生態(tài)浮床技術(shù)治理富營養(yǎng)化水體研究進展

封 鉞 李 琳 劉同意 王嘉琪

（湖南工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院 湖南株洲 412007）

引言

我國水資源總量豐富，但人均資源極其匱乏，且由于城市化進程加速、人口急劇膨脹、工農(nóng)業(yè)快速發(fā)展等因素，造成目前我國江河湖泊的富營養(yǎng)化情況嚴重，緊張的水資源矛盾進一步加劇。據(jù)2016年水資源調(diào)查報告顯示，對全國開發(fā)利用程度較高和面積較大的主要湖泊（水庫）進行了水質(zhì)評價，其中評價湖泊118個，Ⅰ-Ⅲ類水質(zhì)個數(shù)占23.7%，富營養(yǎng)個數(shù)占78.6%；因此，迫切需要對富營養(yǎng)化水體進行修復(fù)和有效控制。

針對水體水質(zhì)惡化和富營養(yǎng)化問題，發(fā)展了許多污染控制和水體修復(fù)的方法，常見的主要為原位和異位修復(fù)技術(shù)，如污泥疏浚、生態(tài)護坡、人工濕地原位修復(fù)、生物膜異位修復(fù)、生態(tài)浮床等[1-2]。但是這些方法又各自存有一定的優(yōu)缺點。從社會、經(jīng)濟、環(huán)境效益等方面綜合衡量，生態(tài)浮床技術(shù)已經(jīng)成為治理富營養(yǎng)化水體的熱點技術(shù)。

生態(tài)浮床在我國從80年代開始已經(jīng)歷了20多年的發(fā)展，從傳統(tǒng)人工生態(tài)浮床到組合式人工生態(tài)浮床等各種浮床形態(tài)，取得了一系列的研究成果，但同時也存在著一些缺陷；為了提高生態(tài)浮床的水質(zhì)凈化、修復(fù)效果，各種人工干預(yù)技術(shù)被應(yīng)用其中。本文主要闡述生態(tài)浮床技術(shù)應(yīng)用于富營養(yǎng)化水體修復(fù)的作用機理、限制因素及存在問題；并討論了如何提高生態(tài)浮床的修復(fù)效果，以期為生態(tài)浮床技術(shù)的推廣應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 生態(tài)浮床技術(shù)對富營養(yǎng)化水體的修復(fù)機制及存在問題

選擇生態(tài)浮床的植物時一般會考慮綠化效果較好的，既可以控制水污染、美化水面環(huán)境，同時具有環(huán)境友好、清潔能源、改善水體生態(tài)環(huán)境等諸多優(yōu)點[3]，自20世紀 80年代末以來，國內(nèi)外利用生態(tài)浮床技術(shù)進行污水處理和水體修復(fù)方面的研究和應(yīng)用日益增多。

生態(tài)浮床技術(shù)凈化和修復(fù)的機理主要是多方面綜合作用的結(jié)果：一是植物根系對水體中懸浮物有吸附過濾作用，同時生長過程中植物可以吸收利用水體中氮、磷等元素；二是植物根部附著的微生物可以分解水中污染物；三是植物根系周圍存在一定的氧含量差異和“根圈效應(yīng)”，其分泌的氧可以改善水質(zhì)狀況，為不同微生物繁殖創(chuàng)造適宜條件；四是一些植物分泌的代謝產(chǎn)物可以抑制其他浮游植物生長等。

生態(tài)浮床在廣泛應(yīng)用的同時也也暴露出一些問題：首先，傳統(tǒng)的生態(tài)浮床技術(shù)容易受季節(jié)和浮床植物量的限制；其次，植物吸附和吸收降解氮、磷元素耗時較長，難以滿足高效快速的要求。第三，傳統(tǒng)的生態(tài)浮床技術(shù)主要針對于水體的氨氮污染物和部分總氮污染物的去除，而對硝酸鹽類化合物（-N和N）的轉(zhuǎn)化率低，尤其是NO3-N常常能相對穩(wěn)定地存在于水體中，成為水體富營養(yǎng)化難以根除的主要原因之一。因此，在應(yīng)用生態(tài)浮床技術(shù)的同時，應(yīng)加強如何提高和強化浮床系統(tǒng)脫氮除磷效果方面的研究，以彌補該技術(shù)的缺陷和不足。

2 強化生態(tài)浮床技術(shù)修復(fù)效果研究現(xiàn)狀

2.1 改善理化條件強化技術(shù)

研究表明，在生態(tài)浮床系統(tǒng)中增加溶解氧濃度可以有效提高氮磷元素去除率，被視為是最直接有效、操作性簡單的一種方法[4]。李海英等利用生態(tài)浮床加微曝氣系統(tǒng)處理污染嚴重的大清河水，顯著提高了對水體中TN、氨氮-N)、TP和COD的平均去除率[5]。周高峰等在實驗室條件下研究生態(tài)浮床對不同植物種類去除水中磷元素，增加了微曝氣系統(tǒng)進行強化，結(jié)果表明，人工介質(zhì)和微曝氣系統(tǒng)的引進增強了生態(tài)浮床對水中磷的去除[6]。但此類方法由于其高成本、受環(huán)境因素影響較大，因而限制了其廣泛應(yīng)用。

2.2 植物優(yōu)選強化技術(shù)

選擇合適的浮床植物是浮床技術(shù)研究中的一個重要方面，選擇時應(yīng)充分考慮區(qū)域特點、季節(jié)和植物自身生長規(guī)律等因素。采用高效植物篩選方法和多品種植物混合栽種方法也成為脫氮強化技術(shù)之一[7]。如許銘宇等以8種水生植物為試驗對象，研究其對富營養(yǎng)化園林景觀水體中TN、TP、COD等營養(yǎng)物質(zhì)的去除效果[8]，結(jié)果表明：8種水生植物都能凈化水體中的富營養(yǎng)化水質(zhì)指標，其中水蓑衣對水體中TN、TP、氨氮(-N)等的去除效果較好。關(guān)于高效植物篩選的研究，還要更多的考慮如何因地制宜地篩選更多本土植物，以及研究植物優(yōu)化組合等，從而高效降解污染物。

2.3 生物-植物協(xié)同強化技術(shù)

研究表明合理的生物配置對提高浮床修復(fù)富營養(yǎng)化水體具有積極的促進效應(yīng)。Xianning Li等將濾食性貝類與半軟性填料組合引入生態(tài)浮床，由空心菜+貝類+填料組成的浮床系統(tǒng)對TN、-N的去除率分別比貝類+填料浮床系統(tǒng)和空心菜+填料浮床系統(tǒng)的去除率高[9]，說明生物與植物配置優(yōu)于單獨處理的效果。劉海洪等[10]構(gòu)建的組合生態(tài)浮床，由空心菜、三角帆蚌及微生物3個單元組成，通過三者相互協(xié)同作用，共同提高了浮床對污染物的去除率。鄭堯等[11]采用"魚腥草-薄荷-空心菜"三明治模型浮床對吉富羅非魚養(yǎng)殖池塘開展水質(zhì)凈化研究，結(jié)果表明構(gòu)建三明治浮床時，TN、-N、TP顯著下降。

2.4 細菌固定化強化技術(shù)

2.5 生態(tài)浮床構(gòu)造優(yōu)化

相關(guān)研究表明浮床床體構(gòu)造的改變對于生態(tài)浮床的氮磷去除效率有一定影響，不少研究者通過對浮床床體構(gòu)造進行改進以提高生態(tài)浮床的氮磷去除效率。常見的形式為浮床系統(tǒng)與一個或多個系統(tǒng)復(fù)合而成，如與常見的污水處理系統(tǒng)：曝氣系統(tǒng)或接觸氧化系統(tǒng)，又或者與水生動物系統(tǒng)等組合，通過充分利用浮床立體空間或延長浮床系統(tǒng)食物鏈來提高氮磷去除效果。生態(tài)浮床構(gòu)造形式的改變，增加了生態(tài)浮床系統(tǒng)的復(fù)雜程度，對氮磷去除效率有一定貢獻。

結(jié)語

生態(tài)浮床技術(shù)集凈化污染、恢復(fù)生態(tài)、改善景觀等優(yōu)點于一身，是一種多功能的生態(tài)修復(fù)技術(shù)，在富營養(yǎng)化水體綜合治理中有著良好廣闊的應(yīng)用前景。雖然生態(tài)浮床理論及應(yīng)用研究取得了一系列成果，但同時也存在不足；今后浮床技術(shù)應(yīng)在高效脫氮除磷植物篩選方面、高效生物協(xié)同配置方面、浮床載體方面、基質(zhì)等方面進行更為深入的研究。生態(tài)浮床技術(shù)也將日趨完善和成熟，向著實用、高效、環(huán)境友好等方向發(fā)展。