕地生態(tài)污水處理工程的主要特點之一。若能篩選出凈化能力強、抗逆性相仿,而生長量較小的植物,將會減少管理上尤其是對植物體后處理上的許多麻煩。一般應選用當地或本地區(qū)天然濕地中存在的植物。
1.2 植物具有很強的生命力和旺盛的生長勢；
① 抗凍、抗熱能力
由于污水處理系統(tǒng)是全年連續(xù)運行的,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,而那些對自然條件適應性較差或不能適應的植物都將直接影響凈化效果。
② 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系到植物自身的生長與生存,也直接影響其在處理系統(tǒng)中的凈化效果。
③ 對周圍環(huán)境的適應能力
由于人工濕地中的植物根系要長期浸泡在水中和接觸濃度較高且變化較大的污染物,因此所選用的水生植物除了耐污能力要強外,對當地的氣候條件、土壤條件和周圍的動植物環(huán)境都要有很好的適應能力。
1.3 所引種的植物必須具有較強的耐污染能力；
水生植物對污水中的BOD5、COD、TN、TP主要是靠附著生長在根區(qū)表面及附近的微生物去除的,因此應選擇根系比較發(fā)達，對污水承受能力強的水生植物。
1.4 植物的年生長期長，最好是冬季半枯萎或常綠植物；
人工濕地處理系統(tǒng)中常會出現因冬季植物枯萎死亡或生長休眠而導致功能下降的現象，因此，應著重選用常綠冬季生長旺盛的水生植物類型。
1.5 所選擇的植物將不對當地的生態(tài)環(huán)境構成隱患或威脅，具有生態(tài)安全性；
1.6 具有一定的經濟效益、文化價值、景觀效益和綜合利用價值。
若所處理的污水不含有毒、有害成分,其綜合利用可從以下幾個方面考慮:
①作飼料,一般選擇粗蛋白的含量>20%(干重)的水生植物；
②作肥料,應考慮植物體含肥料有效成分較高,易分解；
③生產沼氣,應考慮發(fā)酵、產氣植物的碳氮比,一般選用植物體的碳氮比為25～30.5/1；
④工業(yè)或手工業(yè)原料，如蘆葦可以用來造紙，水蔥、燈心草、香蒲、莞草等都是編制草席的原料。
由于城鎮(zhèn)污水的處理系統(tǒng)一般都靠近城郊,同時面積較大,故美化景觀也是必須考慮的。
然而在實際工作中，很多人工濕地的工藝設計者和建設者考慮得最多的是植物的獨有性和觀賞價值等表在因素，沒有考慮到栽種該植物后的植株生長效果、濕地的運行效果、生長表現以及對生態(tài)的安全性等，導致人工濕地在運行一段時間后功能驟降或運行費用劇增，最后導致系統(tǒng)癱費或閑置。
2．人工濕地植物特性的研究及植物配置分析
2．1 根據植物類型分析
2．1．1 漂浮植物
漂浮植物中常用作人工濕地系統(tǒng)處理的有水葫蘆、大薸、水芹菜、李氏禾、浮萍、水蕹菜、豆瓣菜等。
根據對這些植物的植物學特性進行分析，發(fā)現它們具有以下幾個特點：
①生命力強，對環(huán)境適應性好，根系發(fā)達；
②生物量大，生長迅速；
③具有季節(jié)性休眠現象，如冬季休眠或死亡的水葫蘆、大薸、水蕹菜，夏季休眠的水芹菜、豆瓣菜等。生長的旺盛季節(jié)主要集中在每年的3-10月或9月-次年5月；
④生育周期短，主要以營養(yǎng)生長為主，對N的需求量最高。
由于漂浮植物具有上述的植物學特性，因此，在進行人工濕地植物配置的時候我們必須充分考慮它們各自的優(yōu)點：
①由于這類植物的環(huán)境適應能力強，因此在進行植物配置時應當作地方優(yōu)勢品種予以優(yōu)先考慮；
②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、年生育周期多和吸收能力好的植物成為我們選擇的目標；
③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，如冬季低溫時配置水芹菜而夏季高溫時則配置水葫蘆、大薸等適宜高溫生長的植物，以避免因植物品種選擇搭配單一而出現季節(jié)性的功能失調現象；
④由于這類植物以營養(yǎng)生長為主，對N的吸收利用率要高，因此，在進行植物配置時應重視其對N的吸收利用效果，可作為N去除的優(yōu)勢植物而加以利用，從而提高系統(tǒng)對N的去除效果。
2．1．2 根莖、球莖及種子植物
這類植物主要包括睡蓮、荷花、馬蹄蓮、慈姑、荸薺、芋、澤瀉、菱角、薏米、芡實等。它們或具有發(fā)達的地下根莖或塊根，或能產生大量的種子果實，多為季節(jié)性休眠植物類型，一般是冬季枯萎春季萌發(fā)，生長季節(jié)主要集中在4-9月。
根莖、球莖、種子類植物具有以下特點：
①耐淤能力較好，適宜生長在淤土層深厚肥沃的地方，生長離不開土壤；
②適宜生長環(huán)境的水深一般為40-100CM左右；
③具有發(fā)達的地下塊根或塊莖，其根莖的形成對P元素的需求較多，因此，對P的吸收量較大；
④種子果實類植物，其種子和果實的形成需要大量的P和K元素。
由于這類植物具有以下特點，因此在進行人工濕地植物應用配置時應予以充分考慮：
①基于這些植物的特性，其應用一般為表面流人工濕地系統(tǒng)和濕地的穩(wěn)定系統(tǒng)；
②利用這些植物的生長（主要是塊根、球莖和果實的生長）需要大量的P、K元素的特性，將其作為P去除的優(yōu)勢植物應用，以提高系統(tǒng)對P的去除效果。
2．1．3 挺水草本植物類型
這類植物包括蘆葦、茭草、香蒲、旱傘竹、皇竹草、藨草、水蔥、水莎草、紙莎草等，為人工濕地系統(tǒng)主要的植物選配品種。這些植物的共同特性在于：
①適應能力強，或為本土優(yōu)勢品種；
②根系發(fā)達，生長量大，營養(yǎng)生長與生殖生長并存，對N和P、K的吸收都比較豐富；
③能于無土環(huán)境生長。
根據這類植物的生長特性，它們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。
根據植物的根系分布深淺及分布范圍，可以將這類植物分成四種生長類型，即深根叢生型、深根散生型、淺根叢生型和淺根散生型。
（1）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。
（2）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也較深，因此適宜配置栽種于潛流式人工濕地。
（3）淺根散生型的一些植物如美人蕉、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。
（4）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。
2．1．4 沉水植物類型
沉水植物一般原生于水質清潔的環(huán)境，其生長對水質要求比較高，因此，沉水植物只能用作人工濕地系統(tǒng)中最后的強化穩(wěn)定植物加以應用，以提高出水水質。
2．1．5 其它類型的植物
一些如水生景觀植物之類的，由于長時間的人工選擇，使其對污染環(huán)境的適應能力比較弱，因此也只能作為最后的強化穩(wěn)定植物或濕地系統(tǒng)的景觀植物而應用。
2．2 根據植物原生環(huán)境分析
根據植物的原生環(huán)境分析，原生于實土環(huán)境的一些植物如美人蕉、蘆葦、燈心草、旱傘竹、皇竹草、蘆竹、薏米等，其根系生長有一定的向土性，配置于表面流濕地系統(tǒng)中，生長會更旺盛。但由于它們的根系大都垂直向下生長，因此，凈化處理的效果不及應用于潛流式濕地中；對于一些原生于沼澤、腐殖層、草炭濕地、湖泊水面的植物如水蔥、野茭、山姜、藨草、香蒲、菖蒲等，由于其生長已經適應了無土環(huán)境，因此更適宜配置于潛流式人工濕地；而對于一些塊根塊莖類的水生植物如荷花、睡蓮、慈姑、芋頭等則只能配置于表面流濕地中。
2．3 根據植物對養(yǎng)分的需求類型分析
根據植物對養(yǎng)分的需求情況分析，由于潛流式人工濕地濕地系統(tǒng)填料之間的空隙大，植物根系與水體養(yǎng)分接觸的面積要較表流式人工濕地濕地廣，因此對于營養(yǎng)生長旺盛、植株生長迅速、植株生物量大、一年有數個萌發(fā)高峰的植物如香蒲、水蔥、苔草、水莎草等植物適宜栽種于潛流濕地；而對于營養(yǎng)生長與生殖生長并存，生長相對緩慢，一年只有一個萌發(fā)高峰期的一些植物如蘆葦、茭草、薏米等則配置于表面流濕地系統(tǒng)。
2．4 根據植物對污水的適應能力分析
不同植物對污水的適應能力不同。一般高濃度污水主要集中在濕地工藝的前端部分。因此，在人工濕地建設時，前端工藝部分如強氧化塘、潛流濕地等工藝一般選擇耐污染能力強的植物品種。末端工藝如穩(wěn)定塘、景觀塘等處理段中，由于污水濃度降低，因此可以更多考慮植物的景觀效果。
3．小結
一個人工濕地系統(tǒng)的建立，植物的選擇和配置是很重要的考慮因素。在系統(tǒng)建立和植物栽種配置時要將系統(tǒng)的主要功能與植物的植物學特性充分結合起來考慮。只有這樣，才能充分發(fā)揮不同植物各自的優(yōu)勢，達到更好的處理凈化效果。
濕地植物的栽種配置要根據具體的應用環(huán)境和系統(tǒng)工藝來確定，對于一些應用工藝范圍較廣的植物類型，要充分考慮其在該工藝中的優(yōu)勢，能使其充分發(fā)揮自己的長處而居于主導地位。
為達到全面的處理和利用效果，應進行有機的搭配，如深根系植物與淺根系植物搭配，叢生型植物與散生型植物搭配，吸收N多的植物與吸收P多的植物搭配，以及常綠植物與季節(jié)性植物的季相搭配等。在進行綜合處理的一些工藝或工藝段中，切忌配置單一品種，以避免出現季節(jié)性的功能下降或功能單一。作為濕地公園規(guī)劃建設的人工濕地還要考慮景觀搭配。
主要參考資料：
（1）陳長太等人工濕地植物的選擇原則《中國給水排水》2003Vol.19
（2）云南今業(yè)生態(tài)建設集團《耐污染水體凈化水生植物篩選及培育技術研究》總結報告
（3）趙有為中國水生蔬菜北京中國林業(yè)出版社1999.12
（4）趙家榮等水生觀賞植物北京化學工業(yè)出版社2003.7
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