人工浮島技術(shù)及其應(yīng)用

劉 賀

(華北理工大學(xué)，河北 唐山 063000)

人工生態(tài)浮島是將自然界自身規(guī)律應(yīng)用到浮島技術(shù)中，以浮島為載體，將有凈化水質(zhì)能力的水生植物或經(jīng)過(guò)改良馴化的陸生植物，種植于浮島載體上，所構(gòu)建的人工生態(tài)浮島放置于被污染水體的水面，通過(guò)植物根系及附著的微生物的吸收、吸附作用，再經(jīng)過(guò)物理、生物、化學(xué)一系列反應(yīng)，使水中大分子有機(jī)物及氮磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)得以去除，逐步的實(shí)現(xiàn)了水質(zhì)凈化的目的，同時(shí)能夠提供給人類物種多樣化的生態(tài)景觀。

1、人工浮島在國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展

自20 世紀(jì)70年代中期以來(lái)，國(guó)內(nèi)外利用水生植物修復(fù)受污染水體的研究頗多。眾多研究和生產(chǎn)實(shí)踐表明水生植物在清淤護(hù)坡、吸收氮磷及其它有毒物質(zhì)、克制藻類瘋長(zhǎng)等方面有顯著效果。自1979年德國(guó)Bestman 開(kāi)發(fā)出第一個(gè)人工浮床以來(lái)，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家也引進(jìn)人工浮床技術(shù)，并將該技術(shù)成功應(yīng)用于水體生態(tài)修復(fù)和水域治理領(lǐng)域，達(dá)到了水質(zhì)凈化的目的。20世紀(jì)后期我國(guó)也開(kāi)始引進(jìn)人工浮島技術(shù)，主要應(yīng)用于處理大型湖泊、水庫(kù)、河道、景觀水體等被污染水質(zhì)。現(xiàn)在許多大型院校在人工浮島技術(shù)的作物篩選、凈化機(jī)理、處理效果、抑制藻類等方面展開(kāi)了研究。人工浮島技術(shù)已逐漸為我國(guó)學(xué)者所接受，應(yīng)用于我國(guó)的水體生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目中，并取得較好的效果。

2、人工浮島原理

人工浮島對(duì)水體的凈化主要依靠浮島植物的生化作用、根系微生物的吸收與降解作用和水生動(dòng)物的吸收作用等。

(1)人工浮島上的植物水生根系發(fā)達(dá)，擁有巨大的根系表面積，可作為水中微生物生長(zhǎng)的固著載體，起到“生物膜載體”的作用，同時(shí)水生植物作為整個(gè)水生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)者，其光合作用產(chǎn)生的O2 通過(guò)根系溶解到水中，可將水底的污染物氧化分解。浮島植物會(huì)減弱水面上的光照強(qiáng)度，能夠降低藻類的光合作用，從根本上遏制其大量生長(zhǎng)。水生植物與藻類可產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，從而有效抑制藻類的繁殖，水質(zhì)得到了進(jìn)一步的凈化，得到凈化的水質(zhì)就會(huì)降低水華等現(xiàn)象的發(fā)生。

(2)人工浮島水體表面和植物根系巨大的表面積可供細(xì)菌、真菌、原生動(dòng)物等生長(zhǎng)，利用微生物的新陳代謝過(guò)程，去除水中的污染物。微生物可以吸收利用水中的大分子有機(jī)物，使其降解為小分子物質(zhì)，且有機(jī)顆粒物和藻類也能被原生動(dòng)物所吞噬。

(3)浮島植物的存在會(huì)增加浮島周圍水生動(dòng)物的數(shù)量，水生動(dòng)物通過(guò)食物鏈控制水生生態(tài)系統(tǒng)中其他生物的數(shù)量。浮游動(dòng)物可以吞食水中浮游植物，濾食性動(dòng)物會(huì)濾取水體中的懸浮顆粒物，抑制藻類的過(guò)量繁殖，提高水體透明度。人工浮島可作為水生動(dòng)植物及鳥(niǎo)類良好的棲息地，有利于增加水體生物多樣性，促進(jìn)自然生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)。

3、人工浮島存在的不足

(1)水體凈化周期長(zhǎng)

人工浮島的凈化過(guò)程主要依靠植物的生長(zhǎng)吸收和附著在根系的微生物活動(dòng)，根系微生物數(shù)量有限，植物同化氮磷的速度較慢，所以修復(fù)水體需要較長(zhǎng)時(shí)間?，F(xiàn)許多大型高校正研究人工浮島技術(shù)與其他技術(shù)相結(jié)合，使得人工浮島技術(shù)得以廣泛推廣，以滿足工程需要。

(2)受季節(jié)溫度變化影響大

植物的生長(zhǎng)特征受季節(jié)影響，溫度的高低也會(huì)影響微生物的活性，夏季由于溫度條件適宜，水質(zhì)凈化能力最好。在我國(guó)北方地區(qū)，秋季植物衰亡，冬季最低氣溫在零下35℃以下，植物難以存活。為防止二次污染需要將枯萎植物移出水面，所以秋、冬季節(jié)人工浮島技術(shù)無(wú)法在北方地區(qū)運(yùn)用。不同植物的生長(zhǎng)周期各異，植物長(zhǎng)成后需將其收獲，防止吸收的氮、磷二次污染。

(3)應(yīng)用范圍有限

污染物濃度、水域面積、水流流速、污染物種類等因素也將限制人工浮島技術(shù)的應(yīng)用。高濃度污水或有毒污染物質(zhì)不利于植物、微生物存活，不適合采用人工浮島技術(shù)，必須與其他技術(shù)相結(jié)合，例如一些污染嚴(yán)重的化工廠、水泥廠等排出的污染物使得植物及微生物難以存活，因此也將限制人工浮島技術(shù)的應(yīng)用。

4、研究展望

目前，利用水生植物修復(fù)富營(yíng)養(yǎng)化水體是一個(gè)重要趨勢(shì)，也是建設(shè)環(huán)境友好型社會(huì)的一個(gè)研究方向，菖蒲、千屈菜、美人蕉等水生植物在凈化和改善水質(zhì)方面得到廣泛應(yīng)用。利用水生植物凈化水體具有以下優(yōu)點(diǎn):生態(tài)環(huán)保、成本低見(jiàn)效快、能耗小，回收的植物資源可再利用，并可獲得一定經(jīng)濟(jì)效益，可以為城市增添景觀色彩，利于整體生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)。

隨著我國(guó)環(huán)境技術(shù)、生物技術(shù)和材料技術(shù)的不斷發(fā)展，人工浮島的凈化能力也將會(huì)得到提高，該項(xiàng)技術(shù)也將更加完善，正是因?yàn)檫@些顯著的優(yōu)越性，人工浮島技術(shù)將在生態(tài)環(huán)保水處理領(lǐng)域，前景更為廣闊。