生态浮床的应用及进展_曹文平

生态浮床的应用及进展曹文平1，王冰冰2（1.徐州工程学院环境工程系，江苏徐州221008；2.中国矿业大学环测学院，江苏徐州221008）［摘要］生态浮床作为一种新型富营养化水体修复技术，因具有可操作性强、运行成本低、易维护、生态风险小、景观效果好等优点，已得到广泛研究和应用。

但影响该技术的因素也较多，主要包括温度、浮床水生植物选型、水体污染程度等。

目前该技术仍然存在一些亟需解决的问题，如被修复水体对浮床植物的选型要求、浮床植物的回收处理、浮床载体的选择等。

［关键词］生态浮床；富营养化；水体修复［中图分类号］X703.1［文献标识码］A［文章编号］1005-829X （2013）02-0005-04Application status quo and development direction of ecological floating bedCao Wenping 1，Wang Bingbing 2（1.Department of Environmental Engineering ，Xuzhou Institute of Technology ，Xuzhou 221008，China ；2.College of Environment and Spatial Informatics ，China University ofMining and Technology ，Xuzhou 221008，China ）Abstract ：Ecological floating bed ，as a new type of water purification technology ，has widely been used in water pu -rification because it is characterized by convenient operation ，low cost ，easy maintenance ，low risk and good land -scape effect.But many factors ，such as temperature ，selection of aquatic plants ，pollution degree of the water body ，etc.，still have effects on this new technology.There are still some problems to be solved urgently ，such as the re -quirements of treated water body for the selection of aquatic plants ，the recycling treatment of floating bed plants and selection of floating bed carriers.Key words ：ecological floating bed ；eutrophication ；water body restoration［基金项目］江苏省自然科学基金项目（BK2011201）；住房与城乡建设部科技计划项目（2012－K7－14）水体中的氮、磷超标是引起水体富营养化的主要原因，目前控制和修复水体富营养化的植物生态技术主要有人工湿地、植物塘、生态浮床等工艺〔1-5〕。

生态浮床工艺因具有可操作性强、运行成本低、易维护、生态风险小、景观效果好等优点，作为一种新型富营养化水体修复技术，已得到广泛研究和应用。

1生态浮床工艺净化机理该机理基于无土栽培技术，就是把植物种植于可以漂浮于水面的床体之上，通过基质固定于床体上，让植物的根系伸入污染水体之中，通过植物根系的吸收、吸附、及根系上的微生物的净化作用来去除水体中的氮、磷以及大的颗粒物。

净化机理如下：（1）植物的生长需要氮、磷等元素，这在一定程度上就净化了水体。

此外，植物的根系上还生长着大量的细菌，有硝化菌、反硝化细菌等，这些细菌的活动也能去除氮、磷元素。

（2）植物的光合作用会释放氧气，其释放的氧气能很好的提高水体中的氧含量，改善水体。

同时还能在植物根系附近形成好氧－厌氧－缺氧的环境，有助于硝化细菌的硝化、反硝化进程。

（3）有些植物在生长过程中还能释放一些抑制剂，抑制其周围其他藻类的生长繁殖，这有助于防止水华现象的发生。

2生态浮床的种类和其主要影响因子2.1生态浮床的种类生态浮床按种类可分为湿式浮床和干式浮床，植物和水体接触的为湿式浮床，不接触的为干式浮床。

而湿式浮床又可以分为有框和无框两类。

有框架的湿式浮床，其框架一般可以用纤维强化塑料不锈钢加发泡聚苯乙烯、特殊发泡聚苯乙烯加特殊合成第33卷第2期2013年2月工业水处理Industrial Water TreatmentVol．33No．2Feb.，20135树脂、盐化乙烯合成树脂、混凝土等材料制作。

据统计，目前在净化水体方面运用的大多是有框式浮床。

干式浮床的植物因为与水有距离，可以栽种大型的木本、园林植物，构成鸟类的栖息地，同时也形成了一道靓丽的水上风景。

但是因为生态浮床的净化主体植物与水不接触，对水体没有净化作用，所以一般作为景观布置或是防风屏障使用。

湿式浮床植物与水接触，植物根系吸收水体中各种营养成分，降低水体富营养化程度，还可以利用植物的选择吸收性，去除水体中的重金属物质〔6〕。

2.2生态浮床主要影响因子2.2.1温度对生态浮床的影响温度不仅影响植物的生长，而且对微生物的活性影响也较大。

罗固源等〔7〕研究表明：在水温为2~ 29℃时（浮床植物以美人蕉为例），生态浮床对TN 和TP的去除率随温度的增加而明显增加；当水温超过29℃时，系统对TN和TP的去除率随温度的增加呈下降趋势；且温度对TN去除效果的影响要大于对TP的影响。

浮床系统的最佳运行水温为25~ 29℃。

温度过高时，光合作用降低甚至被抑制，导致植物萎蔫。

此时植物泌氧能力下降，不利于微生物的硝化过程。

温度过低时，植物会枯萎或者死亡，微生物的活性也会降低，这些都不利于氮、磷元素的去除。

可见温度过高、过低对浮床系统的运行都不利。

2.2.2浮床植物选型对生态浮床的影响浮床植物作为生态浮床的主要组成部分之一，一般多选择生命力顽强、易成活的植物。

但考虑到成本、适应性等问题，一般选择本地固有物种作为主要浮床植物。

考虑到生态浮床工艺是由无土栽培技术发展而来的，因此也有以空心菜、水芹等蔬菜作为浮床植物的。

茅孝仁等〔8〕选取大聚藻、美人蕉、黄菖蒲和鸢尾这4种生态浮床常用水生植物为研究对象，研究结果表明，不同水生植物净增生物量差异较大，变化范围为313.8~1214.1g/m2，净增量可相差3倍多。

不同水生植物的水质净化能力相差较大，4种水生植物的氮去除率为38.6%~89.9%，磷去除率为29.3%~75.3%。

大聚藻和美人蕉可作为优选的生态浮床水生植物，黄菖蒲和鸢尾由于其较强的耐寒性可进行组配使用。

其净化效果：大聚藻＞美人蕉＞鸢尾＞黄菖蒲。

根据不同植物的特性，选择适当的植物进行组合搭配来处理污水，可以获得更好的净化效果。

2.2.3污染水体对生态浮床系统的影响浮床植物生长在污染水体中，水体条件的变化对浮床系统的影响巨大。

由于水体条件受地理条件以及气候变化的影响，就会影响生态浮床系统的正常运行。

不同流域水体中的污染物浓度、种类以及pH不同，而动植物的生长需要一个相对稳定的环境，如果在一段时间内，水体条件发生剧烈的变动，会对浮床系统产生巨大的损害。

水体中的溶解氧含量高低也影响着生态浮床系统的正常运行，植物的根系需要呼吸，若水体中氧含量过低，容易发生根系腐烂。

污染水体的水流情况、风浪大小都会对生态浮床系统产生影响，一般说来，大风大浪不仅会对床体系统产生破坏，还会缩短HRT，从而导致处理效果下降。

水生植物的根部需要进行光合作用，水体透明度太低或污染物浓度太高会使水生植物根部呼吸困难，导致植物枯萎、根部死亡等诸多问题〔9〕。

3生态浮床工艺的发展及应用3.1传统生态浮床传统生态浮床就是在浮体上种植植物，依靠植物的吸收、吸附净化污染水体，这种净化方式的局限性很大。

凡是能影响植物生长的因素，都会影响生态浮床对污染水体的净化效果。

例如：温度、污水浓度、酸碱性、主要污染物等。

此外，受污水体中的氮、磷等引起水体富营养化的主要元素也只能靠植物的吸收去除，而对于漂浮植物来说，只能利用表层水体，对于深度较大的水体，其净化效果很难进一步提高。

植物体系的物理吸附和生物吸收除去氮、磷所需要的时间往往都是几十个小时或者几十天，有研究表明，单纯依靠植物的吸收作用对氮、磷等营养物的去除率<10%〔10〕。

为了克服传统生态浮床净污主体的单一性，在其基础上衍变出了组合式生态浮床。

3.2组合式生态浮床在传统生态浮床的基础上，把人工填料、水生动物等引入生态浮床中，就形成了组合型生态浮床。

通过人工构筑共生生态机制和食物链的“加环”可以大幅度提高生态效应和生态净化功能。

组合式生态浮床在水生植物的根下养殖水生动物（如河蚬〔11〕），然后在水生动物的下面再挂置人工填料，当填料上微生物挂膜成功后，就形成了植物－动物－微生物的小系统，植物可以通过吸收、吸附作用净化水质，水生动物可以利用植物无法处理的较大有机物颗粒，而生物膜中的消化菌也可以去除水体中的氮、磷元素。

徐功娣等〔12〕研究表明组合生态浮床和普通浮床对COD、NH4+-N、TN、TP、SS的平均去除率分别为51.11%专论与综述工业水处理2013-02，33（2）6和37.33%、79.32%和74.54%、64.14%和45.95%、82.15%和50.99%。

组合生态浮床强化了植物与微生物之间的协同作用，对各种污染物的去除效果明显优于普通浮床。

李先宁等〔13〕利用空心菜－河蚬－微生物组合式生态浮床修复无锡太湖梅梁湾水源的研究中发现：组合式生态浮床不但去除水体中氮、磷元素的效果优于传统生态浮床，而且还具有提高水体可生化性的能力。

该方法把可生化性较差的湖水的可生化性由0.18提高到0.87。

但组合式生态浮床也有缺点，主要有以下两个方面：（1）生物膜中硝化菌数量不占优，使脱氮效果受到限制。

污水中氮的去除方式一方面是通过植物和基质的吸收，另一方面则是通过微生物的硝化、反硝化作用来完成。

其中，通过反硝化作用将硝态氮和亚硝态氮转化为氮气排出的方式是主要的脱氮方式〔14〕。

因此，反硝化细菌在浮床系统中起到重要作用。

在大多数自然水生生态系统中，如浮床和天然湿地，由于反硝化细菌的生长速度缓慢，短期的脱氮效果是有限的〔15〕。

（2）受水体影响较大，反硝化细菌大都是异养菌种，其生命活动需要外来的碳源，如果水体中可以作为反硝化细菌的碳源物质有限，这就会大大制约反硝化进程。