專家：細數植物在人工濕地污水處理中的作用

時間：2021-01-27 11:01:11 來源：中國給水排水 作者：Jan Vymazal

2.9為細菌生長提供底物

許多研究都表明，植物的根際具有多種多樣的細菌生物，通常認為種植植物的濕地比未種植植物的濕地優良，主要是因為植物根系會促進微生物群落發展。有人提出生長在植物根系表面的微生物，通過利用根系分泌物的碳化物和根系釋放的氧，從而提高其數量及生物活性。有研究指出，植物根系比表面積不同，其細菌微生物密度也隨之變化。在種植植物的濕地系統中，微生物密度明顯大于未種植植物的濕地系統。Paul等研究了植物對特定根際其他生物群體的影響，其中距離根部距離1 mm內的細菌總數通常比根系表面的高10倍。

2.10減輕堵塞

潛流人工濕地系統在處理污水過程中，堵塞是不可避免的問題。懸浮固體的沉淀、系統中形成的生物膜沉淀、好氧區氫氧化物的沉淀及厭氧區碳酸鹽和硫化物等均是造成堵塞問題的原因。在早期的研究中，有人提出植物根系的生長會提高水力傳導性，但該假設并未得到證實。在垂直流人工濕地中，通常污（廢）水首先流入濕地表面，而大型水生植物的存在有助于防止堵塞。植物在風力作用下，其莖葉周圍會打開細孔，通過植物表面這些開放性細孔，使污水滲透下去的同時過濾掉了懸浮固體，從而減輕堵塞問題。

2.11美學價值

近年來，隨著人工濕地污水處理系統在世界范圍內的廣泛應用，濕地植物的美學價值也得到了廣泛的認可。長期以來，在景觀設計師眼中，濕地植物和水或廢水組成的系統是城市景觀設計和開發中可利用的絕佳元素。如果能更好地利用各種濕地植物，將會是美學上又一美好的景觀。如今，利用濕地植物進行城市景觀設計的成功案例越來越多。

03 大型水生植物在人工濕地系統中的應用

在水平流人工濕地中，蘆葦、香蒲類、水蔥類是目前世界范圍內最多的植物（見圖2）， 但在某些地區，如美國、新西蘭和澳大利亞，這幾種植物屬于非本地的入侵物種，因此不推薦甚至禁止在人工濕地中應用。對于垂直流人工濕地的植物來說，蘆葦幾乎成為了歐洲地區的專用。在中國，不管是水平流還是垂直流的人工濕地，常見的濕地植物有蘆葦、美人蕉、再力花、風車草、蘆竹、芒草、香根草等（見圖3）。

圖2 幾種應用廣泛的人工濕地植物

A：蘆葦（常見蘆葦）; B：蘆葦（水蔥類）; C：香蒲（闊葉香蒲）; D：草（利甘草）（J. Vymazal攝）

香蒲和水蔥是北美州和大洋洲水平流人工濕地中最常用的挺水植物，而在歐洲和亞洲，水平流人工濕地植物最常用的是香蒲和蘆葦。其他常見的植物還有燈芯草類和荸薺類的植物，這兩種在北美洲和大洋洲更多一些。

水葫蘆、水萵苣和浮萍類植物是人工濕地中最常見的漂浮植物，但水葫蘆和水萵苣只存在于亞熱帶和熱帶地區。與其他類型植物相比，沉水植物在人工濕地中的應用則較少，因此不屬于常用物種。也有些用到的沉水植物，基本屬于狐尾藻類（歐亞水蓍草）、金魚藻類（益氣草）和茨藻類（孔雀草）。

圖3中國一些常見應用的濕地植物

A：美人蕉科（美人蕉）; B：風車草屬（傘草）; C：巖蘭草屬(香根草）; D：塔利亞屬（再力花）; E：蘆竹; F：芒草（荻） (J. Vymazal攝)

04 植物對人工濕地污水處理系統的影響

盡管人工濕地污水處理技術已經存在有50多年，但是利用濕地植物的生物量處理污水的嘗試仍然非常稀缺，其主要原因有：（1）植物的生長通常具有季節性；（2）植物生物量太小，不足以支持全年的系統運行。

一般來說，許多發展中國家在設計人工濕地污水處理系統時，除了想要達成污（廢）水處理的目的外，還想尋求其他用途，在這種情況下便會嘗試使用濕地植物。例如，Zurita等人在墨西哥的一個水平流人工濕地試點工程中，使用了馬蹄蓮、鶴眼鶴、安祖花和非洲鳳葵，使得濕地具有了觀賞的商業價值。該作者得出結論，在人工濕地中種植這些植物，不會降低系統的處理效果。此外，Brix等人在人工濕地中應用了泰國花卉市場上的植物龍蝦爪和美人蕉。

在溫帶地區和北方地帶，在人工濕地種植的大型水生植物如香蒲和蘆葦，可作為生態型建筑材料。 Maddison等人研究了由香蒲、蘆葦碎片以及棉纖維混合的一種黏土，具有很好的吸濕和解吸能力。原先的黏土吸收空氣中的水分比較慢，而石膏墻板吸水則需要更多的時間，但添加了植物油就能減少黏土砂膏的質量，從而起到了加速吸濕的作用。

粗略的計算表明，1 hm2的人工濕地每年可以收割大量的植物植物可收割的生物量(干質量)為0.30~1.76 kg/m2），最多可提供3戶住宅的房屋隔熱材料。若是收割香蒲，則其纖維材料可用于25棟房屋；若是蘆葦，則可作為兩幢屋茅屋頂的原材料和3座房屋的隔熱板材料。然而，由于重金屬積累在香蒲根和根莖中，因此收割水面以上的植物部分是不能從濕地中去除較多的重金屬。

05 結語

植物是人工濕地污水處理系統的標志特征，在處理污水的過程中起許多重要作用。雖然植物的直接作用很小，但卻間接創造了適合污染物去除的條件。植物的其他重要作用還包括了對濕地基質的保溫，對光和風的衰減，向根圈提供氧氣，吸收水中過多的營養物質，防止基質堵塞并具有美學價值，這些功能根據人工濕地類型的不同發揮著不同的作用效果。世界范圍內人工濕地中最常用的植物是蘆葦和香蒲類植物，當然，這些植物在中國也是常用的濕地植物。此外，蘆竹、再力花、馬鞭草、美人蕉等這些種類的植物也常見于中國。

本文發表于《中國給水排水》2021年第2期，作者及其單位如下：

Jan Vymazal1,2，衛婷3,4，趙亞乾2,3,5，Ülo Mander2,6，Florent Chazarenc2,7，劉然彬8，周敏偉2

（1.捷克生命科學大學 環境科學學院，捷克； 2.江蘇河馬井公司 中歐人工濕地技術研發中心，江蘇 常州 213164；3西安理工大學 西北旱區生態水利國家重點實驗室，陜西 西安 710048；4.西班牙阿爾卡拉大學 化學工程系，西班牙；5. 愛爾蘭都柏林大學土木工程系Dooge水研究中心，愛爾蘭；6.愛沙尼亞塔爾圖大學 地理系，愛沙尼亞；7.法國國家環境與農業科學技術研究院，法國；8. 北京建筑大學 中-荷污水處理技術研發中心，北京 100044)

水世界社區，讓水處理更簡單！http://bbs.chinacitywater.org 

上一頁頁碼：[<< 1 2 3 ] 下一頁共3頁