生態浮島處理微污染水體的應用研究

羅 晶

湖南環境生物職業技術學院 湖南 衡陽 421000

在社會經濟的發展下,水污染問題日益嚴重,水污染已經成為影響我國社會、經濟、環境發展的一個重要制約因素,水體修復技術也是當前各個國家研究的焦點。水體污染的治理方式多種多樣,其中,生態浮島技術作為一項新型治理方式,受到了國內外的廣泛關注,該種治理方式高效、簡單、無污染,各個國家針對生態浮島技術的研究也日益增多。

1 生態浮島在微污染水體處理中的可行性

1.1 生態浮島技術 生態浮島是基于原位修復、無土栽培、生物治理等理論,在污染水體中種植水生植物、馴化陸生植物、喜水植物,通過植物根系的吸附和吸收來凈化水體,以此來解決水景觀、水環境、水生態的污染問題。浮島植物根系能夠分泌大量化感物質,抑制藻類的生長,使藻類在短時間內死亡,從而凈化污水水體。在光合作用下,可以大大提高污水中溶解氧的含量,快速凈化污染物。相較于物理處理法和化學處理法,生態浮島占地少、操作簡單、凈化能力好,既可以凈化水體,還能減少藻類生長,提高水體透明度,常用的植物類型有再生花、美人蕉、香蒲、空心菜、燈芯草、慈姑、鳶尾、蘆葦、梭魚草、水芹、鳳眼蓮等。根據植物類型,生態浮島有干式浮島、濕式浮島兩類,干式浮島多用混凝土、苯乙烯,濕式浮島則主要采用泡沫、椰子纖維制作而成。

1.2 微污染水體 微污染水體即水體中COD、總磷、氨氮、渾濁度、毒害物質中一項或者幾項超過《地表水環境質量標準》規定的河流、湖泊,主要表現在色澤加深、異味、渾濁度增加,在工業發展與城市化進程的發展下,微污染水體面積逐年增加。在檢測技術、毒理學研究的深入下,已經有超過兩千種污染物被檢出,微污染水體的危害不像直接污水、石油污水、化工污水會在短期內呈現,但是其累積風險是不容小覷的,微污染水體中有大量的磷、氮,會導致藻類植物迅速生長,大量藻類植物覆蓋在水體表面,會嚴重影響其他動植物的生長,隨著水體環境的惡化,水中有機物、重金屬含量也不斷增加,水體污染問題愈加嚴重。

1.3 生態浮島在微污染水體處理中的可行性 在微污染水體中,含有大量氮、磷等營養物質,這是藻類生產的必要微量元素,生態浮島技術能夠利用植物的吸附作用來減少氮、磷含量,從而有效凈化水質。一方面,生態浮島中的植物根系可以吸收水體營養物質,分泌酶類,加速污物分解；另一方面,通過輸氧原理,促進污染物的凈化,形成穩定的微環境,通過硝化與反硝化來解決微生物對氮、磷的積累作用。

2 生態浮島的構建方式分析

2.1 植物的選擇 植物選擇直接影響生態浮島的凈水功能,植物種類有挺水型植物、漂浮型植物、沼生型植物、浮葉型植物、沉水型植物,在植物的選擇上,需要優先選擇本地鄉土植物,可以種植單種植物,也可以將挺水植物用與低矮植物搭配,營造植物景觀,在選擇植物上,要考慮植物根系發達與否、是否適合無土栽培、耐污能力如何、生物量怎樣、植物維護難易程度、植物是否容易馴化等。實踐顯示,對氮、磷去除效果最理想的是旱傘草、美人蕉、蛇根草、銅錢草、燈芯草、菖蒲、水芹,適合南方地區的以旱傘草、美人蕉、蕹菜為主。在植物種類的構建上,需要盡可能構建多植物+微生物體系,充分考慮到不同地區的地理和氣候條件,根據植物的耐受力、生長特點、去除效果來選擇。

2.2 生態浮島凈水系統 在浮島材料選擇上,包括基質、載體、材料三類,所選材料要做到生物親和力理想、漂浮性好、質輕、安裝方便、不會引起二次污染,通過浮床墊、水桶、塑料管、浮板、浮力瓶、浮床來提供浮力,在材料選擇上,可以選擇聚氨酯、聚苯乙烯、聚乙烯、PVC 等類型。必要情況下,可以通過增加氣泵、增氧機、曝氣泵、真空泵等設備組成曝氣型生態浮島,可以有效增強除磷、脫氮的效果,不需要使用額外能源,只要應用太陽板即可滿足要求,通過填料的應用,可以提高吸附能力,一般填料主要使用氣石、碳素纖維、塑料、浮石、土壤、椰糠、砂礫、粗泥炭、生物填料、堆肥等。在浮板的選擇上,優先采用聚苯乙烯材質,由種植介質、種植籃、生態浮板、水生植物、連接扣組成,浮板有多個透氣孔,可以順利進行水氣交換,且有利于根系擴張,優化水質凈化效果,能夠提高抗風浪能力,安裝簡單。

在具體設計上,包括I、II兩層,I層設置了水生植物,由浮島拼接板構成,II層屬于深度處理層,分別設置了“廢棄軟殼”、“水生動物網籠”、“人工纖維填料”,其中,廢棄軟殼中設置了牡蠣殼；水生動物網籠能夠養殖河蜆、田螺等動物,設置在浮島底部；人工纖維材料懸掛于底部,能夠對水質產生凈化作用。生態浮島通過水生動物、植物和廢棄軟殼的使用,可以起到良好的凈化效果,水生植物對顆粒污染物的過濾功能非常理想,水生動物則能夠通過消化作用來分解、轉化污染物,在具體的搭建面積上,根據實際面積來選擇。在浮島的拼接上,需要使用鏈接卡,在浮島外框,應用PVC 管來進行加固。

在人工浮島下部位置,設置了空的承托載體,圓臺、內腔之間可以直接連通,通過該種方式可以營造出穩定的生態環境,發揮出植物的生態作用。

2.3 凈化機制分析 生態浮島處理污染水體主要借助氨化、硝化與反硝化作用來實現,能夠將NH4+-N 轉化為NO3--N,隨著植物的生長,會吸收污水中的微生物產物、氮、磷,并分泌氨基酸、糖類等物質,植物根系可以與水體密切接觸,完善污染物的吸附和轉化。此外,植物還能調節區域氣候,背渦位置能夠為生物提供庇護場所,分解有害有機物。

3 生態浮島技術應用的問題

在微污染水體的處理中應用生態浮島技術,可以增加綠化率,為河道、湖泊景觀綠化提供了新的方式,但是受到各類因素的影響,在生態浮島技術的應用上,還存在一系列問題。當前我國的生態浮島技術還處于初級發展階段,只是簡單應用在水體富營養化的處理上,在植物搭配上,還缺乏細化、深入的研究。某些地區的生態浮島在投入使用后,由于缺乏科學的后期養護流程,導致植物大量死亡,反而浪費了大量的人力、物力和財力。同時,生態浮島技術可靠性還有待提升,當前的實驗大多是在特定水質、溫度條件下得出,與實際情況存在較大差別。研究人員采用不同類型的生態浮島來進行實驗,得出的水質凈化效果也具有顯著差異,當前的浮島植物類型、浮島成分品種較多,但是不管什么類型的浮島,其抗風浪性、耐腐蝕性也不理想,壽命不長,且容易受到季節因素的影響,污水凈化無法實現連續性,有研究人員采用香蒲、再生花、美人蕉來設置生態浮島,在春季、夏季和秋季,凈化效果較好,但是在冬季水中氮、磷含量沒有顯著變化,且根莖會迅速腐爛、死亡。

4 結語

微污染水體的治理是一個復雜的過程,改善水體生態,不僅要從植物著手,還要從動物、微生物著手。將生態浮島技術應用在微污染水體的處理中,可以顯著改善景觀效果,改善破壞水體,提高水體修復功能,要構建完善的水體生態系統,除了應用生態浮島技術之外,還要有目的的養殖動物、水生微生物等,構建完善生態鏈。微污染水體的處理是一個長期過程,也是當前國內外水環境研究的熱點問題,為了發揮出生態浮島技術的作用和價值,還需要進行進一步的深度研究。

總而言之,生態浮島技術雖然具有顯著優勢,但是也有不足,該種技術在水庫、湖泊與河流水體的凈化上,取得了一定效果,這一技術不僅可以改善水質,還能美化景觀,在微污染水體的處理上,有良好的前景。在未來階段下,還需要針對不同植物的搭配、不同水體污染的處理方式進行深入研究,探討出科學的植物搭配方式。隨著生態浮島凈化能力的提高和成本的降低,這一技術將會生態修復、污水改善、新農村建設上得到更廣泛的使用。