田螺和水培蔬菜组合协同净化富营养化水体的研究(DOC)

田螺和蔬菜组合协同净化富营养化水体的研究报告

学生：张彤彤

指导老师：邢浩春焦云红

1 研究背景和意义

1.1 富营养化水体的净化和修复方法

水体污染主要有有有机好氧性污染、化学毒物污染、石油污染、化学毒物污染、富营养化污染、放射性污染、治病微生物污染6种类型。而我国水体污染主要表现为“富营养化”

[8]。故针对水体富营养化，我们提出了以下净化方法，包括物理净化方法、化学净化方法和生物技术净化方法。

物理方法：主要包括水动力循环循环、疏浚底泥、外源控制等[9]。通过这些方法可以减弱藻类的繁殖条件或使藻类沉淀于水体。水动力循环循环是指通过水体循环，增加水中溶解氧，使污染物质氧化速度加快，以达到净化目的。疏浚底泥是从湖岸返回湖内的水用明矾处理，去除其中的氮磷，以控制有害藻类的生长，并加深水深深度来控制其他水生植物的生长。但此法会对水底生态系统造成一定破坏，使用此法后需对底部生态系统进行修复，方法费用相对较高。外源控制是指通过严格控制工业废水和生活污水的排放，严格控制化肥农药使用量和使用时间等，来控制外源性污染，但此法不能从根本上治理污染问题[10]。

化学方法净化水体主要是通过同价化学灭藻剂来杀死藻类。但由于水中会出现耐药的藻类，因此灭藻剂的品种需频繁更替，这样对环境的污染也会不断增加，故方法有很大的弊端，不适宜长期采用[11]。

生态修复技术就是在水域中人为地建立起一个完整的生态系统，无需外在干预，整个生态系统能适应外界环境，处在原始的生态平衡状态，实现自身物质循环，保持水体的良好状态[11]。是一种投资少、效益高，发展潜力大的新兴技术。

1.2动植物及组合浮床净化水体的应用研究

生物浮床技术将水生植物或部分陆生植物固定在浮床上，通过植物根部分泌氧气和对水中氮、磷及颗粒物质的吸附过滤等机理，来净化水质和控制水体富营养化的一种新型生态修复技术[12]。传统的浮床技术只涉及植物对水体的净化和修复效果，其效果单一，而动植物组合浮床技术则增加了水生动物单元，提高了其对污染物的去除效果，具有广泛的应用前景。

研究表明，植物有助于浮床系统形成良好的溶解氧浓度梯度分布、使系统的水流流态更接近于反应器的理想推流流态以及通过根系的过滤沉积作用去污等，所以植物是浮床发挥净化作用的关键[13]。梁淑轩等[14]通过对香蒲和芦苇的试验，证明了高密度的香蒲对水质净化有更明显的净化效果。冯燕等[15]采用了香根草对富营养化水体进行试验，研究表明，单独采用浮床香根草可以去除富营养化水体氮磷，并且如果香根草与光合细菌组合后对水质净化会有更好的效果。此外杨涓等[16]的研究表明，多种植物组合能更好地对水体进行净化，因为每种水生植物各有其特点，使用生态组合能使它们互相取长补短，使之保持较为稳定的净化效果。

水生植物净化机理有3点：（1）水生植物根系发达，可吸收水中氮、磷，当水生植物被运送出水生生态系统时，被吸收的营养物质随之从水体中输出，从而净化水体[17][18]。（2）水生植物通过植株枝条的气体传输，将光合作用产生的氧气输送至根系。一部分供植物呼吸作用，一部分通过根系向根区释放扩散到周围缺氧环境中。（3）水生植物可为微生物提供栖息场所，而微生物能加速截留在根系周围的有机胶体或悬浮物的分解矿化，并且水生植物根部能够分泌促进噬磷、氮细菌生长的物质，从而间接提高净化率。

卢晓明等[19]的研究表明，河蚌、螺蛳对富营养化水体中的COD、氮、磷等有一定的去除效果。背角无齿蚌以水中的有机颗粒和浮游藻类为食物来源，且易于收集，存活率高，因此常常被运用于富营养化水体的治理中[20]。冯燕等的研究表明，鱼类与香根草的组合浮床较无鱼类的组合浮床对氮磷有更好的去除效果。国内外的实践也证明，适当养经过选择的鱼类，可以有效地控制藻类和其他水生植物繁殖[21]。李雪娟、和树庄等[22]通过对螺、蚌的研究发现，放养螺、蚌对水体中的TP、NH3-N及COD的净化效果明显，对水体生态的修复有一定的改善作用。

底栖动物净化机理有2点：（1）底栖动物可摄食绿藻、裸藻，并由此消除污染水体中的藻类、有机碎屑等污染物。（2）有学者认为贝类的存在促进了沉积物营养盐物质的矿化等化学反应进程，生物沉积作用可以减少养殖区的有机负荷和营养负荷，在一定程度上阻断了营养盐物质的循环，抑制水体的富营养化，从而起到改善和净化水质的作用[23]。

水生植物能吸收水体中的营养物质来满足植物体本身的生长发育需要，其吸收同化速率与植物的生长速度、水体营养物的质量浓度呈正相关[24]。传统的生物浮床技术主要依靠水生植物吸收氮、磷等营养物和有机物质，其作用单一。刘海洪等[25]的研究发现，在夏秋两季，三角帆蚌和空心菜组合生态浮床比普通植物浮床对NH4+-N、TN、COD Mn的平均去除率有大幅度的提高李伟等[26]也在普通生物浮床的基础上构建了水生动物单元，以河蚬和空心菜为组进行了试验，结果表明该组合比普通生态浮床具有较好的抗水质波动能力，适用于处理富营养化严重的水源。蒋斌等[27]将水芹菜、三角帆蚌和人工介质组合进行浮床试验，发现此生态浮床较传统浮床的氮、磷及叶绿素a去除效果有明显提高。由此可见，生态组合浮床在富营养化水体水质改善方面，可发挥更完善的净化作用。

1.3 人工浮床制作及布置技术要点

人工浮床又称人工浮岛、生态浮岛，是一种像筏子似的人工浮体，可在浮体上栽培水生植物并放在水中。浮床的制作是浮床试验中不可忽略的一步。陈国贤[28]在对室外水体上种植蔬菜的优势及技术要点研究中，采用了厚度为3cm的聚苯乙烯栽培板，宋祥甫等[29]在浙江省开展的自然水域无土栽培水稻研究中，则采用了5cm厚的聚苯乙烯泡沫板；泡沫板上种植孔径可在3cm左右，孔间距可依据不同蔬菜调整；浮床框架可采用较粗的竹子（若选用竹子，则其直径应在6cm以上[30]）、角铁或PVC管，一般来说，浮床的边长1~5m不等，考虑到搬运性、施工性和耐久性，2~3m的比较多，形状上四边形的居多，且各单元之间留有一定间隔，相互用绳索链接，这样可防止由波浪引起的撞击破坏[31]。固定好框架后，内部以较细的竹子或PVC管按照15cm的宽度依次固定在框架上。在把小塑料管按照10×15cm 的距离，用尼龙扎带固定在竹架上。浮床制好后则可把浮床固定在选好的水面上。

浮床布设应在距离池塘边2m处，在养鱼的池塘种菜，水面上栽种的蔬菜面积最多占整个池塘水面的10%一方面保证池塘水体菜的养分供应。菜苗移栽到浮床上以后，无需再施肥，因为水体富营养化聚集的营养素足够做水上植物的肥料。浮床上植物不能种植太高，否则难以固定，容易折断，而且很容易因为受风力使得浮岛倾斜、沉没[32]，并且，当植株长高时，也应适时刈割，防其高度过高。此外浮床的维护应经常检查浮床连接固定情况，并确保环境确保温度的适宜，若在大风天气，则要及时紧固浮床，防止被风吹翻[28]。

1.4 邯郸市河道水体现状

沁河是邯郸主城区的一条河流，发源于邯郸西部山区，后在孟仵桥与滏阳河交汇，2008年邯郸市沁河园建成，院内散步有道、亲水有台，是市民休闲娱乐的好场所。邯郸市另一主要河流——滏阳河，上世纪70年代后曾一度严重污染，成为令人提及掩鼻的臭水沟，自1999年以来，邯郸市投巨资陆续对南湖至北湖的河段进行综合整治，取得了一定的效果。

浮床技术中动植物组合尤其是底栖动物和水培植物组合净化水质有诸多优点，其成本低，运营管理容易，且动植物组合浮床技术则增加了水生动物单元，提高了其对污染物的去除效果，具有广泛的应用前景。但是对于底栖动物和水培植物组合浮床对邯郸市水体的净化