污染水体的植物修复技术.ppt

污染水体的植物修复 植物修复的含义 指利用植物和植物生长及其共存的微生物作为技术手段来净化环境中的有机和无机污染物 主要依靠植物及其根际微生物菌群自然发生的进程来达到控制 隔离 去除或降解污染物的目的 植物修复技术的类型 植物萃取 植物从土壤中吸收去除无机物 主要是重金属和类金属 植物固定 植物根系 微生物钝化或固定土壤中的污染物 降低生物有效性和迁移性 阻止其向周边扩散 植物降解 植物通过酶活性在植物体内直接降解有机污染物 植物促进 植物的根系分泌物能促进微生物的活性和生化反应 对有机物进行生物降解 根滤作用 利用植物去除大气污染物 利用植物的同化或超同化功能净化污染大气 根滤作用概念及原理 指植物去除水体污染物的功能 利用水培植物的根系从污水中吸收 富集或沉淀金属及有机污染物 根滤是水体 浅水湖和湿地系统进行植物修复的重要方式实施该技术所选用的植物也以水生植物为主 水生植物的分类 水生维管束植物 具有发达的机械组织 植物个体高大高等藻类通常具有四种生活型 挺水 芦苇 漂浮 凤眼莲 浮叶 睡莲 沉水 金鱼藻 水生植物的净化机理 水生植物的吸收作用微生物作用水生植物的沉降 吸附和过滤作用对藻类的抑制作用 吸收作用 大型水生植物在其生长过程中 具有过量吸收N P等营养元素的能力 研究表明 水生植物的N和P含量都达到或超过生长所需最低的N和P阈值 代表性浮叶植物和沉水植物的N P含量随着湖泊营养水平提高呈现规律性变化 与藻类相比 氮 磷在水生植物体内储存更加稳定 因为其生命周期更长 当水生植物被转移出水生生态系统时 被吸收的营养物质也随之移出了水体 从而达到净化的目的 微生物作用 由于水生植物群落的存在 为微生物和微型动物提供了附着的基质 栖息的场所 研究表明 污水中的含氮有机物分解所产生的氨态氮 一部分是通过植物吸收和挥发作用而去除 大部分则是通过硝化作用和反硝化作用的连续反应而去除的 同时 植物的根区提供了一个有氧环境 从而有利于微生物的降解 且根区外的厌氧环境则有利于厌氧微生物的代谢 沉降 吸附和过滤作用 水生植物的存在 可以降低风速 减小风浪和阻挡水流 这为水体中固体悬浮物的沉积创造了条件 降低了沉积物质再悬浮的风险 增加了水体与植物表面区域的接触时间 同时水生植物密集的根系还可以增强底质的稳定性 阻止侵蚀沟的形成 当水流经过时 不溶性胶体会被根系粘附或吸附 使水中的悬浮物沉降下来 漂浮植物的根可以减缓水流 从而达到过滤和沉淀泥沙 有机微粒的目的 对藻类的抑制作用 水生植物和浮游藻类同属于初级生产者 水生植物个体大 生命周期长 直接干扰藻类的生长 因而具有较大的竞争优势 一方面水生植物通过光和营养物质的竞争 抑制藻类的生长 另一方面通过化感作用抑制藻类生长 某些水生植物根系能分泌出克藻物质 达到抑制藻类生长的作用 如菇类化合物 类固醇等 水生植物的概念 是指生长在水中或至少是生长在水分充足而周期性缺氧的基质上的任何大型植物 包括水生植物和水生大型藻类 尤其是在湿地和其他水生环境中生长的植物 水生植物的类型 挺水植物浮叶植物漂浮植物沉水植物 挺水植物 根生底质中 茎直立的植物 吸收水体中的污染物的主要是根 也能从底泥中吸收营养元素 降低底泥中营养物含量 并且可通过水流阻尼作用 使悬浮物沉降 还有与其共生的生物群落共同净化水质的作用 挺水植物有很强的适应性和抗逆性 生产快 产量高 并能带来一定经济效益 代表 芦苇 香蒲 水葱 石菖蒲 千屈菜 2020 1 25 15 香蒲 又名蒲草 蒲菜 多年生宿根性湿地草本植物 植株高1 4 3m 肉穗状花序园筒状顶生 雌雄花序紧相连 形成蜡烛状 称蒲棒 花期5 8月 香蒲广泛分布于全国各地 生于池塘 河滩 渠旁 潮湿多水处 常成丛 成片生长 对土壤要求不严 以含丰富有机质的塘泥最好 畏寒忌旱 香蒲长势强健 管理容易 叶形潇洒 花序奇特 是湿地植物中不可缺的装饰材料 2020 1 25 16 茭白 又名高笋 茭瓜 2020 1 25 17 芦苇 又称芦 苇子 可保护圩堤 挡浪防洪 耐污能力 净化能力强 具有净化水中的悬浮物 氯化物 有机氮 硫酸盐的能力 能吸收汞和铅 对水体中磷的去除率为65 是国际上公认的处理污水的首选植物 浮叶植物 茎叶浮水 根固着或自由漂浮的植物 分为根生浮叶和自由漂浮植物 其吸收污染物主要部分是根和茎 叶处于次要位置 大多数为喜温植物 夏季生长迅速 耐污性强 对水质有很好的净化作用 也有一定的经济价值 但扩展能力较强易泛滥 代表 睡莲 荇菜 漂浮植物 漂浮植物在光照竞争中占绝对优势 生长力很高 能够吸收水体中的营养物质 近年来国内外的工程实践及研究表明 该类水生植物不仅具有较高的生长率 能够快速分解和吸收水中的N P等营养物质 而且植株漂浮于水面 易移出水体 既可作为牛 猪 鸭的营养饲料 又可以沤肥 能带来可观的收益 2020 1 25 20 凤眼莲 又名水葫芦 水浮莲等 繁殖快 耐污性强 对水中的化学需氧量 COD 生化需氧量 BOD 有明显的降解效果 对氮 磷 钾及重金属离子均有一定的吸收作用 是一种净化污水 美化环境的理想水生植物 还能从污水中吸收镉 铅 汞 铊 银 钴 锶等重金属元素 能使水中的酚 氰等有毒物质分解成无毒物质 沉水植物 沉水植物在水体修复中具有重要的作用 由于沉水植物的茎叶和表皮与根一样具有吸收作用 因而具有较强的净化能力 沉水植物占优势的水体水质清澈 生物多样性高 水生植物在不同的营养级水平上存在维持水体清洁和自身优势状态稳定的机制 因此恢复以沉水植物为主的水生植物被认为是合理的有效的净化水质的重要措施 代表植物 狐尾藻 金鱼藻 2020 1 25 22 金鱼藻 金鱼藻分布全国 特别是在水中富含有机质 水层较深 长期浸水的稻田中分布较多 危害较重 此外 静水池塘 湖泊 沟渠中亦有分布 由于金鱼藻吸氮能力极强 同时降低水温 严重影响水稻分蘖及生长发育 水生植物处理系统工艺 植物净化塘系统人工湿地技术水域浮床技术根际过滤技术 植物净化塘系统 植物净化塘系统是人工强化和改进的稳定塘技术 污染物的去除机制主要是植物的吸收和微生物的代谢 与普通的稳定塘相比具有占地面积小 废水停留时间短等优点 该系统主要用于城镇污水的二级或三级处理 某些工业废水 暴雨径流 受污染天然水的处理 水生维管束植物使用较多的为凤眼莲 浮萍 满江红等漂浮植物 该系统设计简单但工艺优化研究较少 应受制约 人工湿地技术 人工湿地技术利用人工建造和监都控制的适合水生植物生长的工程化的沼泽地进行废水处理 其基本构成要素有基质 植物和微生物 它克服了天然湿地净化效果不理想 负荷低 易淤积的缺点 不仅能有效净化水体 还具有很强的生态功能 人工湿地常用的基质有 粗砂 瓜子片 砾石 高炉渣 钢渣 煤灰渣 草炭 耕层土 沸石 蛭石 水域浮床技术 水域浮床技术是运用无土栽培技术 以高分子材料为载体和基质 采用现代农艺和生态工程措施综合集成的水面无土种植植物技术 采用该技术可将水生植物和原来只能在陆地种植的草本陆生植物种植到自然水域水面 并能取得与陆地种植相仿甚至更高的收获量和景观效果 具有可移动式运行 无动力 无维护 使用寿命长等特点 根际过滤技术 根际过滤技术是利用超富集植物根部从废水中吸收 富集和沉淀污染物的一种植物修复技术 是近几年发展的一种植物修复技术 主要用来处理放射性核素废水 重金属废水以及富含营养盐的废水 水生植物净化能力的影响因素 水生植物的选型及群落配置温度光照污染物浓度水体的透明度 存在的问题 水生植物在工程应用中受各种环境因子影响大处理周期长 水生植物净化系统的工艺设计 最优化配置和后续处理还不完善 需要不断寻找和选育适应能力强 净化效率高的物种 不断开发已应用于水体修复的植物的新功能 不同水体中如何选择植物种类和搭配植物群落才能取得最好的效果 水生植物系统具有易遭受虫害 生长过密引起蚊虫滋生 植物残体打捞不及时造成二次污染 净化效果的季节性问题和持续性问题尚未得到很好地解决 研究展望 最近有人提出在富营养化水面利用浮床技术栽培水稻或陆生经济植物的生态模式 既可净化水体 又可创造经济价值 水生植物对不同类型污染物的净化机理尚未完全弄清或存在不同观点 因此将来还应该着重加强一下方面的研究 不同生态环境下水生植物的生理生态研究 不同条件下水生植物的最优群落配置的研究 低透明度污染水体和行洪河道水生植物自下而上的研究 不同水生植物对于不同污染因子的生存阈值问题的研究 应用前景 利用水生植物吸收营养物质 并通过收获植物带走水中