生物浮床的研究進展

申倩倩，李鑫渲，羅文佳，黎祖福

(中山大學，廣東廣州 510275)

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生物浮床的研究進展

申倩倩，李鑫渲，羅文佳，黎祖福

(中山大學，廣東廣州 510275)

隨著水污染和資源短缺的矛盾不斷激化，生物浮床技術(shù)被廣泛應(yīng)用于修復各類污染水體，介紹了生物浮床的分類及結(jié)構(gòu)，并重點描述了組合式生物浮床的構(gòu)建種類及對水質(zhì)的凈化效果，為生物浮床的發(fā)展提供了可靠的依據(jù)。

生物浮床；水生植物；水質(zhì)凈化

生物浮床又稱人工浮床，它是一種以水生植物為主體，以高分子材料或無機非金屬材料等為載體和基質(zhì)，通過植物根部的吸收，吸附作用和植物、浮床及微生物的協(xié)同作用[1]，消減水體中的氮磷等有機物質(zhì)，凈化水質(zhì)的生態(tài)技術(shù)。

1 生物浮床的分類

1.1 依據(jù)接觸方式分類按照水和植物是否接觸可分為濕式浮床和干式浮床[2]，水和植物接觸的為濕式，不接觸的為干式，干式浮床不與水體接觸，水質(zhì)凈化效果較差[3]，而濕式浮床的水生植物與水接觸，根系能吸收和吸附水體的有機物，從而凈化水質(zhì)，因此得到廣泛的應(yīng)用[1]。

1.2 依據(jù)床體材料分類根據(jù)生物床體的材料，生物浮床可分為有機高分子材料浮床和無機非金屬材料浮床[4]，其中高分子材料又包括人工合成高分子材料和天然高分子材料，橡膠和塑料因成本低，化學穩(wěn)定性好，廣泛應(yīng)用于浮床床體的制作，但易老化，不易降解也是其致命缺點。無機非金屬材料是指無機物單獨或混合其他物質(zhì)制成的材料，目前應(yīng)用最廣泛的無機材料有陶粒[5-6]、蛭石[7]，因受到制作工藝和成本限制，目前處于研究階段，未得到廣泛推廣[1]。

2 生物浮床的結(jié)構(gòu)

生態(tài)浮床一般由4個部分組成，即浮床框架、植物浮床、水下固定裝置以及水生植被。

2.1 浮床框架框架可采用竹、木條、蘆葦簾、藤條等親近自然的材料，捆綁搭建，綠色環(huán)保，但是景觀效果差；還可以采用一些化工塑料，如PVC管等，造型多樣，提升了美學效果，而且可整體更換或搬遷，管理和維護更方便。

2.2 植物浮床植物生長的浮體一般是由高分子輕質(zhì)材料制成，目前用的較廣泛的為聚苯乙烯泡沫板[8]，耐酸堿、抗腐蝕、質(zhì)輕價廉，可在板上打孔，空間栽種水生植物。

2.3 水下固定裝置一般可采用水下固定方式或者岸邊固定方式，利用繩索連接岸邊或者水下固定物體，繩索有一定的幅度，防止水位上漲或者下降。

2.4 水生植物傳統(tǒng)意義的浮床主要靠水生植物包括截留、吸附、沉降、吸收等的凈化作用處理污染水體[9]，據(jù)不完全統(tǒng)計，目前用于生物浮床栽培的植物有80余種[5]，主要為一年生或多年生草本植物和花卉，這些植物到了冬季大部分會死亡，造成功能喪失，且?guī)矶挝廴?，因此水生植物的選擇是生物浮床的關(guān)鍵[6]。目前水生植物的分類主要包括糧食、蔬菜、花卉、牧草及草坪草，常見的有水稻、美人蕉、傘草、風車草、黃菖蒲、西伯利亞鳶尾、黑麥草、香根草、水葫蘆、空心菜、水芹菜、生菜、莧菜、再生花和千屈菜等。

3 生物浮床的構(gòu)建與設(shè)計

3.1 水生植物+陶?；|(zhì)李威等[5]通過在美人蕉(Cannaglauca)底部懸掛生物陶粒基質(zhì)構(gòu)建了組合生態(tài)浮床，研究組合浮床中植物、基質(zhì)和微生物對水體凈化的貢獻率及其相互間協(xié)同作用[5]。研究表明植物吸收不是組合浮床去除氮磷的主要機制，但植物對微生物的數(shù)量和活性有積極作用，組合浮床對水中污染物的去除存在著植物、基質(zhì)及微生物之間的協(xié)同作用，組合浮床可以有效提高對富營養(yǎng)化水體的凈化效果。

3.2 水生植物+水生動物+微生物蔣斌等根據(jù)生態(tài)工程中的“食物鏈物質(zhì)循環(huán)原理”和“生物強化理論”，對傳統(tǒng)浮床進行改進，構(gòu)建了集水生植物、水生動物及微生物于一體的新型組合生態(tài)浮床，并研究生物浮床對富營養(yǎng)化水體水質(zhì)的改善效果[10]。結(jié)果表明，組合生態(tài)浮床對 TN，TP，NH3-N，CODMn及Chl-a的去除較傳統(tǒng)浮床均有大幅度提高。在李先寧等[11]的研究中發(fā)現(xiàn)，這種組合生態(tài)浮床不僅對TN、TP的去除率高達83.7% 和90.7%，水質(zhì)提高透明度，而且對難降解有機物有較強的去除能力，在中試研究中發(fā)現(xiàn)[12]，污染物的凈化主體為人工介質(zhì)和水生植物單元，但在生態(tài)浮床中引入水生動物，通過食物鏈的“加環(huán)”作用，水生動物對藻類等顆粒性有機物的濾食和排氨作用，提高了顆粒性有機物的可溶化和無機化(氮化)以及可生化性，改善了植物吸收以及人工介質(zhì)單元生物膜中微生物的基質(zhì)條件，促進微生物的生長和活性，提高了浮床的凈化效果[13]。另外，在劉海洪等[14]的研究中也發(fā)現(xiàn)，這種組合生態(tài)浮床對污染物的去除效果明顯提高，表明合理的生物配置對提高浮床治理富營養(yǎng)化水體的效能具有積極的促進效應(yīng)。

3.3 植物吸收+濾料吸附+生物掛膜劉雪梅等構(gòu)建一種以浮籃為基本單元，以粉煤灰輕質(zhì)陶粒和漂珠為裝載材料，集成植物吸收、濾料吸附和生物掛膜三重功效于一體的新式生態(tài)浮床，水體凈化模擬試驗表明，試種的青菜、空心菜和美國四季青草長勢良好，發(fā)芽率和生長速度均高于土壤對照組，受試水體的TP、TN、NH3-N和COD濃度分別降低了99.5%、99.0%、99.9%和90.9%，對水體修復有非常顯著的效果[15]。

3.6 水生植物-生物繩張亞娟等在白洋淀富營養(yǎng)化水體構(gòu)筑了蕹菜(Ipomoeaaquatica)浮床-生物繩組合系統(tǒng)，研究發(fā)現(xiàn)組合式浮床相比水生植物浮床有更強的氮磷去除能力，以蕹菜-麻繩組合浮床的凈化效果最好。表明浮床中水生植物對N的吸收作用貢獻較小，微生物的脫氮途徑占主導作用；而對P的去除，植物吸收起主要作用，該組合式生態(tài)浮床可有效改善富營養(yǎng)化水體[18]。

3.7 沉水植物與植物浮床

羅思亭等研究了沉水植物與植物浮床組建的新型養(yǎng)殖水體凈化模式對養(yǎng)蝦塘污染原位凈化及水質(zhì)調(diào)控效果。結(jié)果表明該植物浮床組合使污染水體中TN、TP、CODMn分別降低了76.8%、93.8%和16.6%，該植物浮床對養(yǎng)殖廢水處理有較好效果[19]。

4 生物浮床的應(yīng)用前景

我國生物浮床方面的應(yīng)用始于20世紀80年代，目前廣泛應(yīng)用于凈化景觀用水、富營養(yǎng)化水體、城市生活污水、城市河道凈化以及水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水等，并取得了良好的效果，但是大部分的研究僅限于靜態(tài)模式，缺少現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)支持，需要做出進一步探討，以便更廣泛地推廣和應(yīng)用。

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The Research Progress of Biological Floating Bed

SHEN Qian-qian, LI Xin-xuan, LUO Wen-jia et al

(Sun Yat-sen University, Guangzhou, Guangdong 510275)

As the crisis intensified between water pollution and shortage of resources, biological floating bed technology is widely used in all kinds of polluted water. This paper introduces the classification and structure of biological floating bed, and mainly describes the construction of combined biological floating bed and water purification, provides a reliable basis for the development of biological floating bed.

Biological floating bed; Aquatic plants; Water purification

中央分成海域使用金支出項目“廣東海岸帶生態(tài)修復及保護(海洋生物圈碳)示范及建設(shè)”。

申倩倩(1986-)，女，河北邢臺人，助理工程師，碩士，從事水處理研究。

2014-11-14

S 181.3

A

0517-6611(2015)01-217-02