生態浮床在水環境綜合整治中的應用分析

中恩工程技術有限公司 朱光蕤

隨著城市化和工業化進程的加快，大量工業廢水和生活污水排入城市水體，使得水中的有機污染物和氮磷等營養鹽超過水體的自凈能力，引起水體富營養化，導致水體黑臭[1-2]。根據《2017年中國生態環境狀況公報》，1617個監測斷面中28.2%水質劣于Ⅳ類水質，其中劣Ⅴ類占比為8.4%，109個富營養監測斷面的30.2%為輕度及中度富營養，61.5%的為中營養。目前，水環境綜合整治形勢依然嚴峻，在外源和內源控制的前提下，借助生物手段，豐富及完善水環境中的食物鏈，利用水體的自凈能力消除污染物，才可長期保持良好水質。據調查，全國295個地級以上城市共排查確認黑臭水體2100條，94.3%已經開工整治[3]。根據區域水環境自身的特點，已開展了外源污染控制、內源治理工程和人工強化凈化等措施[4-6]，水中污染負荷得到削減，水質得到改善，但水體中仍含有較高的氮磷等營養鹽，極易引起水體富營養化次生危害，造成水質再次惡化[4-6]。由此可見，“灰色技術”可從源頭上控制污染物，但在短期內難以恢復水生態，需借助生態方法，引入植物和微生物，提高水體自凈能力。生態方法利用動物、植物、微生物對污染物的吸收及降解能力，并通過食物鏈的輸出轉移功能完成污染水體的凈化和修復，具有穩定有效、安全持久、節能降耗、管理簡單等優點[7-8]。目前，在城市水環境綜合整治中，常見的生態修復技術有生物柵、人工濕地、生態浮床、河濱帶構建和生物氧化塘等，它們通過人工措施，使受損生態系統逐步恢復或向良性循環發展，依靠生態系統的自我平衡能力消除水體中的污染物[9-10]。本文主要分析生態浮床在水環境綜合整治中的應用狀況，從凈化水質的機制入手，剖析生態浮床對氮、磷等營養鹽的去除機制，闡述浮床技術在水環境綜合整治中的作用機制，定性說明生態浮床在水環境整治中的作用。同時以大量浮床研究為例，闡述生態浮床對水體的凈化能力，為生態浮床在水環境整治工程中的應用提供依據和參考。

一、生態浮床在水環境中綜合整治的作用機制

生態浮床是利用微生物、植物共同作用去除水體中氮磷、重金屬和有機物等污染物，具體作用機制為植物的吸收、根系的攔截、酶促降解和微生物的遷移轉化等。

生態浮床為污染水體引入生產者，生產者在光合作用下吸收氮磷等營養鹽，合成自身物質，特殊生產者對重金屬和持久性有機物具有富集效應，待植物成長，利用定期收割的方式，可將污染物帶離水體。此外，植物根系可分泌降解酶，同時富集微生物，吸收及吸附水體中的氮磷等營養鹽，富集重金屬。隨著污染物的去除，沉水植物、浮游動物得以恢復和繁殖，為魚類等水生動物提供食物和生存環境，從而延長食物鏈，加強水體污染物去除能力，恢復水體的自凈能力，同時向水中復氧，維持水體中氧含量平衡，保證微生物在有氧條件下分解污染物，防止等氣體產生（見圖1）。

圖1 生態浮床在水環境中的凈化機理

二、傳統生態浮床的應用與分析

傳統浮床就是在浮體上種植物，依靠植物的吸收、吸附等作用削減水中氮磷和有機污染物等，從而凈化水質，其類型有單一植物型和混合植物型，可用于河道水質提升改造、富營養化水體整治和黑臭水體綜合整治。傳統浮床對氮磷的去除率為30%～99.6%，其差異是由處理對象和浮床類型的不同造成的。總體來說，混合植物型浮床對氮磷的去除能力要優于單一型植物浮床，但兩者對水中氮磷的去除仍存在限制因素，表現為只能凈化植物根部周邊水域，對于深度較大的水體，其凈化作用效果相當微弱。因此，在水環境綜合整治中，要注重生態浮床與其他技術的聯合使用，方可去除不同深度的污染物。

三、復合式生態浮床的應用與分析

傳統生態浮床凈化的主體單一，為克服這一缺陷，在此基礎上衍變出了復合式生態浮床，可分為組合式生態浮床和加強型生態浮床這兩類。組合式浮床是在傳統浮床的基礎上引入人工填料、水生動物，利用食物鏈的“加環”，提高浮床的生態效應和生態凈化功能。加強型生態浮床是將固相反硝化技術和微型曝氣裝置引入傳統浮床，提高脫氮除磷效率，獲得更好的水質處理效果。復合式生態浮床的處理對象比傳統浮床更加廣泛，不僅可用來凈化富營養化水體和微污染水體，還可用于處理污水廠尾水和農家樂污水等，同時大大提升了去除水體中氮磷的效果。對于復合式浮床，水生植物和填料組合方式的應用較為廣泛，主要是因為傳統浮床技術只能去除氨氮和部分總氮，不能降解硝酸鹽，而填料的引入可提高生態浮床系統的微生物種群數量和食物鏈網復雜度，加強了系統的反硝化作用，從而有利于硝酸鹽的去除，彌補了傳統浮床不能轉化硝酸鹽的缺陷。因此，復合式生態浮床在水環境中具有獨特的優勢，應用于黑臭水體的整治中，不僅可以恢復水生態環境，也可防止水體發生富營養次生危害。

四、結語

根據凈化機理和相關實例，生態浮床技術可用于治理富營養化水體，亦適用于黑臭水體綜合整治工程，提高水體的自凈能力，防止治理后的水體發生富營養化次生災害。生態浮床技術不僅在湖泊水庫等廣泛應用，還應用于城市中小河流等水體的修復，并且開始應用于海洋水體的治理。但是，浮床技術不適合高污染負荷、低溶解氧的水體，需聯合截污納管、底泥疏浚、河道曝氣和濱岸帶生態化等必要工程技術控制污染來源，降低水體污染負荷，才可發揮浮床的作用效果。此外，可選擇耐污和去污能力較強的先鋒水生植物，采用吸附能力較強的載體填料，增加浮床的耐污性能和凈化能力，從而改善生境、凈化水質。目前，生態浮床技術存在處理時效低、植物回收與資源化較低、PVC等載體材料引發“白色污染”和管理不到位等問題，這制約了浮床技術的推廣應用。今后，生態浮床技術在水環境綜合整治工程中應注意以下幾點：（1）浮床植物具有去污能力強、適用性強、回收方便和可資源化等特性，如美人蕉、空心菜等；（2）發展新型載體材料，如陶粒、蛭石，降低新型材料的制作成本；（3）依據實際情況，可通過延長食物鏈、與固相反硝化技術或微孔曝氣技術聯用等方式，增強浮床凈化水體的能力；（4）制定生態浮床的管理技術，定期回收和栽種浮床植物，直至水生態環境得到完全恢復為止。