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植物修复技术及其在污水处理中的运用

作者:王金辉来源:《企业科技与发展》日期:2019-01-21人气:63

植物修复技术是指基于技术人员对某些植物特性的了解,并利用植物的这些特性以对水环境中的污染物进行吸收与分解,从而实现保护水环境目的的一种治理技术。植物修复技术是近些年来用于处理污水的新兴技术,其作用机理在于充分发挥植物及其根际土著微生物的代谢活动,以吸收、积累、降解或转化环境中的污染物。相比于传统的水环境修复技术,植物修复技术具成本低、效果好、与环境美学相符等优势,

1  植物修复技术的类型与原理

1.1  植物提取

植物修复技术当中植物提取的原理在于利用植物的根系对污染物进行吸收,通过植物内部的运行将污染物进行转移,使污染物自植物根部转移至地上,而植物体内的污染物则可通过植物地上部的收获而去除。植物提取是当前研究最多、也最具发展前景的植物修复技术。植物提取可应用于修复水体中的无机物,并清除水体中的污染物,其优势在于成本较低,可实现原位修复,所提取出来的重金属可经焚烧后再提取。

植物提取主要是利用一些对重金属具强忍耐与富集能力的植物而实现对重金属的提取,如杨树、柳树及其他具强重金属富集能力的植物。树木的生物学产量较高,且具一定经济价值,同时还对自然环境起绿化与美化的作用。利用树木采取植物提取的方式实施污水处理可实现原位修复,但污染物会在一定程度上影响植物的生长,因此,树木仅能用于处理重金属及其他污染物浓度较低的污染水体,而无法应用于处理污染物含量较高的水体。据相关试验结果表明,浮萍于重金属浓度较低的水体中可正常生长,同时还能于15天内将水体中的Pb、Zn等重金属进行有效清除,清除率分别达80%和55%。

1.2  植物固定

植物固定是现用于处理污染土壤、污水及沉积物的常用修复方法,其原理在于利用植物来对环境的化学、生物及物理条件进行改变,从而抑制环境中的污染物产生,并使其能够沉淀或被束缚在腐殖质上,减少其移动及生物有效性,进而减少其给生物及环境所带来的危害。植物固定可保护环境不受侵蚀,减少渗漏以避免污染物移动。将植物固定技术应用于污水处理当中可利用植物根部的积累、沉淀与根表面的吸持作用而使污染物固定,防止其移动而扩大污染范围。

1.3  植物挥发

植物修复技术当中植物挥发的原理在于利用植物的生理活动,通过植物吸收作用以使重金属能转化成一种可挥发的形态,从而自土壤或植物表面逸出,进入大气环境当中,从而实现处理水体中污染物的目的。植物挥发最初是应用于对环境中的Hg进行修复,通过植物的吸收作用使二价汞能转化为气态汞,从而使得汞的毒性大大降低。但植物挥发仅适用于处理本身具挥发性的污染物,且其要求经植物吸收转化后物质的毒性应低于转化前,因此,植物挥发的应用范围非常有限,且污染物在被转移至大气或是土壤中后仍存在一定隐患,不利人类与生物的生长与发展。植物挥发所使用的植物主要有烟草、印度芥菜、低芥酸油菜及部分特殊树木。

1.4  根际过滤

植物修复技术当中根际过滤的原理在于利用于植物根系的吸持作用,以将环境中的金属或有机污染物进行吸收、浓集与沉淀,以去除环境中的污染物。根际过滤在污水处理中的应用主要体现于处理工业及农业废水。另,植物的根系还可吸附铅、铬等,因此,其还可应用于处理放射性污染物与疏水性有机污染物。

根际过滤可实现原位修复与异位修复,因媒介主要为水,所以,根际过滤方法多应用于水体、浅水湖与湿地系统的植物修复,所使用的植物也主要为水生植物。另有向日葵、印度芥菜、烟草、黑麦、菠菜等也会成为根际过滤的选择性植物。据相关研究表明,印度芥菜可有效去除水体中的Pb。

1.5  植物转化

植物转化也叫植物降解,其原理在于利用植物的新陈代谢作用吸收并分解污染物,或是利用植物所分泌出来的化合物对污染物进行分解,以去除污染物。植物转化适宜清除疏水性适中的污染物,若污染物的疏水性较强,污染物则会紧密结合于植物的根系表面与土壤当中,致污染物无法发生转移,此时就需结合植物固定与植物挥发等技术,采取综合方法以实现治理的目的。

据相关研究报道,油菜、向日葵、亚麻、芥菜、浮萍等可用于修复核污染的137Cs与134Cs,另有相关试验表明,利用浮萍实施植物修复,在7天内,受核污染水体中的铀物质明显减少。此外,植物还具固定作用,可将放射物进行固定,避免放射物进入地下水或食物链当中,有效缩小了放射物的污染范围。

2  植物修复技术在污水处理中的运用

2.1  去除水体中的氮磷

去除水体中的氮与磷是一项复杂而又繁琐的工程。在自然情况下,氮可利用氨挥发、硝态氮反硝化作用、水本颗粒吸附等方式进行去除;磷仅能利用颗粒吸附沉降或是微生物吸收的方式进行去除,但这些去除方法并没有真正将水体中的氮与磷去除,而仅是转换了其形态,氮与磷实质仍存在于水体当中。当前人们仍未研发出一种简单的、可彻底去除水体中氮与磷的方法,利用化学与物理工艺虽可将其去除,但其耗资较大,经济效益较低。植物修复技术的应用则为水体中氮与磷的去除提供了一条既经济又便于管理,同时去除效率较高的道路。美人蕉、香根草、蕹菜、细叶萼距花等可于水体中良好生长,同时还能有效去除水体中的氮与磷,达到净化水质的效果。

2.2  清除水体中的重金属

水生植物对多数重金属均具强吸收与积累能力,如Zn、Cr、Pb、Cd、Co、Ni、Cu等,其中沉水植物及浮水植物可种植于低污染区,一方面吸收重金属,另一方面对水体所含重金属量进行监测。相关研究表明,Cd具强植物毒害作用,高浓度的Cd会严重抑制植物的生长,影响植物的重金属积累量,如剑兰、台湾、水韭、尖叶皇冠等可有效吸收Cd,但若Cd的浓度不断加大,植物的生长则会受到抑制,其吸收能力也会明显下降。通常地,水生植物的根部重金属含量要明显高于茎部及叶部,个别可能会存在根部、茎部及叶部重金属含量相当的情况,分析其原因,水生植物吸收重金属通常是通过根部来实现的,而部分植物可能因生长条件的问题而使得整株植物均能平衡吸收水体中的重金属。如苦草,其是整株植物均可没入水中,因此,苦草的根、茎、叶均可吸收重金属,根部、茎部及叶部的重金属含量也相当。

木本植物多应用于处理人工湿地污水当中,其处理量大,修复效果较佳,且不易受让气候条件影响,也不存在二次污染,可广泛应用于人工湿地的污水处理当中。陆生植物有着发达的根系,在陆生植物尚幼小时即将其种植于水体当中,待其根系逐步发展,其就可发挥良好的重金属清除作用。

2.3  清除水体中的有毒有机污染物

多环芳得烃化合物是水体中的主要有机毒性物质。据实践实验表明,浮萍、紫萍、水葫芦、水花生、细叶满江红等水生植物均会受到萘的伤害,且萘的浓度越高,水生植物所受到的伤害程度也越深。上述5种水生植物当中,水葫芦受萘的伤害程度最轻,可作为污水处理植物修复的首选植物。浮萍的敏感性极强,可用于检测水生植物萘的毒性。另,水生植物还可用于消除双酚、酞酸酯、火箭改动机所使用的燃料庚基等的毒性。据实验表明,浮萍可于8天内将90%的酚进行代谢,使其成为毒性较小的产物。在治疗含多环芳烃污水的实验当中,利用乔、灌、草等植物形成复杂群落结构的植物修复效果较单用某种植物的群落结构的效果更佳,可将污水当中90%以上的多环芳香烃化合物。

3  结语

总而言之,植物本身是自然环境的重要组成部分,发挥着保护环境的重要作用。在污水处理的过程当中利用植物修复技术的成本较低,且不会产生二次污染,具良好的经济效益及生态效益。但现已知的多数超富集植物的生长较为缓慢、生物量较小,植物根系的分布、气候、土质等也限制了植物修复技术的应用。因此,在未来的发展当中,相关研究人员应不断深入探索,以寻求更多、更好的植物修复技术。



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