王素玉，張 飛，何嘉輝

(1.廣州市水之道生態(tài)環(huán)境修復(fù)有限公司，廣東 廣州 510380；2.廣州市新之地環(huán)保產(chǎn)業(yè)股份有限公司，廣東 廣州 510380)

生物浮島技術(shù)運(yùn)用農(nóng)藝學(xué)中無土栽培技術(shù)的原理，把高等水生植物或改良的陸生草本、木本植物，以浮島(即浮體栽培島)作為載體[1]，種植到富營養(yǎng)化水體的水面，通過植物生長過程中對(duì)N、P等植物必需元素的吸收利用，及其植物根系和浮島基質(zhì)等對(duì)水體中懸浮物的吸附作用，富集水體中的有害物質(zhì)[2]；與此同時(shí)，植物根系釋放出有機(jī)分泌物，促進(jìn)根際微生物的生長，從而加速微生物對(duì)有機(jī)污染物的分解[3-5]。隨著水質(zhì)指標(biāo)的改善，尤其是DO的大幅度增加，為好氧微生物的大量繁殖創(chuàng)造了條件，通過微生物對(duì)有機(jī)污染物、營養(yǎng)物的進(jìn)一步分解，是水質(zhì)得到進(jìn)一步改善，最終通過收獲植物體的形式，將N、P等營養(yǎng)物質(zhì)以及吸附積累在植物體內(nèi)和根系表面的污染物移出水體，使水體中的污染物大幅度減少，水質(zhì)得到改善，從而為水生生物的生存、繁衍創(chuàng)造生態(tài)環(huán)境條件，為最終修復(fù)水生態(tài)系統(tǒng)提供可能[6]。

實(shí)踐證明通過生物浮島凈化系統(tǒng)，去除水體有機(jī)污染COD/BOD，同時(shí)消除水體黑臭現(xiàn)象、控制水華爆發(fā)，提高水體透明度，同時(shí)達(dá)到一定的景觀效果[6]。

植物是生物浮島發(fā)揮其作用的最關(guān)鍵因素，植物的選取不但影響生物浮島凈水的功效，其選擇和配置還影響工程的景觀效果[7]。本研究對(duì)生物浮島的水質(zhì)凈化效果以及浮島植物的搭配進(jìn)行研究。

1 試驗(yàn)地點(diǎn)與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

圍隔試驗(yàn)所在地沙坦涌，位于廣州市荔灣區(qū)橋中街光電科技基地園區(qū)旁邊，是廣州市綜合整治的121條河涌之一，同時(shí)也是列入綜合整治和污水處理工程范圍的河涌之一。

1.2 試驗(yàn)方法

圍隔設(shè)于沙坦涌中段，平行設(shè)置。每個(gè)圍隔面積為2m×10m，每個(gè)圍隔放置面積為1m×6m生物浮島，其中5m2設(shè)置浮板用于承載植物，其余約1m2用塑料網(wǎng)承載大聚藻和圓幣草植物。采用防水帆布做圍隔材料，圍隔高于水面約10～20cm(降水多的時(shí)候，圍隔外水會(huì)漫入圍隔，導(dǎo)致圍隔內(nèi)外水體交換)，圍隔下部加以重物，放置防水帆布上浮。

兩個(gè)圍隔所種的植物種類和數(shù)量均相同：9株水鬼蕉，9株美人蕉，12株風(fēng)車草、兩盆圓幣草以及兩籮大聚藻。

從多次的監(jiān)測結(jié)果看，沙坦涌水質(zhì)較差，COD、BOD、總氮、總磷、氨氮等多項(xiàng)指標(biāo)均劣于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的V類水限值，而且黑臭嚴(yán)重，是典型的城市黑臭水體。

樣點(diǎn)布置說明：沙坦涌圍隔試驗(yàn)共設(shè)置4個(gè)采樣點(diǎn)，兩個(gè)平行圍隔標(biāo)記為“圍隔內(nèi)南”和“圍隔內(nèi)北”，圍隔外面的采樣點(diǎn)標(biāo)記為“圍隔外”，采樣一個(gè)多月后，在圍隔南邊河道縱橫交匯的地方增設(shè)采樣點(diǎn)，標(biāo)記為“上游”。

1.3 測試項(xiàng)目與方法

主要常規(guī)項(xiàng)目分析方法：浮島運(yùn)行過程中，水樣中的CODcr，氨氮和DO等指標(biāo)的測定均采用《水河廢水監(jiān)測分析方法》中的標(biāo)準(zhǔn)方法，采用多次對(duì)比試驗(yàn)來控制數(shù)據(jù)質(zhì)量。當(dāng)前后2次試驗(yàn)數(shù)據(jù)偏差小于5%時(shí)，直接取2次試驗(yàn)的平均值作為試驗(yàn)結(jié)果；當(dāng)前后2次試驗(yàn)數(shù)據(jù)偏差大于5%時(shí)，進(jìn)行第3次試驗(yàn)，且控制3次試驗(yàn)偏差小于10%。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物浮島的水質(zhì)凈化效果分析

2.1.1 總磷效果分析

從總磷變化圖1可以看出，沙坦涌的總磷含量一直偏高，最高超過2.0mg/L。前100天，由于圍隔初步建成，及幾次暴雨發(fā)生，圍隔較為低矮，導(dǎo)致水位上升，淹沒圍隔，圍隔內(nèi)外水體交換，所以出現(xiàn)圍隔內(nèi)外水質(zhì)相差不大的情況。100天左右結(jié)果顯示，圍隔內(nèi)總磷明顯低于圍隔外，反映了浮床植物的明顯的凈化效果(如圖所示)。由于雨季來臨，圍隔被淹，第200天結(jié)果顯示圍隔內(nèi)外總磷含量趨于相同。

圖1 總磷凈化效果

2.1.2 總氮效果分析

從總氮變化圖2看出，實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)總氮含量一直偏高，最高值超過50.0mg/L。前100天，由于圍隔初步建成，及幾次暴雨發(fā)生，圍隔較為低矮，導(dǎo)致水位上升，淹沒圍隔，圍隔內(nèi)外水體交換，所以出現(xiàn)圍隔內(nèi)外水質(zhì)相差不大的情況。第100天左右結(jié)果顯示，圍隔內(nèi)總氮略低于圍隔外，反映了浮床植物對(duì)氮的去除效率較低(如圖所示)。由于雨季來臨，圍隔被淹，第200天結(jié)果顯示圍隔內(nèi)外總氮含量趨于相同。

圖2 總氮凈化效果

2.1.3 氨氮效果分析

由氨氮變化圖3可知，氨氮含量變化與總氮變化趨勢相似，氨氮占總氮比例很高，這與水體黑臭這一表象是吻合的，監(jiān)測到氨氮最高值超過40mg/L。前100天，由于圍隔初步建成，及幾次暴雨發(fā)生，圍隔較為低矮，導(dǎo)致水位上升，淹沒圍隔，圍隔內(nèi)外水體交換，所以出現(xiàn)圍隔內(nèi)外水質(zhì)相差不大的情況。第100天左右結(jié)果顯示，圍隔內(nèi)氨氮略高于圍隔外，反映了圍隔內(nèi)浮床植物由于覆蓋率過大，及植物的腐敗導(dǎo)致氨氮偏高(如圖所示)。由于雨季來臨，圍隔被淹，第200天結(jié)果顯示圍隔內(nèi)外總氮含量趨于相同。

圖3 氨氮凈化效果

Fig.3 Purification effect of ammonia nitrogen

2.1.4 硝酸鹽氮效果分析

從硝酸鹽氮變化圖4可得，硝酸鹽氮變化的總體趨勢與總氮和氨氮相反，先高后低，硝酸鹽氮占總氮比例不高。前100天，由于圍隔初步建成，及幾次暴雨發(fā)生，圍隔較為低矮，導(dǎo)致水位上升，淹沒圍隔，圍隔內(nèi)外水體交換，所以出現(xiàn)圍隔內(nèi)外水質(zhì)相差不大的情況。第100天左右結(jié)果顯示，圍隔內(nèi)硝態(tài)氮明顯低于圍隔外，反映了浮床植物對(duì)硝態(tài)氮的明顯凈化效果(如圖所示)。由于雨季來臨，圍隔被淹，第100天結(jié)果顯示圍隔內(nèi)外總磷含量趨于相同。

圖4 硝酸鹽氮凈化效果

以上監(jiān)測結(jié)果表明，在一定條件下，生物浮島對(duì)城市黑臭水體有較好的凈化作用。

2.2 浮島植物生長的研究

試驗(yàn)初期選用的五種植物：水鬼蕉、美人蕉、風(fēng)車草、圓幣草以及大聚藻均能很好適應(yīng)黑臭水環(huán)境，長勢良好，但搭配有待進(jìn)一步優(yōu)化。如：大聚藻在種植初期，根系不發(fā)達(dá)，生物量也不大，容易被水沖走，所以在流速大的水體以及暴雨季節(jié)，不適宜選大聚藻做浮島植物。本次試驗(yàn)，將大聚藻和圓幣草一同放在塑料網(wǎng)上，由于圓幣草生長速度快，能迅速擴(kuò)大覆蓋的水面面積，而大聚藻在種植初期，生長緩慢，會(huì)被圓幣草覆蓋，所以大聚藻和圓幣草不適宜相鄰種植。圓幣草不適宜與水鬼蕉相鄰種植，在種植初期，長高速度不如圓幣草。圓幣草可以跟美人蕉、風(fēng)車草等高大且生長快的植物相鄰種植。

2.3 植物配置方案

植物優(yōu)選名錄及資料，選出32種常用人工濕地植物作為浮島備選植物，包括：紫背竹竿、黃花藺、黃苞蝎尾蕉、白姜花、水鬼蕉、薏茨、地毯草、臺(tái)灣草、馬尼拉草、香根草、狗牙根、百喜草、彎葉畫眉草、鈍葉草、馬蹄金、天堂草、黃花鳶尾、風(fēng)車草、菖蒲、茨菰、澤苔草、水蔥、蘆竹、再力花、梭魚草、千屈草、美人蕉、假儉草、鋪地黍、香蒲、紙莎草和蘆葦。

根據(jù)植物水上部分高度(近似看做是植株高度)，可以把植物劃分為四個(gè)級(jí)別，分別是50cm以下，50～100cm，100～150cm以及150cm以上。

優(yōu)選植物均為常用的人工濕地植物，具有發(fā)達(dá)的根系，能很好地適應(yīng)水生環(huán)境。其中根系長度達(dá)到5～10cm的有：水鬼蕉、黃花鳶尾和菖蒲，達(dá)到10cm以上的有：黃花藺、風(fēng)車草、梭魚草和美人蕉，香根草的根系長度更是達(dá)到2～3m。以上列出的32種植物，約有一半會(huì)開花，包括有：黃花藺、黃花苞蝎尾蕉、白姜花、水鬼蕉、薏茨、黃花鳶尾、風(fēng)車草、茨菰、水蔥、再力花、梭魚草、千屈草、假儉草、紙莎草、美人蕉。

由沙坦涌的試驗(yàn)可知，浮島植物配置需要考慮植物對(duì)水體的凈化能力，植物的高低搭配，避免出現(xiàn)圓幣草與水鬼蕉相鄰種植，對(duì)于景觀水體，還需要考慮植物觀賞性，如整體形狀、葉片顏色、花期和花色等。

優(yōu)選植物中，開花的有：黃花藺、黃花苞蝎尾蕉、白姜花、水鬼蕉、薏茨、黃花鳶尾、風(fēng)車草、茨菰、水蔥、再力花、梭魚草、千屈草、假儉草、紙莎草、美人蕉。這15種可開花的植物，植株普遍高大，可以與較低的植物搭配，形成中間高大有花，四周低矮無花的“傘”造型，或者是中間高大，四周低矮，長年開花的“傘”型。再綜合考慮景觀要求，初步設(shè)計(jì)植物配置方案：

(1)以9株植物為一個(gè)單元，美人蕉與千屈草的搭配，觀賞性強(qiáng)。

這個(gè)配置使用了美人蕉和千屈草兩種植物，美人蕉植株明顯比千屈草高。美人蕉居中，四周環(huán)繞千屈草，可以形成中間高四周低的“傘”型結(jié)構(gòu)，造型美觀。全年開花，花色很多，千屈草夏秋兩季開花，花色為白色或者四色。

(2)以9株植物為一個(gè)單元，黃花鳶尾和水鬼蕉的搭配，觀賞性、實(shí)用性強(qiáng)。

本配置使用了黃花鳶尾和水鬼蕉兩種植物，黃花鳶尾高大挺拔，能長到1.5m以上，水鬼蕉較之婆娑，植株也較小，1m以下，兩者配合能形成“傘”型，造型優(yōu)美。水鬼蕉和黃花鳶尾，均葉色翠綠，花期集中在夏秋兩季，花色有黃有白，景觀性強(qiáng)。

(3)以9株植物為一個(gè)單元，風(fēng)車草和圓幣草的搭配，觀賞性、實(shí)用性強(qiáng)。本配置使用了風(fēng)車草和圓幣草兩種植物。風(fēng)車植株高大，能長到1m以上，外形挺拔，“上大下小”的造型，花期不定。圓幣草生長旺盛，葉色翠綠，與風(fēng)車草比，植株較小，最高長到0.5m左右。本配置整體造型也是“傘”型，中間高，四周低。在栽種初期，圓幣草可以栽種在網(wǎng)格上，無須以株做為單位進(jìn)行栽種。風(fēng)車草和圓幣草均為常用浮島植物，從沙坦涌的試驗(yàn)可知，這兩種植物均能迅速適應(yīng)劣V類水體環(huán)境，生長旺盛。

(4)以9株植物為一個(gè)單元，梭魚草和茨菰的搭配，美觀實(shí)用。

本配置使用了梭魚草和茨菰兩種植物，梭魚草為多年停水或濕生草本植物，葉片較大，植株高大，能長到1～2m。茨菰為多年生挺水植物，高達(dá)1.2m。梭魚草和茨菰植株都比較高大，可添加浮瓶增加浮力。梭魚草花期5～10月，開紫色花，茨菰花期7～9月，開百色花。梭魚草與茨菰的搭配，花期集中在夏秋兩季，中間開紫色花，四周開百色花，觀賞性強(qiáng)。梭魚草根莖為須狀不定根，長15～30cm，具根毛，地下莖粗壯。茨菰地下具有根莖，線段形成球莖，球莖表面附薄膜質(zhì)鱗片。

(5)以9株植物為一個(gè)單元，再力花和紙莎草的搭配，美觀實(shí)用，但需要及時(shí)管理。

本配置使用再力花和紙莎草兩種植物，再力花植株高大，能達(dá)2m以上，葉片長。紙莎草莖稈治理叢生，總苞葉狀。紙莎草植株高大，最多能長到1m以上。兩種植物都屬于高大的濕生植物，可添加浮瓶增加浮力。再力花是溫帶地區(qū)花卉，越冬能力差，不耐寒，入冬后地上部分逐漸枯死，影響美觀。從沙坦涌試驗(yàn)可得，種在河岸的再力花入冬后水上部分枯萎。即使在廣州使用再力花作為浮島植物，應(yīng)加強(qiáng)人工管理，在越冬前收割水上部分，而且水下部分有種植籃承載，保存根莖在水中越冬。再力花和紙莎草的搭配，花期集中在夏秋，花期較短，兩種植物均開紫色花，紫色是一種神秘高貴的顏色，這兩種植物的搭配，適合用于對(duì)景觀要求比較高且人工管理完善的水體。

(6)兩株植物并列，留出足夠的空間讓小船行駛，人在船上進(jìn)行種植、收割等操作。適用于窄長河道，便于管理。

每種植物連續(xù)種植一段，可有“十步一景”樂趣。也可以按花色進(jìn)行搭配，花色相同的連續(xù)種植，如種植一段開紫色花的再力花之后，可以接著種同樣開紫色花的千屈草或者紙莎草。同時(shí)開花的時(shí)候，一篇紫色，同異并存。

3 結(jié)論

研究表明生物浮島技術(shù)對(duì)河道的水質(zhì)具有一定的保持和凈化作用，特別對(duì)總磷和硝酸鹽氮的處理效果更好，針對(duì)氨氮的處理，要加強(qiáng)浮島植物的收割管理。綜合考慮景觀要求，提出多種高大植株與較低的植物搭配，形成中間高大有花，四周低矮無花的“傘”造型，或者是中間高大，四周低矮，長年開花的“傘”型的植物配置方案。