生态浮床技术研究进展与展望

王凌骅

摘要：指出了由水体富营养化问题引出生态浮床概念，通过介绍生态浮床的基本定义、生态浮床分类、生态浮床的发展历程和文献专利分析，进而发现生态浮床存在的问题，提出了解决问题的方法。通过介绍生态浮床的优缺点、影响因素、组成、作用机理，进而进行了提高生态浮床系统去除效果的研究与展望。

关键词：生态浮床；发展历程；作用机理；去除效果

中图分类号：X703

文献标识码：A文章编号：16749944（2017）8006502

1引言

水体富营养化现在已经成为全球性的水环境污染问题，现如今中国水流域污染是由水体中的氮元素和磷元素的含量太高而造成的，而氮元素和磷元素却是植物生长发育所必要的营养元素[1，2]。生态浮床是用能够漂浮的材质为载体，把水生植物和陆生植物放到载体上种植，这样就相当于把植物移栽到水体之中，而这样水中的氮元素、磷元素和有机污染物被水中移栽的植物的根部所吸收，从而达到净化河流的作用[3]。通过这种生物净化河流的方法，可以去除水体中的氮元素和磷元素，达到净化水质的目的[4，5]。

2人工浮床的发展历程

生态浮床的发展历程主要经历了四个阶段，第一个阶段是20世纪初，生态浮床技术开始兴起并被用作鸟类栖息地和鱼类的产卵场所；第二个阶段是20世纪80年代，德国学者设计出了现代的生态浮床，并首次将其应用于净化污染水体；第三个阶段是1988年，在德国，美国德裔植物学家发表的论文中概括了生态浮岛的六大功能；第四个阶段是20世纪90年代，我国首次引进生态浮床技术治理城区污染河道。通过对文献与专利的分析，从两个方面可以看出一些规律：从生态浮床CNKI文献数量年度变化可以看出，从2001年开始有生态浮床的相关研究，但数量不多，从2007年开始研究数量迅速增长，并且越来越多；从生态浮床专利数量年度变化可以看出，专利数量体现了技术的应用情况，2006年之前也并没有相关应用，2006～2009年维持在较少的水平，从2010年开始生态浮床的应用逐渐成为热点。

3生态浮床的分类

人工浮床主要分为干式浮床和湿式浮床。所谓的干式浮床是指在浮床中生长的植物与治理的水面没有直接接触，对于水面污染的净化没有用处，主要是作为景观而栽培的。而湿式浮床是与水面直接接触，对水质的净化效果较好。

生态浮床类型多种多样，通常按其功能主要分为消浪形、水质净化性和提供栖息地型三类。浮床的外观形状有正方形、三角形、长方形、圆形等多种。其最大的优点就是直接利用水体水面面积，不另外占地。

4生态浮床存在的问题及解决方法

现如今生态浮床也存在着一些问题，经过这么长时间研究，国内和国外在生态浮床方面的科研取得了很大进步，技术能力方面提高了很多，然而这其实还是仅仅停留在实验室的试验和研究状态，还有很多问题需要解决，还有很多不足需要完善。首先，现在研究出的生态浮床还不能够进行标准化的推广。不同的水流域，其富营养化程度不相同，其他的物理条件和因素也都各不相同，需要对特定的物理情况和环境因素制定相匹配的浮床和浮床上的移栽植物[6]，其次，现在的生态浮岛需要人工进行操作，很难进行机械化的维护和处理。因为生态浮床漂浮在水面上，所以每天的维护和清理工作都需要在水上完成日常的管理，这就导致在小型的试验基地进行处理还行，当在大面积的水流域上，人工是很难进行及时操作的。再次，现有的生态浮岛制作施工周期长，从目前来看多数的生态浮岛都是采用现场制作及现场种植的模式，大面积制作施工周期较长。还有是现在的生态浮岛很难度过冬天。生态浮岛上的植物大多数不能过冬，尤其在冬季天气较冷的北方地区植物需要在第二年春天重新种植。最后，当前国内和国外对生态浮床的使用都还停留在小型化上面，对小范围的水流域还行，但是当对大范围的水流域使用时，很难对其进行生态修复。

面对生态浮床存在的这些问题，利用无土草坪的各种优点制作生态浮床已取得了很好的效果，解决了目前国内外生态浮床制作技术存在的诸多问题，无土草坪生态浮岛采用禾本科草建成，禾本科草是一类根系发达、适应性强的多年生植物，具有净化富营养化水体的潜在优势，它能抵抗极端大风、大雨及大浪并能达到在不同的水流、温度、富营养化水平等情况下使用。由于无土草坪生态景观浮岛特殊的结构及方便的管理可以用它能制成超大面积的浮岛。无土草坪在地面使用时既怕干旱又怕缺肥，但是无土草坪生态景观浮岛漂浮在富营养化水面上也就没有这些问题了。用禾本科无土草坪制成的生态景观浮岛能对较大的河湖修复富营养化提供一条有效的新途径。

5生态浮床的优越性

生态浮床技术较其他水体修复技术有明显的优越性，充分利用我国广阔的水域面积，将景观设计与水体修复相结合；可选作的浮床植物的种类较多，载体材料来源广，成本低，多用抗氧化材质，具有无污染、耐腐蚀、经久耐用的特点；浮床的浮体结构新颖，形状变化多样，易于制作和搬运，不受水位限制，不会造成河道淤积；生态浮床管理方便，只需要定期清理维护，极大程度上减少了人工资源，降低了维护成本和设备的运行费保养费。

6生态浮床组成、机理及影响因素

生态浮床是由浮床框体、浮床床体、浮床基质、浮床植物构成。浮床框体一般是用PVC管、不锈钢管、木材、毛竹等作为框架。浮床床体是植物栽种的支撑物，同时是整个浮床浮力的主要提供者。生态浮床作用机理分为以下7个方面，大型水生植物在生长过程中分泌出来的化感类物质对藻类物质、病毒类成分具有一定的抑制灭活作用；大型水生植物通过光合作用产生氧气，并通过植物组织传输到植物根系，并分泌到待修复水体中，防止水体缺氧而导致鱼类死亡、水生生物灭迹和水体黑臭；大型水生植物巨大而茂盛的枝叶可以遮挡太阳光，可使藻类无阳光而死亡；人工生态浮床因为根系丰富的氧气、相对充足的养分和穩定的环境，是水体生物栖息、产卵、繁殖的场所，在一定程度上强化了水体自净能力；大型水生植物的根系具有巨大的比表面积，起到生物膜载体的作用，对悬浮物质进行吸附，根系还富集水体中的重金属元素和有机污染物，植物生长成熟之后，将植物搬离水体，使水体中的污染物大幅度减少；水生植物根系发达，与水体接触面积大，可以截留水体中的大颗粒污染物质，在其表面进行吸附、沉降等；同时，通过大气复氧及植物光合作用输送氧气至植物根部，供植物呼吸作用及根际区微生物的生长繁殖，还可在根部形成厌氧-好氧区，有利于反硝化细菌-硝化细菌的生长，从而加速脱氮过程。

生态浮床的影响因素包括：植物种类、温度、处理时间、覆盖率、初始浓度。不同种类生态浮床植物因生理特性不同，导致其对水体污染物的净化效果差异较大，因此，选择合适的生态浮床植物是影响水体净化效果的关键因素之一，温度是浮床植物生长和繁殖的必要条件。植物在不同温度下生长速度有差异，在最适温度时植物生长旺盛，对污染水体的处理效果比较明显；而温度过高或过低，会抑制植物的生长，从而影响其对污染水体的处理效果。生态浮床上的植物对污染水体的净化效果与污水处理的时间有着紧密的联系[7]。如黄菖蒲、美人蕉、西伯利亚鸢尾浮床对污水中氮元素和磷元素的净化效果随时间的增长而增加[8]。生态浮床上的浮床植物对水体污染物的净化效率与浮床的覆盖度直接相关，覆盖度增加，净化效率相应提高。水体污染物的初始浓度也是影响浮床植物净化效果的重要因素之一，在致死阈值内，水体污染物的浓度越大，浮床植物对污染物的吸收能力越强[9～11]。

7展望

生态浮岛技术作为一种新兴的水体处理技术，虽然还存在着不足的地方，但相比于传统的污水处理方法，生态浮岛技术具有前所未有的优势，并且随着技术的不断完善，这些现存的缺点将会慢慢得到改善，当今，河流污染的程度很严重，对人体的健康状况造成了很大的影响。生态浮床现如今已经成为一种处理水体污染的新兴方法，能够对河流的水质状态进行净化，改善河流生态环境。使用生态浮床治理污染水体，能够通过植物根部吸收，有效的去除水体中的有机污染物，吸收水体中的氮元素和磷元素，解决水体的富营养化问题。生态浮床在水体中可以提供良好的生长环境给水生生物，因为本身所占的面积很小，所以需要花费的成本很低，能源消耗量很少，由于其净化机理不复杂，工艺的流程简单，很容易被推广，因此生态浮床在未来会有很光明的前景[12]。

参考文献：

[1]陆洪省，曹晓强，昭日格图.水体富营养化控制的研究进展[J].科技创新导报，2012（11）：11.

[2]李安峰，潘涛，杨冲.水体富营养化治理与控制技术综述[J].安徽农业科学，2012，40（16）：9041～9044.

[3]马克星.生物浮床技术研究进展评述[J]. 农业环境与发展，2011.

[4]金相灿，刘树坤，章宗涉等.中国湖泊富营养化[M]. 北京：中国环境科学出版社，1995：20～30.

[5]程树培，丁树荣，胡忠明.利用人工基质无土栽培水蕹菜净化缫丝废水研究[J]. 环境科学，1991，12（4）：47～51.

[6]许世龙.流域水环境治理新技术与新材料研究进展[J]. 贵州科学，2014.

[7]张亚娟，王军霞，刘存歧.美人蕉浮床对富营养水体氮、磷去除效果的研究进展[J].安徽农业科学，2011，39（10）：6053～6054.

[8]刘小容.生态浮床在污水水质改善中的技术研究与示范[D]. 雅安：四川农业大学，2014.

[9]朱秀红，夏丹，杨阳，等. 4 种水生植物对污染水体净化效果的研究[J].河南农业大学学报，2013，47（1）：87～91.

[10]李文芬，刘沛芬，颜亨梅.5 种浮床植物在水环境恢复治理中的净化差异[J].北京师范大学学报（自然科學版），2012，48（2）：173～176.

[11]娄敏，廖柏寒，刘红玉，等.3 种水生漂浮植物处理富营养化水体的研究[J].中国生态农业学报，2005，13（3）：194～195.

[12]戴青松.生态浮床的应用现状及前景[J]. 水处理技术，2014.