植物对污水净化处理研究以及对黑龙江水质与植物现状抽样调查植物对污水净化处理研究广州是一个坐落在珠江水系上的城市,密如蛛网的珠江支流河涌遍布市域范围,构成城市水造的骨干脉络,与城北的白云山一起,形成了广州著名的“六脉皆通海、青山半入城”的山水城市格局。广州市中心城区水网纵横,有231条主要河涌,总长913km,分别汇入流溪河、白坭河及珠江广州河段,主要分布在越秀区、荔湾区、海珠区、天河区、白云区、黄埔区。城市水系统组成33.10%25%12.30%0.00%5.00%10.00%15.00%20.00%25.00%30.00%35.00%从化增城番禺水资源总量水资源总量(1)水量充沛,分布不均①空间分布不均由于广州地势自西北向南降低,因此降水量的区域分布也随着地势具有由西北山丘区向东南三角洲平原区逐渐递减的趋势,降雨分配不均使全市各行政分区中本地水资源总量表现出与降雨同样的由北向南逐渐递减的规律。②时间分配不均从降雨的时间分布来看,广州市降雨主要发生在汛期(4~9月),雨季降雨量一般占全年雨量的70%~85%。降雨的时间分布不均使得大量的降水白白流走,是造成广州市水资源利用程度不高的主要原因。城市水系统特点1139211805001000150020002500广州市广东省人均水资源人均水资源(2)本地量少,客水丰富广州市人均水资源占有量为1139m3,明显低于广东省的人均水资源量2118m3。但三江汇合的地理优势决定了广州市具备客水资源丰富的特征,广州市多年平均入境水量为1860.34亿m3,客水资源可利用量为402.42亿m3,是本地水资源可利用总量的22倍。(3)旱涝灾害,时常发生①水患丰富的客水资源为广州发展和河涌提供了重要的水源保障,同时也给广州市带来极高的洪水风险。汛期巨量西、北江客水过境,两江汇合、互相顶托,造成水位壅高,渲泄困难,此时如遇天文大潮,广州市变成一个“水袋子”。②干旱广州市地势北高南低,受气压和气旋的影响,容易形成春旱和秋旱。由于毗邻香港和澳门特别行政区,华南的珠江三角洲成为全球最为活跃的工业生产区域之一,成为有名的“世界工厂”,随之带来了严重的水生态破坏,自然环境方面付出了沉重的代价。水污染是广州如今面临的最为严重的生态环境问题,中心城区水岸建设无序,水系变成排污渠道,超负荷运转,近70%的河涌水系遭受到不同程度的污染,部分河涌则被填埋或变成暗渠,彻底从城市地图上消失。如果再不采取及时而有效的行动,广州将面临由于污染而导致的严重缺水危机。城市水系统面临问题1.工业废水,污染不堪工业污水及生活污水排放、城市降雨径流污染以及来自农地和农场的面源污染,都是以广州为代表的珠江三角洲污染的主要源头。2.有毒物质,危害直攀广州河涌最为严重的水环境污染问题便是工厂企业有毒有害物质的排放,当中包括重金属和有机污染物,其对人类健康和生态系统构成长远的威胁。有毒有害物质一旦释放到环境,便难以清理或控制其带来的风险。持久性强的有毒有害物质,即使经过传统的“末端治理技术”,包括污水处理厂常用的方法,亦不能彻底控制或消除,其可长时期的危及广泛地区。棠下涌康乐涌3.控制排污,收效甚缓广州市域内河涌水系接纳了整个市区工业废水和生活污水,尽管多年的城市环境综合整治使污染物排放量呈下降趋势,但城市生活污水处理能力严重滞后于其排放增加速度,抵消了工业废水治理的成效。“生活污水对贯穿于广州大街小巷231条河涌的污染更为严重,餐饮业污水、畜禽业污水以及沿河公厕粪便直排河中。大部分河涌生物呈灭绝趋势,河虾已很难见到,鱼类仅为耐污类的外江洄游进入的小杂鱼;底泥污染严重,没有发现底栖生物;水体已有绿藻、蓝藻生成,富营养趋势明显。河道附近臭味渐浓,只有蚊虫,早已没有了蜻蜓和水鸟飞翔。”4.动力不足,污物散难(1)潮汐、径流的影响广州大部分河涌受潮汐、径流共同作用等自然条件的影响,涌水流向不定。同时,潮水的顶托和潮流的往复流动,使得下游排放的污染物向上游移动,影响上游水质,而且由于潮汐作用,污染物在河中来回回荡,延长了污染物在河中的滞流时间,消耗水中的溶解氧,也给河水带来较大的盐分,影响河涌水质及利用。(2)自然水动力不足平原地区地势平坦,水力坡降小、流速慢且水情比较复杂,河涌相互贯通联系,水质互相影响也大。因此,正是由于自然水动力条件比较脆弱,水体更新慢,受到污染的水体不容易排出,使得水资源虽然从数量上来说足够,但由于受到污染而不能得到有效利用。受潮汐、径流作用,河道垃圾滞留5.生态恶化,抑制发展(1)水生态的丧失广州城市化规模不断扩大,人口急剧膨胀,水需求量加倍增加,使得城区内河涌逐渐萎缩,水质逐渐恶化,城市水生态也加速衰退,河涌水域面积的不断减少,生态环境的恶化,降低了其调节局部微气候、净化水体,提供野生动植物栖息地和作为各种生物基因库的功能。(2)人工化的过度干预河涌完全人工化、渠道化和河涌走向的直线化,均使得原有的自然水生态系统逐步退化,生态环境的协调性逐渐变差,水体的循环演替功能消失,由此导致了可利用水资源的锐减、生物资源的消失、环境污染加剧等许多生态环境问题。入侵植物薇甘菊克隆繁殖和植株形态随土壤水分变化而具极强可塑性,在干旱(土壤含水量为12.5%)和淹水(水深1cm)条件下,叶片、节间、节点、不定根均可通过营养繁殖体克隆繁殖并生长。这些繁殖优势都能使有害植物快速扩张,逐步侵占园林植物群落。调查显示,大部分有害植物具较强适应性,无论是阳光曝晒区域、干旱贫瘠心土,或是水潭、水沟边的阴湿绿地均能生存,尤其是水葫芦、小蓬草、鬼针草、白花鬼针草、三裂叶蟛蜞菊、喜旱莲子草等。强大的适应性使有害植物无生长区域限制。相关研究显示,外国入侵植物的生理相关指标(如光合速率、呼吸速率、水分利用效率和氮素利用效率等)显著大于本土植物,部分种类在土壤营养条件较差或逆境中较本土植物具更强的适应能力,甚至通过改变土壤微生物群落,以及自身化感作用等获得种群竞争优势。因此,在对水体进行治理时,应当禁止使用入侵性植物。•水生植物•水生植物主要包括三大类:高等藻类、水生藓类和水生维管束植物,在治理污水中应用最多的是水生维管束植物因为具有发达的机械组织,个体比较高大。按生活型,可分为种类型,分别为:挺水、漂浮、浮叶和沉水植物。水生植物对污染水体的净化国内外关于水生植物对水体净化作用的研究水生植物对水体富营养化防治研究:(1)始于1953年的Seidel博士利用芦苇去除大量有机物和无机物,并且净化了富营养化水体。(2)HelleM等通过北欧的佩普西湖中水生植物物种丰富度和频率的关系,从而降低了的富营养化程度。(3)AyyasamyPM利用水萌芦、水浮莲、槐叶萍去除含氮量较高的水溶液,水葫芦具有较高的去除效率。构建小型芦苇湿地或芦苇床净化富营养化污水,并探讨了其影响因素(4)雷泽湘等利用沉水植物苦草、马来眼子菜、轮叶黑藻和浮叶植物荇菜、菱等5种水生植物对水体的总磷、正磷酸盐、总氮、硝态氮具有较好的去除效果。(《大型水体植物对富营养化湖水净化效果的试验研究》)(5)金树权等探讨了筛选水生植物的一个标准是氮、磷的吸收量而不是植物氣、磷的含量,并对10种水t生植物净化水体能力得知,氮、磷的去除率和植物净增生物量的相关性较高。(《10种水生植物的氮磷吸收和水质净化能力比较研究》)(6)张超兰等从不同生活型水生物的相互配置,构建了对城市生活污水净化的人工湿地系统,综合控制水休富营养化程度,并提高了景观效果。(《沉水、挺水培养水生植物去除污水中氮燐的效果研究》)水生植物对污染物净化研究:(1)MclzerA认为水生植物在湖滨带基本性能之一是对湖泊污染情况的指示物种。(2)LehmannA等通过眼子菜科的几种沉水植物的分布与沉积物和深度梯度的关系,并且这几种沉水植物利用形态学特征和空间异质性沉积物的去除和净化。(3)AnsolaG等研究芦苇、香蒲、鸢尾、蔗草四种植物对污水的净化效率。(4)SardarK等研究了人工湿地对工业废水中重金属去除的贡献,分析了金属去除率的关系以及建议加强植被和湿地的管理,还可以具有更大的去除效率。(5)宋春涛等利多种植物搭配纽合处理污水,克服了单一物种净化的弊端。(《不同水生植物组合对腐乳生产水的化试验》)(6)王谦等分析了不同生活型的水生植物对金属的累积效果,探讨了对重金属修复的影响因素,包括生活型、生物量、水体的性质、重金属的类型等。(《大型水生植物修金属污染水体研究进展》)水生植物净化机制水生植物的净化机制是对水污染物的去除、金属的去除、有机物的去除。从技术原理上看,分为物理方法、生物方法、生态方法。水生植物修复是生态方法和生物方法的通用技术。(1)物理作用水体中的水生植物减小了风浪扰动,降低了流速,增加了水力停留时间以及减小了水面风速降低了水体的浊度,增强底质的稳定。由于植物具有隔热性,冬季冰雪覆盖后,枯萎的水生植物提供了一个隔热层,对基质起到保护作用。埋在土壤中的根也为根区的微生物提供较大物理活动表面,同时也是有机物和重金属的沉积场所。(2)吸收、富集作用水生植物的的生长和繁殖需要氮、磷等营养物质来维持,有的从根部摄取,有的则从茎、叶来摄取,再转化和保存于植物体内。有的植物则能有效的吸收、富集金属离子和有机物,尤其是重金属离子和其他人合成有机物。(3)与微生物的协同作用微生物在净化污水时,对污染物的有降解作用。微生物与植物的根部构成了微环境,促进了水生态系统和微生态系统的平衡。水体中N、NH3等物途径是硝化作用和反化作用,而不是靠植物的吸收。水生植物群落的存在,为微型水生动物和微生物提供了栖息场所和基质。(4)生化他感作用水生植物能产生化他感物质(如生物碱、酚等),水生植物通过释放该物质促进或抑制有害藻类的生长或自体的现象,称生化他感作用。常用的保持水土作用明显的植物植物对动态污水净化案例研究——以詹姆斯·科纳团队对深圳前海水城规划案例为例以詹姆斯·科纳团队对深圳前海水城规划案例为例通过人工的方式构建湿地生态系统,将经过污水厂处理过的灰水流入湿地净化单元,然后经过湿地净化单元的四个步骤依次净化灰水,水质将得到逐步改善经过设计的人工湿地每天能有效净化45200立方米的灰水,未来将达到73500立方米。最后经过改善的水质通过人工湿地系统末端排出。策略:构建湿地系统、提供动植物生境。缘由:经过污水厂处理过的灰水虽然符合排放标准,但是每天大量的灰水处理后难以再利用,也是对资源的一种浪费,科纳团队重点研究湿地系统对灰水的再利用与再净化。科纳团队根据中国南方沿海城市的植被状况对滨水湿地走廊进行了相应的湿地植被建议,通过这些湿地植被构建起人工湿地系统。这些湿地植被从上游至下游依次形成湿地林地-芦苇荡-沼地-边缘水生湿地-挺水和漂浮水生湿地的逻辑顺序。1)湿地林地首先是湿地林地,这一类型的湿地的特性就是适应能力非常强,能够承受较高水位的淹没,同时耐干旱能力也较强,同时生存力顽强,其湿地深度可达到2米。基于这些特点,这一类型的湿地林地可以直接接受来自于污水厂排放的灰水,而且能够有效的吸收大部分污染物和去除大部分固体垃圾。这一类型植物推荐为中国水松。湿地林地2)芦苇荡然后是形成芦苇荡。该类型的湿地构成一般情况是由卵石垫底,在卵石层上种植芦苇,通过芦苇来净化污水,同时芦苇也能够承受高水位的水生条件,其湿地深度可达0.5米。这一类型植物推荐为芦苇。芦苇荡3)沼泽地其次是形成沼泽地。该类型湿地将上游经过净化的水体继续进行改善。其操作方式是种植一系列浅根的湿地植物,而这类型的植物同样能够承受高水位的水生生长条件,这一类型的湿地深度可达0.2米。这一类型植物推荐为毛龙草、灯心草、毛鼠尾。挺水和漂浮水生湿地植物沼泽地植物4)边缘水生湿地类型与挺水和漂浮水生湿地类型最后形成边缘水生湿地类型,同时也形成挺水和漂浮水生湿地类型。通过这两种形式的湿地类型,经过净化的污水将得到大大的改善,然后这些经过净化的水体可以直接汇入河流和大海。该类型的湿地深度控制在0.2米至0.5米。边缘水生湿地植物推荐为毛龙草、羊边莲、莎草。挺水和漂浮水生湿地植物类型为石子莲、睡莲、水萍蓬等。挺水