纤维素物质在生态浮床中的应用与发展*

曹文平

（徐州工程学院环境工程学院　江苏徐州221111）



纤维素物质在生态浮床中的应用与发展*

曹文平

（徐州工程学院环境工程学院江苏徐州221111）

摘要生态浮床是一种无占地、环境友好、集水体美化和污染物去除为一体的生态修复工程。首先分析了组合式生态浮床的原理、特点和弊端，以及生态浮床技术的研究现状，引出了湿地槽式生态浮床的概念；其次阐述了纤维素物质在生态浮床领域的应用现状和发展；最后探讨了纤维素物质在生态浮床领域应用急需解决的难题。为生态浮床技术的发展和革新提供参考。

关键词纤维素生态浮床生态修复工程湿地式生态浮床

Application and Development of the Cellulose Material in the Ecological Floating Beds System

CAO Wenping
（School of Environmental Engineering，Xuzhou Institute of Technology Xuzhou，Jiangsu 221111）

Abstract The ecological floating beds system is an integrated bioremediation engineering involved no occupation，environ-mental friendly，water landscaping and pollutants removal．Firstly the principle，characteristics，shortcomings and applica-tion research of combined ecological floating beds are investigated in this paper and wetland ecological floating beds are intro-duced．Then，the application research and development of the cellulose material in the ecological floating beds system is an-alyzed．Lastly the application and research problem of the cellulose material in the ecological floating beds system is de-scribed．It can provide references for the development and reform of the ecological floating beds system．

Key Words cellulose material ecological floating beds bioremediation engineering wetland ecological floating beds

0　引言

生态浮床水体修复原理，是基于植物同化和植物根圈微生物生物氧化协同去除水体中的目标污染物［1－3］。生态浮床有诸多优点，但是生态浮床在国内外并没有大规模应用，主要问题就是生态浮床仍然存在修复效果较差的问题，特别是传统的生态浮床，而且在低温季节或植物枯萎季节往往维护困难或水质二次污染［4－6］。为此，业内人士进行了较为广泛的研究和实验，取得了一定的成果［7］。

1组合式生态浮床

1．1组合式生态浮床的工作原理

所谓组合式生态浮床就是将水处理生物膜技术和传统的生态浮床修复技术进行组合，发挥生物膜的氧化分解作用、根系微生物的氧化分解作用、植物同化吸收作用以实现在传统生态浮床基础上的效果强化［8－9］。周小红等引入“生态场”的概念并利用数学模型的方式证实组合式生态浮床的“生态场”强度明显强于传统的生态浮床，利用辐射生态场的方式对浮床周边的污染物进行强化和降解［10－11］。

1．2组合式生态浮床结构和水处理生物载体

组合式生态浮床结构通常是将水生植物悬挂在泡沫板上，将各种人工合成填料（惰性的）悬挂在泡沫板的下面，起到提高生态浮床系统微生物吸附面的最初目的，达到水质净化强化目的。在组合式生态浮床中水生植物和人工合成填料（惰性的）仅仅是一种组合修复模式，而水生植物和人工合成填料之间交互作用非常缺乏，使水生植物和人工合成填料各自的修复作用没有得到叠加，类似于“各自为营”。当然对于生态浮床系统来说，其中生物量、生物种群都得到大大提高［4，6，8，12］。

1．3组合式生态浮床的弊端

组合式生态浮床的弊端也较为明显。其一，人工合成的惰性填料在修复受污染河水过程中存在挂膜速度慢或难以挂膜的问题［13］；其二，植物和人工合成填料相对独立分离，植物生长和人工合成填料表面生物膜的更新以及增殖都是互不协调的［14］；其三，地表水体C／N比偏低，水体脱氮往往不能获得充足的碳源供反硝化利用，所以水体的脱氮效果普遍偏慢［15］。

2生态浮床研究现状

2．1改造生态浮床在水中的空间位置以稳定水体修复效果

为了提高生态浮床中植物低温季节良好的保温效果和生长，引进耐低温的水生植物构建了生态悬浮床技术，通过调节浮床的整体浮力和水体的保温特点，将生态浮床由漂浮式变为悬浮于水下某一深度，保证生态浮床一年四季的正常运行。

2．2湿地槽式生态浮床

所谓湿地槽式生态浮床就是将生态浮床做成漂浮的生态浮床，植物和植物基质交互在一起种入槽池中，也利用浮体进行浮起。即植物和基质能“亲密”接触和交互作用，植物得到基质的保护，植物的光合作用在根系和基质交汇处形成良好的好氧、缺氧和厌氧的微环境，有利于脱氮和除磷［1，7］。

孙连鹏等［16］利用固定细胞化技术将反硝化细菌进行包埋固定，结合强制曝气手段，强化生态浮床系统的脱氮过程和效果；李淼等［17］利用原子束辐照强化技术促进水体中氮和磷的净化效果；李先宁等［2］将滤食性动物引入组合式生态浮床中，利用滤食性动物的作用提高了水体的可生化性，提高了水体的修复效果和速率。

3纤维素物质在生态浮床中的应用

3．1纤维素物质在脱氮过程中的应用

纤维素物质在脱氮过程中显示出碳源补充和脱氮效果。熊剑锋等［18］证实，梧桐树叶浸出液中含有大量的低分子脂肪酸。孙雅丽等［19］证实，朽木浸出液中含有大量的挥发性脂肪酸。文辉等［20］利用可生物降解材料去除低C／N比的城市污水厂尾水，取得了良好的效果。周磊等［21］利用竹丝去除高浓度硝酸盐和低COD的化工废水，也取得了良好的脱氮效果。

3．2纤维素物质在浮床植物生长方面的研究

传统的生态浮床中植物根系都是悬浮在水体中，不容易吸收到底泥中的微量元素，而且容易受到鱼类吞噬，导致生态浮床中植物出现黄叶和病虫害。

本课题组对比研究稻草、竹丝、陶粒为基质的平行生态浮床中植物的生长情况，以及植物体内主要酶（POD，叶绿素，CAT和MDA），发现以竹丝和稻草为基质的生态浮床中的植物生长速率、主要植物酶明显优于陶粒为基质的生态浮床，而且有基质的生态浮床中的植物均优于无基质的生态浮床［22］。

4纤维素物质在生态浮床技术中急需解决的问题

4．1缺乏较为系统的研究

以稻草、竹丝等作为生态浮床中的基质有一些研究成果，但是没有进行较为系统的研究，因为不同的植物和生长在不同地区的植物存在较大的差异，如何在研究和工程应用中摒除这些缺陷，需要对纤维素物质进行较为广泛的研究，采用动力学方法和修正方式等手段，使不同的纤维素物质作为基质时能得到较好的应用和调控。

4．2纤维素表面微生物和纤维素作用机理

纤维素作为浮床基质后在其表面形成较为复杂的生物膜和微生物种群，由于纤维素物质可生物降解，吸附在其表面的微生物如何与纤维素物质发生反应，即微生物和纤维素物质如何交互作用。本课题组通过微生物种群分析发现，纤维素物质（稻草基质）表面形成的微生物种群中具有大量的能分解有机物的种群，其中Cytophaga hutchinsonii ATCC 3340（具有结晶纤维素分解菌，具有分解纤维素、木质素的能力）和Novosphingobium aromaticivorans DSM 12444（具有分解难降解有机物的能力）微生物占细菌总数的8%。

4．3纤维素作为基质时如何维护稳定的生物量

纤维素物质作为基质时，由于生物降解会随着时间的推移不断减少，纤维素量的减少也伴随着微生物附着面减少，如何维护好纤维素物质的量是维护好浮床基质生物量的关键。如何准确地计算出天然纤维素的损失率和补充方法，也成为纤维素物质在浮床系统应用的关键。

5　结论

生态浮床技术的发展取决于生物、生态、化学、材料和环境等多学科的交叉和融合，其中纤维素物质多数属于农业废弃物，其作为基质和生物载体对生态浮床技术的应用、科研和研制以及优化等都是非常有价值的，对提高生态浮床的修复效果、植物生长环境和脱氮能力等效果明显。

参考文献

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收稿日期：（2015－04－17）

作者简介曹文平，1979年生，江西九江人，博士，副教授，主要研究方向：水环境生态修复。

*基金项目：住房与城乡建设部科技计划项目（2012－K7－14），江苏省青蓝工程优秀青年骨干教师（苏教2012［39］）。