劉晶晶，彭娟瑩，吳 奇

（1.長(zhǎng)沙環(huán)境保護(hù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙410004；2.中南大學(xué)化工學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙410083）

1 生態(tài)浮島的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及原理

1.1 生態(tài)浮島的結(jié)構(gòu)

生態(tài)浮島技術(shù)是一類將水生態(tài)修復(fù)與水環(huán)境治理相兼顧的技術(shù)，將一些喜水植物種植于載體上（設(shè)在受污染的水體水面上），利用植物根部的吸收和吸附作用，達(dá)到去除污水中含氮、磷污染物的效果[7]。生態(tài)浮島的載體主要包括塑料、泡沫和纖維等。目前生態(tài)浮島選用的植物主要有香根草、牛筋草、美人蕉、蘆葦、水芹菜、荷花、多花黑麥草、燈心草、水竹草、空心菜、旱傘草、水龍、香蒲、菖蒲、海芋、鳳眼蓮、茭白等[8]。

生態(tài)浮島根據(jù)水和植物是否接觸可以分為濕式與干式[9]兩種類型，具體分類見表1。干式浮島由于不與水接觸，凈化功能較差，而無(wú)框架濕式浮島的使用壽命較短，因此，有框架濕式浮島是目前生態(tài)浮島技術(shù)中使用最多的浮島。

1.2 生態(tài)浮島的特點(diǎn)

生態(tài)浮島主要有以下特點(diǎn)：（1）吸收水中富含氮磷的有機(jī)物，降低水中的COD（化學(xué)需氧量）值，有效提高水質(zhì)質(zhì)量；（2）植物與水體直接接觸，減少水面光照面積，抑制水中藻類生長(zhǎng)，提高對(duì)水質(zhì)的凈化能力；（3）美化水體景觀、凈化周圍空氣、增加城市綠化，為水生動(dòng)物和鳥類的生息繁衍提供場(chǎng)所。（4）工藝簡(jiǎn)單，操作方便，耗費(fèi)少，經(jīng)濟(jì)效益高。

表1 浮島的種類

1.3 生態(tài)浮島的工作原理

生態(tài)浮島主要是通過植物的根系來(lái)達(dá)到凈化水體的效果，浮島植物的根系一方面可以吸收和吸附水中的含氮、磷物質(zhì)[10-11]；另一方面根系可以分泌大量的酶來(lái)促進(jìn)水中有機(jī)物的分解[11]；再者，根系與微生物可形成相互協(xié)同效應(yīng)，共同降解水中的營(yíng)養(yǎng)鹽類[11]。

除了根系的作用外，浮島植物在水面要占據(jù)一定的面積，從而可以減弱藻類的光合作用，某些浮島植物還具有克制藻類生長(zhǎng)的作用[12-13]，從而延緩水質(zhì)的惡化。

2 生態(tài)浮島技術(shù)的研究現(xiàn)狀

生態(tài)浮島技術(shù)是運(yùn)用無(wú)土栽培技術(shù)結(jié)合現(xiàn)代農(nóng)藝及生物工程技術(shù)綜合集成的水面無(wú)土種植植物技術(shù)。從20世紀(jì)80年代末以來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)于生態(tài)浮島技術(shù)做了大量研究并取得了一些成果。

2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀

第一個(gè)生態(tài)浮島始建于1979年德國(guó)，主要用于水處理[14]。此后，日本及西方歐美國(guó)家利用植物生態(tài)浮島技術(shù)在改善水質(zhì)方面取得了很好的效果。

美國(guó)中佛羅里達(dá)大學(xué)的Ni-Bin Chang[15]等認(rèn)為，當(dāng)生態(tài)浮島系統(tǒng)種植燈芯草和梭魚草的覆蓋率為10%時(shí)，其對(duì)水質(zhì)的凈化能力最好，氮磷的去除率分別為30%和60%；美國(guó)弗吉尼亞理工學(xué)院與州立大學(xué)的Chih-Yu Wang[16]等利用梭魚草和水蔥作為浮島水生種植發(fā)現(xiàn)梭魚草和水蔥對(duì)氮磷的去除率分別為49.1%、68.6%和49.8%、67.5%；意大利的G.De Stefani[17]等用香根草、寬葉香蒲、黑三棱以及聚風(fēng)鈴草作為浮島水生種植植物，結(jié)果發(fā)現(xiàn)香根草的去污效果最好，它對(duì)氮磷的去除率分別為29%和65%；美國(guó)的Ryan J.Winston[18]等選擇達(dá)勒姆城鎮(zhèn)中某公路旁和某博物館旁的兩個(gè)池塘進(jìn)行生態(tài)浮島凈化污水能力研究，選用莎草、燈芯草、石菖蒲、梭魚草等植物作為浮島種植植物，結(jié)果發(fā)現(xiàn)覆蓋率為18%的生態(tài)浮島比覆蓋率為9%的生態(tài)浮島對(duì)污水凈化能力要強(qiáng)，兩個(gè)浮島對(duì)氮磷的去除率分別為88%、88%和48%、39%；新加坡的Lloyd H.C.Chua[19]等在新加坡克蘭芝水庫(kù)種植香根草、蒲草和毛蓼生態(tài)浮島，實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)香根草、蒲草和毛蓼對(duì)氮的去除率為40.8%、67.5%、78.0%，去除效果為1.62、1.74、2.82g/(m2·d)，對(duì)磷的去除率為19.1%、39.2%、46.0%，去除效果為0.16、1.57、0.4g/(m2·d)。

2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國(guó)早期的生態(tài)浮島技術(shù)始于20世紀(jì)80年代。到目前為止，生態(tài)浮島技術(shù)在國(guó)內(nèi)也得到了廣泛發(fā)展。

羅固源[20]等采用氯化鈉為示蹤劑，以輕型泡沫浮板為植物載體，研究美人蕉和菖蒲生態(tài)浮島的去除效果，發(fā)現(xiàn)這兩種生態(tài)浮島對(duì)水池中磷、氮和有機(jī)物的平均去除率分別為28.7%、29.5%和27.9%、31.8%，其平均去除負(fù)荷分別為1.141、0.684 g/（m2·d）和1.244、0.689/（m2·d），凈化效果良好；吳建強(qiáng)[21]等認(rèn)為再力花和美人蕉對(duì)氮、磷的吸收能力最強(qiáng)，分別達(dá)到了608.2、41.29g/m2和457.11、54.82g/m2；高陽(yáng)俊[22]等人選取美人蕉、黃菖蒲、再力花、水芹、千屈菜、水蔥和聚草這些水生植物來(lái)做淀山湖千墩浦河口生態(tài)浮島研究，分別研究這些植物對(duì)氮、磷和有機(jī)物的去除情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些植物對(duì)磷、氮和有機(jī)物的去除率為18.8%、23.2%、25.3%，去除負(fù)荷分別為0.90、14.9、58.3g/(m2·d)；王金麗[23]等人用慈姑、千屈菜、旱傘草、鳶尾和美人蕉5種植物作為實(shí)驗(yàn)材料來(lái)研究生態(tài)浮島對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水的凈化效果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些植物對(duì)磷、氮的去除率為86.9%、83.5%，具有很好的凈化效果；張華[24]發(fā)現(xiàn)當(dāng)鳳眼蓮和矮科美人蕉種植數(shù)量比約為8∶1，生態(tài)浮島對(duì)磷、氮的去除率分別能達(dá)到55.0%～64.4%和48.1%～52.1%。

3 生態(tài)浮島技術(shù)存在的不足

生態(tài)浮島技術(shù)為河道與湖泊景觀設(shè)計(jì)提供了新途徑，為城市河道增添新風(fēng)景，進(jìn)一步促進(jìn)城市生態(tài)系統(tǒng)更加完善和多樣化。但目前生態(tài)浮島技術(shù)仍處于發(fā)展階段，在技術(shù)上還存在一些不足。

（1）生態(tài)浮島技術(shù)的可靠性還不是很高，大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都是基于實(shí)驗(yàn)室生態(tài)浮床模型、特定的水質(zhì)及溫度條件下得出的，結(jié)果差異較大，研究成果尚不能實(shí)現(xiàn)大面積投產(chǎn)。張雁秋等人[25]利用塑料浮床（浮床1）、稻草浮床（浮床2）與植物浮床（浮床3）三種不同的浮床模型來(lái)研究美人蕉和菖蒲生態(tài)浮島，結(jié)果發(fā)現(xiàn)同種植物不同的浮床模型得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果差異較大，美人蕉和菖蒲的三種浮床模型對(duì)氮的去除率為浮床2>浮床1>浮床3，對(duì)COD值的降低效果為浮床3>浮床2>浮床1。羅固源等[26]研究溫度對(duì)美人蕉生態(tài)浮島凈化水質(zhì)效果的影響，發(fā)現(xiàn)同樣的生態(tài)浮島在溫度為25℃時(shí)對(duì)氮磷的去除率分別為38.7%、38.6%，29℃時(shí)的去除率分別為44.1%、43.6%，表明同種生態(tài)浮島在不同的氣溫條件下得出的凈化效果不同。

（2）目前用于生態(tài)浮島技術(shù)的浮島材料及浮島植物種類繁多，但多數(shù)浮島材料的抗風(fēng)浪性及耐腐蝕性并不理想。唐林森等[27]認(rèn)為目前生態(tài)浮島常用的浮島材料如泡沫、塑料等浮材的抗風(fēng)浪能力比較差。鄭潔敏等人[28]研究了39種生態(tài)浮島植物，發(fā)現(xiàn)最常用的美人蕉和千屈菜等植物的耐腐蝕性差，長(zhǎng)期淹沒在水中地下莖會(huì)出現(xiàn)腐爛，第二年植物停止生長(zhǎng)。

（3）目前常用的生態(tài)浮島植物受季節(jié)的影響較大，導(dǎo)致該技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)凈化污水。黃央央等人[29]研究了菖蒲生態(tài)浮島，發(fā)現(xiàn)冬季菖蒲會(huì)死亡，根莖會(huì)腐爛；張曉紅等人[30]利用再力花、美人蕉、香蒲等植物來(lái)做生態(tài)浮島，發(fā)現(xiàn)在春夏秋三個(gè)季節(jié)時(shí)系統(tǒng)對(duì)水質(zhì)具有良好的凈化效果，但在冬季水中的氮、磷及COD含量基本不變，表明這些植物已停止了生長(zhǎng)；

（4）目前由于生態(tài)浮島技術(shù)還不成熟，生態(tài)浮島技術(shù)還只停留在處理水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化問題上，對(duì)于浮島植物的合理化應(yīng)用及生態(tài)浮島的后期維護(hù)還缺少相應(yīng)的技術(shù)，浮島植物沒有得到有效利用[14，31]。2008年在上海白蓮涇河道構(gòu)建的生態(tài)浮島[29]由于沒有對(duì)浮島進(jìn)行后期維護(hù)及浮島植物沒有及時(shí)處理，造成植物死亡腐爛，沒有得到很好的經(jīng)濟(jì)效果。

4 展望

生態(tài)浮島技術(shù)作為一種新興的水處理技術(shù)，雖然還存在著不少的缺點(diǎn)，但相比于傳統(tǒng)的水處理方法，生態(tài)浮島技術(shù)具有前所未有的優(yōu)勢(shì)，并且隨著技術(shù)的不斷完善，這些現(xiàn)存的缺點(diǎn)將會(huì)慢慢得到改善，生態(tài)浮島技術(shù)在今后的水處理中將會(huì)得到更廣闊的應(yīng)用。今后的研究可以從以下幾個(gè)方面來(lái)開展：

（1）尋找耐寒及耐旱性都比較強(qiáng)、生命力強(qiáng)的水生植物做生態(tài)浮島植物；

（2）建立完整可行性高的生態(tài)浮島配套技術(shù)，研究出適應(yīng)性廣泛的生態(tài)浮島模型，對(duì)浮島載體的制作工藝及生態(tài)浮島植物的選擇形成相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；

（3）形成一條生態(tài)浮島產(chǎn)業(yè)鏈，在治理水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化問題的同時(shí)能達(dá)到很好的經(jīng)濟(jì)效益。

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