专家：细数植物在人工湿地污水处理中的作用

时间：2021-01-27 11:01:11 来源：中国给水排水 作者：Jan Vymazal

2.9为细菌生长提供底物

许多研究都表明，植物的根际具有多种多样的细菌生物，通常认为种植植物的湿地比未种植植物的湿地优良，主要是因为植物根系会促进微生物群落发展。有人提出生长在植物根系表面的微生物，通过利用根系分泌物的碳化物和根系释放的氧，从而提高其数量及生物活性。有研究指出，植物根系比表面积不同，其细菌微生物密度也随之变化。在种植植物的湿地系统中，微生物密度明显大于未种植植物的湿地系统。Paul等研究了植物对特定根际其他生物群体的影响，其中距离根部距离1 mm内的细菌总数通常比根系表面的高10倍。

2.10减轻堵塞

潜流人工湿地系统在处理污水过程中，堵塞是不可避免的问题。悬浮固体的沉淀、系统中形成的生物膜沉淀、好氧区氢氧化物的沉淀及厌氧区碳酸盐和硫化物等均是造成堵塞问题的原因。在早期的研究中，有人提出植物根系的生长会提高水力传导性，但该假设并未得到证实。在垂直流人工湿地中，通常污（废）水首先流入湿地表面，而大型水生植物的存在有助于防止堵塞。植物在风力作用下，其茎叶周围会打开细孔，通过植物表面这些开放性细孔，使污水渗透下去的同时过滤掉了悬浮固体，从而减轻堵塞问题。

2.11美学价值

近年来，随着人工湿地污水处理系统在世界范围内的广泛应用，湿地植物的美学价值也得到了广泛的认可。长期以来，在景观设计师眼中，湿地植物和水或废水组成的系统是城市景观设计和开发中可利用的绝佳元素。如果能更好地利用各种湿地植物，将会是美学上又一美好的景观。如今，利用湿地植物进行城市景观设计的成功案例越来越多。

03 大型水生植物在人工湿地系统中的应用

在水平流人工湿地中，芦苇、香蒲类、水葱类是目前世界范围内最多的植物（见图2）， 但在某些地区，如美国、新西兰和澳大利亚，这几种植物属于非本地的入侵物种，因此不推荐甚至禁止在人工湿地中应用。对于垂直流人工湿地的植物来说，芦苇几乎成为了欧洲地区的专用。在中国，不管是水平流还是垂直流的人工湿地，常见的湿地植物有芦苇、美人蕉、再力花、风车草、芦竹、芒草、香根草等（见图3）。

图2 几种应用广泛的人工湿地植物

A：芦苇（常见芦苇）; B：芦苇（水葱类）; C：香蒲（阔叶香蒲）; D：草（利甘草）（J. Vymazal摄）

香蒲和水葱是北美州和大洋洲水平流人工湿地中最常用的挺水植物，而在欧洲和亚洲，水平流人工湿地植物最常用的是香蒲和芦苇。其他常见的植物还有灯芯草类和荸荠类的植物，这两种在北美洲和大洋洲更多一些。

水葫芦、水莴苣和浮萍类植物是人工湿地中最常见的漂浮植物，但水葫芦和水莴苣只存在于亚热带和热带地区。与其他类型植物相比，沉水植物在人工湿地中的应用则较少，因此不属于常用物种。也有些用到的沉水植物，基本属于狐尾藻类（欧亚水蓍草）、金鱼藻类（益气草）和茨藻类（孔雀草）。

图3中国一些常见应用的湿地植物

A：美人蕉科（美人蕉）; B：风车草属（伞草）; C：岩兰草属(香根草）; D：塔利亚属（再力花）; E：芦竹; F：芒草（荻） (J. Vymazal摄)

04 植物对人工湿地污水处理系统的影响

尽管人工湿地污水处理技术已经存在有50多年，但是利用湿地植物的生物量处理污水的尝试仍然非常稀缺，其主要原因有：（1）植物的生长通常具有季节性；（2）植物生物量太小，不足以支持全年的系统运行。

一般来说，许多发展中国家在设计人工湿地污水处理系统时，除了想要达成污（废）水处理的目的外，还想寻求其他用途，在这种情况下便会尝试使用湿地植物。例如，Zurita等人在墨西哥的一个水平流人工湿地试点工程中，使用了马蹄莲、鹤眼鹤、安祖花和非洲凤葵，使得湿地具有了观赏的商业价值。该作者得出结论，在人工湿地中种植这些植物，不会降低系统的处理效果。此外，Brix等人在人工湿地中应用了泰国花卉市场上的植物龙虾爪和美人蕉。

在温带地区和北方地带，在人工湿地种植的大型水生植物如香蒲和芦苇，可作为生态型建筑材料。 Maddison等人研究了由香蒲、芦苇碎片以及棉纤维混合的一种黏土，具有很好的吸湿和解吸能力。原先的黏土吸收空气中的水分比较慢，而石膏墙板吸水则需要更多的时间，但添加了植物油就能减少黏土砂膏的质量，从而起到了加速吸湿的作用。

粗略的计算表明，1 hm2的人工湿地每年可以收割大量的植物植物可收割的生物量(干质量)为0.30~1.76 kg/m2），最多可提供3户住宅的房屋隔热材料。若是收割香蒲，则其纤维材料可用于25栋房屋；若是芦苇，则可作为两幢屋茅屋顶的原材料和3座房屋的隔热板材料。然而，由于重金属积累在香蒲根和根茎中，因此收割水面以上的植物部分是不能从湿地中去除较多的重金属。

05 结语

植物是人工湿地污水处理系统的标志特征，在处理污水的过程中起许多重要作用。虽然植物的直接作用很小，但却间接创造了适合污染物去除的条件。植物的其他重要作用还包括了对湿地基质的保温，对光和风的衰减，向根圈提供氧气，吸收水中过多的营养物质，防止基质堵塞并具有美学价值，这些功能根据人工湿地类型的不同发挥着不同的作用效果。世界范围内人工湿地中最常用的植物是芦苇和香蒲类植物，当然，这些植物在中国也是常用的湿地植物。此外，芦竹、再力花、马鞭草、美人蕉等这些种类的植物也常见于中国。

本文发表于《中国给水排水》2021年第2期，作者及其单位如下：

Jan Vymazal1,2，卫婷3,4，赵亚乾2,3,5，Ülo Mander2,6，Florent Chazarenc2,7，刘然彬8，周敏伟2

（1.捷克生命科学大学 环境科学学院，捷克； 2.江苏河马井公司 中欧人工湿地技术研发中心，江苏 常州 213164；3西安理工大学 西北旱区生态水利国家重点实验室，陕西 西安 710048；4.西班牙阿尔卡拉大学 化学工程系，西班牙；5. 爱尔兰都柏林大学土木工程系Dooge水研究中心，爱尔兰；6.爱沙尼亚塔尔图大学 地理系，爱沙尼亚；7.法国国家环境与农业科学技术研究院，法国；8. 北京建筑大学 中-荷污水处理技术研发中心，北京 100044)

水世界社区，让水处理更简单！http://bbs.chinacitywater.org 

上一页页码：[<< 1 2 3 ] 下一页共3页