林木对污水的净化效应

林木对污水的净化效应

1改善生活环境质量是绿化效益的基本保障现代科学研究和材料工业的快速发展，人类的生存和生活环境不断变化。然而，负面影响也困扰着世界。汽车喷出的废气、建材散发的有毒物质、工厂排放的废水、人类活动击发的噪音等等构成了现代环境污染的三大害,即喧嚣噪音、混浊空气和不洁水质。这三大害同为现代文明的产物并随着人口增长和社会经济发展而日益严重。如何净化环境成为关系人类社会发展的重大课题。众所周知,绿化效益除体现在美化环境上,更重要的作用是净化环境。通过生活环境质量的改善,为人类生存提供最适条件。有鉴于此,笔者现就植物的环境净化功能的最新研究动向试作综述。2加拿大减音实验概况林木对于音波具有很好的阻隔作用。通过对音波的折射、反射、吸收达到阻隔噪音的目的。林木吸收音量的能力决定于林分结构。垂直郁闭的林分或下层植被及地被物稠密的林分吸音效果良好。理想的防音林应该是高立木度、高郁闭度、高疏密度的壮龄常绿复层林。噪音衰减量与林带的宽度关系密切,加拿大和日本曾作过实验。加拿大的研究人员在东部4种林分开展减音实验。实验林分概况如下:①铁杉林:树高3m,造林间距1.5～3m的幼龄林和树高达到9m的壮龄林,计6处。②松林:树高6m,造林间距1.8～2.4m,计4处。③云杉林:树高4.5m,群状造林,群间距3～4.5m。④落叶阔叶林:杨树40%～60%,榆树20%～40%,其它树种10%的混交林,树高6～7.5m,间距3～6m,计4处。实验数据列于表1。结果表明,深入林内30m处,周波200～8000Hz范围内的噪音衰减量平均达8dB。另据日本东京日比谷公园测定,周边噪音音量70～80dB。进入园内10m处,音量减至10dB。大量实验认为,在交通流量很大的道路与住宅区之间,如能栽植120～180m宽的林带,完全可以将噪音阻隔于居民生活环境之外。另外,森林除直接减弱噪音音量之外,还能够间接给人以心理缓合和精神松弛的效果,这是其它消音措施所不具备的。3氧化氮化能力汽车使用的汽油和轻油等化石燃料,经燃烧并与空气中的氮气反应生成二氧化氮、一氧化氮等氮氧化合物。这类有毒气体是酸雨的成因,也是造成光化学大气污染的原因。最近,有报告称,二氧化氮分子与DNA碱反应,碱的结构将被修饰;指出,氮氧化合物具有致癌性和突然变异诱发性的危险。然而,令人担忧的是,大气中的二氧化氮浓度逐年增加,已经成为全球性的问题。众所周知,植物光合作用生成淀粉和氧气;同样,植物还具有利用光能将二氧化氮还原同化为氨基酸的能力。可以不过分地说,植物有利用二氧化氮生产氮肥的能力。广岛大学的森川等人为此调查植物的同化能力。先后调查道边杂草、树木和花坛草木计220种植物的适性。发现二氧化氮同化能力强的植物是野生菊科的某种植物、赤桉、金合欢等,最低下的是凤梨科的某种植物。这两类植物的同化能力竟差1000倍。进一步研究证实,同化能力强的多为菊科植物,而稻科和凤梨科植物一般较低。然而,正是这种差异给人为选择或遗传基因操作以提高同化能力带来可能。另外,A.C.Hi11证实植物具有二氧化硫等无机大气污染物沉淀源的机能。利用工厂绿化带和城市绿化区降低大气污染物浓度的实验正在持续开展中。4植物净化甲醛的净化能力据调查,人们在家的时间平均达66%,加上在办公室工作的时间,在室内停留的时间总计达到94%。因而,室内空气质量直接关系到人们的健康。特别是密封化住宅,换气率极低,室内装修住宅,甲醛或溶剂污染较重,已经构成对人类健康的威胁。据美国环境保护厅(EPA)调查,各种建材造成的污染是一般室内污染的2～5倍。美国宇航局(NASA)为开发生活环境系统专门开展了室内空气污染研究。通过对各种生物功能的研究,断定室内观叶植物的净化能力最强。B.C.Wolverton等人专门对若干种植物的净化能力进行了研究(表2)。此外,他们还对植物根际生息的微生物净化性进行研究。指出,植物育成的活性。土壤和土壤微生物具有提高净化效果的作用。近藤认为,观叶植物的叶面气孔可以吸收大气中的甲醛。美国宇航局(NASA)曾对盆栽植物有效净化部位及温湿度的影响做过研究。甲醛对人类健康危害非常大,而且广泛生于燃料生成物烹调油烟、劣质装修材料及各种日用化学品,因而,植物净化甲醛的研究实例多有报道。首先是树木对甲醛危害的减轻化研究。T.Kondo等人曾对不同树种的甲醛吸收率进行研究(表3)。发现,呼吸率高的植物,如钻天杨、刺槐、鸡爪槭,甲醛的吸收率也高。另外,光线越充足,甲醛的吸收率也越高。在植物叶片进行光合作用的过程中,估计甲醛也在被吸收和分解。此外,甲醛浓度升高时,其吸收率也将成比例提高。另有报告称,在2000ppb的水平下,也有可能被吸收。近藤的研究也表明,不同树种的甲醛吸收率是不同的,从高至低的排序是:落叶阔叶树>常绿阔叶树>针叶树。总之,许多研究人员都认为,改善室内空气环境的现行方法均各自有局限性,最好的方式应该说是利用植物的净化能力将污染源分解成无害物质。另一方面,木材也可以减轻甲醛的危害。据测试,白柳安、红柳安、柳杉、罗汉柏、花柏等树种的甲醛吸收率为42.8%～68.9%。虽说吸收后可能再次释放,但释放率低,多的为31.6%,少者只有3.5%。进一步的研究发现,木材含有可以与甲醛进行化学结合或分解甲醛的成分,而不只是简单地吸收甲醛。5油气多全覆盖,均有形成有机溶剂的特性树木精油对氨、二氧化硫、二氧化氮等具有清除功能。谷田等人的实验数据可以佐证(表4)。数据表明,氨的清除率决定于精油浓度。随浓度提高清除率也在提高,浓度只有达到100%时,清除率才超过90%。对二氧化硫来说,精油精度只要达到5%,清除率就高达100%。二氧化氮在精油浓度5%的条件下,清除率比氨高,但远不如二氧化硫,大体在40%～50%。相对讲,叶油清除率高于材油。一般说,叶油多含低沸点成分,有“清爽感”,材油成分以中沸点至高沸点物质为多,有“安神作用”。据大平对13种植物的研究,冷杉和柳杉清除率最高,可以达到80%以上,其余树种大体在40%～50%。从实用计,以柳杉等叶油类为主成分制造甲醛捕集剂。在捕集甲醛的同时,一边释放挥发性香气。树皮含有丰富的单宁等多酚成分。广义讲,儿茶碱为其中一种成分。在环境净化方面,树皮正是因为含有凝聚型单宁而具有蛋白质吸附能、重金属吸附能、除臭机能。曾有对氨、甲醛、乙醛等吸附能的报告。报告称,刺槐单宁除氨最为有效,但儿茶碱等的吸附能低。对清除甲醛,最有效的是儿茶碱和落叶松单宁,而刺槐单宁的吸附能低下。6森林水质净化众所周知,森林土壤具有水质净化功能,森林土壤可以说是天然净水器。为强化森林的水质净化功能,研究人员特别关注森林结构的研究。普通认为,上层树木过密的森林并不理想,因为这种林分下的下木和草本植物难以生存。从林地光照管理考虑,模式林分应该是乔木层、灌木层、草木层发达,落叶层全面覆盖地表的结构。森林水质净化功能不仅是森林的问题,还与下游的农田、河流、池塘、湖泊等水质有关。因此,森林水质净化问题应该由林学、农艺化学、农业土木学、土木工程学、卫生工程学、环境科学、大气化学等专业人员参加。当前,有关森林水质净化的热门话题,一是酸雨对森林生态系统的研究,二是沿水文过程的水质净化机能的研究。7活性炭吸附法通常认为,木炭的多孔性使之具有良好的保水和物质吸附功能。利用木炭清除流水和空气中的有害物质的研究受到关注。现列举大平的研究数据为例(表5)。从表5数据可以看出,有些树种的木炭,对特定浓度的污染物,有可能取得与活性炭相近的清除效果。关于木炭清除水中的有害物质,也就是水质净化功能实际上是三种方式在起作用。这三种方式是过滤、吸附和微生物分解实现的。木炭过滤之物主要是小河流中肉眼可识的落叶和垃圾之类。木炭的作用是遮档顺流而下的异物体。然而,随着异物体的堆积,水流将不畅,因此,需要定期清除异物。最好的方式是在木炭置放处的上游设置栅或网等阻隔设施。木炭的吸附机能是指木炭细孔吸附溶存于水中的物质及其微小悬浊物。木炭分布着大量的直径0.001至数百μm的细孔。木炭的细孔容积及表面积比相当大,是木炭吸附力极强的原因。实际上,木炭细孔上还存在着10μm以上的孔隙和为其1/万的微孔。通过家庭生活污水净化实验,发现大孔径多的针叶树木炭强于阔叶树木炭。然而,对极低浓度污水的吸附则以孔径小吸附力大的吸附剂为优。实际上,吸附机能伴有微生物分解机能而存在,就是说,木炭水质净化能力并不单纯。木炭的微生物分解能力是指混于污染水中的有机物被好气性微生物捕捉分解而言。分解物最终为H2O、CO2、NO3、SO4、PO4等所谓含氧无机物。在分解过程中,由于需要消耗溶解在水中的氧,因而,必须注意补氧,促使好气性微生物增殖。凡碳化温度在600度以上的木炭,无机物成分极易从木材组织中脱离出来,从而呈现弱碱性。因此,嗜好中性和碱性的细菌和放线菌很容易在木炭上繁殖并形成生物膜。就是说,木炭吸附的微生物对有机物进行分解并形成生物膜。然而,生物膜过厚的话,其膜内生存的微生物将丧失活性。随着净化功能的丧失,生物膜将很容易脱落,成为悬浊物并成为木炭堵塞的原因。为防止这种现象,需要定期更换木炭。水体水质净化还有一种情况需要重视,就是海上或河流或陆上流淌或漂浮的油脂的回收问题。当然也包括工厂或食堂、厨房等排出废水中的油脂的清除。研究表明,木质材料经热处理可以用作油脂吸附材。这种材料必须是能够大量吸附油脂,但吸水量要少。关于这种材料的性质和水质净化技术,美国、日本、欧洲和加拿大均有专利提出。材料制造原理的基点是低温碳化物几乎不吸纳湿气。以上谈了许多有关木炭水质净化的问题。现在简单