生態(tài)浮床技術(shù)研究進(jìn)展與展望

王凌驊

摘要：指出了由水體富營養(yǎng)化問題引出生態(tài)浮床概念，通過介紹生態(tài)浮床的基本定義、生態(tài)浮床分類、生態(tài)浮床的發(fā)展歷程和文獻(xiàn)專利分析，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)生態(tài)浮床存在的問題，提出了解決問題的方法。通過介紹生態(tài)浮床的優(yōu)缺點、影響因素、組成、作用機(jī)理，進(jìn)而進(jìn)行了提高生態(tài)浮床系統(tǒng)去除效果的研究與展望。

關(guān)鍵詞：生態(tài)浮床；發(fā)展歷程；作用機(jī)理；去除效果

中圖分類號：X703

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：16749944（2017）8006502

1引言

水體富營養(yǎng)化現(xiàn)在已經(jīng)成為全球性的水環(huán)境污染問題，現(xiàn)如今中國水流域污染是由水體中的氮元素和磷元素的含量太高而造成的，而氮元素和磷元素卻是植物生長發(fā)育所必要的營養(yǎng)元素[1，2]。生態(tài)浮床是用能夠漂浮的材質(zhì)為載體，把水生植物和陸生植物放到載體上種植，這樣就相當(dāng)于把植物移栽到水體之中，而這樣水中的氮元素、磷元素和有機(jī)污染物被水中移栽的植物的根部所吸收，從而達(dá)到凈化河流的作用[3]。通過這種生物凈化河流的方法，可以去除水體中的氮元素和磷元素，達(dá)到凈化水質(zhì)的目的[4，5]。

2人工浮床的發(fā)展歷程

生態(tài)浮床的發(fā)展歷程主要經(jīng)歷了四個階段，第一個階段是20世紀(jì)初，生態(tài)浮床技術(shù)開始興起并被用作鳥類棲息地和魚類的產(chǎn)卵場所；第二個階段是20世紀(jì)80年代，德國學(xué)者設(shè)計出了現(xiàn)代的生態(tài)浮床，并首次將其應(yīng)用于凈化污染水體；第三個階段是1988年，在德國，美國德裔植物學(xué)家發(fā)表的論文中概括了生態(tài)浮島的六大功能；第四個階段是20世紀(jì)90年代，我國首次引進(jìn)生態(tài)浮床技術(shù)治理城區(qū)污染河道。通過對文獻(xiàn)與專利的分析，從兩個方面可以看出一些規(guī)律：從生態(tài)浮床CNKI文獻(xiàn)數(shù)量年度變化可以看出，從2001年開始有生態(tài)浮床的相關(guān)研究，但數(shù)量不多，從2007年開始研究數(shù)量迅速增長，并且越來越多；從生態(tài)浮床專利數(shù)量年度變化可以看出，專利數(shù)量體現(xiàn)了技術(shù)的應(yīng)用情況，2006年之前也并沒有相關(guān)應(yīng)用，2006～2009年維持在較少的水平，從2010年開始生態(tài)浮床的應(yīng)用逐漸成為熱點。

3生態(tài)浮床的分類

人工浮床主要分為干式浮床和濕式浮床。所謂的干式浮床是指在浮床中生長的植物與治理的水面沒有直接接觸，對于水面污染的凈化沒有用處，主要是作為景觀而栽培的。而濕式浮床是與水面直接接觸，對水質(zhì)的凈化效果較好。

生態(tài)浮床類型多種多樣，通常按其功能主要分為消浪形、水質(zhì)凈化性和提供棲息地型三類。浮床的外觀形狀有正方形、三角形、長方形、圓形等多種。其最大的優(yōu)點就是直接利用水體水面面積，不另外占地。

4生態(tài)浮床存在的問題及解決方法

現(xiàn)如今生態(tài)浮床也存在著一些問題，經(jīng)過這么長時間研究，國內(nèi)和國外在生態(tài)浮床方面的科研取得了很大進(jìn)步，技術(shù)能力方面提高了很多，然而這其實還是僅僅停留在實驗室的試驗和研究狀態(tài)，還有很多問題需要解決，還有很多不足需要完善。首先，現(xiàn)在研究出的生態(tài)浮床還不能夠進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的推廣。不同的水流域，其富營養(yǎng)化程度不相同，其他的物理條件和因素也都各不相同，需要對特定的物理情況和環(huán)境因素制定相匹配的浮床和浮床上的移栽植物[6]，其次，現(xiàn)在的生態(tài)浮島需要人工進(jìn)行操作，很難進(jìn)行機(jī)械化的維護(hù)和處理。因為生態(tài)浮床漂浮在水面上，所以每天的維護(hù)和清理工作都需要在水上完成日常的管理，這就導(dǎo)致在小型的試驗基地進(jìn)行處理還行，當(dāng)在大面積的水流域上，人工是很難進(jìn)行及時操作的。再次，現(xiàn)有的生態(tài)浮島制作施工周期長，從目前來看多數(shù)的生態(tài)浮島都是采用現(xiàn)場制作及現(xiàn)場種植的模式，大面積制作施工周期較長。還有是現(xiàn)在的生態(tài)浮島很難度過冬天。生態(tài)浮島上的植物大多數(shù)不能過冬，尤其在冬季天氣較冷的北方地區(qū)植物需要在第二年春天重新種植。最后，當(dāng)前國內(nèi)和國外對生態(tài)浮床的使用都還停留在小型化上面，對小范圍的水流域還行，但是當(dāng)對大范圍的水流域使用時，很難對其進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。

面對生態(tài)浮床存在的這些問題，利用無土草坪的各種優(yōu)點制作生態(tài)浮床已取得了很好的效果，解決了目前國內(nèi)外生態(tài)浮床制作技術(shù)存在的諸多問題，無土草坪生態(tài)浮島采用禾本科草建成，禾本科草是一類根系發(fā)達(dá)、適應(yīng)性強(qiáng)的多年生植物，具有凈化富營養(yǎng)化水體的潛在優(yōu)勢，它能抵抗極端大風(fēng)、大雨及大浪并能達(dá)到在不同的水流、溫度、富營養(yǎng)化水平等情況下使用。由于無土草坪生態(tài)景觀浮島特殊的結(jié)構(gòu)及方便的管理可以用它能制成超大面積的浮島。無土草坪在地面使用時既怕干旱又怕缺肥，但是無土草坪生態(tài)景觀浮島漂浮在富營養(yǎng)化水面上也就沒有這些問題了。用禾本科無土草坪制成的生態(tài)景觀浮島能對較大的河湖修復(fù)富營養(yǎng)化提供一條有效的新途徑。

5生態(tài)浮床的優(yōu)越性

生態(tài)浮床技術(shù)較其他水體修復(fù)技術(shù)有明顯的優(yōu)越性，充分利用我國廣闊的水域面積，將景觀設(shè)計與水體修復(fù)相結(jié)合；可選作的浮床植物的種類較多，載體材料來源廣，成本低，多用抗氧化材質(zhì)，具有無污染、耐腐蝕、經(jīng)久耐用的特點；浮床的浮體結(jié)構(gòu)新穎，形狀變化多樣，易于制作和搬運，不受水位限制，不會造成河道淤積；生態(tài)浮床管理方便，只需要定期清理維護(hù)，極大程度上減少了人工資源，降低了維護(hù)成本和設(shè)備的運行費保養(yǎng)費。

6生態(tài)浮床組成、機(jī)理及影響因素

生態(tài)浮床是由浮床框體、浮床床體、浮床基質(zhì)、浮床植物構(gòu)成。浮床框體一般是用PVC管、不銹鋼管、木材、毛竹等作為框架。浮床床體是植物栽種的支撐物，同時是整個浮床浮力的主要提供者。生態(tài)浮床作用機(jī)理分為以下7個方面，大型水生植物在生長過程中分泌出來的化感類物質(zhì)對藻類物質(zhì)、病毒類成分具有一定的抑制滅活作用；大型水生植物通過光合作用產(chǎn)生氧氣，并通過植物組織傳輸?shù)街参锔?，并分泌到待修?fù)水體中，防止水體缺氧而導(dǎo)致魚類死亡、水生生物滅跡和水體黑臭；大型水生植物巨大而茂盛的枝葉可以遮擋太陽光，可使藻類無陽光而死亡；人工生態(tài)浮床因為根系豐富的氧氣、相對充足的養(yǎng)分和穩(wěn)定的環(huán)境，是水體生物棲息、產(chǎn)卵、繁殖的場所，在一定程度上強(qiáng)化了水體自凈能力；大型水生植物的根系具有巨大的比表面積，起到生物膜載體的作用，對懸浮物質(zhì)進(jìn)行吸附，根系還富集水體中的重金屬元素和有機(jī)污染物，植物生長成熟之后，將植物搬離水體，使水體中的污染物大幅度減少；水生植物根系發(fā)達(dá)，與水體接觸面積大，可以截留水體中的大顆粒污染物質(zhì)，在其表面進(jìn)行吸附、沉降等；同時，通過大氣復(fù)氧及植物光合作用輸送氧氣至植物根部，供植物呼吸作用及根際區(qū)微生物的生長繁殖，還可在根部形成厭氧-好氧區(qū)，有利于反硝化細(xì)菌-硝化細(xì)菌的生長，從而加速脫氮過程。

生態(tài)浮床的影響因素包括：植物種類、溫度、處理時間、覆蓋率、初始濃度。不同種類生態(tài)浮床植物因生理特性不同，導(dǎo)致其對水體污染物的凈化效果差異較大，因此，選擇合適的生態(tài)浮床植物是影響水體凈化效果的關(guān)鍵因素之一，溫度是浮床植物生長和繁殖的必要條件。植物在不同溫度下生長速度有差異，在最適溫度時植物生長旺盛，對污染水體的處理效果比較明顯；而溫度過高或過低，會抑制植物的生長，從而影響其對污染水體的處理效果。生態(tài)浮床上的植物對污染水體的凈化效果與污水處理的時間有著緊密的聯(lián)系[7]。如黃菖蒲、美人蕉、西伯利亞鳶尾浮床對污水中氮元素和磷元素的凈化效果隨時間的增長而增加[8]。生態(tài)浮床上的浮床植物對水體污染物的凈化效率與浮床的覆蓋度直接相關(guān)，覆蓋度增加，凈化效率相應(yīng)提高。水體污染物的初始濃度也是影響浮床植物凈化效果的重要因素之一，在致死閾值內(nèi)，水體污染物的濃度越大，浮床植物對污染物的吸收能力越強(qiáng)[9～11]。

7展望

生態(tài)浮島技術(shù)作為一種新興的水體處理技術(shù)，雖然還存在著不足的地方，但相比于傳統(tǒng)的污水處理方法，生態(tài)浮島技術(shù)具有前所未有的優(yōu)勢，并且隨著技術(shù)的不斷完善，這些現(xiàn)存的缺點將會慢慢得到改善，當(dāng)今，河流污染的程度很嚴(yán)重，對人體的健康狀況造成了很大的影響。生態(tài)浮床現(xiàn)如今已經(jīng)成為一種處理水體污染的新興方法，能夠?qū)恿鞯乃|(zhì)狀態(tài)進(jìn)行凈化，改善河流生態(tài)環(huán)境。使用生態(tài)浮床治理污染水體，能夠通過植物根部吸收，有效的去除水體中的有機(jī)污染物，吸收水體中的氮元素和磷元素，解決水體的富營養(yǎng)化問題。生態(tài)浮床在水體中可以提供良好的生長環(huán)境給水生生物，因為本身所占的面積很小，所以需要花費的成本很低，能源消耗量很少，由于其凈化機(jī)理不復(fù)雜，工藝的流程簡單，很容易被推廣，因此生態(tài)浮床在未來會有很光明的前景[12]。

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