鳳眼蓮動態模塊化治理湖泊污染的設計

王傳勝　吳智弘　朱敏　萬小瓊

摘要：指出了環境生態工程采用生態學理論，強調將環境問題于系統內解決，使受污染的環境能夠適時與周邊的大自然友好和諧地融為一體，注重經濟效益和生態效益的高度統一，已經逐步發展為最受歡迎的修復水體的技術之一。鳳眼蓮是修復污染湖泊的良好先鋒植物，但其易泛濫成災和含水量甚高的特性限制了人們對其大規模的使用。本著環境生態工程的理念，建立了鳳眼蓮動態模塊化的浮床裝置，利用風能為浮床裝置提供電能，結合裝置內的螺旋槳動力結構使浮床移動，通過旋轉吊臂滑輪和底部尼龍網結構使鳳眼蓮機械化原位去水。此設計在實現低廉、高效治理水體富營養化和重金屬等污染問題的同時，也有效解決了鳳眼蓮可能泛濫成災的隱患，達到生態效益、經濟效益和景觀效益的協調統一。

關鍵詞：鳳眼蓮；模塊化控制；原位去水；生態修復

中圖分類號：X2

文獻標識碼：A文章編號：16749944（2014）08022703

[FL（2K2]

1引言

鳳眼蓮（Eichhornia crassipes），又稱水葫蘆，因去污能力強、能同時超積累多種重金屬，且生長迅速、生物量大、生態適應能力較強等特點，通常被作為修復污染湖泊的先鋒植物。由于鳳眼蓮繁殖速度過快易致使水體惡化，且其含水量大和體積大，導致打撈困難，不易處理。本著整體、循環、自生的理念，采用環境生態工程的方法，對鳳眼蓮治理湖泊污染過程中的景觀擺放、動態去除水體富營養化和重金屬污染、有效的機械化原位去水進行設計，為低成本治理湖泊污染提供科學依據。

2鳳眼蓮動態模塊化的浮床裝置介紹

結合生態學原理，根據物質守恒和能量守恒定律，實現任何單項和部分技術都無法比擬的系統集成功能[1]，將富營養化水體污染治理的技術進行完善整合，見圖1。整體以浮床裝置為單元，包括鳳眼蓮生態種植區、中間的人工操作臺、懸浮造浪曝氣設備、風機發電設備4個部分組成。

在三個角的區域布置鳳眼蓮，通過外圍的隔欄和底部尼龍網防止其擴散生長。中間為人工操縱臺，上面有旋轉吊臂滑輪結構以便提升吊繩對鳳眼蓮進行原位去水。浮床三邊，待鳳眼蓮成熟期到后，長滿整個浮床，通過中間的旋轉吊臂滑輪結構把尼龍網拉起，并晾在操作臺或距水面20cm以上位置大約2d，使其原位去水。通過原位去水后的鳳眼蓮體積減少，收集后既可以進行種植經濟林，或作為生物質能源，也可以進行發酵供周圍工廠發電。在整個生態修復水體污染中能源循環再生，清潔使用，將生態效益和經濟效益最大化。

3動態模塊化裝置的優越性

與傳統的鳳眼蓮種植與治理技術相比，該動態浮床生態工程技術特殊之處在于底部有螺旋槳動力結構，風力發電設備轉換風能為電能，儲蓄在蓄電池組中。每隔一段時間電能帶動螺旋槳進行旋轉帶動浮床運動，利于大面積去除水體中的污染物，見圖2。同時，底部的固定錨和連接鋼繩使動態的浮床不至于隨意浮動，有助于節省湖面空間，同時防止浮床之間的碰撞。

另外，浮床裝置的圍欄采用特殊材料制成，是一種以取之不盡用之不竭的空氣為來源的充氣式、（非）透光性、便于重復利用的不易腐爛的輕質圍欄。模塊化種植鳳眼蓮不僅人工運行費用低，并且能夠有效限制鳳眼蓮的瘋漲，不會影響湖泊等水體中水生生物的生長。而且可以營造美麗的水上景觀，創造景觀效益和經濟效益。

4氮磷和重金屬等污染物的高效去除

在缺氧條件下，厭氧微生物會通過厭氧發酵使有機物轉化為許多惡臭有害的中間產物，如硫化氫、甲烷、尸胺、亞硝酸鹽等1，危害水體中水生生物的生長。在氧氣充足的條件下，好氧微生物將有機物分解為二氧化碳（CO2）和水（2O），同時將那些毒性較大的硫化氫（2S）、亞硝酸鹽（NO2-）等物質轉化為無毒或低毒物質，如硫酸鹽、硝酸鹽等。鳳眼蓮通常被用作植物修復污染水體的先鋒植物，在p值、溫度、溶氧等合適的條件下，鳳眼蓮根系發達、耐污能力強，對N、P等污染物有比較明顯的吸收累積和分解作用，對水體N、P較其他幾種水生植物有更強的吸收能力，分別達到8309%和8030%[2]。其根部能同時蓄積Cu2+、Zn2+和Ni2+，且高于其它受試水生植物處理系統，是金屬離子的有效生物過濾器[3～6]。

動態模塊化生態凈化浮床在有效解決水體溶氧的同時，并利用清潔的自然能源轉化為電能，實現了高密度的鳳眼蓮種植養殖，有效阻止了其他水生生物侵入浮床裝置，并且可以根據需要調節種養的鳳眼蓮數量。裝置底部的螺旋槳旋轉造浪，可以間接向水體曝氣，解決水體中溶氧問題，增加鳳眼蓮的吸收、凈化和積累氮磷以及重金屬等污染物的能力，從而達到高效去除氮磷和重金屬等污染物的凈化作用。endprint

摘要：指出了環境生態工程采用生態學理論，強調將環境問題于系統內解決，使受污染的環境能夠適時與周邊的大自然友好和諧地融為一體，注重經濟效益和生態效益的高度統一，已經逐步發展為最受歡迎的修復水體的技術之一。鳳眼蓮是修復污染湖泊的良好先鋒植物，但其易泛濫成災和含水量甚高的特性限制了人們對其大規模的使用。本著環境生態工程的理念，建立了鳳眼蓮動態模塊化的浮床裝置，利用風能為浮床裝置提供電能，結合裝置內的螺旋槳動力結構使浮床移動，通過旋轉吊臂滑輪和底部尼龍網結構使鳳眼蓮機械化原位去水。此設計在實現低廉、高效治理水體富營養化和重金屬等污染問題的同時，也有效解決了鳳眼蓮可能泛濫成災的隱患，達到生態效益、經濟效益和景觀效益的協調統一。

關鍵詞：鳳眼蓮；模塊化控制；原位去水；生態修復

中圖分類號：X2

文獻標識碼：A文章編號：16749944（2014）08022703

[FL（2K2]

1引言

鳳眼蓮（Eichhornia crassipes），又稱水葫蘆，因去污能力強、能同時超積累多種重金屬，且生長迅速、生物量大、生態適應能力較強等特點，通常被作為修復污染湖泊的先鋒植物。由于鳳眼蓮繁殖速度過快易致使水體惡化，且其含水量大和體積大，導致打撈困難，不易處理。本著整體、循環、自生的理念，采用環境生態工程的方法，對鳳眼蓮治理湖泊污染過程中的景觀擺放、動態去除水體富營養化和重金屬污染、有效的機械化原位去水進行設計，為低成本治理湖泊污染提供科學依據。

2鳳眼蓮動態模塊化的浮床裝置介紹

結合生態學原理，根據物質守恒和能量守恒定律，實現任何單項和部分技術都無法比擬的系統集成功能[1]，將富營養化水體污染治理的技術進行完善整合，見圖1。整體以浮床裝置為單元，包括鳳眼蓮生態種植區、中間的人工操作臺、懸浮造浪曝氣設備、風機發電設備4個部分組成。

在三個角的區域布置鳳眼蓮，通過外圍的隔欄和底部尼龍網防止其擴散生長。中間為人工操縱臺，上面有旋轉吊臂滑輪結構以便提升吊繩對鳳眼蓮進行原位去水。浮床三邊，待鳳眼蓮成熟期到后，長滿整個浮床，通過中間的旋轉吊臂滑輪結構把尼龍網拉起，并晾在操作臺或距水面20cm以上位置大約2d，使其原位去水。通過原位去水后的鳳眼蓮體積減少，收集后既可以進行種植經濟林，或作為生物質能源，也可以進行發酵供周圍工廠發電。在整個生態修復水體污染中能源循環再生，清潔使用，將生態效益和經濟效益最大化。

3動態模塊化裝置的優越性

與傳統的鳳眼蓮種植與治理技術相比，該動態浮床生態工程技術特殊之處在于底部有螺旋槳動力結構，風力發電設備轉換風能為電能，儲蓄在蓄電池組中。每隔一段時間電能帶動螺旋槳進行旋轉帶動浮床運動，利于大面積去除水體中的污染物，見圖2。同時，底部的固定錨和連接鋼繩使動態的浮床不至于隨意浮動，有助于節省湖面空間，同時防止浮床之間的碰撞。

另外，浮床裝置的圍欄采用特殊材料制成，是一種以取之不盡用之不竭的空氣為來源的充氣式、（非）透光性、便于重復利用的不易腐爛的輕質圍欄。模塊化種植鳳眼蓮不僅人工運行費用低，并且能夠有效限制鳳眼蓮的瘋漲，不會影響湖泊等水體中水生生物的生長。而且可以營造美麗的水上景觀，創造景觀效益和經濟效益。

4氮磷和重金屬等污染物的高效去除

在缺氧條件下，厭氧微生物會通過厭氧發酵使有機物轉化為許多惡臭有害的中間產物，如硫化氫、甲烷、尸胺、亞硝酸鹽等1，危害水體中水生生物的生長。在氧氣充足的條件下，好氧微生物將有機物分解為二氧化碳（CO2）和水（2O），同時將那些毒性較大的硫化氫（2S）、亞硝酸鹽（NO2-）等物質轉化為無毒或低毒物質，如硫酸鹽、硝酸鹽等。鳳眼蓮通常被用作植物修復污染水體的先鋒植物，在p值、溫度、溶氧等合適的條件下，鳳眼蓮根系發達、耐污能力強，對N、P等污染物有比較明顯的吸收累積和分解作用，對水體N、P較其他幾種水生植物有更強的吸收能力，分別達到8309%和8030%[2]。其根部能同時蓄積Cu2+、Zn2+和Ni2+，且高于其它受試水生植物處理系統，是金屬離子的有效生物過濾器[3～6]。

動態模塊化生態凈化浮床在有效解決水體溶氧的同時，并利用清潔的自然能源轉化為電能，實現了高密度的鳳眼蓮種植養殖，有效阻止了其他水生生物侵入浮床裝置，并且可以根據需要調節種養的鳳眼蓮數量。裝置底部的螺旋槳旋轉造浪，可以間接向水體曝氣，解決水體中溶氧問題，增加鳳眼蓮的吸收、凈化和積累氮磷以及重金屬等污染物的能力，從而達到高效去除氮磷和重金屬等污染物的凈化作用。endprint

摘要：指出了環境生態工程采用生態學理論，強調將環境問題于系統內解決，使受污染的環境能夠適時與周邊的大自然友好和諧地融為一體，注重經濟效益和生態效益的高度統一，已經逐步發展為最受歡迎的修復水體的技術之一。鳳眼蓮是修復污染湖泊的良好先鋒植物，但其易泛濫成災和含水量甚高的特性限制了人們對其大規模的使用。本著環境生態工程的理念，建立了鳳眼蓮動態模塊化的浮床裝置，利用風能為浮床裝置提供電能，結合裝置內的螺旋槳動力結構使浮床移動，通過旋轉吊臂滑輪和底部尼龍網結構使鳳眼蓮機械化原位去水。此設計在實現低廉、高效治理水體富營養化和重金屬等污染問題的同時，也有效解決了鳳眼蓮可能泛濫成災的隱患，達到生態效益、經濟效益和景觀效益的協調統一。

關鍵詞：鳳眼蓮；模塊化控制；原位去水；生態修復

中圖分類號：X2

文獻標識碼：A文章編號：16749944（2014）08022703

[FL（2K2]

1引言

鳳眼蓮（Eichhornia crassipes），又稱水葫蘆，因去污能力強、能同時超積累多種重金屬，且生長迅速、生物量大、生態適應能力較強等特點，通常被作為修復污染湖泊的先鋒植物。由于鳳眼蓮繁殖速度過快易致使水體惡化，且其含水量大和體積大，導致打撈困難，不易處理。本著整體、循環、自生的理念，采用環境生態工程的方法，對鳳眼蓮治理湖泊污染過程中的景觀擺放、動態去除水體富營養化和重金屬污染、有效的機械化原位去水進行設計，為低成本治理湖泊污染提供科學依據。

2鳳眼蓮動態模塊化的浮床裝置介紹

結合生態學原理，根據物質守恒和能量守恒定律，實現任何單項和部分技術都無法比擬的系統集成功能[1]，將富營養化水體污染治理的技術進行完善整合，見圖1。整體以浮床裝置為單元，包括鳳眼蓮生態種植區、中間的人工操作臺、懸浮造浪曝氣設備、風機發電設備4個部分組成。

在三個角的區域布置鳳眼蓮，通過外圍的隔欄和底部尼龍網防止其擴散生長。中間為人工操縱臺，上面有旋轉吊臂滑輪結構以便提升吊繩對鳳眼蓮進行原位去水。浮床三邊，待鳳眼蓮成熟期到后，長滿整個浮床，通過中間的旋轉吊臂滑輪結構把尼龍網拉起，并晾在操作臺或距水面20cm以上位置大約2d，使其原位去水。通過原位去水后的鳳眼蓮體積減少，收集后既可以進行種植經濟林，或作為生物質能源，也可以進行發酵供周圍工廠發電。在整個生態修復水體污染中能源循環再生，清潔使用，將生態效益和經濟效益最大化。

3動態模塊化裝置的優越性

與傳統的鳳眼蓮種植與治理技術相比，該動態浮床生態工程技術特殊之處在于底部有螺旋槳動力結構，風力發電設備轉換風能為電能，儲蓄在蓄電池組中。每隔一段時間電能帶動螺旋槳進行旋轉帶動浮床運動，利于大面積去除水體中的污染物，見圖2。同時，底部的固定錨和連接鋼繩使動態的浮床不至于隨意浮動，有助于節省湖面空間，同時防止浮床之間的碰撞。

另外，浮床裝置的圍欄采用特殊材料制成，是一種以取之不盡用之不竭的空氣為來源的充氣式、（非）透光性、便于重復利用的不易腐爛的輕質圍欄。模塊化種植鳳眼蓮不僅人工運行費用低，并且能夠有效限制鳳眼蓮的瘋漲，不會影響湖泊等水體中水生生物的生長。而且可以營造美麗的水上景觀，創造景觀效益和經濟效益。

4氮磷和重金屬等污染物的高效去除

在缺氧條件下，厭氧微生物會通過厭氧發酵使有機物轉化為許多惡臭有害的中間產物，如硫化氫、甲烷、尸胺、亞硝酸鹽等1，危害水體中水生生物的生長。在氧氣充足的條件下，好氧微生物將有機物分解為二氧化碳（CO2）和水（2O），同時將那些毒性較大的硫化氫（2S）、亞硝酸鹽（NO2-）等物質轉化為無毒或低毒物質，如硫酸鹽、硝酸鹽等。鳳眼蓮通常被用作植物修復污染水體的先鋒植物，在p值、溫度、溶氧等合適的條件下，鳳眼蓮根系發達、耐污能力強，對N、P等污染物有比較明顯的吸收累積和分解作用，對水體N、P較其他幾種水生植物有更強的吸收能力，分別達到8309%和8030%[2]。其根部能同時蓄積Cu2+、Zn2+和Ni2+，且高于其它受試水生植物處理系統，是金屬離子的有效生物過濾器[3～6]。

動態模塊化生態凈化浮床在有效解決水體溶氧的同時，并利用清潔的自然能源轉化為電能，實現了高密度的鳳眼蓮種植養殖，有效阻止了其他水生生物侵入浮床裝置，并且可以根據需要調節種養的鳳眼蓮數量。裝置底部的螺旋槳旋轉造浪，可以間接向水體曝氣，解決水體中溶氧問題，增加鳳眼蓮的吸收、凈化和積累氮磷以及重金屬等污染物的能力，從而達到高效去除氮磷和重金屬等污染物的凈化作用。endprint