污染水体的生态浮床修复研究综述

利用生态浮床净化污染水体是一个水环境原位生态修复的过程,也是一个包括物理的、化学的和生物的复杂过程,其原理主要是利用水生植物及其根际微生物吸收水体N,P元素、降解有机物和蓄积重金属。生态浮床技术已被应用于国内外水污染治理工程,并取得了一定的成果,但是其对污染水体的净化效果易受植物种类、温度、季节、处理时间、覆盖率和污染物初始浓度等因素的影响。今后,应从植物筛选、植物组合、浮床结构改进、水生植物资源化利用等方面加强研究,探索生态浮床的构建和管理技术,实现景观效益和生态功能的双赢。     

生态浮床技术治理富营养化水体研究进展

生态浮床技术因具有净化污染、恢复生态、改善景观等优点而被广泛应用于富营养化水体的综合治理。其修复机理是一个复杂的过程,由水生植物、水生动物和微生物,以及填料共同发挥着重要作用。本文主要概述了生态浮床技术对富营养化水体的修复机理及存在问题;重点概述了生态浮床技术修复效果强化技术的研究现状,如通过改善理化条件、筛选高效植物、生物-植物协同作用、细菌固定化强化技术、生态浮床构造优化等来提高生态浮床脱氮除磷效率;并展望了生态浮床技术未来的研究方向与应用前景。     

浮床覆盖率对再生水补给景观水体的影响研究

针对生态浮床应用时覆盖率选择缺乏依据及其对沉积物影响缺乏研究的现状,文章探究了浮床覆盖率对再生水补给景观水体水质及沉积物产量和基本性质的影响。为期半年的中试试验结果表明,浮床应用可避免再生水补给景观水体pH和浊度的大幅上升、显著降低水体营养物浓度、稳定控制藻密度和Chl-a浓度在较低水平,从而大幅降低了系统中藻源性沉积物产量、沉积物氮磷积累量及有机化程度,最终降低了再生水补给景观水体的内源污染风险。此外,水质和沉积物的以上效果随着生态浮床覆盖率的增大而增加,但覆盖率为30%和45%时浮床对水质的净化效果差异并不显著(P<0.05),因此,综合考虑覆盖率对水质和沉积物的影响以及经济因素,认为30%可作为生态浮床保障再生水补给景观水体水质的最佳覆盖率,此时其对水体浊度、TN、NO₃^--N、TP和PO₄^3--P的去除率分别为66.03%、70.56%、95.04%、59.95%和74.82%,藻密度和Chl-a平均去除率为48.86%和41.13%。该研究可为应用生态浮床净化再生水补给的景观水体的工...     

碳纤维湿地式浮床对微污染水体的净化研究

首先研究了千屈菜(Lythrum salicaria Linn)、小香蒲(Typha minima Funk)以及黄菖蒲(Iris pseudacorus)3种较适合北方种植的耐寒植物在微污染水中的生长状况及对污水的净化效果,其次研究了碳纤维湿地式生态浮床系统对微污染水体中各指标的净化效果。结果表明,综合分析生长状况及对污水的净化效果,最适合用于浮床的植物依次是千屈菜、小香蒲、黄菖蒲。在水力停留时间1 d及气水比为2∶1的条件下,种植了千屈菜的碳纤维湿地式生态浮床对污水中的浊度、COD、NH4+-N以及TP都有很好的去除效果,平均去除率分别为96.47%、83.76%、90.48%及81.58%以上。但浮床系统对微污染水体中的TN去除效果不佳,平均去除率仅为15.80%。     

微生物强化组合浮床净化微盐碱水体的效果

为了研究盐生植物碱蓬(Suaeda salsa)和微生物构建的组合型浮床对微盐碱水体的净化效果,构建空白对照浮床A、碱蓬植物浮床B、微生物浮床C和碱蓬+微生物组合型浮床D,在室内连续流条件下对富营养化微盐碱水体(pH值为8.5~9.0,盐度为5‰~7‰)进行动态净化实验.结果表明,碱蓬植物浮床对总氮、总磷、高锰酸盐指数的去除率分别为32.5%、14.3%和28.2%,增加微生物人工介质后,碱蓬+微生物组合浮床对水体中的总氮、总磷、高锰酸盐指数的净化效率达到70.5%、34.7%、70.8%,其中微生物单元对总氮、总磷、高锰酸盐指数的去除率分别为37.7%、21.6%、44.5%.碱蓬+微生物组合型浮床净化硝态氮、总氮的增效作用去除率分别为12.2%、0.3%,而在去除氨氮、总磷、高锰酸盐指数的过程中没有产生增效作用;表明在微盐碱环境中,组合型浮床中植物和微生物的协同增效作用受到抑制.采用高通量测序技术对浮床C、D中微生物群落进行对比分析表明,组合型浮床中微生物群落具有更高的丰富度和多样性,这与浮床D具有较高的污染物去除率的结果相一致.主成分分析结果表明,微生物的降解作用是水体中污染物浓度降低的主要因素.本研究为组合型浮床应用于净化滨海区富营养化微盐碱水体提供了参考依据.     

组合型生态浮床的动态水质净化特性

研究开发了一种由水生植物、水生动物及微生物膜构建的组合型浮床生态系统.通过中试研究,考察了该浮床对富营养化湖泊水体在动态条件下的净化效果.结果表明,水体交换时间为7d时TN、TP、高锰酸盐指数的去除率分别为53 .8%、86 .0%和35 .4%.污染物的直接净化主体为人工介质和水生植物单元,但在生态浮床中引入河蚬增加水生动物单元,通过食物链的“加环"作用,提高了颗粒性有机物的可溶化和无机化（氨化）以及可生化性,改善了植物吸收以及人工介质单元生物膜中微生物的基质条件,促进微生物的生长和活性,提高了浮床的净化效果.     

空心菜浮床+仿生植物系统对污染物去除效果

通过空心菜浮床,空心菜+仿生植物复合系统以及仿生植物3组不同的水处理系统对城市重污染河道水体主要污染物的去除效果研究,试图阐明浮床+仿生植物复合系统在水质净化中的强化作用。结果表明,空心菜浮床+仿生植物复合系统对污染水体中的TN,NH4+-N,TP,高锰酸盐指数均具有较好的去除效果,相对于单独的空心菜浮床系统,复合系统对TN,NH4+-N,TP以及高锰酸盐指数的去除率提高了28.50%、20.03%、33.43%、18.02%;相对于单独的仿生植物系统,复合系统对TN,NH4+-N,TP以及高锰酸盐指数的去除率提高了14.98%、20.29%、53.38%、26.96%,且其对污染物的去除率远高于对照(p<0.05),表明空心菜生态浮床+仿生植物复合系统可实现对污染水体的强化净化,同时可有效抵抗空心菜植物腐烂对系统带来的冲击,确保复合系统的长期稳定运行。     

芦苇与香蒲对水中总磷总氮净化能力研究

通过开展芦苇与香蒲两种大型水生植物对水体的净化效果的动态研究,可以发现这两种植物均可以有效地去除水体中的TN与TP,去除率均在70％以上,其中芦苇的总体效果最好,对TN和TP的去除率分别为86.53％和78.17％;香蒲的去除率分别为72.05％和89.98％.经过试验期的净化作用,使原本处于劣V类水的水体质量提高到Ⅲ类水以上.证明这两种植物可以作为小型景观水体的净水植物.     

浮床植物系统对池塘水体微生物的动态影响

在池塘水体中构建以空心菜为试验植物的浮床植物系统,研究了其对池塘水体中微生物的数量、分布以及氮循环的影响.结果表明,浮床植物系统可明显改变池塘不同水层中的细菌(如氮循环细菌)和真菌的数量,实现不同生理类群的微生物在水体同一水层的共存,促进了水体的氮循环,加强了水体的自净功能.该系统的净化效果与其面积有关,占池塘面积20%的浮床植物系统在试验80d 时,对TN、NH₄⁺-N、NO₂^—N、NO₃^--N 的去除率分别为39.4%,51.2%,49.7%和65.0%.     

水葫芦的教训

北京市水利科学研究所日前在通州永乐店科研实验基地建起本市第一个水生植物培育基地.该基地依靠水生植物吸附有害物质,使水质得到净化.目前,这些植物已在转河、昆玉河、亮马河等河道水域安家落户,今年将计划布设生物浮床16.7公顷,将为净化水体、改善水质、美化水环境发挥重要作用(据<京华时报>6月22日).     

水生植物重建工程对小柘皋河富营养化水质的净化效果

利用筛选出来的芦苇(Phragmites australis Trin)、茭草〔Zizania latifolia (Griseb.) Stapf〕、香蒲(Typha orientalis Presl.)、菱角(Trapa natans Linn.)、莲(Nelumbo nucifera Gaertn)和菹草(Potamogeton crispus Linn.)6个工具物种,在小柘皋河道内进行水生植物群落重建恢复试验工程,并对该河道工程区内的水质进行1 a检测. 结果表明:恢复后小柘皋河植被面积占整个河道的65%～75%,河道水生植物年生产量约1.42×106 kg(以湿质量计),相当于1.98×1012 J(能量);河道内的水生植物都具有一定的抗水力冲击负荷能力,能适应河道污水水质和水量均不稳定的动态变化特征,并对污水中COD_Cr,TN,NO₃--N,TP和NH₄+-N等均有去除作用,去除率平均值分别为23.61%,25.00%,26.37%,32.93%和33.55%.      

经济植物湿地处理洱海流域低污染河水的性能

为研究水生经济植物湿地对洱海流域低污染河水的处理效果,在洱海北部罗时江入湖河口建设了面积为2 hm2水生经济植物湿地,其中水生经济植物包括4种水生蔬菜——空心菜(Ipomoea aquatica Forsk)、薄荷(Mentha haplocalyx Briq.)、水芹菜〔Oenanthe javanica (Blume) DC〕、茭白〔Zizania latifolia (Griseb.) Stapf)〕,3种药用植物——香茶菜〔Rabdosia amethystoides (Benth.)〕、灯心草(Juncus albesens)、水菖蒲(Acorus calamus L.)和1种观赏植物——美人蕉(Canna indica L.). 结果表明:湿地对TN、TP、NH₃-N、NO₃--N均具良好去除效果,近3个月运行期间,平均去除率分别为66.4%、60.3%、60.4%和73.2%;但该湿地对COD_Mn的平均去除率仅为5.0%. 不同湿地水生经济植物表现出了不同的水质净化能力,其中TN平均去除效率表现为水芹菜>香茶菜>美人蕉>茭白>空心菜>薄荷,TP平均去除效率表现为水芹菜>薄荷>美人蕉>香茶菜>空心菜>茭白. 研究表明,水生经济植物湿地对低污染河水具有良好的净化效果,在洱海流域具有推广意义.      

东太湖茭草植被改造实验研究

东太湖的茭草和浮叶植物有显著的加速湖泊淤积和二次污染效应。1993年开展了面积5ha的植被改造实验,当年剔除原有植物,培育成为沉水植被,平均生物量达3kg/m2。由茭草残体形成的腐殖层对沉水植物生长发育有不利影响,在实验区大部分面积上表层沉积物中TOC含量低于30％,沉水植物能正常生长;TOC含量超过30％时沉水植物生长较为缓慢。对东太湖46.6km2湖面上由茭草和浮叶植物组成的植被进行全面改造,可获得显著的环境生态效益,起到延缓湖泊衰亡和改善水质的作用。     

洱海湖滨带挺水植物残体腐解特征及其环境效应初探

采用试验模拟的方法,研究洱海4种主要挺水植物茭草(Zizania caduciflora)、香蒲(Typha latifolia)、水葱(Scirpus validus)和芦苇(Phragnites australis)在水体中的腐解特征. 结果表明:在21 d的腐解试验中,水葱腐解速率最快,茭草和香蒲其次,芦苇最慢; 挺水植物单位干物质TN释放量表现为水葱>茭草≈香蒲>芦苇,TP释放量表现为水葱>茭草>香蒲>芦苇; 4种植物TP释放率均高于TN,腐解出的TP进入水体的比例也明显高于TN. 水体中ρ(TN),ρ(TP)及ρ(COD_Cr)均在腐解初期(1～3 d)快速上升,pH和ρ(DO)快速下降; 随后,ρ(TN),ρ(TP)及ρ(COD_Cr)均缓慢下降,pH和ρ(DO)则缓慢回升. 结合洱海湖滨带挺水植物空间分布的调查结果,估算全湖湖滨带4种挺水植物中TN和TP的总质量分别为17.622和2.870 t,其中茭草和香蒲中的TN和TP分别占91%和95%,对茭草和香蒲进行适时、适宜的收割对改善湖滨带的水质具有重要的意义.      

六种挺水植物对富营养化河水氮磷净化效果研究

选用芦苇、黄花鸢尾、菖蒲、香蒲、水葱和千屈菜等六种挺水植物在室内静水条件下,研究了其对北运河下游富营养化河水中氮、磷的净化效果.结果表明,六种植物生长良好并表现出较好的氮磷去除效果.试验结束后,六种植物生物量均增长了40%以上,植物组对氮、磷的去除率相对于空白组存在显著差异(p<0.05),对氨氮的去除率为93.75%~98.49%(p>0.05),对总氮的去除率为75.91%~89.42%(p<0.05),对总磷的去除率为53.12%~96.94%(p<0.05),其中黄花鸢尾和千屈菜对总氮的去除效果较好,黄花鸢尾和香蒲的对总磷去除效果较好.     

生态浮床对千岛湖水体氮磷净化效果研究

为探索生态浮床对较清洁型湖水的氮磷去除效果,以华东地区最大深水水库千岛湖为例,选取浮叶植物黄花水龙(Jussiaea stipulacea Ohwi.)、沉水植物绿色狐尾藻(Myriophyllum aquaticum)、挺水植物菖蒲(Acorus calamus)为材料,采用氮磷浓度相对较高的库尾湖湾湖水进行生态浮床静态模拟试验,测定浮床植物生长及水体氮磷浓度变化,并利用膜接口质谱仪测定水体溶解性氮气(N₂)含量,研究浮床植物体内吸收、反硝化脱氮等综合脱氮除磷能力. 结果表明:①浮床植物的氮磷净化能力存在明显的季节性差异,春季浮床植物长势、氮磷去除效果、反硝化脱氮能力均高于秋季;②不同水生植物间的氮磷去除能力差异显著,试验水体中黄花水龙和绿色狐尾藻的总氮(TN)、总磷(TP)去除效率分别为2.22、0.07和2.89、0.08 mg/(kg·d),绿色狐尾藻体内吸收氮、磷最多,植物干质量的氮、磷含量分别为12.44~15.57和0.96~1.95 g/kg;③植物的生长大大增强了水体的反硝化脱氮能力,黄花水龙、绿色狐尾藻、菖蒲与空白对照组溶解性N₂差值（净脱氮差）分别为0.16~22.35、?4.14~24.63、?0.26~15.74 μmol/L,水生植物生物量是影响浮床系统反硝化作用的最关键因素. 研究显示,生态浮床是较清洁型湖水氮磷削减的一种可行技术,浮床植物组合方案设计应充分考虑不同植物的季节生长特性和反硝化脱氮能力.      

7种人工湿地植物根系扩展能力比较研究

以芦苇、美人蕉，香根草、灯心草、旱伞草、香蒲、芦竹7种植物为对象。通过盆载试验，研究它们在水分诱导方式下根系扩展情况。比较它们的根系极限长度，达到极限长度所用的时间、根系形态和密度、病虫害发生情况。结果表明，水分诱导方式是一种效果显著的促进根系快速增长的技术：文章所选用的7种植物中。旱伞草和香根草的分蘖及根系伸展能力最强，并且没有病虫害发生：其次是芦苇、芦竹，芦竹较少发生病虫害，但芦苇病虫害发生频繁：香蒲、美人蕉和灯心草根系生长较为缓慢．伸展较浅。较少发生病虫害。     

Nutrient concentration variations during Oenanthe javanica growth and decay in the ecological floating bed system

The ecological floating bed system is a natural alternative to technical methods of wastewater treatment and involves complex processes induced by plants or microorganisms in the wastewater. This study aimed to identify nutrient concentration variations during Oenanthe javanica (Blume) DC growth and decay in the ecological floating bed system. Results showed that the third-order polynomial equation was suitable to describe pollutant concentration changes, showing that the effect of O. javanica ecological floating bed system on polluted water could be divided into the purification phase and decay phase. During the purification phase, nutrient concentrations rapidly decreased because O. javanica influenced water microbial communities and water physical parameters (i.e., dissolved oxygen, pH, and temperature), and had a direct uptake of nutrients. However, during the decay phase, nitrogen and phosphorus concentrations in the plant tissues decreased, and these lost nutrients ultimately transferred to water and led to water quality deterioration. Results also showed that the uptake and storage of O. javanica in nutrients were temporary and the plant served only as media of the nutrients removed from the water. Under these circumstances, harvesting was an appropriate intervention to improve the treatment efficiency of O. javanica ecological floating bed system.     

温度对生态浮床系统的影响

通过构建生态浮床净化临江河重污染河水,全面考察了温度对浮床系统的影响.结果表明,温度对生态浮床系统有明显的影响作用,对生态浮床系统氮、磷净化效果的影响呈抛物线型.在水温为2~29℃时,生态浮床对TN和TP的去除率随温度的增加而明显增加;当水温超过29℃时,系统对TN和TP的去除率随温度的增加呈下降趋势;且温度对TN去除效果的影响要大于对TP的影响.研究表明,浮床系统的最佳运行水温为25~29℃,此时浮床植物的平均株高为209.9cm,对氮、磷的平均累积量分别为69.84,19.73g/m2;浮床对TN和TP的去除率分别为38.7%~44.1%和38.6%~43.6%.