生态浮床在水环境综合整治中的应用分析

中恩工程技术有限公司 朱光蕤

随着城市化和工业化进程的加快，大量工业废水和生活污水排入城市水体，使得水中的有机污染物和氮磷等营养盐超过水体的自净能力，引起水体富营养化，导致水体黑臭[1-2]。根据《2017年中国生态环境状况公报》，1617个监测断面中28.2%水质劣于Ⅳ类水质，其中劣Ⅴ类占比为8.4%，109个富营养监测断面的30.2%为轻度及中度富营养，61.5%的为中营养。目前，水环境综合整治形势依然严峻，在外源和内源控制的前提下，借助生物手段，丰富及完善水环境中的食物链，利用水体的自净能力消除污染物，才可长期保持良好水质。据调查，全国295个地级以上城市共排查确认黑臭水体2100条，94.3%已经开工整治[3]。根据区域水环境自身的特点，已开展了外源污染控制、内源治理工程和人工强化净化等措施[4-6]，水中污染负荷得到削减，水质得到改善，但水体中仍含有较高的氮磷等营养盐，极易引起水体富营养化次生危害，造成水质再次恶化[4-6]。由此可见，“灰色技术”可从源头上控制污染物，但在短期内难以恢复水生态，需借助生态方法，引入植物和微生物，提高水体自净能力。生态方法利用动物、植物、微生物对污染物的吸收及降解能力，并通过食物链的输出转移功能完成污染水体的净化和修复，具有稳定有效、安全持久、节能降耗、管理简单等优点[7-8]。目前，在城市水环境综合整治中，常见的生态修复技术有生物栅、人工湿地、生态浮床、河滨带构建和生物氧化塘等，它们通过人工措施，使受损生态系统逐步恢复或向良性循环发展，依靠生态系统的自我平衡能力消除水体中的污染物[9-10]。本文主要分析生态浮床在水环境综合整治中的应用状况，从净化水质的机制入手，剖析生态浮床对氮、磷等营养盐的去除机制，阐述浮床技术在水环境综合整治中的作用机制，定性说明生态浮床在水环境整治中的作用。同时以大量浮床研究为例，阐述生态浮床对水体的净化能力，为生态浮床在水环境整治工程中的应用提供依据和参考。

一、生态浮床在水环境中综合整治的作用机制

生态浮床是利用微生物、植物共同作用去除水体中氮磷、重金属和有机物等污染物，具体作用机制为植物的吸收、根系的拦截、酶促降解和微生物的迁移转化等。

生态浮床为污染水体引入生产者，生产者在光合作用下吸收氮磷等营养盐，合成自身物质，特殊生产者对重金属和持久性有机物具有富集效应，待植物成长，利用定期收割的方式，可将污染物带离水体。此外，植物根系可分泌降解酶，同时富集微生物，吸收及吸附水体中的氮磷等营养盐，富集重金属。随着污染物的去除，沉水植物、浮游动物得以恢复和繁殖，为鱼类等水生动物提供食物和生存环境，从而延长食物链，加强水体污染物去除能力，恢复水体的自净能力，同时向水中复氧，维持水体中氧含量平衡，保证微生物在有氧条件下分解污染物，防止等气体产生（见图1）。

图1 生态浮床在水环境中的净化机理

二、传统生态浮床的应用与分析

传统浮床就是在浮体上种植物，依靠植物的吸收、吸附等作用削减水中氮磷和有机污染物等，从而净化水质，其类型有单一植物型和混合植物型，可用于河道水质提升改造、富营养化水体整治和黑臭水体综合整治。传统浮床对氮磷的去除率为30%～99.6%，其差异是由处理对象和浮床类型的不同造成的。总体来说，混合植物型浮床对氮磷的去除能力要优于单一型植物浮床，但两者对水中氮磷的去除仍存在限制因素，表现为只能净化植物根部周边水域，对于深度较大的水体，其净化作用效果相当微弱。因此，在水环境综合整治中，要注重生态浮床与其他技术的联合使用，方可去除不同深度的污染物。

三、复合式生态浮床的应用与分析

传统生态浮床净化的主体单一，为克服这一缺陷，在此基础上衍变出了复合式生态浮床，可分为组合式生态浮床和加强型生态浮床这两类。组合式浮床是在传统浮床的基础上引入人工填料、水生动物，利用食物链的“加环”，提高浮床的生态效应和生态净化功能。加强型生态浮床是将固相反硝化技术和微型曝气装置引入传统浮床，提高脱氮除磷效率，获得更好的水质处理效果。复合式生态浮床的处理对象比传统浮床更加广泛，不仅可用来净化富营养化水体和微污染水体，还可用于处理污水厂尾水和农家乐污水等，同时大大提升了去除水体中氮磷的效果。对于复合式浮床，水生植物和填料组合方式的应用较为广泛，主要是因为传统浮床技术只能去除氨氮和部分总氮，不能降解硝酸盐，而填料的引入可提高生态浮床系统的微生物种群数量和食物链网复杂度，加强了系统的反硝化作用，从而有利于硝酸盐的去除，弥补了传统浮床不能转化硝酸盐的缺陷。因此，复合式生态浮床在水环境中具有独特的优势，应用于黑臭水体的整治中，不仅可以恢复水生态环境，也可防止水体发生富营养次生危害。

四、结语

根据净化机理和相关实例，生态浮床技术可用于治理富营养化水体，亦适用于黑臭水体综合整治工程，提高水体的自净能力，防止治理后的水体发生富营养化次生灾害。生态浮床技术不仅在湖泊水库等广泛应用，还应用于城市中小河流等水体的修复，并且开始应用于海洋水体的治理。但是，浮床技术不适合高污染负荷、低溶解氧的水体，需联合截污纳管、底泥疏浚、河道曝气和滨岸带生态化等必要工程技术控制污染来源，降低水体污染负荷，才可发挥浮床的作用效果。此外，可选择耐污和去污能力较强的先锋水生植物，采用吸附能力较强的载体填料，增加浮床的耐污性能和净化能力，从而改善生境、净化水质。目前，生态浮床技术存在处理时效低、植物回收与资源化较低、PVC等载体材料引发“白色污染”和管理不到位等问题，这制约了浮床技术的推广应用。今后，生态浮床技术在水环境综合整治工程中应注意以下几点：（1）浮床植物具有去污能力强、适用性强、回收方便和可资源化等特性，如美人蕉、空心菜等；（2）发展新型载体材料，如陶粒、蛭石，降低新型材料的制作成本；（3）依据实际情况，可通过延长食物链、与固相反硝化技术或微孔曝气技术联用等方式，增强浮床净化水体的能力；（4）制定生态浮床的管理技术，定期回收和栽种浮床植物，直至水生态环境得到完全恢复为止。