香蒲在废水污染治理中的应用
摘要 通过研究香蒲植物的生长习性、生长条件、自身构造、用途。探讨香蒲植物治理废水污染的机理以及香蒲植物净化生活污水、工业废水、恢复被污染破坏的生态环境的效果，分析与展望开发利用香蒲植物的效益及前景。
关键词 香蒲植物,废水污染,环境治理,开发利用
香蒲植物别名蒲草、蒲菜．又称水烛。为多年生宿根性沼泽草本植物．植株高1．4．2．0 m．有的高达3．0 m以上。根状茎白色．长而横生．节部处生许多须根，老根黄褐色。茎圆柱形，直立，质硬而中实。叶扁平带状，长达1 m多。宽2～3 cm，光滑无毛。基部呈长鞘抱茎。花单性．肉穗状花序顶生圆柱状似蜡烛。雄花序生于上部，长10～30 cm。雌花序生于下部．与雄序等长或略长，两者中间无间隔．紧密相联。呈灰褐色。同属植物约18种，常见的有东方香蒲、普香蒲、达香蒲、小香蒲、狭叶香蒲及长苞香蒲。宽叶香蒲。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．较耐寒。栽植香蒲的地方应阳光充足．通风透光。香蒲栽植的管理较粗放。
对含重金属的废水进行处理．一般采用物理、化学方法，这些方法投资大，工程技术要求高．企业往往难以承受。物理、化学法都将残生污染转移。易造成2次污染，且对于大流域、低浓度的有害重金属污染难以处理。近年来开展的生物处理法为工业废水、城市生活污水的治理找到了一条高效益、廉价、易管理的处理方法与途径。中山大学陈桂珠等人在这一领域进行了卓有成效的研究．发现香蒲植物在处理1=业废水方面有独特的净化效果．并用香蒲植物成功治理了韶关凡口铅锌矿废水污染。使得该矿山井下废水出水水质达到工业排放标准．接近农灌标准．并在以后的运行中发挥了巨大的作用。国外和我国对香蒲植物的研究和应用证明．香蒲植物具有重要的环境价值、经济价值。
1 香蒲植物治理废水污染的应用
1．1香蒲植物净化废水的机理通过对香蒲植物形态
解剖学、组织化学和生理生态研究．发现香蒲植物抵抗高浓度重金属废水污染的机制是：1)香蒲植物具有特殊的结构与功能，如叶片呈肉质、栅栏组织发达、气孔凹陷、地下茎发达等结构，是香蒲植物对重金属污染有强抗性的原因之一；2)香蒲植物长期生长在高浓度重金属废水中形成特化结构以抵抗恶劣环境．如生长在废水中的香蒲植物比在清洁点的具有更大的气孑L密度．香蒲根、茎、叶表皮细胞较小、近球状等均是香蒲植物适应恶劣环境所产生的一些特化结构：3)香蒲植物能自我调节某些生理活动．以适应污染毒害．如在高浓度的重金属环境中香蒲脯氨酸含量增加、光呼吸和暗呼吸作用加强是香蒲植物适应污染毒害所作的生理调整。
以香蒲植物为主．藻类、微生物、水生生物相配合的水土一植物复合系统之所以能净化工矿废水中的铅锌等重金属而使出水达到工业排放标准并接近农灌标准．其可能机理有以下5个方面：1)水生植物的过滤作用，密集的植物有阻隔重金属．防止其随水流失而加速重金属颗粒沉降：2)香蒲植物表面凝聚、过滤、吸附重金属也包括植物表面的离子交换：3)香蒲植物的枯枝落叶在净化系统中创造了藻类、微生物和其他水生植物生存的有机营养环境，而这些生物对蘑金属加以吸附、吸收以及离子交换作用从而起到净化作用：4)香蒲和其他高等水生植物、藻类光合作用产生的氧能氧化重金属并加速其沉淀：5)湿地植物发达的通气组织不断向地下部分运输氧，使周围环境呈现好氧、缺氧、和厌氧状态．保证了废水中的N、P作为植物和生物营养成分直接被吸收，还有利于硝化作用、反硝化作用及磷的积累。
1．2香蒲植物净化废水的处理方式
处理方式主要有2种：净化塘和人工湿地系统。香蒲净化塘是以香蒲植物占绝对优势而组成的特殊水生生态系统．这个系统通过水生植物群落的阻滤、沉降、吸附等物理作用以及植物体的吸收、积累等作用而达到对污水的净化效果12I。香蒲人T湿地系统是根据实际情况需要．由人工精心设计和建造一个相对独立的工程化的湿地系统．是一个人造的完整的湿地生态系统．种植以香蒲植物为主．其他水生植物为辅的植物群落．由植物、石床、微生物等子系统构成，靠物理的过滤、吸附，化学反应和化学沉淀．以及微生物代谢分解有机物等作用使污水净化Iu。典型代表是成都活水公园。其湿地系统主要工艺过程有：厌氧沉淀池、人工湿地塘床系统、养鱼塘系统、戏水池以及连接各个工艺的自然水沟等5部分。污水流经整个工艺过程后．明显地由黑逐渐变清，出水水质达到了国家排放标准。
1．3利用香蒲植物净化城市生活污水
香蒲植物可以有效地净化城市生活污水及工业废水中的磷、氮、COD．cr、BOD5、总悬浮物(TSS)等污染物质。国外在这方面有过成功的利用。2001年澳大利亚墨尔本市附近建造了l 325 m2的人工湿地．用宽叶香蒲处理城市生活污水。取得良好的效果。日本用宽叶香蒲处理污水中磷28 d．去除率为100．00％(2000年)。澳大利亚曾利用东方香蒲作为废水处理生物过滤器．并取得良好的效益(1993年)．叶志鸿等人用宽叶香蒲等七种高等水生植物处理酸性制浆废水的试验中得出数据也证明了宽叶香蒲对污水中的悬浮物、总氮(TN)、总磷(TP)等污染物均有较理想的净化效果。其中对悬浮物的去除率达83．5％．在总氮浓度为50．27 mg／L的废水中10 d后总氮的去除率为71．14％．而在总磷浓度为22．03 mg／L废水中10 d后的总磷去除率为74．38％．去除率随着时间的延长而增大。1998年阳承胜对韶关凡VI铅锌矿废水香蒲植物净化系统最新研究发现：该香蒲人工湿地系统对废水中COD、TSS的去除率为93．04％、99．76％。目前，欧洲、美国等西方国家广泛应用香蒲植物处理城市生活污水．而我国将香蒲植物用于城市污水处理的报道却极少。
1．4利用香蒲植物净化下业废水
香蒲是国际上公认和常用的一种治理污染的植物．它的结构与功能特殊。如叶片成肉质、栅栏组织发达等。香蒲植物长期生长在高浓度重金属废水中形成特殊结构以抵抗恶劣环境．并能自我调节某些生理活动，以适应污染毒害。招文锐等研究了宽叶香蒲人工湿地系统处理广东韶关凡口铅锌矿选矿废水的稳定性。历时10年的监测结果表明，该系统能有效地净化铅锌矿废水．未处理的废水含有高浓度的有害金属铅、锌、镉经人工湿地后。出水VI水质明显改善，其巾铅、锌、镉的净化率分别达到99．00％，97．50％和94．80％。分析其pH和Pb、Zn、Cd、Hg和As质量分数的年份和月份变化趋势．发现经湿地处理的废水出水水质中的各指标的年份和月份变化幅度较小．且都在国家工业污水的排放标准之下．可见该湿地的污水净化具有很高的稳定性。
李柳川、陈桂珠等人也用香蒲植物试验治理韶关凡口铅锌矿废水污染．在人工构筑的2个水泥池中，用同样的铅锌矿废水底泥为基质．人工混合重金属污水为培养液。一个池栽香蒲幼苗．一个池为无香蒲对照，实验8个月后发现151：2个水池中的水的重金属下降程度没有显著差别。而底泥中重金属的增加量却相差极为显著：香蒲种植池中铅增加5．40％，锌没有增加。铜增加2．10％．镉增加22．40％。对照池中铅增加9．10％，锌增加22．10％铜增加89．30％．镉增加17．40％。香蒲植物体内重金属含量是铅O．4倍，锌1．2倍，铜2．4倍，镉59倍．香蒲植物吸收这4种重金属的绝对量是铅130mg／kg、锌l 381 mg／kg、铜29 mg／kg、镉124 mg／kg。以上情况说明：香蒲对重金属有明显的吸收作用：香蒲植物主要吸收废水中沉积在底泥中的重金属而起到净化废水的作用．这说明香蒲植物是一种净化含锌、镉等重金属废水的优良植物161。香蒲植物净化塘系统净化铅、锌的效果是：总悬浮物(TSS)的去除率99．00％、铅为91．00％、锌为85．00％、镉为86．00％．铜、铁、铝等重金属也有不同程度的降低。叶志鸿、陈桂珠等还发现铅、锌等重金属在宽叶香蒲体内的积累数量与分布规律是：根>地下茎>叶；老地下茎>嫩地下茎：铅在叶的分布是 老叶>成熟叶>嫩叶。在净化塘系统中．各种重金属在宽叶香蒲根部积累比例最大的是铅。其次是锌、铜、镉等。
据阳承胜于1998年对韶关凡口铅锌矿废水香蒲植物净化塘系统最新研究发现，目前该废水净化系统对铅、锌、铜、镉的去除率分别为94．02％、97．35％、96．79％、96．28％。说明该系统随着香蒲植物群落的发展．净化效益在提高。江苏省植物所唐述虞『71研究员引用该成果，用香蒲、芦苇、灯心草等组成的人工湿地系统处理马鞍山铁矿的酸性废水的初步试验，发现该湿地系统对铜、铁、锰、锌和镁的去除能力均在60．00％。98．00％以上，且废水酸度明显降低。可见，应用香蒲植物处理废水具有良好的市场潜力．为我国众多工矿企业处理废水提供了一种廉价、有效的方法，值得我们去做进一步的研究与应用。
1．5利用香蒲湿地系统恢复污染破坏生态环境
由于香蒲植物对工业废水具有很强的抗性而得以在其中生存。不但净化了污水水质．解决了农用水源问题．而且可抑制水干时尘沙飞扬．极大地改善了工矿区的生态环境，特别是使工矿区生物多样性得到恢复。同时由于香蒲植物根系发达，纵横交错，盘生紧同湿地泥沙，使原来频繁发生崩塌现象的矿区不再发生此种现象．有利于原有地貌的保护。此外。香蒲湿地生态系统还可控制水土流失，促进土壤的发育和熟化，提高土壤中有机质N、P、K等的含量．从而提高土壤肥力。
生态环境的问题应该用生态方法来解决．近10余年来中国科学家运用生态工程技术净化富营养化水体．恢复富营养化水体生态系统良性循环．取得了一些成功的经验。其中引种香蒲植物为主的湿地系统．对抑制湖泊藻类生长、净化水质、治理水体富营养化，恢复湖泊的良性生态系统取得了很好的效果。北京动物园进行了采用香蒲植物净化水体的生态研究．结果表明，利用香蒲植物不仅能净化动物圊严重的富营养化水体．而且还有利于营造水上园林景观和为水禽创造适宜的生存环境。
2开发利用香蒲植物资源的效益及前景
我国香蒲植物资源丰富．其中小香蒲为我国的特有种，香蒲植物资源分布广泛。可选种类较丰富。香蒲植物农田-水利资源的采集与选种方便．为我围香蒲植物资源开发利用创造了便利条件．据同外统计．一般香蒲人工湿地系统的投资和运行费用仅为传统的2级污水厂的1／12～l／3．而对污水的净化效果则与2级污水厂相同，具有良好的经济效益。在“谁污染谁治理”的环保政策监督下香蒲植物资源的开发利用将有很大的市场潜力．我国作为一个发展中国家，建设任务重．水环境污染严重．废水治理率低，利用香蒲这一廉价、丰富、有效的生物资源治理城市生活污水及工业废水是当务之急。在前人研究的基础上．大范围推广香蒲植物污水净化系统的条件已经成熟。
为了研究香蒲的生长条件．李柳川等人研究了水质酸碱度对香蒲生长的影响，发现香蒲生长最佳DH值为7～8之间。pH在6～7和8-9之间为香蒲生长的较好环境。对于废水处理任务重的工业企业、城市污水处理厂等可根据自身实际情况。引进香蒲植物处理系统．不仅可以节约大量的排污、治污费用．而且可以通过对净化废水用的香蒲植物资源进行综合利用．可将收割的香蒲用作造纸、编织草席等原料．为企业带来额外收入。
当前，首先要结合各地实际情况．开展香蒲植物生态、选种育种、人T栽培等方面的研究与调查，选择适合当地治污需要的香蒲植物品种、栽培方法等；其次要突破籽穗育苗条件研究，为香蒲植物规模化生产创造条件：最后．香蒲植物资源的开发要与保护结合起来．加强对现有香蒲植物的保护，实现香蒲植物资源的可持续利用。
参考文献
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