生态浮床对富营养化水体修复作用的研究

周 扬 李 华 张秋卓 徐亚同 秦 蓉

华东师范大学上海市城市化生态过程与生态恢复重点实验室 （上海 200062）

生态浮床对富营养化水体修复作用的研究

周 扬 李 华 张秋卓 徐亚同 秦 蓉

华东师范大学上海市城市化生态过程与生态恢复重点实验室 （上海 200062）

为了验证生态浮床对富营养化水体的修复能力，构建了两个容积各8.28 m3的模拟水池，其中一池中放入面积为4 m2的浮床，另一池为空白对照，两池中同样放入2.7 m3的富营养化河水。比较两池在静态状况下和三种不同水力停留时间下对CODMn、TN和TP三个水质指标的去除效率。实验结果表明：浮床对CODMn、TN和TP均具有明显的去除效果，在静态期浮床池对CODMn、TN和TP的净去除率分别达到了16.9%、50.3%和50%。在动态实验中，随着水力停留时间的缩短，去除率有所降低，但当水力停留时间为最短的4.5 d时，浮床对CODMn、TN、TP的净去除率仍达到了9.4%、39.8%和36.6%，达到了国家规定的地表水Ⅲ类水质要求。由此可知，水体富营养化现象通过生态浮床的净化明显能够得到改善。

生态浮床 富营养化水体 净去除率

中国分类号 X522

0 前言

近年来，随着我国人口的增长和经济的迅速发展，排入江河、湖泊的废水量不断增加[1]，引起地表水环境的严重污染，富营养化水域日益增多。水体富营养化不仅使水质产生严重恶化，而且影响周边水环境和人文景观，甚至通过给水系统危害到公众的健康[2-3]。因此，对富营养化水体的治理是现在人们面临的一项重大课题。

利用生态浮床栽培植物对富营养化水体进行生态修复,具有原位修复、低成本、维护简便、使用寿命长等优点[4]，因此正日益受到人们的关注[5]。本课题通过利用生态浮床净化上海市郊重污染小河道水的实验，研究了生态浮床对富营养化水体中N、P元素的去除效能。

1 试验材料与方法

1.1 试验装置的构建

由水泥砌成两个同等大小的池子,尺寸为 4.6 m×1.5 m×1.2 m（长×宽×高）。其中一池放置两个尺寸为2 m×1 m的浮床，浮床面积4 m2，覆盖率达到58%，床框为PVC管材，框架内由坚固耐用的尼龙绳编织成网格状作为植物的生长载体[6]，另一个同样大小的池子作为空白对照，见图1。

图1 生态浮床池实景图

1.2 浮床植物的选择和原水水质

选用存活率高、生物量大而且对污染物去除效果良好的黄菖蒲作为浮床植物[6-7]。实验开始时植物株高为80 cm，种植密度为104株/平方米。

实验原水取自上海市奉贤区的一条天然小河道，水质状况见表1：

表1 实验原水水质mg/L

按照《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002），CODMn为Ⅲ类，但经过COD30实验后CODMn的去除率只达到39%，证实其中的残存有机物都为难降解的有机物,这也是造成实验中CODMn去除率不高的主要原因。TN为劣Ⅴ类,TP为Ⅳ类,表明此处的水质很差,属于富营养化水体。

1.3 实验方法及检测指标

植物于2009年5月9日移栽,培养2个月后于7月6～17日进行静态实验，7月18日～9月15日每隔20天改变水力停留时间进行动态实验，隔天对试验系统的水质进行测定,检测的水质指标包括CODMn、TN和TP。测定方法均为国家标准方法。

2 结果与分析

2.1 植物的生长状况

试验期间,植物株高的变化如图2所示：

移栽2个月后,黄菖蒲的成活率为98.6%。表明这种植物可以很好地适应供试水体及漂浮式的培种方式。由于黄菖蒲的最适合生长温度是15～30℃[8]，其在8月底生长速度达到最快。在70 d的实验期间里，黄菖蒲的株高增长了0.86 m，增高了一倍多。

2.2 静态期浮床与空白池对污染物去除效果比较

将河水放入两个实验池中，水量为2.7 m3，水深0.4 m，维持10 d不变，隔天在水池中央水面下0.2 m处取样进行测定，浮床对河水中污染物去除效果见图3。到静态期实验结束时，浮床对CODMn的净去除率达到16.9%。对TN和TP的净去除率分别达到了50.3%和50%。实验刚开始时污染物的去除速率最快。

2.3 不同水力停留时间下浮床与空白池对N、P等元素的去除率比较

为了更接近天然河流的状况，进行了动态实验，此部分分为A、B、C三个系列，每个系列20 d，系列A的水力停留时间为15 d，系列B的水力停留时间为9 d，系列C的水力停留时间为4.5 d。每隔4 d取一次样，取样方法同静态期。浮床在动态状况下对污染物质的去除效果见图4。

由图4可知,动态期浮床对污染物的净去除率都低于静态期。在水力停留时间为15 d时，浮床对CODMn、TN、TP的去除率分别达到了18.6%、45.6%、42.3%。随着水力停留时间的缩短，浮床对污染物的净化效率都有所降低，在停留时间为4.5 d时浮床对CODMn的净去除率明显降低，只有9.4%，而对TN、TP的净去除率则分别为36.6%和39.8%，比系列A降低了9%和2.5%。但CODMn与TP仍达到Ⅱ类水质、TN达到Ⅲ类水质。

2.4 浮床去除污染物的机理

河水在经过浮床池后，水质得到明显改善。CODMn提高了一个等级，TP提高了两个等级，而TN则由劣Ⅴ类提升到Ⅲ类。空白对照的去除率可以代表水体的自净作用，可以看出，水质改善主要是由于生态浮床的净化作用。浮床净化水质的机理主要有以下三个方面：

（1）植物在生长过程中对水中N、P等营养元素的吸收利用。既能通过本质化作用使其成为植物体的组成成分，也可通过挥发、代谢或矿化作用使其转化成二氧化碳和水，或转化为无毒性的中间产物。

（2）植物根系对悬浮物的吸附和过滤作用。植物根系能富集水中的营养物质,对以颗粒态存在的P有很好的净化效果,同时植物根系释放出大量能降解有机物的物质,可加速对有机物的分解。

（3）浮床植物与微生物的协同效应。植物发达的根系为硝化菌、反硝化菌等微生物的附着生长提供了巨大的表面,而且水生植物将氧气输送至根，使根区形成了氧化态的微环境，这种有氧区域和缺氧区域的共同存在为根系的好氧、兼性厌氧和厌氧微生物提供了不同的适宜小生境。有利于各种微生物的大量繁殖、生长,因此可以大大提高对污染物的降解能力。

空白池对污染物的去除主要缘于颗粒物的自然沉降以及水体中悬浮微生物的作用。其去除率明显小于浮床池。

通过收获植物体的方法可以将污水中的N、P等营养物质及吸附积累在植物体内和根系表面的污染物搬离水体，使水体水质得到改善。而且，收获的植物体可以用来厌氧发酵产沼气、制成饲料或是作为绿肥，能够创造很好的经济效益[9]。

3 结论

利用植物浮床净化富营养化河水取得了很好的效果，CODMn的净去除率在9.4%～18.6%之间，TN在36.6%～50.3%之间，TP在35.8%～50%之间。使水质恢复到Ⅱ类～Ⅲ类之间。生态浮床利用植物与微生物的协同作用很好地达到了消除富营养化的目的。而且此方法成本低廉，施工与维护也很简单，因此，推广生态浮床来净化河水消除富营养化不失为是一种很好的方法。

[1]司友斌,包军杰,曹德菊,等.香根草对富营养化水体净化效果研究 [J].应用生态学报,2003,14(2):277-279.

[2]唐静杰,周青.生态浮床在富营养化水体修复中的应用[J].环境与可持续发展,2009(2):24-27.

[3]夏章菊,高殿森,谢有奎.富营养化水体修复技术的研究现状 [J].后勤工程学院学报,2006(3):69-72.

[4]张隽.生态浮床技术治理污染水体的应用 [J].能源与环境,2008(21):101-103.

[5]Lianpeng Suna,Yang Liu,Hui Jin.Nitrogen Removalfrom Polluted River by Enhanced Floating Bed Grown Canna[J].ECOLOGICAL ENGINEERING,2009(35)135-140.

[6]沈昆根,姚俊杰.新型人工浮床在城市中小河道治理中的应用.水资源保护,2008(10):72-73.

[7]艾丽皎,王红娟.优良的宿根地被植物-黄菖蒲[J].南方农业（园林花卉版）,2007(8):28.

[8]朱秀琴,姚永平.美丽的水景植物-黄菖蒲.农家致富,2008(16):26.

[9]秦蓉,徐亚同,何淑英,等.富营养化水体的生物修复与植株残体的资源化利用 [J].上海化工,2008(9):1-4.

周 扬 女 1985年生 硕士研究生在读 研究方向：河道生态修复

2010年6月