生態(tài)浮島修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)研究進展

王 超，陳 亮，胡曉宇，范 強

(武漢沃田生態(tài)科技有限公司，湖北 武漢 430070)

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生態(tài)浮島修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)研究進展

王 超，陳 亮，胡曉宇，范 強

(武漢沃田生態(tài)科技有限公司，湖北 武漢 430070)

指出了生態(tài)浮島修復(fù)是一種將水生植物種植在具有浮力的裝置上，通過水生植物吸收并凈化水中污染物的技術(shù)，在污染河流、湖泊、水庫的治理中應(yīng)用廣泛。對生態(tài)浮島修復(fù)的分類、發(fā)展歷程、關(guān)鍵技術(shù)進行了總結(jié)與分析，并進行了生態(tài)浮島修復(fù)技術(shù)發(fā)展的展望，提出了植物越冬、浮床材料、植物殘渣處理是生態(tài)浮島修復(fù)技術(shù)未來的研究重點。

生態(tài)浮島；水體修復(fù)；技術(shù)進展；展望

1　引言

隨著國民經(jīng)濟快速發(fā)展、城鎮(zhèn)化加速以及人口膨脹，我國面臨著十分嚴(yán)峻的環(huán)境形勢，水污染問題尤其突出。當(dāng)前，我國10大主要河流流域中，國家控制斷面Ⅳ類～劣Ⅴ類水質(zhì)的比例達到28.3%，國家控制重點湖泊(水庫)污染率接近39.3%[1]，污染形勢非常嚴(yán)重。傳統(tǒng)的水體修復(fù)技術(shù)多采用物理或化學(xué)的方法進行處理，存在投資大、處理效率低，容易破壞水體生態(tài)系統(tǒng)并造成二次污染等問題，很多時候治理效果并不理想。

生態(tài)浮島修復(fù)技術(shù)又名“人工生物浮床”、“人工浮島”、“水面種植”以及“浮床無土栽培”[2]，在各種污染水體的治理中應(yīng)用廣泛，具有操作簡便、成本低、凈化效率高、治理效果好及環(huán)境風(fēng)險低等優(yōu)點[3，4]。

2　生態(tài)浮島的種類

2.1干式生態(tài)浮島

按照植物與水是否接觸，可以將生態(tài)浮島劃分為干式和濕式兩種類型[5]。干式生態(tài)浮島上的植物與水體不直接接觸，而是通過植物與水體間的介質(zhì)對植物進行固定及營養(yǎng)傳輸。這種浮島的浮力比較大，上面可以栽種大型植物，能夠為魚類和鳥類提供更大的棲息空間，但這種浮島上的植物由于沒有直接與水體接觸，因而凈化能力有限。此外，這種浮島由于承載的重量巨大，使用的材料及制造技術(shù)較為復(fù)雜，成本很高，故其一般不以凈化水體為主要目的，而是主要用于改善景觀、提供魚類產(chǎn)卵場所和鳥類棲息地。

2.2濕式生態(tài)浮島

濕式生態(tài)浮島上的植物直接與水體接觸，通過根系吸收水中的營養(yǎng)物質(zhì)。濕式生態(tài)浮島發(fā)展到如今一共經(jīng)歷了4代技術(shù)：第一代，以竹子、木材等搭建，此種生態(tài)浮島造價低廉，但凈水效果差，壽命短，并且難以維護；第二代，是泡沫板材或泡沫板材加金屬固定件產(chǎn)品，此種生態(tài)浮島制造工藝簡單、造價低，但強度不足，在水面一旦遇到大風(fēng)會造成金屬固件與泡沫分離，而且泡沫本身屬于白色污染，如果脫落到水中會造成二次污染，所以目前已基本停用；第三代，是PE產(chǎn)品，這種浮島面積在10～20 m2左右，有環(huán)形漂浮裝置和植物種植籃，此種生態(tài)浮島雖然能夠克服第一代、第二代的缺點，但是不同制造商生產(chǎn)的浮島產(chǎn)品質(zhì)量和壽命不一，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)有待建立；第四代，是新材料浮島，使用生態(tài)環(huán)境友好型材料建造，這種材料本身為中空管狀結(jié)構(gòu)，能夠形成很好的水體微動力循環(huán)，且植物根系還可和浮島材料融為一體，但由于材料專利壁壘，在國內(nèi)極少應(yīng)用，售價很高。

3　生態(tài)浮島修復(fù)技術(shù)的發(fā)展歷程

3.1國外發(fā)展歷程

生態(tài)浮島技術(shù)雛形在1950年代就已經(jīng)產(chǎn)生了，當(dāng)時被用來為魚類產(chǎn)卵提供礁石。最早的生態(tài)浮島是德國于1979年制造[6]，隨后在日本及歐美發(fā)達國家推廣使用，并進行了深入的科學(xué)研究和工藝改進，取得了一定的成果。例如：1982年開始，日本慈賀縣琵琶湖建造生態(tài)浮島[7]。1995 年日本研究者在土浦市大巖田進行一次隔離水域試驗，試驗結(jié)果表明，在生態(tài)浮島占有率只有25%的條件下，削減了94%的浮游植物細(xì)胞數(shù)，而且有浮島的水域COD 濃度比對照水域減少50%[8]。到20世紀(jì)90年代中期生態(tài)浮島已被日本科學(xué)家廣泛認(rèn)可[9]。

3.2國內(nèi)發(fā)展歷程

我國學(xué)者自20世紀(jì)80年代起對生態(tài)浮島技術(shù)開展了一系列研究。宋祥甫[10]等人將水稻種植在生態(tài)浮島上，稻谷產(chǎn)量可觀，不僅收獲了農(nóng)產(chǎn)品、美化了水域景觀，還能去除水體中導(dǎo)致富營養(yǎng)化的氮、磷元素。馬立珊[11]、郭蔚華等人的實驗也證明了生態(tài)浮島可以有效去除富營養(yǎng)化水體的氮、磷。生態(tài)浮島技術(shù)在我國也有了實際應(yīng)用的例子，例如：湖北省最大的淡水湖泊梁子湖治理過程中，共建造了3個旋轉(zhuǎn)嵌入式生態(tài)浮島，利用水體運動和空氣流動的能量推動生態(tài)浮島旋轉(zhuǎn)而提高植物、動物與微生物修復(fù)水體的效率，經(jīng)過一段時間發(fā)現(xiàn)工程區(qū)內(nèi)水體的濁度逐漸降低，營養(yǎng)鹽的濃度大幅下降，而且植物的根系變大，形成微生物膜吸附了大量的污染物。生態(tài)浮島工程可顯著改善工程區(qū)內(nèi)的水環(huán)境。云南在滇池草海生態(tài)修復(fù)工程中應(yīng)用生態(tài)浮島技術(shù)，達到凈化水體水質(zhì)、清除藍藻、提高生物多樣性和改善滇池自然生態(tài)景觀自身的生態(tài)修復(fù)功能。自20世紀(jì)90年代以來，國內(nèi)利用生態(tài)浮島技術(shù)在大型水庫、湖泊、河道、運河等不同水域，成功種植46個科的130多種陸生植物[12，13]，美人蕉、旱傘草等花卉比在陸地種植取得了更好的群體和景觀效果。

4　生態(tài)浮島修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)

4.1浮床材料選擇和制作技術(shù)

浮床材料選擇和制作技術(shù)決定了生態(tài)浮島是否具有耐久性、經(jīng)濟性等特點，還要兼顧浮力、環(huán)境敏感性、穩(wěn)定及靈活性。通過多年發(fā)展，已經(jīng)發(fā)展出了四代浮床，從最初的竹子加木板浮床到泡沫浮床，再到PE材質(zhì)浮床以及最近開發(fā)的可以和植物根系融為一體的新材料浮床[14]，浮床的制作材料及工藝朝著降低成本的方向發(fā)展，同時也朝著建設(shè)生態(tài)文明所倡導(dǎo)的方向發(fā)展。

4.2植物遴選技術(shù)

種植什么植物對生態(tài)浮島凈水功能起著決定性作用，所選擇的植物必須具有生物量大的特點，同時又要能適應(yīng)浮島周圍環(huán)境，從而可以吸收更多的水體污染物，改善水質(zhì)。目前，各國技術(shù)人員經(jīng)過長期植物篩選及育種研究，已經(jīng)選育出一批可以適宜于不同地區(qū)、不同季節(jié)、不同水體、不同功能及不同需求的生態(tài)浮島植物品種[15]，并對植物進行季節(jié)搭配、種屬搭配、景觀搭配、確保生態(tài)浮島全年都能發(fā)揮作用。

4.3植物栽培技術(shù)

作為生態(tài)浮島的關(guān)鍵技術(shù)之一，植物栽培技術(shù)經(jīng)各國技術(shù)人員長期深入的研究，已經(jīng)取得了一系列成果。針對浮床的特點，可以選擇與之相適應(yīng)的植物。植物的種植方式上，可以混合種植、四季搭配種植，將對水體的修復(fù)和美化效果發(fā)揮到極致。

4.4植物殘渣處理技術(shù)

由于植物季節(jié)性枯萎及落葉，生態(tài)浮島每年都會產(chǎn)生大量植物殘渣，如果不及時處理，就會在水中腐爛分解，植物吸收的營養(yǎng)物質(zhì)和污染物又會重新回到水體，造成二次污染。各國技術(shù)人員對植物殘渣處理技術(shù)進行了深入研究，研究主要從兩個方面進行：第一，通過飼料深加工技術(shù)將生態(tài)浮島產(chǎn)生的植物殘渣轉(zhuǎn)化為富含蛋白質(zhì)和糖類的動物飼料；第二，通過微生物發(fā)酵技術(shù)將植物殘渣分解轉(zhuǎn)化成富含腐殖質(zhì)和氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素以及鐵、硼、錳、銅、鋅、鉬等微量元素的有機肥。

5　生態(tài)浮島修復(fù)技術(shù)展望

生態(tài)浮島修復(fù)技術(shù)相對于傳統(tǒng)的水處理方法具有顯著優(yōu)勢，進一步推廣這項技術(shù)有利于我國“生態(tài)文明”建設(shè)，但這項技術(shù)也存在一些問題，逐步解決這些問題，使生態(tài)浮島修復(fù)技術(shù)更加完善是這一技術(shù)未來發(fā)展的重點。

(1) 植物越冬問題。生態(tài)浮島的實際應(yīng)用多在春季到秋季之間，越冬浮島植物的種類比較少，因此，必須加強越冬浮島植物的遴選工作，采用作物育種技術(shù)培育出更多可以越冬、凈化能力強的浮島植物。

(2) 浮床材料問題。雖然浮床材料現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到了第四代，但依然有很大的改進空間，特別是當(dāng)今材料科學(xué)日新月異，完全可以引進更多新材料進行試驗，尋找更耐用、生物適應(yīng)性更強、綜合成本更低的第五代甚至第六代浮床材料。

(3) 植物殘渣處理問題。當(dāng)前的植物殘渣處理技術(shù)人工成本較高，未來可以著力提高植物殘渣處理的自動化程度，開發(fā)對應(yīng)的機械進行集中收集處理。

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2016-04-25

東湖高新區(qū)科技創(chuàng)新和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項

王超(1986—)，男，工程師，碩士，主要從事環(huán)境分析研究工作。

陳亮(1982—)，男，工程師，碩士，主要從事環(huán)境工程研究工作。

X171.4

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1674-9944(2016)16-0035-02