植物修復(fù)技術(shù)及其在污水處理中的運(yùn)用

植物修復(fù)技術(shù)是指基于技術(shù)人員對某些植物特性的了解，并利用植物的這些特性以對水環(huán)境中的污染物進(jìn)行吸收與分解，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)水環(huán)境目的的一種治理技術(shù)。植物修復(fù)技術(shù)是近些年來用于處理污水的新興技術(shù)，其作用機(jī)理在于充分發(fā)揮植物及其根際土著微生物的代謝活動(dòng)，以吸收、積累、降解或轉(zhuǎn)化環(huán)境中的污染物。相比于傳統(tǒng)的水環(huán)境修復(fù)技術(shù)，植物修復(fù)技術(shù)具成本低、效果好、與環(huán)境美學(xué)相符等優(yōu)勢，

1  植物修復(fù)技術(shù)的類型與原理

1.1  植物提取

植物修復(fù)技術(shù)當(dāng)中植物提取的原理在于利用植物的根系對污染物進(jìn)行吸收，通過植物內(nèi)部的運(yùn)行將污染物進(jìn)行轉(zhuǎn)移，使污染物自植物根部轉(zhuǎn)移至地上，而植物體內(nèi)的污染物則可通過植物地上部的收獲而去除。植物提取是當(dāng)前研究最多、也最具發(fā)展前景的植物修復(fù)技術(shù)。植物提取可應(yīng)用于修復(fù)水體中的無機(jī)物，并清除水體中的污染物，其優(yōu)勢在于成本較低，可實(shí)現(xiàn)原位修復(fù)，所提取出來的重金屬可經(jīng)焚燒后再提取。

植物提取主要是利用一些對重金屬具強(qiáng)忍耐與富集能力的植物而實(shí)現(xiàn)對重金屬的提取，如楊樹、柳樹及其他具強(qiáng)重金屬富集能力的植物。樹木的生物學(xué)產(chǎn)量較高，且具一定經(jīng)濟(jì)價(jià)值，同時(shí)還對自然環(huán)境起綠化與美化的作用。利用樹木采取植物提取的方式實(shí)施污水處理可實(shí)現(xiàn)原位修復(fù)，但污染物會(huì)在一定程度上影響植物的生長，因此，樹木僅能用于處理重金屬及其他污染物濃度較低的污染水體，而無法應(yīng)用于處理污染物含量較高的水體。據(jù)相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果表明，浮萍于重金屬濃度較低的水體中可正常生長，同時(shí)還能于15天內(nèi)將水體中的Pb、Zn等重金屬進(jìn)行有效清除，清除率分別達(dá)80%和55%。

1.2  植物固定

植物固定是現(xiàn)用于處理污染土壤、污水及沉積物的常用修復(fù)方法，其原理在于利用植物來對環(huán)境的化學(xué)、生物及物理?xiàng)l件進(jìn)行改變，從而抑制環(huán)境中的污染物產(chǎn)生，并使其能夠沉淀或被束縛在腐殖質(zhì)上，減少其移動(dòng)及生物有效性，進(jìn)而減少其給生物及環(huán)境所帶來的危害。植物固定可保護(hù)環(huán)境不受侵蝕，減少滲漏以避免污染物移動(dòng)。將植物固定技術(shù)應(yīng)用于污水處理當(dāng)中可利用植物根部的積累、沉淀與根表面的吸持作用而使污染物固定，防止其移動(dòng)而擴(kuò)大污染范圍。

1.3  植物揮發(fā)

植物修復(fù)技術(shù)當(dāng)中植物揮發(fā)的原理在于利用植物的生理活動(dòng)，通過植物吸收作用以使重金屬能轉(zhuǎn)化成一種可揮發(fā)的形態(tài)，從而自土壤或植物表面逸出，進(jìn)入大氣環(huán)境當(dāng)中，從而實(shí)現(xiàn)處理水體中污染物的目的。植物揮發(fā)最初是應(yīng)用于對環(huán)境中的Hg進(jìn)行修復(fù)，通過植物的吸收作用使二價(jià)汞能轉(zhuǎn)化為氣態(tài)汞，從而使得汞的毒性大大降低。但植物揮發(fā)僅適用于處理本身具揮發(fā)性的污染物，且其要求經(jīng)植物吸收轉(zhuǎn)化后物質(zhì)的毒性應(yīng)低于轉(zhuǎn)化前，因此，植物揮發(fā)的應(yīng)用范圍非常有限，且污染物在被轉(zhuǎn)移至大氣或是土壤中后仍存在一定隱患，不利人類與生物的生長與發(fā)展。植物揮發(fā)所使用的植物主要有煙草、印度芥菜、低芥酸油菜及部分特殊樹木。

1.4  根際過濾

植物修復(fù)技術(shù)當(dāng)中根際過濾的原理在于利用于植物根系的吸持作用，以將環(huán)境中的金屬或有機(jī)污染物進(jìn)行吸收、濃集與沉淀，以去除環(huán)境中的污染物。根際過濾在污水處理中的應(yīng)用主要體現(xiàn)于處理工業(yè)及農(nóng)業(yè)廢水。另，植物的根系還可吸附鉛、鉻等，因此，其還可應(yīng)用于處理放射性污染物與疏水性有機(jī)污染物。

根際過濾可實(shí)現(xiàn)原位修復(fù)與異位修復(fù)，因媒介主要為水，所以，根際過濾方法多應(yīng)用于水體、淺水湖與濕地系統(tǒng)的植物修復(fù)，所使用的植物也主要為水生植物。另有向日葵、印度芥菜、煙草、黑麥、菠菜等也會(huì)成為根際過濾的選擇性植物。據(jù)相關(guān)研究表明，印度芥菜可有效去除水體中的Pb。

1.5  植物轉(zhuǎn)化

植物轉(zhuǎn)化也叫植物降解，其原理在于利用植物的新陳代謝作用吸收并分解污染物，或是利用植物所分泌出來的化合物對污染物進(jìn)行分解，以去除污染物。植物轉(zhuǎn)化適宜清除疏水性適中的污染物，若污染物的疏水性較強(qiáng)，污染物則會(huì)緊密結(jié)合于植物的根系表面與土壤當(dāng)中，致污染物無法發(fā)生轉(zhuǎn)移，此時(shí)就需結(jié)合植物固定與植物揮發(fā)等技術(shù)，采取綜合方法以實(shí)現(xiàn)治理的目的。

據(jù)相關(guān)研究報(bào)道，油菜、向日葵、亞麻、芥菜、浮萍等可用于修復(fù)核污染的137Cs與134Cs，另有相關(guān)試驗(yàn)表明，利用浮萍實(shí)施植物修復(fù)，在7天內(nèi)，受核污染水體中的鈾物質(zhì)明顯減少。此外，植物還具固定作用，可將放射物進(jìn)行固定，避免放射物進(jìn)入地下水或食物鏈當(dāng)中，有效縮小了放射物的污染范圍。

2  植物修復(fù)技術(shù)在污水處理中的運(yùn)用

2.1  去除水體中的氮磷

去除水體中的氮與磷是一項(xiàng)復(fù)雜而又繁瑣的工程。在自然情況下，氮可利用氨揮發(fā)、硝態(tài)氮反硝化作用、水本顆粒吸附等方式進(jìn)行去除；磷僅能利用顆粒吸附沉降或是微生物吸收的方式進(jìn)行去除，但這些去除方法并沒有真正將水體中的氮與磷去除，而僅是轉(zhuǎn)換了其形態(tài)，氮與磷實(shí)質(zhì)仍存在于水體當(dāng)中。當(dāng)前人們?nèi)晕囱邪l(fā)出一種簡單的、可徹底去除水體中氮與磷的方法，利用化學(xué)與物理工藝雖可將其去除，但其耗資較大，經(jīng)濟(jì)效益較低。植物修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用則為水體中氮與磷的去除提供了一條既經(jīng)濟(jì)又便于管理，同時(shí)去除效率較高的道路。美人蕉、香根草、蕹菜、細(xì)葉萼距花等可于水體中良好生長，同時(shí)還能有效去除水體中的氮與磷，達(dá)到凈化水質(zhì)的效果。

2.2  清除水體中的重金屬

水生植物對多數(shù)重金屬均具強(qiáng)吸收與積累能力，如Zn、Cr、Pb、Cd、Co、Ni、Cu等，其中沉水植物及浮水植物可種植于低污染區(qū)，一方面吸收重金屬，另一方面對水體所含重金屬量進(jìn)行監(jiān)測。相關(guān)研究表明，Cd具強(qiáng)植物毒害作用，高濃度的Cd會(huì)嚴(yán)重抑制植物的生長，影響植物的重金屬積累量，如劍蘭、臺(tái)灣、水韭、尖葉皇冠等可有效吸收Cd，但若Cd的濃度不斷加大，植物的生長則會(huì)受到抑制，其吸收能力也會(huì)明顯下降。通常地，水生植物的根部重金屬含量要明顯高于莖部及葉部，個(gè)別可能會(huì)存在根部、莖部及葉部重金屬含量相當(dāng)?shù)那闆r，分析其原因，水生植物吸收重金屬通常是通過根部來實(shí)現(xiàn)的，而部分植物可能因生長條件的問題而使得整株植物均能平衡吸收水體中的重金屬。如苦草，其是整株植物均可沒入水中，因此，苦草的根、莖、葉均可吸收重金屬，根部、莖部及葉部的重金屬含量也相當(dāng)。

木本植物多應(yīng)用于處理人工濕地污水當(dāng)中，其處理量大，修復(fù)效果較佳，且不易受讓氣候條件影響，也不存在二次污染，可廣泛應(yīng)用于人工濕地的污水處理當(dāng)中。陸生植物有著發(fā)達(dá)的根系，在陸生植物尚幼小時(shí)即將其種植于水體當(dāng)中，待其根系逐步發(fā)展，其就可發(fā)揮良好的重金屬清除作用。

2.3  清除水體中的有毒有機(jī)污染物

多環(huán)芳得烴化合物是水體中的主要有機(jī)毒性物質(zhì)。據(jù)實(shí)踐實(shí)驗(yàn)表明，浮萍、紫萍、水葫蘆、水花生、細(xì)葉滿江紅等水生植物均會(huì)受到萘的傷害，且萘的濃度越高，水生植物所受到的傷害程度也越深。上述5種水生植物當(dāng)中，水葫蘆受萘的傷害程度最輕，可作為污水處理植物修復(fù)的首選植物。浮萍的敏感性極強(qiáng)，可用于檢測水生植物萘的毒性。另，水生植物還可用于消除雙酚、酞酸酯、火箭改動(dòng)機(jī)所使用的燃料庚基等的毒性。據(jù)實(shí)驗(yàn)表明，浮萍可于8天內(nèi)將90%的酚進(jìn)行代謝，使其成為毒性較小的產(chǎn)物。在治療含多環(huán)芳烴污水的實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，利用喬、灌、草等植物形成復(fù)雜群落結(jié)構(gòu)的植物修復(fù)效果較單用某種植物的群落結(jié)構(gòu)的效果更佳，可將污水當(dāng)中90%以上的多環(huán)芳香烴化合物。

3  結(jié)語

總而言之，植物本身是自然環(huán)境的重要組成部分，發(fā)揮著保護(hù)環(huán)境的重要作用。在污水處理的過程當(dāng)中利用植物修復(fù)技術(shù)的成本較低，且不會(huì)產(chǎn)生二次污染，具良好的經(jīng)濟(jì)效益及生態(tài)效益。但現(xiàn)已知的多數(shù)超富集植物的生長較為緩慢、生物量較小，植物根系的分布、氣候、土質(zhì)等也限制了植物修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用。因此，在未來的發(fā)展當(dāng)中，相關(guān)研究人員應(yīng)不斷深入探索，以尋求更多、更好的植物修復(fù)技術(shù)。

本文來源：《企業(yè)科技與發(fā)展》：http://m.12-baidu.cn/w/qk/21223.html