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(guó)水資源總量豐富，但人均資源極其匱乏，且由于城市化進(jìn)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(guó)江河湖泊的富營(yíng)養(yǎng)化情況嚴(yán)重，緊張的水資源矛盾進(jìn)一步加劇。據(jù)2016年水資源調(diào)查報(bào)告顯示，對(duì)全國(guó)開發(fā)利用程度較高和面積較大的主要湖泊（水庫(kù)）進(jìn)行了水質(zhì)評(píng)價(jià)，其中評(píng)價(jià)湖泊118個(gè)，Ⅰ-Ⅲ類水質(zhì)個(gè)數(shù)占23.7%，富營(yíng)養(yǎng)個(gè)數(shù)占78.6%；因此，迫切需要對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體進(jìn)行修復(fù)和有效控制。

針對(duì)水體水質(zhì)惡化和富營(yíng)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(hù)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(diǎn)。從社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、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(yíng)養(yǎng)化水體的熱點(diǎn)技術(shù)。

生態(tài)浮床在我國(guó)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(shí)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(yíng)養(yǎng)化水體修復(fù)的作用機(jī)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(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的修復(fù)機(jī)制及存在問題

選擇生態(tài)浮床的植物時(shí)一般會(huì)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(shí)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(diǎn)[3]，自20世紀(jì) 80年代末以來(lái)，國(guó)內(nèi)外利用生態(tài)浮床技術(shù)進(jìn)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(jī)理主要是多方面綜合作用的結(jié)果：一是植物根系對(duì)水體中懸浮物有吸附過濾作用，同時(shí)生長(zhǎng)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(zhǎng)等。

生態(tài)浮床在廣泛應(yīng)用的同時(shí)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(shí)較長(zhǎng)，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(duì)于水體的氨氮污染物和部分總氮污染物的去除，而對(duì)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(duì)穩(wěn)定地存在于水體中，成為水體富營(yíng)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(shí)，應(yīng)加強(qiáng)如何提高和強(qiáng)化浮床系統(tǒng)脫氮除磷效果方面的研究，以彌補(bǔ)該技術(shù)的缺陷和不足。

2 強(qiáng)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(qiáng)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(jiǎn)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(yán)重的大清河水，顯著提高了對(duì)水體中TN、氨氮-N)、TP和COD的平均去除率[5]。周高峰等在實(shí)驗(yàn)室條件下研究生態(tài)浮床對(duì)不同植物種類去除水中磷元素，增加了微曝氣系統(tǒng)進(jìn)行強(qiáng)化，結(jié)果表明，人工介質(zhì)和微曝氣系統(tǒng)的引進(jìn)增強(qiáng)了生態(tài)浮床對(duì)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(qiáng)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(gè)重要方面，選擇時(shí)應(yīng)充分考慮區(qū)域特點(diǎn)、季節(jié)和植物自身生長(zhǎng)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(qiáng)化技術(shù)之一[7]。如許銘宇等以8種水生植物為試驗(yàn)對(duì)象，研究其對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化園林景觀水體中TN、TP、COD等營(yíng)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(yíng)養(yǎng)化水質(zhì)指標(biāo)，其中水蓑衣對(duì)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(qiáng)化技術(shù)

研究表明合理的生物配置對(duì)提高浮床修復(fù)富營(yíng)養(yǎng)化水體具有積極的促進(jìn)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(duì)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(dú)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(gè)單元組成，通過三者相互協(xié)同作用，共同提高了浮床對(duì)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(duì)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(shí)，TN、-N、TP顯著下降。

2.4 細(xì)菌固定化強(qiáng)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(duì)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(duì)浮床床體構(gòu)造進(jìn)行改進(jìn)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(gè)或多個(gè)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(dòng)物系統(tǒng)等組合，通過充分利用浮床立體空間或延長(zhǎng)浮床系統(tǒng)食物鏈來(lái)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(duì)氮磷去除效率有一定貢獻(xiàn)。

結(jié)語(yǔ)

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(diǎn)于一身，是一種多功能的生態(tài)修復(fù)技術(shù)，在富營(yíng)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(shí)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(jìn)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(shí)用、高效、環(huán)境友好等方向發(fā)展。