植物修复在污水治理中的研究与应用探析ppt课件

1、西南交通大学地学院环境工程陈佼 植物修复技术在水环境污染控制中的运用1 植物修复的机理与种类2 植物修复在水环境中的运用 3 植物修复的开展趋势及运用前景主要内容 生物修复作为新兴技术，具有经济效益高、运用前景广泛的特点，曾经在全球得到迅速的开展和运用。 污染水体的植物修复以独特的优势，成为生物修复机理研讨的新兴领域，并且成为当前国内外研讨的新热点。1 植物修复的机理与种类11 植物修复的概念植物修复(phytoremediation)：利用特定的植物对某种环境污染物的吸收、超量积累、降解、固定、转移、挥发及促进根际微生物共存体系等特性，降低或去除环境污染物，使污染环境得以恢复的科学与技术。运

2、用于水环境中的植物修复技术：以水生植物忍受和富集某种或某些有机、无机污染物为实际根底，利用水生植物或其与微生物的共生关系，去除水环境中污染物的一种环境生物技术。A.费用省，植物修复技术可以现场进展，减少了 运输费用，减少了人类直接与污染物接触；B.环境影响小，减少二次污染或污染物的转移， 可以最大限制地减低污染物浓度；C.工程造价相对较低，不需求耗能或耗能很低；D.能实现水体营养平衡，改善水体的自净才干， 并具有一定的生态景观效应。优点12 植物修复的机理 净化机理1(1) 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 等营养元素的才干。研讨阐明，水生植物的N 和P 含量都到达或超

3、越生长所需最低的N 和P 阈值，代表性浮叶植物和沉水植物的N、P 含量随着湖泊营养程度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，由于其生命周期更长。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，从而到达净化的目的。(2) 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。研讨阐明，污水中的含氮有机物分解所产生的氨态氮，一部分是经过植物吸收和挥发作用而去除，大部分那么是经过硝化作用和反硝化作用的延续反响而去除的。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那么有利于厌氧微生物的代谢。

4、(3) 吸附、截留、沉降作用 漂浮植物兴隆的根系与水体接触面积很大，能构成一道密集的过滤层，当水流经过时，不溶性胶领会被根系吸附或截留。同时，附着于根系上的细菌在其进入内源呼吸期后会发生凝聚，部分菌胶团把悬浮性有机物和新陈代谢产物沉降下来。沉水植物不但能抑制生物性悬浮物，而且也能抑制非生物性悬浮物。(4) 克藻作用 水生植物和浮游藻类同属于初级消费者，水生植物个体大，生命周期长，直接干扰藻类的生长，因此具有较大的竞争优势。一方面水生植物经过光和营养物质的竞争，抑制藻类的生长；另一方面经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，到达抑制藻类生长的作用，如菇类化合物、类固醇等。13

5、 植物修复的植物种类 水生植物是水环境植物修复的中心组成部分，修复结果依赖于修复植物本身的生物学性质。 植物修复针对不同污染情况的水体选用不同的生态型植物，植物挑选也是植物修复研讨领域的重要内容之一。水生植物类型1挺水植物2浮水植物3沉水植物(1) 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，并且可经过水流阻尼作用，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。挺水植物有很强的顺应性和抗逆性，消费快、产量高，并能带来一定经济效益。 常见：香蒲、芦苇、水葱等。(2) 浮叶植物 茎叶浮水、根固着或自在漂浮的植物，分为根

6、生浮叶和自在漂浮植物。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，但扩展才干较强易泛滥。 常见：凤眼莲、浮萍、睡莲等。(3) 沉水植物 在大部分生活周期中植株沉水生活，部分根扎于水底，部分根悬浮于水中，其根茎叶对水体污染物都能发扬较好的吸收作用，是净化水体较为理想的水生植物。其种类繁多，但普通指淡水植物。 常见：金鱼藻、苦草、伊乐藻、眼子菜等。认识几种常见的净水植物 凤眼莲 又名水葫芦、水浮莲等。繁衍快，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

7、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。浮萍 又称青萍，能大量吸收、积累电厂洗煤废水中的重金属元素，能有效吸收、积累、分解废水中的营养盐类和多种有机污染物。 睡 莲 芦 苇 又称芦、苇子，可维护圩堤，挡浪防洪。耐污才干、净化才干强，具有净化水中的悬浮物、氯化物、有机氮、硫酸盐的才干，能吸收汞和铅，对水体中磷的去除率为65%,是国际上公认的处置污水的首选植物。 伊乐藻 原产美洲，是一种优质、速生、高产的沉水植物，与我国淡水水域中分布的黑藻、苦草同属水鳖科。90年代经中科院南京地理与湖泊研讨

8、所从日本引进在江苏省泗洪县试养。可以净化水质，防止水体富营养化。不仅可以在光协作用的过程中放出大量的氧，还可吸收水中不断产生的大量有害氨态氮、二氧化碳和剩余的饵料溶失物及某些有机分解物，这些作用对稳定pH值，使水质坚持中性偏碱，添加水体的透明度。 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。由于金鱼藻吸氮才干极强，同时降低水温，严重影响水稻分蘖及生长发育。 苦 草 又名蓼萍草，扁草。 多年生无茎沉水草本，有匍匐枝。植株叶长、翠绿、丛生，是植物园水景、风景区水景、庭院水池的良好水下绿化资料。 也适宜室内水体绿

9、化，是装饰水族箱的良好资料，常作背景草运用。 灯心草又名灯芯草、蔺草、龙须草、野席草、马棕根、野马棕。是多年生草本水生植物，地下茎短，匍匐性，秆丛生直立，圆筒形，实心，茎基部具棕色，退化呈鳞片状鞘叶，穗状花序，顶生，在茎上呈假侧生状，基部苞片延伸呈茎状，花下具2枚小苞片，花被裂片6枚，雄蕊3枚，雌蕊柱头3分歧。 美人蕉 为多年生挺水宿根草本植物。具根状块茎；植株高大。叶窄卵园形至椭园形；总状花序顶生，花径1020cm。花样有红、黄、粉色等多种颜色。喜暖和水湿及阳光充足的环境，尤其对炎夏的高温顺应性强。不耐寒，怕干旱和强风。 香 蒲 又名蒲草、蒲菜，多年生宿根性湿地草本植物,植株高1.43m。肉

10、穗状花序园筒状顶生；雌雄花序紧相连，构成蜡烛状，称蒲棒。花期58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。香蒲长势强壮，管理容易，叶形潇洒，花序奇特，是湿地植物中不可缺的装饰资料。茭 白又名高笋、茭瓜香根草 又名岩兰草；顾名思义，因其根很香，故名香根草，是一种禾本科多年丛生的草本植物。原产于印度等国，现主要分布于东南亚、印度和非洲等亚热带地域，具有顺应才干强，生长繁衍快，根系兴隆，耐旱耐瘠等特性；有“世界上具有最长根系的草本植物、“神奇牧草之称；被世界上100多个国家和地域列为理想的坚持水土植物。 池

11、杉为速生树种，强阳性，耐寒性较强，极耐水淹，也相当耐干旱，喜深沉疏松潮湿的酸性土壤，植于湖泊周围 及河流两岸常出现膝状根，抗风力强。幼苗、幼树对土壤酸醎性反响敏感，当土壤pH值在7以上时，出现不同程度的黄化景象，生长不良。 雍 菜 又名竹叶菜、通菜、空心菜、藤菜。原产中国、印度,广泛分布于亚洲热带地域。现已普遍种植，华南、西南种植面积较大。 杠 板 归 中文名：赤地利 藤浅红色，节膨大，红色。叶互生，椭圆形，叶脉紫红色，叶面有人字形暗紫色斑纹，叶柄浅红色。花小，白色或粉红色，集成头状花序。果熟时浅蓝色，半透明，汁多，味酸，可食。为园林垂直绿化资料，适宜庭院、花径或建筑物周围栽植，颇有野趣，根和

12、茎可入药。 水 葱遏蓝菜生于山地草甸、沟边、村庄附近。一或二年生草本。苗期冬季或迟至翌年春季，花期34月份，果期56月份，为夏收作物田主要杂草之一，以华北及西北、东北为其重发区，部分地域危害较重。 但是对某些重金属有超富集作用。燕 麦 草水 竹又名伞草、旱伞草、水棕竹、风车草。 水竹有净化环境的价值。 水竹在生活污水中培育10 d后，污水中TN、TP、COD和BOD的去除率分别到达91%、92%、70%和73%，其中水竹对N、P的吸收量分别占净化量的55%和53%.种植风车草的潜流型人工湿地对TN、TP、COD和BOD的去除率分别为64%、47%、74%和74%，与不种植物的人工湿地相比，TN

13、、TP、COD和BOD的去除率分别提高了28%、19%、14%和13%. 剑 兰又称唐菖蒲，原种产于南非。世界各地普遍栽培，主要消费国为美国、荷兰、以色列及日本等。因其对氟化氢非常敏感，还可用作监测污染的指示植物。 风 信 子又名洋水仙、西洋水仙、五色水仙 植物修复在水环境中的研讨和运用现状水环境中的污染大致可分为三类: 1重金属的污染； 2无机营养元素如氮、磷等； 3有机污染物如农药、多环芳烃PAHs等。21 对重金属的植物修复 为到达“种植物，收金属的理想境界，人们对重金属超富集植物的研讨产生浓重的兴趣。植物修复是利用植物特性对水环境中污染物进展降解的生物过程，因此，对重金属的植物修复是很

14、有出路的绿色生物技术。 目前对有关超富集植物曾经有一定的研讨根底，人们试图开发“超富集植物倾向的传统植物。经过育种或转基因技术把超富集性状转移到生长速度快、顺应环境强的植物。 水生植物根部的重金属含量普通都比茎、叶部分高，但在个别植物中叶、茎重金属的含量接近于根部，个别元素在叶部的含量甚至更高。这能够与它们的吸收途径不同有关，比如苦草，整个植物都沉没在水中，根、茎、叶都能吸收重金属，所以体内重金属的分布比较均匀。木本植物用作人工湿地污水处置系统中的功能构件，有处置量大，修复效果好，受气候影响小，不易产生二次污染等优点。由于木本植物生物量大，修复效果好于草本植物。如对富集Pb和Cd的芦苇和池杉进

15、展对比研讨证明，池杉富集Pb和Cd才干优于芦苇。陆生植物具有兴隆的根系，将幼小的陆生植物种苗用于水体中重金属的去除会更加有效。渠荣遴等人利用玉米、向日葵、蓖麻三种作物种苗去除水中重金属，生物质量较大的茎叶吸收与储存了大量重金属。作为对超量积累植物的替代，种苗过滤法表现出新一代植物修复水处置技术良好的运用前景。 植物种苗对水中重金属的去除作用比植物根的去除作用更强，利用植物种苗去除水中重金属被称为种苗过滤，是修复含重金属废水开展的新方向。 渠荣遴等人研讨了玉米、豌豆、蓖麻和向日葵等作物种苗对水体中Zn、Pb、Cu的去除作用，结果阐明:蓖麻对Zn的积累最高，达30.0mg/g；向日葵对Pb的积累最

16、高, 达91.6mg/g；向日葵对Cu的积累最高, 达24.3 mg/g，其茎、叶中也有一定量的铜积累。22 对无机营养元素N、P的植物修复 由于水环境恶化，富营养化问题严重，导致水生植物群落衰退，生物多样性降低，使水环境系统遭到破坏。水生植物是水环境中关键的生态群落，因此对处理富营养化问题具有重要意义。 中国科学院水生生物研讨所在湖北黄石完成的污水净化和污水资源化双重功能的新型稳定塘设计实验证明，水生植物修复具有明显去除N、P的效果。表3为富营养化水体植物修复的部分植物种类及综合效果分析。 23 对有机有毒污染物的植物修复 随着新兴工农业的开展和生活程度的不断提高，环境中有机物种类增多，传统

17、的微生物修复曾经不能到达预期效果，植物修复以其独特优势，曾经提到研讨日程上来，甚至曾经到达野外运用的程度。a对剩余农药的植物修复 虽然许多国家曾经停顿运用有机农药，但其对水环境的影响依然存在，仍可以检测到农药的残留，对人类生存环境存在潜在的危害。典型的杀虫剂DDT及其代谢物都是耐久性污染物，在无菌条件下，水生植物鹦鹉毛、浮萍、伊乐藻，6d内可以富集全部水环境中的DDT，并能将1一13的DDT降解为DDD和DDE。伊乐藻、鹦鹉毛、浮萍DDT须芒草、柳枝稷莠去津、甲氨基氯类黑麦草氟乐灵、林丹凤眼莲马拉硫磷、乙硫磷、三氯杀螨醇、三氟氯氰菊酯b对多环芳烃的植物修复 多环芳烃是指两个以上苯环以稠环方式相

18、连的化合物，是一类广泛存在于环境中具有致癌、致畸、致突变性的耐久性有机污染物。 Denys等在法国北部的前炼焦厂污染土壤上种植多种不同类型植物，36个月后多环芳烃质量浓度最多减少了26，证明混合种植的草本植物最适于进展植物修复。植物修复多环芳烃是一种可行的、低价的原位修复技术。c对硝基芳香化合物的植物修复 硝基苯为无色或淡黄色油状液体，具有苦杏仁味，蒸汽及液体本身有毒，具有致突变、致癌性。水环境中的硝基芳香化合物污染主要来自于炸药工业。 根据报道：在美国国防部确定的1000多个炸药污染区域中，有95以上为TNT污染，且87超越允许的地下水污染规范。TNT的植物修复却是一项耗能很低或不需求耗能，

19、绿色平安，对人类和水环境无副作用，不会呵斥二次污染的最好治理方法。水生植物修复技术 浮岛技术 植物浮岛：利用无土栽培技术，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。经过扎在水中的根系吸收大量的氮、磷等营养物质，对有机污染物起到促降的作用；植物根系、浮床和基质在吸附悬浮物的同时，为微生物和其他水生生物提供栖息、繁衍场所，兼可美化水域景观。1995年，日本专业研讨者们首先在霞浦(土浦市大岩田)进展一次隔离水域实验，在隔离水域上设置人工浮岛，一段时间后该水域水质有了明显好转；1996年在土浦港的人工浮岛经调查结果显示浮岛对水质的净化起了重要作用；随后，又在滋贺县琵琶湖在大约1500m

20、2的水域里设置了60个人工浮岛，净化水质效果良好。日本在琵琶湖、霞浦、诹访湖等有名的湖泊和许多水库以及公园的池塘等各种水域采用的浮岛净化技术，不仅有效的净化了水质，而且大大的改善了区域景观。 太湖植物浮床改善水质人工湿地 人工湿地：是20世纪70年代开展起来的一种废水处置新技术，与传统的污水生化处置工艺相比，具有净化效果好、去除N与P才干强、工艺设备简单、运转维护管理方便、能耗低、对负荷变化顺应性强、T程建立和运转费用低、出水具有一定的生物平安性、生态环境效益显著、可实现废水资源化等特点。人工湿地是人工建造的、可控制和工程化的湿地系统，其根本原理是经过湿地自然生态系统中的物理、化学和生物作用来

21、到达废水处置的目的。 加拿大潜流芦苇床湿地系统在植物生长旺季的TN平均去除率为60，TKN为53，TP为73，磷酸盐平均去除率为94；英国芦苇床垂直流中试系统用于处置高氨氮污水平均去除率可达93.4；崔理华等在垂直流人工湿地中以煤渣、草炭混合基覆替代砂砾基覆，以风车草为湿地植物构成垂直流人工湿地系统，以察看其对化粪池出水中P、N和有机物的净化效果。结果阐明，对化粪池水中的COD、BOD5、氨氮和TP的去除率分别为768788927585和7791； 1990 年,国家环保局华南环境科研所与深圳东深供水局在深圳白泥坑建立实验基地,占地8400m2 ,处置3100t /d的城镇综合污水；19891

22、990 年, 天津环保科研所建立11个实验单元研讨芦苇湿地对城市污水的处置才干, 并对水力负荷,有机负荷,停留时间及季节等与污水中主要污染物间规律进展探求。结果优于二级处置规范,有较高且稳定的脱N 除P效果,季节性差别较小。中国环境科研院刘文祥在1994-061995-08 ,采用由漂浮植物、沉水植物、挺水植物及草滤带组成的人工湿地对控制农田径流污染进展了研讨。占地1257m2 ,利用低洼弃耕地改造而成。设计停留时间15d。处置结果: 平均去除率, TN , 35. 5%; TP , 24. 4%; TDP , 9. 8%; TDN , 41. 2%; SS ,49. 9%; CODcr ,

23、6. 4%。总投资2. 3万元,运转时,仅需求普通性管理,运转费极少。中科院南京植物所采用人工湿地系统处置酸性铁矿废水, 面积130m2 , 流量0. 5m3 / h , 运转两个月阐明:pH由2. 6 升到6. 1 ,铜离子去除99. 7% ,铁离子去除99. 8% ,锰离子去除70. 9% ,每年运转费510万元。深圳白泥坑人工湿地系统水生植被的组建 目前有越来越多的实验研讨采用多种植物的组合。不同水生植物的净化优势不同，有的可以高效地吸收氮，有的却能更好地富集磷；每种植物在不同时期的生长速率及代谢功能各不一样，由此导致不同时期对氮、磷等营养元素的吸收量也不同，而且随着植物发育阶段不同，附

24、着于植物体的微型生物群落也会发生变化。微型生物群落的变化会直接影响植物对水体的净化率，当多种植物搭配运用时就有利于植物问的取长补短，坚持较为稳定的净化效果；多种植物的组合具有合理的物种多样性从而更容易坚持长期的稳定性，而且也会减少病虫害。 消落带植物修复 消落带又称消落区，是水库特有的一种景象，是指水库季节性水位涨落使库区被淹没土地周期性出露于水面的区域。三峡库区库区消落带，夏季水位下降后，河道内沉淀的各种污染物会滞留下来，加上经过半年左右浸泡的泥土，不易排水，污染伴着渣滓、杂草，不仅破坏景观，而且在高温下极有能够产生恶臭，繁殖病菌、寄生虫和蚊蝇，导致流行病发生。 水库消落带在库区水体与陆岸之

25、间构成的宏大环库生态隔离带，是一种特殊的水陆交错湿地生态系统。 消落带植被能拦截陆岸水土流失带来的大量泥沙并吸收非点源污染物质，减少水库与河道的淤积与污染；以消落带植被为主体的消落带湿地生态系统能分解吸收库区水体中的营养物质，减少库区的富营养化程度；消落带生态系统是河流生态系统的重要组成部分。其安康情况直接影响到大量生物的生存；消落带植被有固定河岸的作用，能防止堤坡因河水的冲刷而崩垮。水生植物的资源化利用 一切水生植物体都可以作为能源，即产生沼气加以利用。有些水生植物还可以食用，如莲藕、菱角等。眼子菜、芦苇、荇菜等可以入药。芦苇可以编制苇席这已是白洋淀人民的经济支柱。水生植物是良好的绿肥，又是好的饲草。它们营养丰富，生长很快，水中的氮、磷被它们吸收后转化成蛋白质等营养物质。假设用这些草来养鱼、养鸭、养鹅又能产生一定的经济效益。所以在种植水生植物时，可有目的地挑选一些利用价值较高的水生植物如绿萍、浮莲、水花生、水葫芦等。再在水中放养适量鱼虾和水禽，适时收获水产品，使水体坚持一个较为稳定生态环境，从而获得环境效益和经济效益双丰收。 植物修复技术存在的问题污染物浓度的影响 水体中污染物浓度过高或过低都会影响植物修复的效果。污染物浓度过高超越植物的耐毒性，将导致植物死亡；过低，那么限制植物对污染物的吸收。因此，植物对污染物的去除能够产生残留浓度，该