生态浮床技术应用研究_李梅

环境工程生态浮床技术应用研究*

李梅 孙远奎 张见魁(山东建筑大学市政与环境工程学院 济南250101)

摘 要 随着工农业的发展,我国的水污染问题日益严重,其中湖泊、水库的富营养化问题尤为突出,如何有效控制水体富营养化是人们关注的热点问题。生态浮床技术以其独特的优点,越来越受到人们的重视,逐渐被应用于富营养化水体的治理中。分析了该技术的工作原理,介绍了国内外的一些应用实例,最后结合应用中存在的问题,对其发展前景进行了展望。 关键词 生态浮床 净化机理 应用实例 发展前景

TheApplicationResearchofEcologicalFloatingBedTechnologyLIMei SUNYuankui ZHANGJiankui(SchoolofMunicipalandEnvironmentalEngineering,ShandongJianzhuUniversity Jinan250101)Abstract WiththedevelopmentofindustryandagricultureinChina,waterenvironmenthasbeendamagedseriously,andtheeutrophicationproblemoflakesandreservoirsisparticularlyprominent.Howtoeffectivelycontroltheeutrophicwaterbodieshasbeenahotissuenow.Duetosomespecialadvantages,ecologicalfloatingbedhasbeenpaidmoreandmoreattentionnow,beinggraduallyappliedinthetreatmentofeutrophicwaterbodies.Theworkingmechanismandresearchprogressofthisprocessarefirstlyexpoundedinthispaper,thensomeexamplesathomeandabroadareintroducedandfinallythedevelopmentorientationisprospectedaccordingtotheproblemsexistedinthepractice.KeyWords ecologicalfloatingbed purificationmechanism applications advancementprospect

水体富营养化已成为我国突出的水环境问题,据2008年环境状况公报报道,全国28个国家重点监控湖泊中,约有78.6%的湖泊为Ô类-劣Õ类水质,46%的湖泊处于不同程度的富营养化状态。传统的物理、化学、生化方法修复受污染水体虽然理论基础比较扎实,但是存在着投资大、难操作、易产生二次污染、处理效率低等问题,难以推广应用。因此,探索更加行之有效的水质净化技术是各国研究者的目标,生态浮床技术就是近年来备受广大专家学者重视的一种生态修复技术。1 生态浮床技术及净化机理生态浮床技术是应用无土栽培技术,把水生植物或改良驯化的陆生植物移栽到漂浮在水面且可承受较大重量的竹子、聚苯乙烯发泡板等材料做成的载体上,通过植物深入水中的强大根系吸收、吸附、截留水体中的氮磷等营养物质,并以收获植物体的形式将其搬离水体,从而达到净化水质的目的[1-3],是一种行之有效的原位生态修复技术。该技术的关键是通过植物吸收、富集、吸附、分解代谢等途径来实现净化水质的目的。(1)对氮磷等污染物质的吸收富集作用。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[4]。另外,氮磷元素能被植物根系上附着的微生物矿化,从而更有利于植物吸收。(2)对污染物的吸附、降解作用。水生植物发达的根系与水体接触面积大,可以形成密集的过滤层,当水流通过时,可以截留水体中的污染物质,并在其表面进行离子交换、整合、吸附、过滤等反应。植物根系还能分泌大量的酶,从而加速水体中大分子污染物质的分解[5]。(3)微生态系统的作用。水生植物发达的根系为微生物的生存提供了必要的场所,微生物吸附降解水中的有机污染物,种群数量不断扩大,形成一层生物膜,这个生化反应活跃的地带,被称为/根际区0[6]。植物光合作用产生的氧气可通过根系向水体中释放,从而在根际区附近形成许多缺氧和好氧小区,为好氧、兼性厌氧和厌氧微生物的生存提供了适宜的环境,有利于硝化反硝化反应的进行和磷的同化吸收。同时,由于植物根系对介质的穿透作用,使介质中形成了许多微小的气室或间隙,减小了介质的封闭型,增强了介质的疏松度,从而使介质的水力传输得到加强和维持[7],有利于生化反应的进行。(4)抑藻作用。高等水生植物在和藻类竞争吸收水体中的氮磷营养物质时处于优势地位,从而使其因缺少营养而死亡;同时有些植物根系还能分泌抑藻物质,破坏藻类正常的生理代谢,迫使藻类死亡。2 生态浮床技术的应用2.1 国外应用实例20世纪初期,浮床技术开始兴起并被用作鸟类栖息地和鱼类的产卵场所。20世纪80年代,德国学者设计出了现代的生态浮床,并首次将其应用于净化污染水体。1995年国际湖泊会议召开后,该技术被进一步认可,并迅速在日本、欧美等发达国家得到推广应用。日本的生态浮床总面积可达

*基金项目:山东省科技攻关项目(2005GG21006001)。

#35#2010年第36卷第1期January2010 工业安全与环保

IndustrialSafetyandEnvironmentalProtection70000m2,在霞浦湖、土浦港、琵琶湖、八郎泻、手贺沼、印幡沼等地均有应用且效果良好。有研究者通过在霞浦湖进行的隔离水域试验发现,在生态浮床覆盖率只有25%的条件下,削减了94%的植物性浮游生物和50%的COD。该湖在设置浮床1a后,水体中TN、TP的去除率分别达到0.4g/(d#m2)与0.02g/(d#m2)。土浦港在生态浮床的基础上,通过加强对浮床植物的管理并定期对积累的淤泥进行清除,使净化效果得到明显提高,TN、TP的去除率分别达到1.9g/(d#m2)和0.08g/(d#m2)[8]。2.2 国内应用实例我国自1991年引进了生态浮床技术,现已将其广泛应用于湖泊、水库、城市河道等不同水体的治理中。南京煦园采用以水培经济植物为主的生态工程方法[9],在占湖区面积5.15%的浮床上种植水芹、水蕹菜、黄花菜、睡莲及花卉等植物来净化湖水。经过1个月的治理,湖水TN、TP分别较治理前降低46.3%、48.4%,藻类密度降低63.2%,透明度提高了1倍。在无锡五里湖治理示范工程中,研究人员采用软坝围隔出总水域3600m2的试验区,研究生态浮床治理富营养化湖泊的可行性和有效性。试验结果表明,浮床覆盖率分别为15%、30%、45%的3个处理区除溶解氧因水面覆盖和植物呼吸耗氧等原因低于对照水体外,其他所测水质项目均得到了不同程度的改善,其改善程度随着浮床覆盖率的增加而提高。在40d后,30%、45%的试验区内13项水质指标均达到了地表水Ó类标准,BOD5、NH3-N等指标已达到了地表水Ò类标准[10]。北京市采用生态浮床技术治理什刹海、永定河等污染水体,效果良好,水体生态功能逐渐恢复。在北京市为迎接奥运会进行的河道综合整治中,该技术被列为优先采用的技术措施。上海市利用生态浮床技术治理城市内的河道,不仅有效消除了水体的黑臭现象、控制了水华爆发,而且美化了城市环境。其中在徐汇区金家塘、闵行区杨树湾河道、闵行区宝华小区河道、青浦区跃进河等地进行的试验研究表明,生态浮床对TN、TP、COD、BOD54项主要水质指标平均净去除率分别为50.8%、58.2%、50.3%和46.6%,达到了国家农田灌溉水质标准。3 生态浮床技术存在的问题(1)浮床植物的选型和群落的最优化配置。由于被污染水体的水质存在差异,不同植物对各污染物去除效果也不尽相同,因此为达到最好的净化效果,需要进一步研究选出最适合的植物或植物组合以及合适的种植密度。大多数植物在冬季生长状况不佳,净化效果不理想,提高生态浮床冬季的净化能力也是今后的研究重点之一。(2)研究制定浮床技术的设计规范。目前此项技术还未有相应的技术标准,所获取的数据也多是在各自的实验条件下取得的,缺乏通用性。(3)浮床载体的选择。当前浮床载体通常为有机高分子材料或竹子、木条制成的,在耐腐蚀、牢固性及抗风浪方面有所欠缺,有机高分子材料还存在二次污染的风险,开发无机材料做浮床载体是未来的研究方向。(4)将粮食或蔬菜等农作物引入浮床种植已被证明是可行的,但关于保证农产品食用安全和提高产量的研究还有待进一步深入。4 生态浮床技术的效益及展望(1)环境效益。生态浮床技术能持续去除水体中的氮磷等污染物质,能有效控制水体的富营养化。城市绿化是生态城市建设的一个重要部分,在水体上建造生态浮床无疑是在水面上建造绿地,从而增加了城市的绿化面积,浮床还为鱼类、鸟类、昆虫等提供了休养生息的场所,增加了生物多样性,改善了区域生态环境,有助于生态城市的建设。(2)经济效益。生态浮床技术与传统的建设污水厂、引水换水、底泥疏浚等措施相比,具有施工简单、工期短、投资小等优势,具体表现在:浮床植物和载体材料来源广,成本低;无动力消耗,节省了运行费;易管理,维护费用少等。如在生态浮床上种植经济作物或粮食作物,充分利用我国广阔的水域面积,还可缓解当前用地紧张的矛盾,同时收获大量的农产品,经济效益明显。(3)社会效益。生态浮床技术去污效果好且投资小,易于推广应用,有利于缓解当前发展经济和保护环境的矛盾,减轻经济发展带来的环境污染负担,保证经济的可持续发展。生态浮床上的植物郁郁葱葱、绿意盎然,引人注目,因此可在其周围设置警示语,对人们进行环境保护教育,增强人们的环保意识。国内外的实践证明,生态浮床技术是一种低成本、能持续去除水体中氮磷等污染物的原位生态修复技术,具有净化水质、改善景观、收获农产品、提供生物的生息空间、消波等综合功能,在富营养化的湖泊、水库、城市景观河道等水体的修复治理中具有广阔的应用前景。参考文献[1]KNakamura,GMueller.Reviewoftheperformanceoftheartificialfloat-ingislandasarestorationtoolforaquaticenvironments.WorldEnviron-mentalandWaterResourcesCongress2008,2008.[2]杨,吴小刚,张维昊,等.富营养化水体生态修复中水生植物的应用研究.环境科学与技术,2007,30(7):98-101.[3]黄廷林,宋李桐,钟建红,等.人工浮床净化城市景观水体的试验研究.西安建筑科技大学学报(自然科学版),2007,39(1):30-32.[4]LJFox,PCStruik,BLAppleton.Nitrogenphytoremediationbywaterhyacinth(Eichhorniacrassipes(Mart.)Solms).WaterAirSoilPollut,2008,194:199-207.[5]吴建强,黄沈发,丁玲.水生植物水体修复机理及其影响因素.水资源保护,2007,23(4):18-22.[6]UStottmeister,AWieBner,PKuschk.Effectsofplantsandmicroor-ganismsinconstructedwetlandsforwastewatertreatment.BiotechnologyAdvances,2003,22:93-117.[7]ChangHuiqing,YangXiao-e,FangYunying.In-situnitrogenre-movalfromtheeutrophicwaterbymicrobial-plantintegratedsystem.JournalofZhejiangUniversityScienceB,2006,7(7):521-531.[8]金相灿,稻森悠平,朴俊大,等.湖泊和湿地水环境生态修复技术和管理指南.北京:科学出版社,2007.[9]沈治蕊.南京煦园太平湖富营养化及其防治.湖泊科学,1997,9(4):377-379.[10]陈荷生,宋祥甫,邹国燕.利用生态浮床技术治理污染水体.中国水利,2005,15(8):50-53.作者简介 李梅,女,1968年生,内蒙古包头人,副教授,主要从事水处理理论与技术、水资源保护与规划等方面的研究。(收稿日期:2009-07-15)