濟南玉清湖水庫生物浮床技術應用與示范

謝敬斌（濟南信源工程項目管理有限公司，山東濟南250013）

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濟南玉清湖水庫生物浮床技術應用與示范

謝敬斌
（濟南信源工程項目管理有限公司，山東濟南250013）

【摘要】主要研究利用無土栽培技術，以低密度材料作為漂浮載體，以高分子材料作為基質(zhì)，將合適的植物直接種植到受污染的水體中，形成局部生物群落，利用植物生長過程中根系的吸附、吸收、轉(zhuǎn)化、固定等作用，將水中的氮、磷及有害物質(zhì)以轉(zhuǎn)化為植物體的方式脫離水體，從而達到凈化水質(zhì)的目的。本文探討了該技術在玉清湖水庫的應用情況。

【關鍵詞】濟南市；玉清湖水庫；生物浮床技術；水質(zhì)凈化

隨著近年來濟南市城鎮(zhèn)化進程地加快，特別是“一城三區(qū)”規(guī)劃格局的逐步形成，水資源供需矛盾突出、防洪排澇能力弱、地下水超采嚴重、地表水及地下水污染嚴重、生態(tài)用水嚴重不足、水生態(tài)功能退化等問題日益顯現(xiàn)。為保障濟南市防洪安全、供水安全、生態(tài)安全，保障市民的生活質(zhì)量特別是飲用水安全，水利部決定將濟南市定為全國首個水生態(tài)文明建設試點城市。在這期間，濟南市將構建健康優(yōu)美的水生態(tài)體系、安全集約的水供用體系、科學嚴格的水管理體系和先進特色的水文化體系，形成現(xiàn)代水利發(fā)展新格局。玉清湖水庫是濟南市重要的飲用水水源地，水庫的水質(zhì)安全將越來越受到關注。

最近幾年，由于上游黃河來水的水質(zhì)變化，濟南市玉清湖水庫出現(xiàn)了總氮超標現(xiàn)象，水庫富營養(yǎng)化現(xiàn)象引起了關注。為了保證水庫的水質(zhì)，需要采取多種措施。利用生物措施對水質(zhì)進行凈化是一項成熟的行之有效的技術方案，也是最接近自然、不產(chǎn)生二次污染的方法。其中生物浮島方法是利用無土栽培技術，以低密度材料作為漂浮載體，以高分子材料作為基質(zhì)，將合適的植物直接種植到受污染的水體中，形成局部生物群落，利用植物生長過程中根系的吸附、吸收、轉(zhuǎn)化、固定等作用，將水中的氮、磷及有害物質(zhì)以轉(zhuǎn)化為植物體的方式脫離水體，從而達到凈化水質(zhì)的目的。洗腎式水質(zhì)凈化系統(tǒng)是各種生物處理及物理方法的集成技術，可有效用于玉清湖水庫水質(zhì)凈化處理項目中，對改善水質(zhì)將起到積極作用。同時，還會產(chǎn)生相應的景觀效益。

1　生物浮床技術提升水質(zhì)的原理

水生植物的根系可以直接扎根于水中，這樣直接利用根系來吸收水中的氮、磷等元素的營養(yǎng)物質(zhì)，再加上光合作用的原理將轉(zhuǎn)化成自身需要的物質(zhì)，這便是自養(yǎng)過程，通過人為割去水面以上的部分莖葉來實現(xiàn)富營養(yǎng)化水體的水質(zhì)提升。

水生植物的根系深入水中，可以發(fā)展側根，并帶動局部水域的微生物群落，使之構成局部附著載體，可很好的使污染物雜物或者氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)等有效附著，這樣對水中的污染源有一個很好的凈化作用。

水生植物在水中生長，利用光合作用，可適當提高水中的溶解氧濃度；水生植物于水面上生長，必然可以阻擋一部分太陽光射入水面，這便抑制了藻類物質(zhì)的光合作用，在一定程度上延緩了“水華”現(xiàn)象的發(fā)生。

2　水生植物選擇的原則

生物浮床所種植的水生植物是水質(zhì)提升成敗的關鍵，所種植物應滿足以下原則。

1）耐污能力強。大多數(shù)植物對一些污染的特性逆境具有一定的適應能力和耐受能力，并且會產(chǎn)生一些可遺傳的抗性，但不同植物的耐污能力明顯不同且有較大差異，所以，應選擇適應能力更強的耐污植物。

2）凈化能力強。凈化能力與耐污能力是水質(zhì)提升中水生植被的兩大重要指標，一方面要考慮水生植物的數(shù)量，另一方面考慮水生植物內(nèi)污染物的濃度。

3）根莖葉等器官發(fā)達。植物在水中生長狀況，即根莖葉茂密程度與水中富營養(yǎng)化物質(zhì)吸收吸附成正比，根系發(fā)達的水生植物具備高分泌的功能，有利于水中微生物群落形成，有利于降解與污物絮凝作用，根莖葉的發(fā)達有利于微生物生命力保持旺盛并且絮凝作用增強。

4）盡量不選擇外來物種。選擇本土植物有利于植物適應能力并且不容易引發(fā)外來物種入侵引發(fā)的二次污染。

5）經(jīng)濟觀賞價值高。選擇經(jīng)濟觀賞價值高的水生植物有利于形成一個生物浮島的價值體系，提高觀賞價值與經(jīng)濟價值。

6）重視種間搭配。為了經(jīng)濟觀賞價值高，為了多種植物之間的優(yōu)勢種與種間競爭，兩種植物之間的相互作用，如兩種物種之間的生存環(huán)境的競爭，如水，氧氣等；成熟的植物花葉會釋放化學物質(zhì)影響其他植物的正常生長；還有不同植物的生長期不一樣，有的花喜暖，有的喜冷，為了保持水中氮元素等營養(yǎng)物質(zhì)的去除率，合理的選擇植物并進行合理的搭配是極其有必要的。

3　玉清湖水庫生物浮床構建

本項目選用生物浮床整體為矩形結構樣式，尺寸2m×5m，浮體材料為采用PVC硬質(zhì)發(fā)泡塑料球體作為浮體材料，直徑約為10cm，20g左右，中間有直徑約為3cm的通孔。

3.1浮床的框架

本項目采用的是柔性結構。柔性結構沒有周圍框架，采用單個小的附體相互串聯(lián)而成為大的浮體。項目浮床周圍共3層浮球，高度約30cm，用兩層浮球作為防浪墻，防浪墻高20cm左右，床體中間每隔20cm左右都有一排浮球作為骨架支撐，以增加浮力，床板下面是PVC熱水管作為穿繩固定的裝置，在本項目中，足可以保證沿繩子方向拉力而不被拉斷（約可承受2t拉力）。本項目設計采用400g/m2、每延米縱向、橫向拉伸屈服力大于30kN的塑料土工格柵，以利于植物的栽種。該浮床具有上下兩層土工格柵，將浮球包裹在中間形成柔性浮床，浮體和土工格柵的連接采用塑料螺栓加壓條進行連接。該柔性浮床的特點是，迎接水面的波浪時，柔性浮球材料和土工格柵具有一定的抗彎性，所以浮床床板具備一定程度的抗彎性，不僅可以消除一部分風浪，而且浮床板的彈性形變可以消除波浪帶來的橫向作用力。

3.2浮床植物

植物是人工浮島系統(tǒng)中最主要的組成部分。在水生生態(tài)系統(tǒng)中，水生植物作為主要的初級生產(chǎn)者，固定和轉(zhuǎn)化太陽能并向其它組分提供能量，使整個系統(tǒng)得以運轉(zhuǎn)。它在改善水域生態(tài)條件，優(yōu)化水域環(huán)境，在為水生動物提供棲息生存、繁衍生殖、索餌育肥、逃避敵害的場所方面起著重要的作用。本項目采用的水生植物為蘆葦、空心蓮子草和香蒲。

4　初步試驗效果及結論

濟南市玉清湖水庫作為國家一級飲用水水源地，本身引水水質(zhì)相對潔凈，再通過水生植物的預處理，進一步降低了水廠的原水處理成本。該技術的應用與示范為生物法治理富營養(yǎng)化水體，包括水源水的預處理奠定了堅實的基礎，具有一定的推廣價值。與傳統(tǒng)物理法，化學法相比，生物浮床法一樣具有見效快的特點，同時不會對周邊的環(huán)境如居民的居住環(huán)境、土壤環(huán)境等產(chǎn)生二次污染。同時生物浮島風光電遙測系統(tǒng)的安裝也兼顧了浮床的景觀功能，可以更輕易的被人們接受。

在試驗期間，通過實驗室采集水樣化驗得出，實驗區(qū)域水體總含氮量隨著浮床水生植物的生長在緩慢減少。因此可以初步得出在水源水庫中進行生物浮床技術應用，是減少水中氮含量，減輕當?shù)刈詠硭畯S治水成本，保護國家飲用水水源地、保障市民的飲水安全，以提高水庫濕地的景觀效果的重要方法之一。

（責任編輯趙其芬）

作者簡介：謝敬斌（1988—），男，助理工程師

收稿日期：2015-10-20

【中圖分類號】TV213.4

【文獻標識碼】B

【文章編號】1009-6159（2016）-02-0061-02