生態浮島修復關鍵技術研究進展

王 超，陳 亮，胡曉宇，范 強

(武漢沃田生態科技有限公司，湖北 武漢 430070)

?

生態浮島修復關鍵技術研究進展

王 超，陳 亮，胡曉宇，范 強

(武漢沃田生態科技有限公司，湖北 武漢 430070)

指出了生態浮島修復是一種將水生植物種植在具有浮力的裝置上，通過水生植物吸收并凈化水中污染物的技術，在污染河流、湖泊、水庫的治理中應用廣泛。對生態浮島修復的分類、發展歷程、關鍵技術進行了總結與分析，并進行了生態浮島修復技術發展的展望，提出了植物越冬、浮床材料、植物殘渣處理是生態浮島修復技術未來的研究重點。

生態浮島；水體修復；技術進展；展望

1　引言

隨著國民經濟快速發展、城鎮化加速以及人口膨脹，我國面臨著十分嚴峻的環境形勢，水污染問題尤其突出。當前，我國10大主要河流流域中，國家控制斷面Ⅳ類～劣Ⅴ類水質的比例達到28.3%，國家控制重點湖泊(水庫)污染率接近39.3%[1]，污染形勢非常嚴重。傳統的水體修復技術多采用物理或化學的方法進行處理，存在投資大、處理效率低，容易破壞水體生態系統并造成二次污染等問題，很多時候治理效果并不理想。

生態浮島修復技術又名“人工生物浮床”、“人工浮島”、“水面種植”以及“浮床無土栽培”[2]，在各種污染水體的治理中應用廣泛，具有操作簡便、成本低、凈化效率高、治理效果好及環境風險低等優點[3，4]。

2　生態浮島的種類

2.1干式生態浮島

按照植物與水是否接觸，可以將生態浮島劃分為干式和濕式兩種類型[5]。干式生態浮島上的植物與水體不直接接觸，而是通過植物與水體間的介質對植物進行固定及營養傳輸。這種浮島的浮力比較大，上面可以栽種大型植物，能夠為魚類和鳥類提供更大的棲息空間，但這種浮島上的植物由于沒有直接與水體接觸，因而凈化能力有限。此外，這種浮島由于承載的重量巨大，使用的材料及制造技術較為復雜，成本很高，故其一般不以凈化水體為主要目的，而是主要用于改善景觀、提供魚類產卵場所和鳥類棲息地。

2.2濕式生態浮島

濕式生態浮島上的植物直接與水體接觸，通過根系吸收水中的營養物質。濕式生態浮島發展到如今一共經歷了4代技術：第一代，以竹子、木材等搭建，此種生態浮島造價低廉，但凈水效果差，壽命短，并且難以維護；第二代，是泡沫板材或泡沫板材加金屬固定件產品，此種生態浮島制造工藝簡單、造價低，但強度不足，在水面一旦遇到大風會造成金屬固件與泡沫分離，而且泡沫本身屬于白色污染，如果脫落到水中會造成二次污染，所以目前已基本停用；第三代，是PE產品，這種浮島面積在10～20 m2左右，有環形漂浮裝置和植物種植籃，此種生態浮島雖然能夠克服第一代、第二代的缺點，但是不同制造商生產的浮島產品質量和壽命不一，行業標準有待建立；第四代，是新材料浮島，使用生態環境友好型材料建造，這種材料本身為中空管狀結構，能夠形成很好的水體微動力循環，且植物根系還可和浮島材料融為一體，但由于材料專利壁壘，在國內極少應用，售價很高。

3　生態浮島修復技術的發展歷程

3.1國外發展歷程

生態浮島技術雛形在1950年代就已經產生了，當時被用來為魚類產卵提供礁石。最早的生態浮島是德國于1979年制造[6]，隨后在日本及歐美發達國家推廣使用，并進行了深入的科學研究和工藝改進，取得了一定的成果。例如：1982年開始，日本慈賀縣琵琶湖建造生態浮島[7]。1995 年日本研究者在土浦市大巖田進行一次隔離水域試驗，試驗結果表明，在生態浮島占有率只有25%的條件下，削減了94%的浮游植物細胞數，而且有浮島的水域COD 濃度比對照水域減少50%[8]。到20世紀90年代中期生態浮島已被日本科學家廣泛認可[9]。

3.2國內發展歷程

我國學者自20世紀80年代起對生態浮島技術開展了一系列研究。宋祥甫[10]等人將水稻種植在生態浮島上，稻谷產量可觀，不僅收獲了農產品、美化了水域景觀，還能去除水體中導致富營養化的氮、磷元素。馬立珊[11]、郭蔚華等人的實驗也證明了生態浮島可以有效去除富營養化水體的氮、磷。生態浮島技術在我國也有了實際應用的例子，例如：湖北省最大的淡水湖泊梁子湖治理過程中，共建造了3個旋轉嵌入式生態浮島，利用水體運動和空氣流動的能量推動生態浮島旋轉而提高植物、動物與微生物修復水體的效率，經過一段時間發現工程區內水體的濁度逐漸降低，營養鹽的濃度大幅下降，而且植物的根系變大，形成微生物膜吸附了大量的污染物。生態浮島工程可顯著改善工程區內的水環境。云南在滇池草海生態修復工程中應用生態浮島技術，達到凈化水體水質、清除藍藻、提高生物多樣性和改善滇池自然生態景觀自身的生態修復功能。自20世紀90年代以來，國內利用生態浮島技術在大型水庫、湖泊、河道、運河等不同水域，成功種植46個科的130多種陸生植物[12，13]，美人蕉、旱傘草等花卉比在陸地種植取得了更好的群體和景觀效果。

4　生態浮島修復關鍵技術

4.1浮床材料選擇和制作技術

浮床材料選擇和制作技術決定了生態浮島是否具有耐久性、經濟性等特點，還要兼顧浮力、環境敏感性、穩定及靈活性。通過多年發展，已經發展出了四代浮床，從最初的竹子加木板浮床到泡沫浮床，再到PE材質浮床以及最近開發的可以和植物根系融為一體的新材料浮床[14]，浮床的制作材料及工藝朝著降低成本的方向發展，同時也朝著建設生態文明所倡導的方向發展。

4.2植物遴選技術

種植什么植物對生態浮島凈水功能起著決定性作用，所選擇的植物必須具有生物量大的特點，同時又要能適應浮島周圍環境，從而可以吸收更多的水體污染物，改善水質。目前，各國技術人員經過長期植物篩選及育種研究，已經選育出一批可以適宜于不同地區、不同季節、不同水體、不同功能及不同需求的生態浮島植物品種[15]，并對植物進行季節搭配、種屬搭配、景觀搭配、確保生態浮島全年都能發揮作用。

4.3植物栽培技術

作為生態浮島的關鍵技術之一，植物栽培技術經各國技術人員長期深入的研究，已經取得了一系列成果。針對浮床的特點，可以選擇與之相適應的植物。植物的種植方式上，可以混合種植、四季搭配種植，將對水體的修復和美化效果發揮到極致。

4.4植物殘渣處理技術

由于植物季節性枯萎及落葉，生態浮島每年都會產生大量植物殘渣，如果不及時處理，就會在水中腐爛分解，植物吸收的營養物質和污染物又會重新回到水體，造成二次污染。各國技術人員對植物殘渣處理技術進行了深入研究，研究主要從兩個方面進行：第一，通過飼料深加工技術將生態浮島產生的植物殘渣轉化為富含蛋白質和糖類的動物飼料；第二，通過微生物發酵技術將植物殘渣分解轉化成富含腐殖質和氮、磷、鉀等營養元素以及鐵、硼、錳、銅、鋅、鉬等微量元素的有機肥。

5　生態浮島修復技術展望

生態浮島修復技術相對于傳統的水處理方法具有顯著優勢，進一步推廣這項技術有利于我國“生態文明”建設，但這項技術也存在一些問題，逐步解決這些問題，使生態浮島修復技術更加完善是這一技術未來發展的重點。

(1) 植物越冬問題。生態浮島的實際應用多在春季到秋季之間，越冬浮島植物的種類比較少，因此，必須加強越冬浮島植物的遴選工作，采用作物育種技術培育出更多可以越冬、凈化能力強的浮島植物。

(2) 浮床材料問題。雖然浮床材料現在已經發展到了第四代，但依然有很大的改進空間，特別是當今材料科學日新月異，完全可以引進更多新材料進行試驗，尋找更耐用、生物適應性更強、綜合成本更低的第五代甚至第六代浮床材料。

(3) 植物殘渣處理問題。當前的植物殘渣處理技術人工成本較高，未來可以著力提高植物殘渣處理的自動化程度，開發對應的機械進行集中收集處理。

[1]張曉. 中國水污染趨勢與治理制度[J]. 中國軟科學, 2014(10): 11～24.

[2]張瑩琦, 賀菊花, 程剛. 生態浮島技術用于河湖污染修復研究進展[J]. 環境科學與管理, 2015, 40(6): 138～142.

[3]唐藝璇. 杭州市富營養化河道生態浮島修復的植物選擇與示范[D]. 杭州： 浙江大學, 2011.

[4]吳芳, 王晟. 富營養化湖泊原位生物治理技術研究進展[J]. 環境科學導刊, 2010, 29(1): 49～52.

[5]黃薇, 張勁, 桑連海. 生物浮島技術的研發歷程及在水體生態修復中的應用[J]. 長江科學院院報, 2011, 28(10): 37～42.

[6] Hoeger S. Schwimmkampen-Germany’s artificial floating islands[J]. Journal of soil and water conservation, 1988, 43(4): 304～306.

[7] 中村圭吾, 島谷幸広. 人工浮島の機能と技術の現狀[J]. 土木技術資料, 1999, 41(7):26～31.

[8] Nakamura K, Shimatani Y. Water Purification and Enviromental Enhancement by the Floating Wetland[C]∥Proceedings of the 6th IAWQ Asia-Pacific Regional Conference in Korea. Korea,1997.

[9] 張晉. 人工浮島技術對微污染水源水凈化作用的試驗研究[D]. 重慶, 重慶大學, 2010.

[10]宋祥甫, 鄒國燕,. 浮島水稻對富營養化水體中氮、磷的的去除效果及規律研究[J]. 環境科學學報, 1998, 18 (5): 489～494.

[11]馬立珊, 駱永明. 浮島香根草對富營養化水體氮磷去除動態及效率的初步研究[J]. 土壤, 2000, 35(2): 99～101.

[12]朱聯東. 人工浮床栽培植物生長特性及吸收氮磷能力研究[D]. 武漢： 湖北大學, 2010.

[13]盧進登, 帥方敏等. 人工生物浮島技術治理富營養化水體的植物遴選[J]. 湖北大學學報(自然科學版), 2005, 27(4): 402～404.

[14]楊鳳娟. 不同工藝生態浮床技術對污染水體的凈化效果、機制及示范研究[D]. 廣州： 暨南大學, 2011.

[15]由文輝, 劉淑媛, 錢曉燕. 水生經濟植物凈化受污染水體研究閉[J]. 華東師范大學學報(自然科學版), 2000, 34(1): 99～102.

2016-04-25

東湖高新區科技創新和戰略性新興產業發展專項

王超(1986—)，男，工程師，碩士，主要從事環境分析研究工作。

陳亮(1982—)，男，工程師，碩士，主要從事環境工程研究工作。

X171.4

A

1674-9944(2016)16-0035-02