1、利用生態(tài)浮床修復(fù)富營養(yǎng)化水體摘 要：為了驗(yàn)證生態(tài)浮床對富營養(yǎng)化水體的修復(fù)能力,我們修建了兩個(gè)容積為8.28m3 的水泥池,其中一池中放入面積為4m2 的浮床,另一池為空白對照,兩池中同樣放入2.7m3 的富營養(yǎng)化河水。比較兩池在靜態(tài)狀況下和三種不同水力停留時(shí)間下對CODMn、TN 和TP 三個(gè)水質(zhì)指標(biāo)的去除效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：浮床對CODMn、TN 和TP 均具有明顯的去除效果，在靜態(tài)期浮床池對CODMn、TN 和TP 的凈去除率分別達(dá)到了16.9%、50.3%和50%。在動態(tài)實(shí)驗(yàn)中,隨著水力停留時(shí)間的縮短，去除率有所降低，但當(dāng)水力停留時(shí)間為最短的4.5d 時(shí)，浮床對CODMn、TN、TP 的

2、凈去除率仍達(dá)到了9.4%、39.8%和36.6%，達(dá)到國家規(guī)定的地表水類水質(zhì)要求。由此可知，水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象通過生態(tài)浮床的凈化能夠明顯得到改善。關(guān)鍵詞：生態(tài)浮床；富營養(yǎng)化水體；凈去除率0 前言近年來，隨著我國人口的增長和經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，排入江河、湖泊的廢水量不斷增加1，引起地表水環(huán)境的嚴(yán)重污染，富營養(yǎng)化水域日益增多。水體富營養(yǎng)化不僅使水質(zhì)產(chǎn)生嚴(yán)重惡化，而且影響周邊水環(huán)境和人文景觀，甚至通過給水系統(tǒng)危害到公眾的健康2-3。因此，對富營養(yǎng)化水體的治理是現(xiàn)在人們面對的一項(xiàng)重大課題。利用生態(tài)浮床栽培植物對富營養(yǎng)化水體進(jìn)行生態(tài)修復(fù),具有原位修復(fù)、低成本、維護(hù)簡便、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)4，因此正日益受到人們的

3、關(guān)注5。本文通過利用生態(tài)浮床凈化上海市郊重污染小河道水的實(shí)驗(yàn)，研究了生態(tài)浮床對富營養(yǎng)化水體中N、P元素的去除效能。1 試驗(yàn)材料與方法1.1 試驗(yàn)裝置的構(gòu)建由水泥砌成兩個(gè)同等大小的池子,尺寸為 4.6m1.5m1.2m(長寬高)。其中一池放置兩個(gè)尺寸為2m 1m 的浮床浮床，浮床面積4m2，覆蓋率達(dá)到58%，床框?yàn)镻VC 管材，框架內(nèi)由堅(jiān)固耐用的尼龍繩編織成網(wǎng)格狀作為植物的生長載體6，另一個(gè)同樣大小的池子作為空白對照。1.2 浮床植物的選擇和原水水質(zhì)選用存活率高、生物量大而且對污染物去除效果良好的黃菖蒲作為浮床植物6-7。實(shí)驗(yàn)開始時(shí)植物株高為80cm,種植密度為104株/m2。實(shí)驗(yàn)原水取自上海市

4、奉賢區(qū)的一條天然小河道，水質(zhì)狀況如下：表 1 實(shí)驗(yàn)原水水質(zhì)Tab. 1 Quality of tested water指標(biāo)CODMn (mg/l) TN(mg/l) TP(mg/l)數(shù)值4.74 2.92 0.26本課題得到國家科技支撐計(jì)劃子課題(2007BAK27B05-3)；上海市科委世博專項(xiàng)（06DZ05825）；滬環(huán)科（2006-36）；上海市建交委建重（2008-005）資助。按照地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 38382002), CODMn 為類, TN 為劣類, TP 為類,表明此處的水質(zhì)很差,屬于富營養(yǎng)化水體。1.3 實(shí)驗(yàn)方法及檢測指標(biāo)植物于2009 年5 月9 日移栽,培養(yǎng)兩個(gè)月

5、后于7 月6 日到7 月17 日進(jìn)行靜態(tài)實(shí)驗(yàn)，7月18 日到9 月15 日每隔20 天改變水力停留時(shí)間進(jìn)行動態(tài)實(shí)驗(yàn)，隔天對試驗(yàn)系統(tǒng)的水質(zhì)進(jìn)行測定, 檢測的水質(zhì)指標(biāo)包括CODMn、TN 和TP。測定方法均為國家標(biāo)準(zhǔn)方法。2 結(jié)果與分析2.1 植物的生長狀況試驗(yàn)期間,植物株高的變化如圖1 所示:植株高度隨時(shí)間變化圖00.20.40.60.811.21.41.61.82009/7/62009/7/132009/7/202009/7/272009/8/32009/8/102009/8/172009/8/242009/8/312009/9/72009/9/14日期植株高度(cm)植株高度圖 1 植物株高

6、的變化Fig. 1 Height changes of tested plants移栽2個(gè)月后,黃菖蒲的成活率為98.6%。表明這種植物可以很好地適應(yīng)供試水體及漂浮式的培種方式。由于黃菖蒲最適生長溫度是15308，其在8月底生長速度達(dá)到最快。在70天的實(shí)驗(yàn)期間里，黃菖蒲的株高增長了0.86m，增高了一倍多。2.2 靜態(tài)期浮床與空白池對污染物的去除效果比較將河水放入兩個(gè)實(shí)驗(yàn)池中，水量為2.7m3，水深0.4m，維持十天不變，隔天在水池中央水面以下0.2m 處取樣進(jìn)行測定，浮床對河水中污染物去除效果見圖2a.CODMn00.511.522.533.544.552009年7月6日2009年7月8日2

7、009年7月10日2009年7月12日2009年7月14日2009年7月16日日期CODMn（mg/l）051015202530CODMn去除率（%）浮床CODMn濃度空白CODMn濃度浮床去除率空白去除率b.TN00.511.522.533.52009年7月6日2009年7月8日2009年7月10日2009年7月12日2009年7月14日2009年7月16日日期TN濃度（mg/l）0102030405060708090TN去除率（%）浮床TN濃度空白TN濃度浮床去除率空白去除率c.TP00.050.10.150.20.250.32009年7月6日2009年7月8日2009年7月10日2009

8、年7月12日2009年7月14日2009年7月16日日期TP濃度（mg/l）0102030405060708090100TP去除率浮床TP濃度空白TP濃度浮床去除率空白去除率圖 2 靜態(tài)期生態(tài)浮床對CODMn、TN 和TP 的去除效果Fig. 2 Removal efficiencies of TN, TP and CODMn by ecological floating bed in static condition由上圖可知，到靜態(tài)期實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，浮床對CODMn 的凈去除率達(dá)到16.9%。對TN 和TP 的凈去除率分別達(dá)到了50.3%和50%。實(shí)驗(yàn)剛開始時(shí)污染物的去除速率最快。2.3 不同

9、水力停留時(shí)間下浮床與空白池對N、P 等元素的去除率比較為了更接近天然河流的狀況，我們接著進(jìn)行了動態(tài)實(shí)驗(yàn)，此部分分為A、B、C 三個(gè)系列，每個(gè)系列20 天，系列A 的水力停留時(shí)間為15 天，系列B 的水力停留時(shí)間為9 天，系列C 的水力停留時(shí)間為4.5 天。每隔四天取一次樣，取樣方法同靜態(tài)期。浮床在動態(tài)狀況下對污染物質(zhì)的去除效果見圖3：a.CODMn05101520253035A1 A2 A3 A4 A5 B1 B2 B3 B4 B5 C1 C2 C3 C4 C5系列CODMn去除率（%）浮床去除率空白去除率凈去除率b.TN0102030405060708090A1 A2 A3 A4 A5 B1

10、 B2 B3 B4 B5 C1 C2 C3 C4 C5系列TN去除率（%）浮床去除率空白去除率凈去除率c.TP01020304050607080A1 A2 A3 A4 A5 B1 B2 B3 B4 B5 C1 C2 C3 C4 C5系列TP去除率（%）浮床去除率空白去除率凈去除率圖 3 不同水力停留時(shí)間下生態(tài)浮床對CODMN、TN 和TP 的去除效果Fig. 3 Removal efficiencies of TN, TP and CODMN by ecological floating bed in different hydraulic retentiontimes由上圖可知,動態(tài)期浮床對

11、污染物的凈去除率都低于靜態(tài)期。在水力停留時(shí)間為15 天時(shí)，浮床對CODMn、TN、TP 分別達(dá)到了18.6%、45.6%、42.3%。隨著水力停留時(shí)間的縮短，浮床對污染物的凈化效率都有所降低，在停留時(shí)間為4.5 天時(shí)浮床對CODMn 的凈去除率明顯降低，只有9.4%，而對TN、TP 的凈去除率則分別為36.6%和39.8%，比系列A 降低了9%和2.5%。但CODMn 與 TP 仍達(dá)到類水質(zhì)、TN 達(dá)到類水質(zhì)。2.4 浮床去除污染物的機(jī)理河水在經(jīng)過浮床池后，水質(zhì)得到明顯改善。CODMn提高了一個(gè)等級，TP提高兩個(gè)等級，而TN則由劣類提升到類?？瞻讓φ盏娜コ士梢源硭w的自凈作用，可以看出，水

12、質(zhì)改善主要是由于生態(tài)浮床的凈化作用。浮床凈化水質(zhì)的機(jī)理主要有以下三個(gè)方面：植物在生長過程中對水中N、P等營養(yǎng)元素的吸收利用。既能通過本質(zhì)化作用使其成為植物體的組成成分，也可通過揮發(fā)、代謝或礦化作用使其轉(zhuǎn)化成二氧化碳和水，或轉(zhuǎn)化為無毒性的中間產(chǎn)物。植物根系對懸浮物的吸附和過濾作用。植物根系能富集水中的營養(yǎng)物質(zhì),對以顆粒態(tài)存在的P有很好的凈化效果,同時(shí)植物根系釋出大量能降解有機(jī)物的物質(zhì),可加速對有機(jī)物的分解。浮床植物與微生物的協(xié)同效應(yīng)。植物發(fā)達(dá)的根系為硝化菌、反硝化菌等微生物的附著生長提供了巨大的表面,而且水生植物將氧氣輸送至根，使得根區(qū)中形成了氧化態(tài)的微環(huán)境，這種有氧區(qū)域和缺氧區(qū)域的共同存在為根

13、系的好氧、兼性厭氧和厭氧微生物提供了不同的適宜小生境。有利于各種微生物的大量繁殖、生長,因此可以大大提高對污染物的降解能力?？瞻壮貙ξ廴疚锏娜コ饕売陬w粒物的自然沉降以及水體中懸浮微生物的作用。其去除率明顯小于浮床池。我們通過收獲植物體的方法可以將污水中的N、P等營養(yǎng)物質(zhì)及吸附積累在植物體內(nèi)和根系表面的污染物搬離水體，使水體水質(zhì)得到改善。而且，收獲的植物體可以用來厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼、制成飼料或是作為綠肥，能夠創(chuàng)造很好的經(jīng)濟(jì)效益9。3.結(jié)論利用植物浮床凈化富營養(yǎng)化河水取得了很好的效果，CODMn 的凈去除率在9.4%18.6%之間，TN 在36.6%50.3%之間，TP 在35.8%50%之間。使水

14、質(zhì)恢復(fù)到類到類之間。生態(tài)浮床利用植物與微生物的協(xié)同作用很好地達(dá)到了消除富營養(yǎng)化的目的。而且此方法成本低廉，施工與維護(hù)也很簡單，因此，推廣生態(tài)浮床來凈化河水消除富營養(yǎng)化不失為是一種很好的方法。參考文獻(xiàn)1司友斌，包軍杰，曹德菊等香根草對富營養(yǎng)化水體凈化效果研究J應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2003，14(2)：2772792唐靜杰, 周青.生態(tài)浮床在富營養(yǎng)化水體修復(fù)中的應(yīng)用.環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展,2O09(2):24273夏章菊，高殿森，謝有奎富營養(yǎng)化水體修復(fù)技術(shù)的研究現(xiàn)狀J后勤工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，(3)：69724張雋.生態(tài)浮床技術(shù)治理污染水體的應(yīng)用.能源與環(huán)境,2008,(21):101-1035Lianp

15、eng Suna, Yang Liu, Hui Jin. Nitrogen removal from polluted river by enhanced floating bed grown canna.ecological engineering, 2 0 0 9 (3 5) 1351406沈昆根,姚俊杰. 新型人工浮床在城市中小河道治理中的應(yīng)用. 水資源保護(hù),2008(10):72737艾麗皎，王紅娟.優(yōu)良的宿根地被植物黃菖蒲. 南方農(nóng)業(yè)(園林花卉版),2007(8):288朱秀琴,姚永平.美麗的水景植物黃菖蒲.農(nóng)家致富,2008,(16):269秦蓉,徐亞同,何淑英,何志強(qiáng).富營養(yǎng)化水

16、體的生物修復(fù)與植株殘?bào)w的資源化利用.上?；?2008(9):1-4Remediation of Eutrophic Water by Ecological Floating BedZHOU Yang, LI Hua, XU Yatong, QIN RongDept. of Environmental Science, East China Normal University, Shanghai (200062)AbstractIn order to verify the capacity of ecological floating bed to remediate eutrophic wa

17、ter, two cementpools with volume of 8.28m 3 were built. 4m2 floating bed had been put into one pool, the other emptypool as a blank system. Then 2.7m3 eutrophic water was added into the two pools. The removal ratesof CODMn, TN, TP in a static condition and three different hydraulic retention times w

18、ere studied.The experimental results showed that the removal effect of floating bed on CODMn, TN, TP isobvious. 16.9% CODMn, 50.3% TN and 50% TP were removed by ecological floating bed in staticcondition. With the hydraulic retention time shortened, the removal rate decreased, but whenhydraulic retention time is 4.5d, the net removal rate of CODMn, TN, TP was still achieved 9.4%,3