生態浮床技術研究進展與展望

王凌驊

摘要：指出了由水體富營養化問題引出生態浮床概念，通過介紹生態浮床的基本定義、生態浮床分類、生態浮床的發展歷程和文獻專利分析，進而發現生態浮床存在的問題，提出了解決問題的方法。通過介紹生態浮床的優缺點、影響因素、組成、作用機理，進而進行了提高生態浮床系統去除效果的研究與展望。

關鍵詞：生態浮床；發展歷程；作用機理；去除效果

中圖分類號：X703

文獻標識碼：A文章編號：16749944（2017）8006502

1引言

水體富營養化現在已經成為全球性的水環境污染問題，現如今中國水流域污染是由水體中的氮元素和磷元素的含量太高而造成的，而氮元素和磷元素卻是植物生長發育所必要的營養元素[1，2]。生態浮床是用能夠漂浮的材質為載體，把水生植物和陸生植物放到載體上種植，這樣就相當于把植物移栽到水體之中，而這樣水中的氮元素、磷元素和有機污染物被水中移栽的植物的根部所吸收，從而達到凈化河流的作用[3]。通過這種生物凈化河流的方法，可以去除水體中的氮元素和磷元素，達到凈化水質的目的[4，5]。

2人工浮床的發展歷程

生態浮床的發展歷程主要經歷了四個階段，第一個階段是20世紀初，生態浮床技術開始興起并被用作鳥類棲息地和魚類的產卵場所；第二個階段是20世紀80年代，德國學者設計出了現代的生態浮床，并首次將其應用于凈化污染水體；第三個階段是1988年，在德國，美國德裔植物學家發表的論文中概括了生態浮島的六大功能；第四個階段是20世紀90年代，我國首次引進生態浮床技術治理城區污染河道。通過對文獻與專利的分析，從兩個方面可以看出一些規律：從生態浮床CNKI文獻數量年度變化可以看出，從2001年開始有生態浮床的相關研究，但數量不多，從2007年開始研究數量迅速增長，并且越來越多；從生態浮床專利數量年度變化可以看出，專利數量體現了技術的應用情況，2006年之前也并沒有相關應用，2006～2009年維持在較少的水平，從2010年開始生態浮床的應用逐漸成為熱點。

3生態浮床的分類

人工浮床主要分為干式浮床和濕式浮床。所謂的干式浮床是指在浮床中生長的植物與治理的水面沒有直接接觸，對于水面污染的凈化沒有用處，主要是作為景觀而栽培的。而濕式浮床是與水面直接接觸，對水質的凈化效果較好。

生態浮床類型多種多樣，通常按其功能主要分為消浪形、水質凈化性和提供棲息地型三類。浮床的外觀形狀有正方形、三角形、長方形、圓形等多種。其最大的優點就是直接利用水體水面面積，不另外占地。

4生態浮床存在的問題及解決方法

現如今生態浮床也存在著一些問題，經過這么長時間研究，國內和國外在生態浮床方面的科研取得了很大進步，技術能力方面提高了很多，然而這其實還是僅僅停留在實驗室的試驗和研究狀態，還有很多問題需要解決，還有很多不足需要完善。首先，現在研究出的生態浮床還不能夠進行標準化的推廣。不同的水流域，其富營養化程度不相同，其他的物理條件和因素也都各不相同，需要對特定的物理情況和環境因素制定相匹配的浮床和浮床上的移栽植物[6]，其次，現在的生態浮島需要人工進行操作，很難進行機械化的維護和處理。因為生態浮床漂浮在水面上，所以每天的維護和清理工作都需要在水上完成日常的管理，這就導致在小型的試驗基地進行處理還行，當在大面積的水流域上，人工是很難進行及時操作的。再次，現有的生態浮島制作施工周期長，從目前來看多數的生態浮島都是采用現場制作及現場種植的模式，大面積制作施工周期較長。還有是現在的生態浮島很難度過冬天。生態浮島上的植物大多數不能過冬，尤其在冬季天氣較冷的北方地區植物需要在第二年春天重新種植。最后，當前國內和國外對生態浮床的使用都還停留在小型化上面，對小范圍的水流域還行，但是當對大范圍的水流域使用時，很難對其進行生態修復。

面對生態浮床存在的這些問題，利用無土草坪的各種優點制作生態浮床已取得了很好的效果，解決了目前國內外生態浮床制作技術存在的諸多問題，無土草坪生態浮島采用禾本科草建成，禾本科草是一類根系發達、適應性強的多年生植物，具有凈化富營養化水體的潛在優勢，它能抵抗極端大風、大雨及大浪并能達到在不同的水流、溫度、富營養化水平等情況下使用。由于無土草坪生態景觀浮島特殊的結構及方便的管理可以用它能制成超大面積的浮島。無土草坪在地面使用時既怕干旱又怕缺肥，但是無土草坪生態景觀浮島漂浮在富營養化水面上也就沒有這些問題了。用禾本科無土草坪制成的生態景觀浮島能對較大的河湖修復富營養化提供一條有效的新途徑。

5生態浮床的優越性

生態浮床技術較其他水體修復技術有明顯的優越性，充分利用我國廣闊的水域面積，將景觀設計與水體修復相結合；可選作的浮床植物的種類較多，載體材料來源廣，成本低，多用抗氧化材質，具有無污染、耐腐蝕、經久耐用的特點；浮床的浮體結構新穎，形狀變化多樣，易于制作和搬運，不受水位限制，不會造成河道淤積；生態浮床管理方便，只需要定期清理維護，極大程度上減少了人工資源，降低了維護成本和設備的運行費保養費。

6生態浮床組成、機理及影響因素

生態浮床是由浮床框體、浮床床體、浮床基質、浮床植物構成。浮床框體一般是用PVC管、不銹鋼管、木材、毛竹等作為框架。浮床床體是植物栽種的支撐物，同時是整個浮床浮力的主要提供者。生態浮床作用機理分為以下7個方面，大型水生植物在生長過程中分泌出來的化感類物質對藻類物質、病毒類成分具有一定的抑制滅活作用；大型水生植物通過光合作用產生氧氣，并通過植物組織傳輸到植物根系，并分泌到待修復水體中，防止水體缺氧而導致魚類死亡、水生生物滅跡和水體黑臭；大型水生植物巨大而茂盛的枝葉可以遮擋太陽光，可使藻類無陽光而死亡；人工生態浮床因為根系豐富的氧氣、相對充足的養分和穩定的環境，是水體生物棲息、產卵、繁殖的場所，在一定程度上強化了水體自凈能力；大型水生植物的根系具有巨大的比表面積，起到生物膜載體的作用，對懸浮物質進行吸附，根系還富集水體中的重金屬元素和有機污染物，植物生長成熟之后，將植物搬離水體，使水體中的污染物大幅度減少；水生植物根系發達，與水體接觸面積大，可以截留水體中的大顆粒污染物質，在其表面進行吸附、沉降等；同時，通過大氣復氧及植物光合作用輸送氧氣至植物根部，供植物呼吸作用及根際區微生物的生長繁殖，還可在根部形成厭氧-好氧區，有利于反硝化細菌-硝化細菌的生長，從而加速脫氮過程。

生態浮床的影響因素包括：植物種類、溫度、處理時間、覆蓋率、初始濃度。不同種類生態浮床植物因生理特性不同，導致其對水體污染物的凈化效果差異較大，因此，選擇合適的生態浮床植物是影響水體凈化效果的關鍵因素之一，溫度是浮床植物生長和繁殖的必要條件。植物在不同溫度下生長速度有差異，在最適溫度時植物生長旺盛，對污染水體的處理效果比較明顯；而溫度過高或過低，會抑制植物的生長，從而影響其對污染水體的處理效果。生態浮床上的植物對污染水體的凈化效果與污水處理的時間有著緊密的聯系[7]。如黃菖蒲、美人蕉、西伯利亞鳶尾浮床對污水中氮元素和磷元素的凈化效果隨時間的增長而增加[8]。生態浮床上的浮床植物對水體污染物的凈化效率與浮床的覆蓋度直接相關，覆蓋度增加，凈化效率相應提高。水體污染物的初始濃度也是影響浮床植物凈化效果的重要因素之一，在致死閾值內，水體污染物的濃度越大，浮床植物對污染物的吸收能力越強[9～11]。

7展望

生態浮島技術作為一種新興的水體處理技術，雖然還存在著不足的地方，但相比于傳統的污水處理方法，生態浮島技術具有前所未有的優勢，并且隨著技術的不斷完善，這些現存的缺點將會慢慢得到改善，當今，河流污染的程度很嚴重，對人體的健康狀況造成了很大的影響。生態浮床現如今已經成為一種處理水體污染的新興方法，能夠對河流的水質狀態進行凈化，改善河流生態環境。使用生態浮床治理污染水體，能夠通過植物根部吸收，有效的去除水體中的有機污染物，吸收水體中的氮元素和磷元素，解決水體的富營養化問題。生態浮床在水體中可以提供良好的生長環境給水生生物，因為本身所占的面積很小，所以需要花費的成本很低，能源消耗量很少，由于其凈化機理不復雜，工藝的流程簡單，很容易被推廣，因此生態浮床在未來會有很光明的前景[12]。

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