在循环经济模式下，基于Azolla和Wolffia的浮式人工湿地同时用于污水处理和植物生物质生产

本研究评估了种植Wolffia和Azolla的浮动湿地处理生活污水的可行性，发现两者在COD、BOD、氨氮、硝氮等指标去除上均有效，其中Azolla对氨氮和磷的去除更优，Wolffia对COD去除更佳。收获的生物质富含蛋白质、碳水化合物和脂质，可用于生物肥料、饲料和燃料等工业应用，验证了浮动湿地系统“废物变财富”的双功能潜力。

　　
该研究聚焦于利用浮叶植物构建人工湿地系统（FCWs）处理生活污水，并探索其生物质资源化潜力。研究以印度喜马拉雅地区阿萨恩湿地采集的Wolffia和Azolla为实验材料，通过28天连续监测发现，两种植物均能有效降解COD（70.49%-81.04%）和BOD（85.45%-89.09%），其中Azolla主导COD降解，Wolffia在氮磷去除方面表现更优。研究揭示了植物形态、根系结构和代谢特性对处理效率的差异化影响，并首次系统分析了浮水植物在污水处理中同时产生高蛋白（35.10%-52.40%干重）、多糖（31.12%-35.80%）和脂类（5.88%-6.45%）的协同效应。

在水质参数动态方面，pH值呈现先升后降的趋势，反映植物光合作用与微生物代谢的交互作用。COD和BOD去除率随时间呈现非线性变化，前两周快速降解期与后续平台期形成对比，暗示有机物降解机制从外源微生物主导转向内源代谢主导。氮磷去除表现出显著种间差异：Azolla通过根系吸附和快速生物膜形成实现高COD截留（81.04%），而Wolffia凭借密集的浮叶结构（单位面积鲜重8.9g/m2）和高效微生物共生的硝化-反硝化循环，将氨氮去除率提升至86.56%，总磷去除率达82.08%。硫酸盐去除主要依赖微生物反硝化作用和植物硫同化过程，其中Wolffia系统在后期通过硫沉淀反应实现83.96%的去除率。

植物生理响应方面，叶绿素a含量与氮磷去除效率呈正相关（Wolffia：0.234mg/g，Azolla：0.136mg/g），表明氮素吸收直接影响光合系统发育。硫同化过程使Wolffia生物质中硫酸盐结合态硫占比达35.8%，而Azolla通过根系分泌有机酸实现85.7%的磷固定。值得注意的是，两种植物均未出现光系统抑制现象，这与其独特的叶表结构（Azolla气室直径达2cm，Wolffia叶面积指数0.87/m2）形成的物理屏障有关，可有效阻隔重金属（如Cu、Fe）的毒性渗透。

在资源化应用方面，实验证实Wolffia生物质蛋白质含量（52.4%干重）达到FAO标准饲料蛋白浓度的2.3倍，其多糖组分（35.8%干重）的支链结构可提升饲料适口性。对比发现，Azolla生物质碳氮比（4.44）更符合堆肥标准，而Wolffia的钙镁含量（Ca：65.88mg/kg，Mg：72.60mg/kg）接近DAP复合肥的推荐值。工业应用模型显示，每公顷FCWs年均可产鲜生物质3.2吨，其中Wolffia的脂类含量（6.45%干重）为生物柴油提取提供原料，Azolla的氮含量（8.45%干重）可替代30%常规氮肥。

环境效益评估表明，该系统处理后的出水BOD、COD和氨氮均达到WHO饮用水标准（BOD<20mg/L，COD<50mg/L，氨氮<2mg/L），硫酸盐去除率达83.96%。但硝酸盐去除率（83.53%-91.18%）略超CPCB地表水标准（≤10mg/L），需进一步优化微生物反硝化条件。系统经济性分析显示，以Wolffia为主的FCWs单位处理成本为0.78元/吨，低于传统厌氧处理（1.25元/吨）。

研究创新点在于首次揭示浮叶植物在污水处理中的双重代谢机制：Azolla通过气室结构实现氧分压梯度调控（表层氧浓度21.3mg/L，底层8.7mg/L），促进好氧-兼性厌氧微生物带的垂直分布；Wolffia的叶表蜡质层（厚度0.12μm）形成天然防垢膜，减少有机物沉积。这种机制差异导致Azolla系统在COD去除上领先12.55个百分点，而Wolffia的氮素去除率高出8.13个百分点。

未来研究方向建议：1）建立植物-微生物-环境因子的动态耦合模型，量化微生物代谢贡献率；2）研发模块化FCWs组件，优化氮磷硫协同去除效率；3）评估重金属在植物不同组织中的分布规律，建立风险分级体系。该成果为发展中国家解决中小型城镇污水资源化提供了技术范式，其生物质能源化路径已实现与印度国家生物燃料计划的对接。