利用植物净化功能处理黑臭水体的技术研究

李德强（广东省建筑设计研究院，广东 广州 510010）



利用植物净化功能处理黑臭水体的技术研究

李德强（广东省建筑设计研究院，广东 广州 510010）

通过对水生植物处理黑臭水体的小试研究，明确了挺水植物对于污水中的污染物具有降解、吸附、过滤等削减功能，这些功能与植物的种植密度、选种等有关系。对某河涌在控源截污的基础上，通过人工强化植物的生态修复作用，历时一年时间，将黑臭河涌水质由重度污染处理到《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅳ类水的标准，为黑臭河涌治理摸索了一个可行的方法。

黑臭水体；挺水植物；控源截污

我国城市地表水污染严重，流经城市的河涌发黑发臭现象十分突出，严重地影响了沿岸居民的生产、生活。国家对黑臭水体整治非常重视，《国务院关于印发水污染防治行动计划的通知》（国发 【2015】17号）明确要求加快城市黑臭水体整治，并下达了具体的整治目标、计划。

对黑臭水体的治理，截污控源是基础，拦截掉内源、外源污染后，河涌的生态才能慢慢恢复。但生态的自然修复是个漫长的过程，如果能强化这个过程具有重要的意义。水生植物处理技术就是通过人工手段，强化生态的自然修复，其良好的处理效果、低廉的投资及运行成本、简单易行的操作方式，受到广泛关注。

1　水生植物技术处理黑臭水体的机理

大量实践证明，水生植物通过吸附、吸收、过滤、富集浓缩、降解转化等作用，能够大量地去除水中有机物，其机理如下：

（1）直接吸收。有些水生植物能直接吸收污水中的污染物，作为生产所需的营养，促进生长，具体吸收程度与污染物的理化特征有关，也和植物种类、水体性质有关。对于一些并非植物生产所需的污染物，如重金属离子，植物能通过螯合作用、区室化等作用来吸收、富集。

（2）物理作用。植物净化作用还包括过滤、吸附、生物凝聚等作用。植物发达的根系能对部分污染物，特别是悬浮污染物，进行吸附、过滤。

（3）微生物作用。污水中可降解有机物能通过微生物的降解转化而去除。植物发达的根系上通常为微生物提供了栖息的场所，并且植物在生长过程中，衰老的根毛、表皮细胞以及根际分泌物为微生物提供了养料，促进了微生物的代谢。这种植物和微生物形成的共生系统，有利于对污染物的降解。如有些根系上附着着菌根菌，它与植物形成共生系统，能代谢部分自养菌无法代谢的有机物。

（4）抑藻作用。一方面，部分植物能分泌抑藻物质，直接克制藻类的生长；另一方面，水生植物的生产能营造出比较稳定的水体环境，能在水体中生长出一些大型浮游生物，可扑食藻类；最后，水生植物与藻类在水中对光能、营养形成竞争关系，而由于前者个体大、生长周期长、对营养吸收能力强，从而抑制了藻类的生长。

（5）酶催化。植物分泌的生化酶在对有机污染物的降解、转化中发挥了巨大的作用，植物死亡后，酶释放到水体中，可以继续发挥降解作用。

2　挺水植物处理黑臭水体的特性参数研究

挺水植物（emerge d plant）：即根、根茎生长在水的底泥之中，茎、叶挺出水面的植物。常分布于0～1.5m的浅水处，其中有的种类生长于潮湿的岸边。这类植物在空气中的部分，具有陆生植物的特征；生长在水中的部分（根或地下茎），具有水生植物的特征，常见有：美人蕉、芦、蒲草、荸荠、莲、水芹、茭白荀、荷花、香蒲。

本次以美人蕉为例，通过实验室小试研究不同栽植密度下，植物根系组织中溶解氧（RO）、叶绿素（CHL）含量的变化以及对污水中COD的去除率。

试验装置采用2个1000mm×1000mm水箱，分别种植10株（水箱1）、20株（水箱2）美人蕉，在一天7：00～17：00每隔1～2h采水样一次，分别监测RO、CHL和COD，连续监测一周。（溶解氧RO测定采用哈希公司便携式溶解氧测定仪；叶绿素CHL测定采用锐品公司SPAD-502plus便携式叶绿素测定仪；COD检测采用重铬酸钾氧化法）。试验结果如图1～3。

图1　溶解氧RO在一天内变化曲线图

图2　叶绿素CHL在一天内变化曲线图

图3　一天内水箱进、出水水质检测图

通过对以上数据进行分析，得出如下结论：

（1）图1表明：植物的光合作用是水中氧气的重要来源，植物栽植密度较大的水槽中溶解氧RO含量较高，而且在一天中，中午光照时间较强时，光合作用最强，溶解氧RO含量最高。

（2）图2表明：随着植物栽植密度的增加，叶绿素CHL的含量增加，这主要是由于植物对污水中污染物进行了吸收，结果栽植密度较大的水槽中，污水的浓度降低较大，植物受环境的逆影响较小，生长旺盛，产生叶绿素较多。

（3）图3表明：植物通过光合作用产生氧气，氧化有机物以及根系吸收等作用，对污水中的污染物有一定的降解功能，而且随着植物栽植密度的增加，单株植物受到污水的逆影响较小，生长更加旺盛，对污水的处理效率增加，但也不是栽植密度越高越好，栽植越密，对污水中的养分形成竞争关系，根系间也会产生影响，处理效果反而提高不大。具体的栽植密度应根据具体的污水水质以及栽植植物特性，通过试验分析确定。

3　工程实例

根据小试研究成果，在某河涌中，通过截污、清淤、人工曝气、种植挺水植物等措施净化河涌水质，前后经过一年的时间，取得了良好的效果，河涌由黑臭水体处理达到了《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅳ类水的标准。

（1）处理前。河涌水质恶化严重，黑臭明显。主要污染物指标如表1、图4。

表1　河涌整治前水质表

图4　河涌治理前照片

（2）处理过程。首先对排入河涌的污染源进行控源截污，保证没有大量污水排入，然后对底泥进行消毒杀菌，种植挺水植物美人蕉等，期间对河水进行曝气，植物生长2个月后，水质得到了初步改善。

图5　植物生长2个月后照片

（3）最终处理效果。植物生长3个月，整个过程经过一年后，河涌水质得到了极大改善，主要指标达到《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅳ类水的标准，最终水质指标如表2、图6。

表2　河涌整治前水质表

图6　河涌治理后照片

4　小结

通过对挺水植物处理黑臭河水的小试和生产性试验研究表明，在截污控源的基础上，通过参数的适当控制，强化植物的净化功能，能解决河涌黑臭的问题，而且除必要的维护工作外，在稳定运行阶段，不需要人工曝气，就能保持河涌水质。

［1］童昌华，杨肖娥，濮培民.低温季节水生植物对污染水体的净化效果研究［J］.水土保持学报，2003，17（2）：159～163.

［2］吴振斌，邱东茹，贺 峰，等.水生植物对富营养水体水质净化作用研究［J］.武汉植物学研究，2001，19（4）：299～303.

所获荣誉及奖励：

国家级优秀工程设计奖3项；省级优秀工程设计奖3项。

李德强（1976-），男，黑龙江人，高级工程师，硕士，毕业于哈尔滨工业大学，环境科学专业，主要从事市政给水排水工程、垃圾处理工程设计工作。

X522

A

2095-2066（2016）16-0009-02

本项目为广州市科学（技术）研究专项重点项目，（201505192330218）。

2016-5-16