人工湿地净化污水过程中的生物作用_梁威

人工湿地净化污水过程中的生物作用梁威,胡洪营(清华大学环境科学与工程系,北京100084)摘要:研究发现人工湿地对污水的净化是物理、化学及生物作用共同作用的结果,其中生物因素发挥了重要作用,为此对影响人工湿地净化效果的湿地植物、微生物以及湿地酶活性等生物因素的研究进展进行了总结。关键词:人工湿地;湿地植物;微生物;湿地酶中图分类号:X703.1文献标识码:B文章编号:1000-4602(2003)10-0028-04基金项目:“十五”国家重大科技专项(2001BA610A)在生态学上,湿地是由水、永久性或间歇性处于水饱和状态下的基质以及水生植物和其他水生生物所组成的,是具有较高生产力和较大活性、处于水陆交接相的复杂生态系统。目前所说的人工湿地系统多指人为地将石、沙、土壤、煤渣等材料按一定比例组成基质,并栽种经过选择的水生、湿生植物,组成类似于自然湿地状态的工程化的湿地状系统。近年来,人工湿地的工程应用和净化机理等研究越来越受到人们的重视。人工湿地不仅能有效去除污水中的悬浮物、有机污染物、氮和磷等,而且能有效去除病原菌、重金属、藻毒素等外源生物活性物质。人工湿地对污水的净化是物理、化学及生物共同作用的结果。基质、植物、微生物是人工湿地发挥净化作用的三个主要因素[1、2]。在湿地净化污水的过程中,生物因素(植物、微生物和酶)发挥了重要作用。1湿地植物现有大部分研究都证实了湿地植物是湿地系统中的重要组分,在污水净化过程中发挥了重要作用。湿地植物重要的功能之一就是将氧气从上部输送至根部,从而在根区或根际形成一种好氧环境,这一环境能促进有机物质的分解和硝化细菌的生长,从而达到去除污水中氮及其他污染物的目的。但在人工湿地系统对磷的去除过程中湿地植物的吸收并不占重要地位。以往的植物收割试验也证明磷在植物干重中只占很小的比例[3、4],不同的植物种类以及植物体不同部位的吸收能力都不相同[5]。缪绅裕等研究发现秋茄植物体各器官含磷量各不相同,它们依次为叶>根>茎>胚轴,且都随污水浓度的升高而升高,不同生长期其磷含量也不相同[4]。除了去除氮磷之外,水生植物及其枯枝落叶层形成了一个自然生物滤器,有助于控制嗅味;它们还能阻碍杂草的生长,并使昆虫不至于在水面上繁殖过多;植物自身可以吸收同化污水中的营养物质及有毒有害物质,将它们转化为生物量;植物根系促进了悬浮物在基质中的物理过滤过程,可防止系统的堵塞;植物在冬季形成一个绝热层,有助于使底下的基质免受霜冻[6、7]。由于湿地植物在净化过程中起到十分重要的作用,因此选择合适的湿地植物十分重要。Reddy等研究了凤眼莲等八种水生植物净化污水的能力,结果发现:夏季水生植物去除氮的效果优劣次序为:凤眼莲(EichhorniacrassipesSolms)、水浮莲(PistiastratiotesL.)、水鳖(HydrocotyleumbellataL.)、浮萍(LemnaminorL.)、槐叶萍(Salviniarotundifo-lia)、紫萍(SpirodelapolyrhizaL.)、水筛(EgeriadensaPlanch),而在冬季则依次为:水鳖、凤眼莲、浮萍、水浮莲、紫萍、槐叶萍、水筛[8]。研究者多结合·28·中国给水排水2003Vol.19CHINAWATER&WASTEWATERNo.10当地的气候特征和植被分布来选择最适宜的湿生植物[8、9]。在欧洲芦苇是最常用的植物,而草则在美国应用得更为普遍。一般来说,选择湿地植物要注意几个原则[10]:①耐污能力和抗寒能力强,对不同的污染物采用相应的植物种类;②选择在本地适应性好的植物,最好是本地植物;③根系发达,生物量大;④抗病虫害能力强;⑤最好有广泛用途或经济价值。2湿地微生物人工湿地中微生物的活动是湿地净化污水的最主要因素,现有研究已经发现在BOD5、COD以及氮等降解的过程中微生物都发挥了重要作用[11]。2.1数量、种类、功能及分布人工湿地中的微生物是极其丰富的,这为污水处理系统提供了足够的分解者。有关研究表明,天然环境条件下各类微生物的数量都比较少,但随着湿地对废水的处理,微生物的数量逐渐增加,在一定时间内达到最大值并趋于稳定。李科德等比较了芦苇床系统与天然芦苇场中根面和根际土的细菌、真菌、放线菌等的数量,结果发现人工芦苇床系统中各类微生物的数量明显地高于天然芦苇场,芦苇床系统的根表面、根际土的细菌数量可达108个/g干重且趋于稳定,随季节变化不大[12]。Duncan等以土壤呼吸量和反硝化酶活力(DEA)等为指标比较了人工湿地与天然湿地微生物之间的差异,发现人工湿地中DEA显著高于天然湿地,而土壤呼吸量则正好相反,天然湿地中明显高于人工湿地[13]。人工湿地中不同区域内微生物的数量、种类及特性也不相同。研究发现人工湿地内存在明显的好氧菌和