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浮萍污水处理及淀粉积累能力的分析

摘要：浮萍是常见的水面浮生植物，种类多样，全球共有5属38种，中国浙江有3属5种，不同品种的浮萍其污水净化能力及淀粉积累能力存在差异。对不同品种的浮萍污水处理能力及淀粉积累能力的研究，有利于有效利用其种质资源。本文就目前对浮萍多样性的研究，对浮萍的相关能力做如下阐述，主要介绍浮萍的相关种类，污水处理能力及淀粉累积能力及其在生活中的应用。

关键字：浮萍；污水处理；淀粉累积；生物能源基质

1．引言
浮萍科植物是水生植物中最小的漂浮植物之一，以圆形或长圆形的绿色小叶状体形态存在，茎不发育，根丝状（有的无根），主要为无性繁殖。除沙漠和永久冰冻的地区外，各地均有分布[1]。全世界浮萍科植物有5属38种，而在中国目前发现有3属6种。其中浙江省有3属5种。分别是浮萍属的浮萍，稀脉萍和品萍，紫萍属的紫萍，芜萍属的无根萍。
浮萍本身可积累淀粉，有望成为新型的能源基质。在处理污水方面，浮萍具有低投资、低能耗、处理过程与自然生态系统有更大的相融性的优势。国内外已开始重视对该科植物的研究和利用。

2．研究背景
我国是一个水资源短缺型的国家而且水资源分布不均匀。随着社会的日益发展，水体污染问题日趋严重，从而进一步加剧了水资源的短缺问题并且严重威胁到城市居民的饮水安全和人民群众的健康。传统的污水处理系统中，一般利用沉淀池采取混凝法进行污水凝沉淀，但其分离效率较低，不能达到很好的污水处理效果【2】。一些发达国家为了解决日益严重的水质污染问题,不惜巨额投资兴建大量不同规模的城市污水处理厂，比如美国在清水法的制约和推动下,十年来付出了314亿美元的代价,新建、扩建和改建了一大批城市污水处理厂,使水质污染问题有了明显的改善[3]。
我国的能源问题也相当严重，近年国际能源消耗也飞速增长，燃油价格攀升，能源短缺和污染问题日益突出，以燃料酒精为代表的新型能源在技术、经济和环保等方面有了突破性进展，瑞典、英国、美国、澳大利亚等国先后开始研究生物能源【4】。因此，利用手段开发生物能源，已成为当今能源战略的重要内容[5]。
3.浮萍的相关性研究
3.1浮萍作为饲料或绿肥
浮萍作为最常见的水生植物，繁殖快，易于打捞，绿萍质地柔软、细嫩，适口性好，浮萍蛋白质的质量也比较好,其所含8种必需氨基酸的量除了蛋氨酸和色氨酸外都比较高【25】是猪、鸡、鸭、鹅和鱼的好饲料。我国及许多国家很早就靠种养和投喂浮萍来养殖草食性鱼类, 其中的某些种类如芜萍还是专门用于鱼苗饲养的优选饵料[ 26]。而且喂绿萍不用切碎，不必煮，饲喂十分方便。浮萍能固氮，其背叶的共生腔内有鱼腥藻，能固定空气中的氛素，而且由于其较低的碳氮比，浮萍比较容易腐烂分解，因此，浮萍还可作为一种优良的绿肥[15 16]。
3.2浮萍的污水处理能力
对于水体污染的处理常用的方法主要有活性污泥法[4]、生物膜法[5]、氧化法等。但这些方法运行成本相对较高，而且其应用范围也受到一定的限制。浮萍体积小，繁殖快，适应性强，吸收N、P等元素效果显著[6，7] 。而且能够吸收重金属元素[8]，并且不易引起二次污染。相关研究表明，利用浮萍处理系统( duck -based systems, 简称DBS)对BOD, COD的去除能力可达到传统稳定的氧化塘处理系统的效果[22]。马萨诸塞州新阿尔捷米学院的约翰·托迪研究出了太阳能水上系统，该系统利用了浮萍和鱼, 污水流经一系列水池和浮萍水塘后,氮、磷等污染物就被光合作用和微生物加工处理再生成鱼的饲料【陆轶峰】。有实验表明，浮萍在低有机污染条件下对N、P吸收方面的能力强于水花生【黄辉】。
此外，浮萍对引起水体富营养化的藻类有一定的抑制作用。研究表明, 浮萍能通过促进藻细胞内叶绿素a的破坏减少水体中藻细胞的数量,浮萍还可促进藻细胞内脂质过氧化产物丙二醛含量的升高,抑制超氧化物歧化酶的活性。初步分析表明浮萍等水生植物能分泌酚酸和长链脂肪酸等与克藻效应有关的物质[ 14, 15]。
浮萍对金属具有高度的敏感性，因此，浮萍还可作为检测重金属离子及其复合污染的植物学毒性的指标。有结果显示，低浓度的重金属污染对浮萍生长影响不大, 但随着重金属离子浓度的增加,浮萍生长受到显著抑制,且表现为随重金属离子浓度增加呈显著负相关【张莉】。
3.1浮萍的淀粉积累能力
浮萍本身可积累淀粉，有望成为新型的能源基质。中科院赵海等已实现了浮萍高比例（68.46%）丁醇发酵，比玉米丙丁发酵丁醇比例高14.11%，并将浮萍淀粉与纤维素共发酵，可产生乙醇达4.02%[6]，这为浮萍作为生物燃料基质[7]提供可能性。用浮萍取代玉米等粮食发酵酒精不仅可以解决争粮问题[8]，且成本低廉。这一研究已经引起欧美等国的重视。种云霄等【2008】研究发现，氨氮能使浮萍叶绿体中淀粉粒增多，刘睿【2010】研究发现La3+ 能够诱导浮萍产生更多叶绿素b，从而提高光合作用能力，产生更多淀粉。
4 总结
以浮萍为主的污水处理系统, 主要由太阳能来驱动,并且浮萍的繁殖速度快, 组织氮磷含量高, 用途广, 在对污水进行处理的同时还可以回收有利资源和固定能源, 加之处理过程基本不使用化学产品, 也不会产生有害副产物, 是一种非常有潜力的绿色处理技术。再者，浮萍拥有较高的淀粉积累能力，随着研究的深入和技术的不断完善, 浮萍将有望成为新型的能源基质，在以利用浮萍为主的污水处理与水体修复技术也将会得到越来越广泛的应用。

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