论文摘要：本文阐述了砷的毒性以及其引起的环境污染，并详细说明了国内砷污染的现状，随后总结了砷污染防治的方法，及砷污染的主要对策—生物法。生物法是一种环境友好的方法，它包括微生物法和植物法以及微生物和植物联合修复法。其中利用微生物和植物联合修复法具有很好的发展前景，是未来治理受砷污染的水体和土壤的主要方法。
1.砷的毒性
砷属类金属，但因其行为与来源都与重金属相似，常被列为霓金属来研究。在自然界有三价无机态As(II1)、五价无机态As(V)和有机砷MMA(甲基肿酸).DMA(二甲基肿酸)，TMA(三甲基砷酸)等。有机砷中除了砷化氢衍生物外一般毒性较弱。无机砷有剧毒，其中三价砷As(II1)较五价砷As(V)毒性高约100倍。砷化合物可从呼吸道、食道和皮肤接触进入人体。进入人体的三价砷化合物能和硫基作用，抑制蛋白酶的活性并致癌;五价砷其结构类似磷化合物，能干扰人体代谢。砷对人体内许多器官都会造成损伤，是环境中重要的致癌物。今天的卫生学和环境学研究者应该意识到，剧毒的砷对人体造成的危害往往是一个长期的、慢性的健康效应，即砷对那些长时间与之接触(如通过食物链)的人群产生健康负效应。在人类大规模经济活动之前，砷处于自然循环的平衡之中，由于人类工业活动扩张，加快了砷在环境中的迁移和转化，在局部地区造成了砷在环境中的积累，从而危害动植物，甚至威胁到人类的健康，这种状况就是通常所说的砷污染。世界上曾发生多次砷中毒事件，因此含砷化合物污染和防治已日益引起人们的普遍关往。因此，研究已有砷污染的对策是必要的。
2砷污染现状
砷污染目前己经是个全球性问题。亚洲是砷污染最为严重的地区，目前世界上的砷污染主要是在孟加拉国、印度和中国，以砷污染地下水为主。当孟加拉东部和西部的饮用水出现高砷水平，超过4000万人暴露在含超过50ppb砷的环境中时，砷污染就己经严重到成为灾难的地步了。由于目前全世界采用地下水源作为饮用水，并试图取代严重污染地表水源的趋势的生长，砷引起了全球范围的中毒性流行病，以致在许多国家近上千万人被认为处于极度危险中。
砷污染虽然有地质的原因但在中国主要来源于采矿及冶金业废水，污染土壤、地下水及河流。我国在很早以前就已发现了饮用水型砷中毒的存在，远早于备受国际关注的孟加拉国和印度。我国的很多省市都存在着不同程度的砷污染情况。据新闻报道，目前已有至少十个省、自治区发现了饮用水型砷中毒。在土壤砷污染方面，我国南方地区如湖南、广东和广西的某些地区，由于矿冶、制酸造成的砷污染已相当严重。据新闻报道，广西、湖南两省至少有上千平方公里的土壤正遭受着砷污染，而云南、贵州，包括湖北一些地区也面临着严重的砷污染问题。这些地区除地质因素造成的砷污染外，在矿藏开采中忽略了对环境的保护，使得这些矿区周围3040公里都受到砷的污染。具体的砷污染源一是土法炼砷，即把毒砂矿(FeAsS)用上窑焚烧，生成砒霜蒸气，再冷凝结晶即可制得砒霜，污染源主要是砒霜蒸气外逸及矿渣;二是制酸企业使用的黄铁矿。
中含有砷，在拂腾炉中焚烧时生成砒霜蒸气，经过水洗后进入废水中，处理不达标排放，造成水体的砷污染。经过焚烧后，水溶态的砷不可能经微生物的作用转化回毒砂矿。
3砷污染的防治技术发展趋势
矿业及冶金业是造成砷污染的主要原因。开采、焙烧、冶炼含砷矿石以及生产水溶性含砷产品过程中产生的含砷“三废”是环境中砷污染的主要来源。而砷污染对人类造成的影响主要是饮用水源污染及地方性砷中毒。避免砷进入食物链，是防治砷污染的关键。由于砷这种类金属元素是不能被降解的，其在地球中的含量也不能减少，只能采取一些方法把砷转移到安全的地方或者把高毒性的砷转化为低毒性的砷，甚至转化为低水溶性或不溶于水的矿化物质，使其对人类和环境的影响降到最小。
3.1预防措施
(1)加强环境监测，建立重点地区空气、饮用水源等流体中的砷污染预报机制，同时加强重点地区土壤中砷的监测，解决好高砷地区人畜用水及农业灌溉用水问题。
(2)加强含砷矿藏及其冶炼过程的管理，取缔土法炼砷的工厂，冶炼砷的工厂和其它冶金工厂的“三废”必须达标排放，对高砷煤采取强制性脱砷处理，从根本上降低空气中砷含量。
(3)加强含砷化工产品管理，特别要加强对含砷农药和医药的监管，要加强这些毒性药物的使用常识培训，最大程度减少人为中毒情况的发生。
3.2治理策略
砷污染治理方法主要包括物理方法、化学方法和生物方法。
物理法主要是采用一些过滤器，例如活性炭过滤器吸附来减少废水中砷的浓度。对于土壤砷污染，若面积不大，可采用客土法，对换出土壤要妥善处理，防止二次污染。亦可将污染土壤翻到下层，深埋程度以不污染作物而定。
化学法则指采用化学试剂使砷变成人体难以吸收的化合物。如在含砷废水中投加石灰、硫酸亚铁和液氯(或漂白粉)，将砷沉锭然后对废渣进行处理，也可以让含砷废水通过硫化铁滤床或用硫酸铁、氯化铁和氢氧化铁凝结沉锭等。
物理法和化学法的缺点是费用高，二次污染大等。
生物法则指生物转化法或者植物修复法。生物法具有物理和化学法所没有的优点，环保，低成本，高效益，能够进行原位修复，所以是砷污染治理技术发展的主要方向。
4砷污染治理技术主要方向—生物法
4.1微生物法
微生物不仅种类繁多，数量极大，分布广泛，而且具有繁殖迅速，个体微小，比表面积大，对环境适应能力强等特点，因而成为人类最宝贵、最具开发潜力的资源库之一。基本上所有的细菌都有对付毒性金属离子的抗性基因，其中最大(数量最多)的抗性系统是由耗能的毒性离子外排系统起作用，其次为通过酶来转化的系统(氧化还原，甲基化和脱甲基化)，或者由金属结合蛋白解毒(如金属硫蛋白Smta，ChaperonCopt和周质银结合蛋白。微生物参与了砷在环境中循环的多个环节，如土壤/水体中砷的相互转化、砷由地表向地下和水体的迁移、生物甲基化产生的气态砷和微生物对砷的吸附、固定等。砷虽然对人体有毒，但微生物对砷的适应性极强，甚至有的微生物以砷作为其生长的能源。细菌对砷的抗性和代谢系统有三种模式:一是最为广泛存在的为砷操纵子，它们存在于大多数细菌的基因组和质粒中;二是最近发现的arr基因，这是周质区的As(V)还原酶它在厌氧呼吸中起作用，使As(V)作为末端电子受体;三是aso基因编码周质As(III)氧化酶，它在好氧环境下发挥抗耐As(III)作用，使As(III)成为电子供体，转化为低毒的As(V)。鉴于这三种模式，我们可以从受砷污染或者未受砷污染的环境中筛选得到抗耐砷菌，把环境中的砷吸附和解毒。例如日本研究人员利用微生物对砷的吸附特性将砷从水体中去除最近还有被提到微生物甲基化砷，由于砷甲基化三甲基砷最终产物是无毒的，因此微生物甲基化砷成为了新的研究热点。
4.2植物修复法
植物修复是利用某种植物来净化受重金属及/或有机污染物如原油、溶剂以及聚合碳氢化学物(PAHs)污染的土壤、沉淀和水体。植物修复按其修复的机理和过程可分为植物萃取、植物固定、植物挥发、根系过滤、植物降解。其中，植物萃取(Phytoextraction)是指利用植物根系吸收土壤污染物质并运送至植物地部，通过收割地部物质而达到去除土壤中污染物的一种方法。
对于不同的要修复的污染点要联合植物生理学、农学、微生物学、水文地质学以及工程学来选择适当的植物和条件。适当的植物有两种，一种是转基因植物，另一种是超富集植物。陈同斌等人在中国境内找到砷的超富集植物凤尾蔗属的蚁蚁草(PterisvittataL.)，经野外调查表明，蚁蚁草对砷具有很强的富集作用，在含砷9mg/kg的正常土壤中，蚁蚁草地下部和地上部对砷的生物富集系数分别高达71和80Ma等人也报道在美国发现的蚁蛤草能在23400mgAs/kg的矿渣上正常生长。除了蚁蚁草，还有大叶井口边草(PteriscreticaL.)。大叶井口边草地上部的平均含砷量为418mg/kg(干重，下同)，最大含砷量可达694mg/kg;地下部(根)的平均含砷量为293mg/kg，最大含砷量552mg/kg，地上部含砷量均大于土壤砷含量，且随土壤砷含量的增加而增加，其生物富集系数为1.34.8。我们可以通过利用种植砷超富集植物来提取受砷污染土壤中的砷，并通过收割其地上部并进行处置来净化土壤。至于转基因植物就是利用改变植物的基因，使得某种植物具备抗耐砷并且能够富集砷的基因。Dhankher等将细菌的砷还原酶基因arsC和谷氨酞半脱氨酸合成酶基因同时转入拟南芥植株中，得到了砷高耐受和高积累的转基因植株。转基因植物虽然当前尚无实用价值，但为植物修复开辟了新途径。
4.3微生物与植物联合修复
自然界许多微生物都有抗砷耐砷转化砷价态的功能，同样的不少根际微生物细菌有促进植物生长的功能。如果将这些有促进蚁蛤草生长的抗砷菌种，接种到娱蛤草的幼苗，然后用到砷污染土壤的整治上，将可以提高砷的去除率。因此利用微生物与植物联合修复受砷污染的水体和土壤不失为一种好方法，使得砷最终能够从污染的环境中分离出来。目前对微生物和植物联合修复受砷污染土壤的报道还比较少，但这方面应用前景很大，充分结合了微生物和植物修复的优点，既环保，又经济，最大的优点是能把受污染点的砷转移到安全的地方进行集中处理处置。
1畜禽粪便恶臭处理
养殖业是农业的重要组成部分，养殖业的发展直接丰富了人们的餐桌。然而另一方面，与日俱增的畜禽排泄物的无害化集约化处理又成了一道困扰我们的难题，其中就包括了畜禽排泄物的无臭处理。数据表明，与人的污物排放量对比，畜禽养殖排放的粪便和污水量平均是人的十倍至几十倍[1]，因此，实现畜禽污物的高效除臭，是新型微生物除臭剂开发的重点方向之一。
籍景淑比较了不同类型的除臭剂对猪粪的除臭效果并研究其对动物生理的影响，针对性的分析了乙酰氧肟酸、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和啤酒酵母对猪粪中NH3的清除效果及清除机理，发现复合菌剂联合乙酰氧肟酸作用，对猪粪NH3清除的效果更加显著[2]。曾晰菀以兔粪、马粪、菌渣、稻草牛粪堆腐物、腐熟猪粪五种材料为筛选对象，得到3株耐高温菌，形成复合菌剂添加到猪粪堆肥中，经检测该菌剂在猪粪腐熟过程中可有效降低NH3的生成[3]。刘鸫将枯草芽孢杆菌、活性炭和茶渣组成的复方除臭剂，发现按照2%的添加量进行猪饲料添加，不仅能够显著降低粪便臭味化合物的散逸量，还能显著提高饲料内纤维物质的表观消化率。近几年也不乏针对畜禽养殖过程恶臭处理的除臭剂专利，贵州大学文明等发明了一种可对畜禽B殖场开展有效恶臭处理的复合型微生物除臭剂，包含了嗜酸乳杆菌、短小芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、荧光假单胞菌、沼泽红假单胞菌、班图酒香酵母菌、平常假丝酵母菌、扩张青霉、米根霉、绿色木霉、细黄链霉菌和灰色链霉菌。吕津东发明了由乳酸菌、芽孢杆菌和酵母菌组成的微生物除臭剂，可广泛用于畜禽粪尿除臭。
2固体垃圾恶臭处理
现代社会城市化的进程越快，城市产生的固体垃圾越多，面对堆积如山的固体废弃物，最传统的垃圾填埋法无疑会产生强烈的恶臭，因此利用微生物除臭剂开展城市固体垃圾堆放和处理过程中的除臭，也是今后微生物除臭剂极具潜力的应用方向之一。
崔玉雪2011年报道，从垃圾填埋场的污泥和垃圾渗滤液中分离得到7株具有较好环境适应性的菌株，经鉴定分别属于产碱杆菌属、芽抱杆菌属、无色菌属、显核菌属及溶藻菌属，并开发成为复合除臭菌剂，该除臭菌剂的效果与EM菌剂相比，对NH3的消除效果更佳。
湖南省微生物研究所许丽娟等发明了一种有效消除城市生活垃圾填埋场、垃圾中转站异味的微生物除臭剂，实验得到除臭微生物混合发酵的稳定工艺，可大幅降低生产成本。宜宾万华生物姜德油发明的微生物环保剂将沼泽红假单孢菌、枯草芽孢菌、德氏乳酸杆菌以中草药提取液作为发酵基质，发酵工艺简单，使用操作简便，除臭灭蝇效果显著，较好的解决了垃圾填埋场、垃圾中转站及化粪池的蚊蝇和恶臭问题。
3污水集中处理
城市生活、农业、养殖、工业等都会源源不断产生废水、污水，现代污水的处理过程中必备除臭阶段，以污水处理设备中最常见的生物滤塔为例，污水净化的同时或在下游实现脱臭，对减少污水的二次污染意义重大。
田顺从污水处理厂污泥中筛选分离到一株具有高效蛋白降解特性的功能菌枯草芽孢杆菌，并经过配比试验与嗜酸乳杆菌制成复合除臭菌剂，表现出良好的除臭性能。2011年葛洁对除臭生物滴滤塔的工艺进行优化研究，实验确定了适于生物滴滤塔特性的净化H2S混合菌种及改性陶粒填料。北京工业大学刘春敬研究生物滴滤塔中优势微生物固定化微球对H2S的降解作用。张钊彬针对污水处理厂恶臭问题提出利用化学-生物联合除臭法解决污水处理厂对环境的二次污染问题，采用化学试剂喷雾结合生物滴滤塔处理恶臭气体，可达到兼顾降低生物处理部分原料成本和化学处理部分运行成本的目的。
4景区环境维护
旅游业的兴旺带来了我国新的经济增长点，而景区剧增的游客量却导致了游客粪便处理问题日渐棘手，处理不善引起的恶臭不仅影响游客心情也严重影响景区的环境。目前有不少研究者也从景区生态环境建设方面着手进行景区厕所除臭剂的研究。
唐微微报道了针对景区生态厕所的除臭剂的开发及应用研究，获得植物乳杆菌、东方伊萨酵母、干酪乳杆菌、公牛链霉菌等六株除臭性能较好的菌株。按合适配比开发出除臭菌剂结合10%木屑添加，除臭效果检测四个指标均比市售的EM菌液略胜；中国科学院成都生物研究所闫志英等发明的复合生物制剂包含乳杆菌、嗜热链球菌和橘皮提取液，可直接用于公厕除臭；上海澄思源生物科技朱恩灿等发明了由光合细菌、酵母菌、乳酸菌复合菌群和香精、乙酸、乳酸组成的混合除臭剂，直接喷洒至厕所即可达到吸收臭气、抑制臭味物质产生的目的。
另外，除了喷洒微生物菌液直接进行恶臭处理，微生物除臭菌剂的效果优劣还与其添加的填料直接相关，填料对除臭效力的影响主要来自于物理吸附作用以及为除臭微生物提供附着载体。文献大量报道的填料有沸石粉、硅藻土、膨润土、泥炭土、生物活性炭、锯末、煤粒、陶粒等，而最近一些研究发现，聚氨酯泡沫塑料表面多孔，表面积大，并且微生物只在填料的孔中生长，不易造成填料堵塞，因此适合制作成生物反应器的填料，利于促进生物反应器净化效率提高并降低运行成本。孙绍堂等发明了一种微溶性矿物质材料焙烧形成的惰性填料，其特点是在填料微孔结构和孔隙表面包覆营养膜，使其具有为微生物缓释补充营养物质的功能，使生物填料的性能具有可控性和自培育性，降低成本，解决传统生物填料的微生物优势菌群培育问题及营养供给问题。
对具有有效面积更大、孔隙多、交换能力强等特点的新型填料的发掘还在不断进展之中，材料的吸附性能、通气性能、保水性能、能否为微生物的生长提供营养源，都是研究者需要重点考虑的方向。
综上，新型除臭微生物的发现为新型微生物除臭剂的开发提供了基础，另一方面，也可以依靠分子生物学的手段对微生物进行定向改造，创造出更符合实际需求的工程菌株。由于分子改造的周期较长、成本较高，越来越多的研究则侧重于将微生物的转化与除臭剂中填充剂的理化作用相结合，形成多种作用机制联合的复合型微生物除臭剂。未来，随着微生物处理能力的提高、单位体积填料有效面积的增加、以及合理的操作参数的确定，复合型除臭制剂必将在恶臭问题治理过程发挥更加强大的作用。
【参考文献】
[1]崔玉雪.（2011）.用于填埋场臭气控制的微生物除臭剂开发与除臭机理研究.[硕士学位论文]华东师范大学.
关键词：人工湿地；植物配置；生活污水；处理效果；应用
中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：0439-8114（2016）11-2748-03
DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2016.11.009
人工湿地污水处理系统是一项运用生态学原理加上工程方法而形成的生态工程水处理技术。人工湿地处理污水的方法同时还兼具生物滤池法和活性污泥法处理污水的某些性能[1，2]。人工湿地对污水处理效果受植物种类、温度以及根区微生物等多种因素的制约[3-7]。因此，人工湿地植物选择是否恰当，配置是否合理，将直接影响到人工湿地的处理效果。已有研究表明，多种植物的合理搭配较单一植物具有较好的处理效果，混合种植不仅使湿地净化率提高，且净化效果更稳定[8，9]。植物根系发达程度、放氧速率和微生物活性等对污水的净化效果同样有影响[10，11]，且不同植物的净化效果差异很大[12]。
本研究以贵州省人工湿地常用植物风车草（Cyperusalternifolius）、再力花（Thaliadealbata）、菖蒲（AcoruscalamusLinn.）、千屈菜（Lythrunsalicaria）、水葫芦（Eichoimiacrassips）、美人蕉（Cannaindica）、花叶芦竹（Arundodonaxvar.versicolor）、香蒲（TyphaorientalisPresl）、茭白（Zizanialatifolia）、水葱（ScirpusvalidusVahl）、睡莲（NymphaeatetragonaGeorgi）作为配置植物，试验样地均采用表面流+潜流+垂直复合流的人工湿地类型。通过检测出水水质研究不同植物配置下的人工湿地对生活污水的净化效果及作用机理，为喀斯特地区人工湿地植物配置提供理论依据。
1材料与方法
1.1试验样地的选取
试验样地选择贵州省内处于正常运行，且湿地类型和基质一致，仅在植物配置类型上有差异的人工湿地作为本研究的试验样地，试验样地的基本特性如表1所示。
试验样地基质为砾石+沙土。湿地生物反应床底部和四周均以水泥沙浆封闭，并进行防渗处理，每一级生物反应床种植不同植物，相对独立。收集的城镇生活污水依次经过沉沙-曝气-沉淀，然后由布水管接入第一级生物反应床，出水经收集后再经布水管接入第二级生物反应床，以此类推，直至污水经处理后排放。3个人工湿地污水处理系统均采用全天候连续供水模式。对3个样地进行连续3年的取样分析，各试验样地的化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、磷酸盐、氨氮、总磷（TP）等水质因子浓度见表2。
1.2试验样地中植物配置
3个人工湿地试验样地中，各级的生物反应床种植不同的植物，各人工湿地的植物种植详见表1。
1.3水样采集及测定
2011年12月至2014年8月，对各人工湿地进行了水样采集分析，在人工湿地各级生物床进出口均进行采样，每个采样点同时采集3个平行样用于水样分析，每个采样点分别测定COD、BOD、磷酸盐、氨氮、TP等水质因子。各水质因子检测方法见表3。
1.4统计分析
数据在Excel软件中进行初步录入和处理。使用SPSS19.0软件对数据进行初步计算和统计分析，即计算均值和标准差，利用配对t检验（Pairsamplet-test）和一般线性模型（Generallinearmodel）对数据进行方差分析（One-wayANOVA），分别按湿地类型来分析其效应（基于TypeⅢ平方和基础上）。同时，差异显著性用Tukey检验，统计显著性α=0.05，且所有数据以均值±标准差表示。
2结果与分析
2.1不同植物配置人工湿地对污水处理效率的差异
不同植物配置人工湿地的水质因子去除率的方差分析结果见表4。由表4可知，3种植物配置的人工湿地在COD、BOD的去除率上存在极显著差异（P
2.2单个水质因子的处理效率
由表5可以看出，3种人工湿地对COD的去除率均在80%以上，BOD、氨氮在70%以上，对磷酸盐和TP的去除率在64%以上。草海人工湿地（CH）对COD、磷酸盐的去除率最高，朱昌镇人工湿地（ZC）对BOD的去除率最高，枫香镇人工湿地（FX）对TP、氨氮的去除率最高，对COD的去除率较低。
2.3不同植物配置人工湿地对污水处理效果的影响
不同植物配置的人工湿地在COD、BOD的处理效率上存在差异。
COD处理效率以草海人工湿地的处理效率为最高，枫香镇人工湿地最低；而BOD的处理效率以朱昌镇人工湿地的处理效率为最高，草海人工湿地的处理效率为最低。针对其他3种污染物，虽然在不同植物配置湿地间没有显著差异，但从表5可以看出，草海人工湿地对磷酸盐和氨氮的去除率较高，而对总磷的去除率在3种人工湿地中是最低的。
根据湿地的植物配置可以看出，草海人工湿地与其他两种人工湿地植物不同，主要有茭白、水葱、睡莲3种植物，其对COD、磷酸盐、氨氮去除率较高的原因可能是：①选择效应导致[13，14]，即植物丰富度高的植物群落越有可能选中生产力高的物种，如本研究中草海人工湿地的美人蕉、香蒲、茭白和水葱等；②植物多样性对根区微生物生物量C、N与酶活性有显著影响[4]，进而影响基质中的N[15]，以及植物吸收、生长速率（生产力）[16]；③多个对氮磷有较强吸收作用的植物共同作用。有研究表明，单位面积上水葱对氮磷的吸收速率高[17]，美人蕉对总氮的去除效果好[18]，茭白对总磷的去除效果好[19]。
BOD去除率较高的两种人工湿地为枫香镇人工湿地和朱昌镇人工湿地，从两者的植物配置中可以看出，枫香镇人工湿地比朱昌镇人工湿地多了千屈菜、菖蒲和花叶芦竹3种植物，但对BOD去除率并无太大影响（表5）。由此可见，对BOD去除效率较高的植物配置组合为水葫芦、风车草、美人蕉、再力花和香蒲。
3结论
1）比较不同植物配置人工湿地的污水处理效果，对COD的去除效率以香蒲+茭白+美人蕉+水葱+睡莲的植物配置的去除率为最高，去除率达到86.36%。
2）对BOD的去除率以风车草+再力花+菖蒲+千屈菜+水葫芦+美人蕉+花叶芦竹的组合与水葫芦+风车草+美人蕉+再力花+香蒲的组合较好，分别为79.21%和81.28%；而香蒲+茭白+美人蕉+水葱+睡莲这种植物配置的人工湿地对BOD的去除率较低，只有70.26%。
3）风车草+再力花+菖蒲+千屈菜+水葫芦+美人蕉+花叶芦竹这种植物配置人工湿地对氨氮的去除率较高，为75.96%。
4）磷酸盐的去除率在不同植物配置湿地间没有显著差异（P>0.05）。香蒲+茭白+美人蕉+水葱+睡莲植物组合最高，达到73.20%。
5）对总磷的去除率，不同植物配置间的人工湿地处理效率没有显著差异，以风车草+再力花+菖蒲+千屈菜+水葫芦+美人蕉+花叶芦竹植物组合最高，为72.28%。
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