生態浮床技術治理富營養化水體研究進展

封 鉞 李 琳 劉同意 王嘉琪

（湖南工業大學土木工程學院 湖南株洲 412007）

引言

我國水資源總量豐富，但人均資源極其匱乏，且由于城市化進程加速、人口急劇膨脹、工農業快速發展等因素，造成目前我國江河湖泊的富營養化情況嚴重，緊張的水資源矛盾進一步加劇。據2016年水資源調查報告顯示，對全國開發利用程度較高和面積較大的主要湖泊（水庫）進行了水質評價，其中評價湖泊118個，Ⅰ-Ⅲ類水質個數占23.7%，富營養個數占78.6%；因此，迫切需要對富營養化水體進行修復和有效控制。

針對水體水質惡化和富營養化問題，發展了許多污染控制和水體修復的方法，常見的主要為原位和異位修復技術，如污泥疏浚、生態護坡、人工濕地原位修復、生物膜異位修復、生態浮床等[1-2]。但是這些方法又各自存有一定的優缺點。從社會、經濟、環境效益等方面綜合衡量，生態浮床技術已經成為治理富營養化水體的熱點技術。

生態浮床在我國從80年代開始已經歷了20多年的發展，從傳統人工生態浮床到組合式人工生態浮床等各種浮床形態，取得了一系列的研究成果，但同時也存在著一些缺陷；為了提高生態浮床的水質凈化、修復效果，各種人工干預技術被應用其中。本文主要闡述生態浮床技術應用于富營養化水體修復的作用機理、限制因素及存在問題；并討論了如何提高生態浮床的修復效果，以期為生態浮床技術的推廣應用提供參考依據。

1 生態浮床技術對富營養化水體的修復機制及存在問題

選擇生態浮床的植物時一般會考慮綠化效果較好的，既可以控制水污染、美化水面環境，同時具有環境友好、清潔能源、改善水體生態環境等諸多優點[3]，自20世紀 80年代末以來，國內外利用生態浮床技術進行污水處理和水體修復方面的研究和應用日益增多。

生態浮床技術凈化和修復的機理主要是多方面綜合作用的結果：一是植物根系對水體中懸浮物有吸附過濾作用，同時生長過程中植物可以吸收利用水體中氮、磷等元素；二是植物根部附著的微生物可以分解水中污染物；三是植物根系周圍存在一定的氧含量差異和“根圈效應”，其分泌的氧可以改善水質狀況，為不同微生物繁殖創造適宜條件；四是一些植物分泌的代謝產物可以抑制其他浮游植物生長等。

生態浮床在廣泛應用的同時也也暴露出一些問題：首先，傳統的生態浮床技術容易受季節和浮床植物量的限制；其次，植物吸附和吸收降解氮、磷元素耗時較長，難以滿足高效快速的要求。第三，傳統的生態浮床技術主要針對于水體的氨氮污染物和部分總氮污染物的去除，而對硝酸鹽類化合物（-N和N）的轉化率低，尤其是NO3-N常常能相對穩定地存在于水體中，成為水體富營養化難以根除的主要原因之一。因此，在應用生態浮床技術的同時，應加強如何提高和強化浮床系統脫氮除磷效果方面的研究，以彌補該技術的缺陷和不足。

2 強化生態浮床技術修復效果研究現狀

2.1 改善理化條件強化技術

研究表明，在生態浮床系統中增加溶解氧濃度可以有效提高氮磷元素去除率，被視為是最直接有效、操作性簡單的一種方法[4]。李海英等利用生態浮床加微曝氣系統處理污染嚴重的大清河水，顯著提高了對水體中TN、氨氮-N)、TP和COD的平均去除率[5]。周高峰等在實驗室條件下研究生態浮床對不同植物種類去除水中磷元素，增加了微曝氣系統進行強化，結果表明，人工介質和微曝氣系統的引進增強了生態浮床對水中磷的去除[6]。但此類方法由于其高成本、受環境因素影響較大，因而限制了其廣泛應用。

2.2 植物優選強化技術

選擇合適的浮床植物是浮床技術研究中的一個重要方面，選擇時應充分考慮區域特點、季節和植物自身生長規律等因素。采用高效植物篩選方法和多品種植物混合栽種方法也成為脫氮強化技術之一[7]。如許銘宇等以8種水生植物為試驗對象，研究其對富營養化園林景觀水體中TN、TP、COD等營養物質的去除效果[8]，結果表明：8種水生植物都能凈化水體中的富營養化水質指標，其中水蓑衣對水體中TN、TP、氨氮(-N)等的去除效果較好。關于高效植物篩選的研究，還要更多的考慮如何因地制宜地篩選更多本土植物，以及研究植物優化組合等，從而高效降解污染物。

2.3 生物-植物協同強化技術

研究表明合理的生物配置對提高浮床修復富營養化水體具有積極的促進效應。Xianning Li等將濾食性貝類與半軟性填料組合引入生態浮床，由空心菜+貝類+填料組成的浮床系統對TN、-N的去除率分別比貝類+填料浮床系統和空心菜+填料浮床系統的去除率高[9]，說明生物與植物配置優于單獨處理的效果。劉海洪等[10]構建的組合生態浮床，由空心菜、三角帆蚌及微生物3個單元組成，通過三者相互協同作用，共同提高了浮床對污染物的去除率。鄭堯等[11]采用"魚腥草-薄荷-空心菜"三明治模型浮床對吉富羅非魚養殖池塘開展水質凈化研究，結果表明構建三明治浮床時，TN、-N、TP顯著下降。

2.4 細菌固定化強化技術

2.5 生態浮床構造優化

相關研究表明浮床床體構造的改變對于生態浮床的氮磷去除效率有一定影響，不少研究者通過對浮床床體構造進行改進以提高生態浮床的氮磷去除效率。常見的形式為浮床系統與一個或多個系統復合而成，如與常見的污水處理系統：曝氣系統或接觸氧化系統，又或者與水生動物系統等組合，通過充分利用浮床立體空間或延長浮床系統食物鏈來提高氮磷去除效果。生態浮床構造形式的改變，增加了生態浮床系統的復雜程度，對氮磷去除效率有一定貢獻。

結語

生態浮床技術集凈化污染、恢復生態、改善景觀等優點于一身，是一種多功能的生態修復技術，在富營養化水體綜合治理中有著良好廣闊的應用前景。雖然生態浮床理論及應用研究取得了一系列成果，但同時也存在不足；今后浮床技術應在高效脫氮除磷植物篩選方面、高效生物協同配置方面、浮床載體方面、基質等方面進行更為深入的研究。生態浮床技術也將日趨完善和成熟，向著實用、高效、環境友好等方向發展。