生態浮床對富營養化水體修復作用的研究

周 揚 李 華 張秋卓 徐亞同 秦 蓉

華東師范大學上海市城市化生態過程與生態恢復重點實驗室 （上海 200062）

生態浮床對富營養化水體修復作用的研究

周 揚 李 華 張秋卓 徐亞同 秦 蓉

華東師范大學上海市城市化生態過程與生態恢復重點實驗室 （上海 200062）

為了驗證生態浮床對富營養化水體的修復能力，構建了兩個容積各8.28 m3的模擬水池，其中一池中放入面積為4 m2的浮床，另一池為空白對照，兩池中同樣放入2.7 m3的富營養化河水。比較兩池在靜態狀況下和三種不同水力停留時間下對CODMn、TN和TP三個水質指標的去除效率。實驗結果表明：浮床對CODMn、TN和TP均具有明顯的去除效果，在靜態期浮床池對CODMn、TN和TP的凈去除率分別達到了16.9%、50.3%和50%。在動態實驗中，隨著水力停留時間的縮短，去除率有所降低，但當水力停留時間為最短的4.5 d時，浮床對CODMn、TN、TP的凈去除率仍達到了9.4%、39.8%和36.6%，達到了國家規定的地表水Ⅲ類水質要求。由此可知，水體富營養化現象通過生態浮床的凈化明顯能夠得到改善。

生態浮床 富營養化水體 凈去除率

中國分類號 X522

0 前言

近年來，隨著我國人口的增長和經濟的迅速發展，排入江河、湖泊的廢水量不斷增加[1]，引起地表水環境的嚴重污染，富營養化水域日益增多。水體富營養化不僅使水質產生嚴重惡化，而且影響周邊水環境和人文景觀，甚至通過給水系統危害到公眾的健康[2-3]。因此，對富營養化水體的治理是現在人們面臨的一項重大課題。

利用生態浮床栽培植物對富營養化水體進行生態修復,具有原位修復、低成本、維護簡便、使用壽命長等優點[4]，因此正日益受到人們的關注[5]。本課題通過利用生態浮床凈化上海市郊重污染小河道水的實驗，研究了生態浮床對富營養化水體中N、P元素的去除效能。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗裝置的構建

由水泥砌成兩個同等大小的池子,尺寸為 4.6 m×1.5 m×1.2 m（長×寬×高）。其中一池放置兩個尺寸為2 m×1 m的浮床，浮床面積4 m2，覆蓋率達到58%，床框為PVC管材，框架內由堅固耐用的尼龍繩編織成網格狀作為植物的生長載體[6]，另一個同樣大小的池子作為空白對照，見圖1。

圖1 生態浮床池實景圖

1.2 浮床植物的選擇和原水水質

選用存活率高、生物量大而且對污染物去除效果良好的黃菖蒲作為浮床植物[6-7]。實驗開始時植物株高為80 cm，種植密度為104株/平方米。

實驗原水取自上海市奉賢區的一條天然小河道，水質狀況見表1：

表1 實驗原水水質mg/L

按照《地表水環境質量標準》（GB 3838-2002），CODMn為Ⅲ類，但經過COD30實驗后CODMn的去除率只達到39%，證實其中的殘存有機物都為難降解的有機物,這也是造成實驗中CODMn去除率不高的主要原因。TN為劣Ⅴ類,TP為Ⅳ類,表明此處的水質很差,屬于富營養化水體。

1.3 實驗方法及檢測指標

植物于2009年5月9日移栽,培養2個月后于7月6～17日進行靜態實驗，7月18日～9月15日每隔20天改變水力停留時間進行動態實驗，隔天對試驗系統的水質進行測定,檢測的水質指標包括CODMn、TN和TP。測定方法均為國家標準方法。

2 結果與分析

2.1 植物的生長狀況

試驗期間,植物株高的變化如圖2所示：

移栽2個月后,黃菖蒲的成活率為98.6%。表明這種植物可以很好地適應供試水體及漂浮式的培種方式。由于黃菖蒲的最適合生長溫度是15～30℃[8]，其在8月底生長速度達到最快。在70 d的實驗期間里，黃菖蒲的株高增長了0.86 m，增高了一倍多。

2.2 靜態期浮床與空白池對污染物去除效果比較

將河水放入兩個實驗池中，水量為2.7 m3，水深0.4 m，維持10 d不變，隔天在水池中央水面下0.2 m處取樣進行測定，浮床對河水中污染物去除效果見圖3。到靜態期實驗結束時，浮床對CODMn的凈去除率達到16.9%。對TN和TP的凈去除率分別達到了50.3%和50%。實驗剛開始時污染物的去除速率最快。

2.3 不同水力停留時間下浮床與空白池對N、P等元素的去除率比較

為了更接近天然河流的狀況，進行了動態實驗，此部分分為A、B、C三個系列，每個系列20 d，系列A的水力停留時間為15 d，系列B的水力停留時間為9 d，系列C的水力停留時間為4.5 d。每隔4 d取一次樣，取樣方法同靜態期。浮床在動態狀況下對污染物質的去除效果見圖4。

由圖4可知,動態期浮床對污染物的凈去除率都低于靜態期。在水力停留時間為15 d時，浮床對CODMn、TN、TP的去除率分別達到了18.6%、45.6%、42.3%。隨著水力停留時間的縮短，浮床對污染物的凈化效率都有所降低，在停留時間為4.5 d時浮床對CODMn的凈去除率明顯降低，只有9.4%，而對TN、TP的凈去除率則分別為36.6%和39.8%，比系列A降低了9%和2.5%。但CODMn與TP仍達到Ⅱ類水質、TN達到Ⅲ類水質。

2.4 浮床去除污染物的機理

河水在經過浮床池后，水質得到明顯改善。CODMn提高了一個等級，TP提高了兩個等級，而TN則由劣Ⅴ類提升到Ⅲ類。空白對照的去除率可以代表水體的自凈作用，可以看出，水質改善主要是由于生態浮床的凈化作用。浮床凈化水質的機理主要有以下三個方面：

（1）植物在生長過程中對水中N、P等營養元素的吸收利用。既能通過本質化作用使其成為植物體的組成成分，也可通過揮發、代謝或礦化作用使其轉化成二氧化碳和水，或轉化為無毒性的中間產物。

（2）植物根系對懸浮物的吸附和過濾作用。植物根系能富集水中的營養物質,對以顆粒態存在的P有很好的凈化效果,同時植物根系釋放出大量能降解有機物的物質,可加速對有機物的分解。

（3）浮床植物與微生物的協同效應。植物發達的根系為硝化菌、反硝化菌等微生物的附著生長提供了巨大的表面,而且水生植物將氧氣輸送至根，使根區形成了氧化態的微環境，這種有氧區域和缺氧區域的共同存在為根系的好氧、兼性厭氧和厭氧微生物提供了不同的適宜小生境。有利于各種微生物的大量繁殖、生長,因此可以大大提高對污染物的降解能力。

空白池對污染物的去除主要緣于顆粒物的自然沉降以及水體中懸浮微生物的作用。其去除率明顯小于浮床池。

通過收獲植物體的方法可以將污水中的N、P等營養物質及吸附積累在植物體內和根系表面的污染物搬離水體，使水體水質得到改善。而且，收獲的植物體可以用來厭氧發酵產沼氣、制成飼料或是作為綠肥，能夠創造很好的經濟效益[9]。

3 結論

利用植物浮床凈化富營養化河水取得了很好的效果，CODMn的凈去除率在9.4%～18.6%之間，TN在36.6%～50.3%之間，TP在35.8%～50%之間。使水質恢復到Ⅱ類～Ⅲ類之間。生態浮床利用植物與微生物的協同作用很好地達到了消除富營養化的目的。而且此方法成本低廉，施工與維護也很簡單，因此，推廣生態浮床來凈化河水消除富營養化不失為是一種很好的方法。

[1]司友斌,包軍杰,曹德菊,等.香根草對富營養化水體凈化效果研究 [J].應用生態學報,2003,14(2):277-279.

[2]唐靜杰,周青.生態浮床在富營養化水體修復中的應用[J].環境與可持續發展,2009(2):24-27.

[3]夏章菊,高殿森,謝有奎.富營養化水體修復技術的研究現狀 [J].后勤工程學院學報,2006(3):69-72.

[4]張雋.生態浮床技術治理污染水體的應用 [J].能源與環境,2008(21):101-103.

[5]Lianpeng Suna,Yang Liu,Hui Jin.Nitrogen Removalfrom Polluted River by Enhanced Floating Bed Grown Canna[J].ECOLOGICAL ENGINEERING,2009(35)135-140.

[6]沈昆根,姚俊杰.新型人工浮床在城市中小河道治理中的應用.水資源保護,2008(10):72-73.

[7]艾麗皎,王紅娟.優良的宿根地被植物-黃菖蒲[J].南方農業（園林花卉版）,2007(8):28.

[8]朱秀琴,姚永平.美麗的水景植物-黃菖蒲.農家致富,2008(16):26.

[9]秦蓉,徐亞同,何淑英,等.富營養化水體的生物修復與植株殘體的資源化利用 [J].上海化工,2008(9):1-4.

周 揚 女 1985年生 碩士研究生在讀 研究方向：河道生態修復

2010年6月