生态浮床技术治理富营养化水体研究进展

封 钺 李 琳 刘同意 王嘉琪

（湖南工业大学土木工程学院 湖南株洲 412007）

引言

我国水资源总量丰富，但人均资源极其匮乏，且由于城市化进程加速、人口急剧膨胀、工农业快速发展等因素，造成目前我国江河湖泊的富营养化情况严重，紧张的水资源矛盾进一步加剧。据2016年水资源调查报告显示，对全国开发利用程度较高和面积较大的主要湖泊（水库）进行了水质评价，其中评价湖泊118个，Ⅰ-Ⅲ类水质个数占23.7%，富营养个数占78.6%；因此，迫切需要对富营养化水体进行修复和有效控制。

针对水体水质恶化和富营养化问题，发展了许多污染控制和水体修复的方法，常见的主要为原位和异位修复技术，如污泥疏浚、生态护坡、人工湿地原位修复、生物膜异位修复、生态浮床等[1-2]。但是这些方法又各自存有一定的优缺点。从社会、经济、环境效益等方面综合衡量，生态浮床技术已经成为治理富营养化水体的热点技术。

生态浮床在我国从80年代开始已经历了20多年的发展，从传统人工生态浮床到组合式人工生态浮床等各种浮床形态，取得了一系列的研究成果，但同时也存在着一些缺陷；为了提高生态浮床的水质净化、修复效果，各种人工干预技术被应用其中。本文主要阐述生态浮床技术应用于富营养化水体修复的作用机理、限制因素及存在问题；并讨论了如何提高生态浮床的修复效果，以期为生态浮床技术的推广应用提供参考依据。

1 生态浮床技术对富营养化水体的修复机制及存在问题

选择生态浮床的植物时一般会考虑绿化效果较好的，既可以控制水污染、美化水面环境，同时具有环境友好、清洁能源、改善水体生态环境等诸多优点[3]，自20世纪 80年代末以来，国内外利用生态浮床技术进行污水处理和水体修复方面的研究和应用日益增多。

生态浮床技术净化和修复的机理主要是多方面综合作用的结果：一是植物根系对水体中悬浮物有吸附过滤作用，同时生长过程中植物可以吸收利用水体中氮、磷等元素；二是植物根部附着的微生物可以分解水中污染物；三是植物根系周围存在一定的氧含量差异和“根圈效应”，其分泌的氧可以改善水质状况，为不同微生物繁殖创造适宜条件；四是一些植物分泌的代谢产物可以抑制其他浮游植物生长等。

生态浮床在广泛应用的同时也也暴露出一些问题：首先，传统的生态浮床技术容易受季节和浮床植物量的限制；其次，植物吸附和吸收降解氮、磷元素耗时较长，难以满足高效快速的要求。第三，传统的生态浮床技术主要针对于水体的氨氮污染物和部分总氮污染物的去除，而对硝酸盐类化合物（-N和N）的转化率低，尤其是NO3-N常常能相对稳定地存在于水体中，成为水体富营养化难以根除的主要原因之一。因此，在应用生态浮床技术的同时，应加强如何提高和强化浮床系统脱氮除磷效果方面的研究，以弥补该技术的缺陷和不足。

2 强化生态浮床技术修复效果研究现状

2.1 改善理化条件强化技术

研究表明，在生态浮床系统中增加溶解氧浓度可以有效提高氮磷元素去除率，被视为是最直接有效、操作性简单的一种方法[4]。李海英等利用生态浮床加微曝气系统处理污染严重的大清河水，显著提高了对水体中TN、氨氮-N)、TP和COD的平均去除率[5]。周高峰等在实验室条件下研究生态浮床对不同植物种类去除水中磷元素，增加了微曝气系统进行强化，结果表明，人工介质和微曝气系统的引进增强了生态浮床对水中磷的去除[6]。但此类方法由于其高成本、受环境因素影响较大，因而限制了其广泛应用。

2.2 植物优选强化技术

选择合适的浮床植物是浮床技术研究中的一个重要方面，选择时应充分考虑区域特点、季节和植物自身生长规律等因素。采用高效植物筛选方法和多品种植物混合栽种方法也成为脱氮强化技术之一[7]。如许铭宇等以8种水生植物为试验对象，研究其对富营养化园林景观水体中TN、TP、COD等营养物质的去除效果[8]，结果表明：8种水生植物都能净化水体中的富营养化水质指标，其中水蓑衣对水体中TN、TP、氨氮(-N)等的去除效果较好。关于高效植物筛选的研究，还要更多的考虑如何因地制宜地筛选更多本土植物，以及研究植物优化组合等，从而高效降解污染物。

2.3 生物-植物协同强化技术

研究表明合理的生物配置对提高浮床修复富营养化水体具有积极的促进效应。Xianning Li等将滤食性贝类与半软性填料组合引入生态浮床，由空心菜+贝类+填料组成的浮床系统对TN、-N的去除率分别比贝类+填料浮床系统和空心菜+填料浮床系统的去除率高[9]，说明生物与植物配置优于单独处理的效果。刘海洪等[10]构建的组合生态浮床，由空心菜、三角帆蚌及微生物3个单元组成，通过三者相互协同作用，共同提高了浮床对污染物的去除率。郑尧等[11]采用"鱼腥草-薄荷-空心菜"三明治模型浮床对吉富罗非鱼养殖池塘开展水质净化研究，结果表明构建三明治浮床时，TN、-N、TP显著下降。

2.4 细菌固定化强化技术

2.5 生态浮床构造优化

相关研究表明浮床床体构造的改变对于生态浮床的氮磷去除效率有一定影响，不少研究者通过对浮床床体构造进行改进以提高生态浮床的氮磷去除效率。常见的形式为浮床系统与一个或多个系统复合而成，如与常见的污水处理系统：曝气系统或接触氧化系统，又或者与水生动物系统等组合，通过充分利用浮床立体空间或延长浮床系统食物链来提高氮磷去除效果。生态浮床构造形式的改变，增加了生态浮床系统的复杂程度，对氮磷去除效率有一定贡献。

结语

生态浮床技术集净化污染、恢复生态、改善景观等优点于一身，是一种多功能的生态修复技术，在富营养化水体综合治理中有着良好广阔的应用前景。虽然生态浮床理论及应用研究取得了一系列成果，但同时也存在不足；今后浮床技术应在高效脱氮除磷植物筛选方面、高效生物协同配置方面、浮床载体方面、基质等方面进行更为深入的研究。生态浮床技术也将日趋完善和成熟，向着实用、高效、环境友好等方向发展。