生態(tài)浮床在水環(huán)境綜合整治中的應(yīng)用分析

中恩工程技術(shù)有限公司 朱光蕤

隨著城市化和工業(yè)化進(jìn)程的加快，大量工業(yè)廢水和生活污水排入城市水體，使得水中的有機(jī)污染物和氮磷等營(yíng)養(yǎng)鹽超過(guò)水體的自凈能力，引起水體富營(yíng)養(yǎng)化，導(dǎo)致水體黑臭[1-2]。根據(jù)《2017年中國(guó)生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)》，1617個(gè)監(jiān)測(cè)斷面中28.2%水質(zhì)劣于Ⅳ類水質(zhì)，其中劣Ⅴ類占比為8.4%，109個(gè)富營(yíng)養(yǎng)監(jiān)測(cè)斷面的30.2%為輕度及中度富營(yíng)養(yǎng)，61.5%的為中營(yíng)養(yǎng)。目前，水環(huán)境綜合整治形勢(shì)依然嚴(yán)峻，在外源和內(nèi)源控制的前提下，借助生物手段，豐富及完善水環(huán)境中的食物鏈，利用水體的自凈能力消除污染物，才可長(zhǎng)期保持良好水質(zhì)。據(jù)調(diào)查，全國(guó)295個(gè)地級(jí)以上城市共排查確認(rèn)黑臭水體2100條，94.3%已經(jīng)開(kāi)工整治[3]。根據(jù)區(qū)域水環(huán)境自身的特點(diǎn)，已開(kāi)展了外源污染控制、內(nèi)源治理工程和人工強(qiáng)化凈化等措施[4-6]，水中污染負(fù)荷得到削減，水質(zhì)得到改善，但水體中仍含有較高的氮磷等營(yíng)養(yǎng)鹽，極易引起水體富營(yíng)養(yǎng)化次生危害，造成水質(zhì)再次惡化[4-6]。由此可見(jiàn)，“灰色技術(shù)”可從源頭上控制污染物，但在短期內(nèi)難以恢復(fù)水生態(tài)，需借助生態(tài)方法，引入植物和微生物，提高水體自凈能力。生態(tài)方法利用動(dòng)物、植物、微生物對(duì)污染物的吸收及降解能力，并通過(guò)食物鏈的輸出轉(zhuǎn)移功能完成污染水體的凈化和修復(fù)，具有穩(wěn)定有效、安全持久、節(jié)能降耗、管理簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)[7-8]。目前，在城市水環(huán)境綜合整治中，常見(jiàn)的生態(tài)修復(fù)技術(shù)有生物柵、人工濕地、生態(tài)浮床、河濱帶構(gòu)建和生物氧化塘等，它們通過(guò)人工措施，使受損生態(tài)系統(tǒng)逐步恢復(fù)或向良性循環(huán)發(fā)展，依靠生態(tài)系統(tǒng)的自我平衡能力消除水體中的污染物[9-10]。本文主要分析生態(tài)浮床在水環(huán)境綜合整治中的應(yīng)用狀況，從凈化水質(zhì)的機(jī)制入手，剖析生態(tài)浮床對(duì)氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽的去除機(jī)制，闡述浮床技術(shù)在水環(huán)境綜合整治中的作用機(jī)制，定性說(shuō)明生態(tài)浮床在水環(huán)境整治中的作用。同時(shí)以大量浮床研究為例，闡述生態(tài)浮床對(duì)水體的凈化能力，為生態(tài)浮床在水環(huán)境整治工程中的應(yīng)用提供依據(jù)和參考。

一、生態(tài)浮床在水環(huán)境中綜合整治的作用機(jī)制

生態(tài)浮床是利用微生物、植物共同作用去除水體中氮磷、重金屬和有機(jī)物等污染物，具體作用機(jī)制為植物的吸收、根系的攔截、酶促降解和微生物的遷移轉(zhuǎn)化等。

生態(tài)浮床為污染水體引入生產(chǎn)者，生產(chǎn)者在光合作用下吸收氮磷等營(yíng)養(yǎng)鹽，合成自身物質(zhì)，特殊生產(chǎn)者對(duì)重金屬和持久性有機(jī)物具有富集效應(yīng)，待植物成長(zhǎng)，利用定期收割的方式，可將污染物帶離水體。此外，植物根系可分泌降解酶，同時(shí)富集微生物，吸收及吸附水體中的氮磷等營(yíng)養(yǎng)鹽，富集重金屬。隨著污染物的去除，沉水植物、浮游動(dòng)物得以恢復(fù)和繁殖，為魚(yú)類等水生動(dòng)物提供食物和生存環(huán)境，從而延長(zhǎng)食物鏈，加強(qiáng)水體污染物去除能力，恢復(fù)水體的自凈能力，同時(shí)向水中復(fù)氧，維持水體中氧含量平衡，保證微生物在有氧條件下分解污染物，防止等氣體產(chǎn)生（見(jiàn)圖1）。

圖1 生態(tài)浮床在水環(huán)境中的凈化機(jī)理

二、傳統(tǒng)生態(tài)浮床的應(yīng)用與分析

傳統(tǒng)浮床就是在浮體上種植物，依靠植物的吸收、吸附等作用削減水中氮磷和有機(jī)污染物等，從而凈化水質(zhì)，其類型有單一植物型和混合植物型，可用于河道水質(zhì)提升改造、富營(yíng)養(yǎng)化水體整治和黑臭水體綜合整治。傳統(tǒng)浮床對(duì)氮磷的去除率為30%～99.6%，其差異是由處理對(duì)象和浮床類型的不同造成的?？傮w來(lái)說(shuō)，混合植物型浮床對(duì)氮磷的去除能力要優(yōu)于單一型植物浮床，但兩者對(duì)水中氮磷的去除仍存在限制因素，表現(xiàn)為只能凈化植物根部周邊水域，對(duì)于深度較大的水體，其凈化作用效果相當(dāng)微弱。因此，在水環(huán)境綜合整治中，要注重生態(tài)浮床與其他技術(shù)的聯(lián)合使用，方可去除不同深度的污染物。

三、復(fù)合式生態(tài)浮床的應(yīng)用與分析

傳統(tǒng)生態(tài)浮床凈化的主體單一，為克服這一缺陷，在此基礎(chǔ)上衍變出了復(fù)合式生態(tài)浮床，可分為組合式生態(tài)浮床和加強(qiáng)型生態(tài)浮床這兩類。組合式浮床是在傳統(tǒng)浮床的基礎(chǔ)上引入人工填料、水生動(dòng)物，利用食物鏈的“加環(huán)”，提高浮床的生態(tài)效應(yīng)和生態(tài)凈化功能。加強(qiáng)型生態(tài)浮床是將固相反硝化技術(shù)和微型曝氣裝置引入傳統(tǒng)浮床，提高脫氮除磷效率，獲得更好的水質(zhì)處理效果。復(fù)合式生態(tài)浮床的處理對(duì)象比傳統(tǒng)浮床更加廣泛，不僅可用來(lái)凈化富營(yíng)養(yǎng)化水體和微污染水體，還可用于處理污水廠尾水和農(nóng)家樂(lè)污水等，同時(shí)大大提升了去除水體中氮磷的效果。對(duì)于復(fù)合式浮床，水生植物和填料組合方式的應(yīng)用較為廣泛，主要是因?yàn)閭鹘y(tǒng)浮床技術(shù)只能去除氨氮和部分總氮，不能降解硝酸鹽，而填料的引入可提高生態(tài)浮床系統(tǒng)的微生物種群數(shù)量和食物鏈網(wǎng)復(fù)雜度，加強(qiáng)了系統(tǒng)的反硝化作用，從而有利于硝酸鹽的去除，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)浮床不能轉(zhuǎn)化硝酸鹽的缺陷。因此，復(fù)合式生態(tài)浮床在水環(huán)境中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用于黑臭水體的整治中，不僅可以恢復(fù)水生態(tài)環(huán)境，也可防止水體發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)次生危害。

四、結(jié)語(yǔ)

根據(jù)凈化機(jī)理和相關(guān)實(shí)例，生態(tài)浮床技術(shù)可用于治理富營(yíng)養(yǎng)化水體，亦適用于黑臭水體綜合整治工程，提高水體的自凈能力，防止治理后的水體發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化次生災(zāi)害。生態(tài)浮床技術(shù)不僅在湖泊水庫(kù)等廣泛應(yīng)用，還應(yīng)用于城市中小河流等水體的修復(fù)，并且開(kāi)始應(yīng)用于海洋水體的治理。但是，浮床技術(shù)不適合高污染負(fù)荷、低溶解氧的水體，需聯(lián)合截污納管、底泥疏浚、河道曝氣和濱岸帶生態(tài)化等必要工程技術(shù)控制污染來(lái)源，降低水體污染負(fù)荷，才可發(fā)揮浮床的作用效果。此外，可選擇耐污和去污能力較強(qiáng)的先鋒水生植物，采用吸附能力較強(qiáng)的載體填料，增加浮床的耐污性能和凈化能力，從而改善生境、凈化水質(zhì)。目前，生態(tài)浮床技術(shù)存在處理時(shí)效低、植物回收與資源化較低、PVC等載體材料引發(fā)“白色污染”和管理不到位等問(wèn)題，這制約了浮床技術(shù)的推廣應(yīng)用。今后，生態(tài)浮床技術(shù)在水環(huán)境綜合整治工程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）浮床植物具有去污能力強(qiáng)、適用性強(qiáng)、回收方便和可資源化等特性，如美人蕉、空心菜等；（2）發(fā)展新型載體材料，如陶粒、蛭石，降低新型材料的制作成本；（3）依據(jù)實(shí)際情況，可通過(guò)延長(zhǎng)食物鏈、與固相反硝化技術(shù)或微孔曝氣技術(shù)聯(lián)用等方式，增強(qiáng)浮床凈化水體的能力；（4）制定生態(tài)浮床的管理技術(shù)，定期回收和栽種浮床植物，直至水生態(tài)環(huán)境得到完全恢復(fù)為止。