近年來，由于富營(yíng)養(yǎng)化問題帶來的河湖污染成為當(dāng)前的重大環(huán)境問題之一，主要表現(xiàn)在河流及湖泊中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)氮、磷等濃度超過其自凈能力，進(jìn)而引起藻類過量生長(zhǎng)、繁殖，甚至發(fā)生水華。富營(yíng)養(yǎng)化會(huì)造成水體透明度和溶解氧變化，造成河湖泊水質(zhì)惡化，進(jìn)而導(dǎo)致河湖生態(tài)系統(tǒng)和水功能受到阻礙和破壞。傳統(tǒng)的物理、化學(xué)、生化方法處理河湖污染水體時(shí)存在投資巨大，操作困難，處理效率低，易產(chǎn)生二次污染等問題，而利用植物治理水體外源污染一直是國(guó)內(nèi)外的研究的熱點(diǎn)，生態(tài)浮島技術(shù)即為此類研究的熱點(diǎn)之一。在治理河湖污染中利用生態(tài)浮島技術(shù)達(dá)到生態(tài)修復(fù)的效果。
生態(tài)浮島技術(shù)及其原理
生態(tài)浮島技術(shù)是按照自然界的自身規(guī)律，將挺水植物利用載體栽培在自然水域的水面，不需要泥土的營(yíng)養(yǎng)，利用植物根系在水中吸收、吸附富營(yíng)養(yǎng)鹽物質(zhì)以及通過微生物對(duì)富營(yíng)養(yǎng)鹽物質(zhì)的降解等作用，去除水體中的TN、TP等污染物質(zhì)，達(dá)到水質(zhì)凈化、營(yíng)造景觀效果甚至收獲產(chǎn)量的目的。
生態(tài)浮島技術(shù)原理
生態(tài)浮島種類及結(jié)構(gòu)組成
按浮島植物與水體直接接觸與否，浮島總體上可分為干式和濕式兩種，植物和水接觸的為濕式，不接觸的為干式。
干式浮島由于植物直接與土壤接觸，凈水功能較差，濕式浮島中的無框架式浮島使用壽命較短，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。
生態(tài)浮島的結(jié)構(gòu)主要由浮島植物、浮島載體和水下固定設(shè)施組成。浮島載體主要包括塑料、泡沫、竹子和纖維等。目前生態(tài)浮島選用的植物主要有香蒲、千屈菜、蘆葦、美人蕉、水芹菜、香根草、牛筋草、荷花、多花黑麥草、燈心草、水竹草、空心菜、旱傘草、水龍、菖蒲、海芋、鳳眼蓮、茭白等。水下固定既要保證浮島不被風(fēng)浪帶走，還要保證在水位劇烈變動(dòng)的情況下，能夠緩沖浮島和浮島之間的相互碰撞，常用的固定設(shè)施有重量式、船錨式、樁基式等。另外一般還會(huì)在浮島本體和水下固定端之間設(shè)置一個(gè)小型的浮子。
生態(tài)浮島的固定方式
植物的選擇
植物選擇是生態(tài)浮島非常重要的部分，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)從多方面進(jìn)行權(quán)衡。
1.地域性的影響
由于植物具有較強(qiáng)的地域性，因此在植物的選擇上尤其應(yīng)注重選用鄉(xiāng)土水生植物，或是水陸兩棲植物。在北方地區(qū)，可以選擇蘆葦、千屈菜等;在南方地區(qū)，可以種植菖蒲、水芹菜、旱傘草等。同時(shí)，盡量使用多年生草本植物，以降低后期維護(hù)成本。對(duì)外來植物品種應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂疲J植物在凈化水質(zhì)及其植物景觀方面效果都較為明顯。但是，由于其極易蔓延，且不易控制，因此應(yīng)對(duì)此種植物進(jìn)行合理控制，并及時(shí)處理。
2.植物修復(fù)效果的影響
生態(tài)浮島常用植物
氮磷去除能力較強(qiáng)的13種挺水植物：美人蕉、澤苔、香蒲、旱傘草、姜花、紅蓮子草、細(xì)葉莎草、歐慈姑、野芋、紫芋、千屈菜、澤瀉、菖蒲。銨氮去除能力較強(qiáng)的是槐葉萍，浮萍。
高濃度N03-污染的水體中，歐慈姑、香蒲、紅蓮子草、旱傘草適宜作為生態(tài)浮島的植物;低濃度N03-養(yǎng)分條件的水體中，千屈菜、澤瀉適宜作為生態(tài)浮島的植物;野芋、細(xì)葉莎草、葛蒲、紫芋則能應(yīng)用于較廣范圍的N03-濃度條件水體中的生態(tài)浮島中。
高濃度H2P04-的水體中，紅蓮子草、歐慈菇、細(xì)葉莎草、紫芋適宜作為生態(tài)浮島的植物;低濃度H2P04-的水體中，適宜用澤苔、野芋、美人蕉、葛蒲作為生態(tài)浮島的植物;千屈菜、香蒲可以應(yīng)用于較廣范圍的H2P04-濃度條件的水體中。
高水平NH4+養(yǎng)分條件的水體中，紅蓮子草、紫芋、旱傘草、細(xì)葉莎草適宜作為生態(tài)浮島的植物;低水平NH4+養(yǎng)分條件的水體中，曹蒲、野芋適宜作為生態(tài)浮島的植物;千屈菜、香蒲、澤苔、澤瀉、姜花能適應(yīng)廣范圍的NH4+養(yǎng)分條件的水體。
生態(tài)浮島類型
1.單種植物型浮島
2.混合植物型浮島
綜合考慮植物之間的“協(xié)同作用”可以增強(qiáng)浮島的凈化能。例如，美人蕉、燈心草、菖蒲的根系長(zhǎng)度不一，得以吸收不同水層的氮和磷，光合作用吸收的氧氣通過根系到達(dá)不同水層，促進(jìn)好氧微生物生長(zhǎng)。
3.強(qiáng)化生物膜作用的浮島
生物填料型浮島
有些研究發(fā)現(xiàn)，單純的植物浮島由于微生物量較少，與人工濕地相比處理效率較低，為改善這一問題，一些研究者們開始在浮島基礎(chǔ)上安裝人工填料，以增強(qiáng)原本只有根系發(fā)生的生物膜的作用。楊林燕等用三種耐寒植物(千屈菜、小香蒲、黃菖蒲)作為浮島主體，以高強(qiáng)度生物碳纖維作為填料，對(duì)COD、氨氮、總磷有較好的處理效果。
4.強(qiáng)化生態(tài)系統(tǒng)交互作用的浮島
研究發(fā)現(xiàn)貝類水生動(dòng)物的生長(zhǎng)有助于提高生態(tài)系統(tǒng)對(duì)營(yíng)養(yǎng)物的吸收能力，且不會(huì)造成水質(zhì)惡化，所以為了進(jìn)一步提高浮島的處理能力，可以考慮在水生植物及人工填料基礎(chǔ)上加入水生動(dòng)物區(qū)。但是單獨(dú)的貝類動(dòng)物并不具有脫氮能力，而必須與水生植物等相配合。水生植物區(qū)下設(shè)置水生動(dòng)物區(qū)，籠養(yǎng)濾食貝類水生動(dòng)物，通過貝類的消化作用大幅度提高有機(jī)污染物的生物可降解性，結(jié)合人工介質(zhì)的微生物富集作用，可以提高組合生態(tài)浮島的微生物凈化效能。
另外在生物膜的基礎(chǔ)上投入菌劑會(huì)加快污染物的去除，生態(tài)浮島系統(tǒng)中生物膜上硝化菌數(shù)量不占優(yōu)，反硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)速度緩慢等因素都限制了脫氮效果，可以通過投加反硝化菌劑提高去除效率。
5.曝氣生態(tài)浮島
人工濕地系統(tǒng)內(nèi)氨氮的去除率較低的主要限制因素是溶解氧(DO)，在人工濕地、浮島系統(tǒng)中加設(shè)曝氣管后，溶解氧的增加促進(jìn)了硝化作用，增強(qiáng)了氨氮的去除效果。較高的溶解氧為水體中的好氧微生物特別是根際好氧微生物的生長(zhǎng)、發(fā)育和繁殖創(chuàng)造了條件。
生態(tài)浮島技術(shù)在湖泊、水庫(kù)的水體凈化方面已經(jīng)有較為廣泛的應(yīng)用，實(shí)踐證明，這種新興的污水處理技術(shù)在改善水質(zhì)的同時(shí)具有美化景觀、消浪護(hù)岸、提供生物的生息空間以及收獲農(nóng)產(chǎn)品等價(jià)值，具有良好的應(yīng)用前景。當(dāng)前關(guān)于浮島技術(shù)的研究多集中在宏觀方面，然而微生物在水體凈化中也起著十分重要的作用。在浮島系統(tǒng)中創(chuàng)建適于硝化菌和反硝化菌生長(zhǎng)的微環(huán)境，并通過細(xì)菌的固定化和提供反硝化碳源的方式可以大大強(qiáng)化其脫氮除磷效果。另外，不少研究開始著眼于水生植物-動(dòng)物-微生物之間的交互作用，但是設(shè)計(jì)還較為簡(jiǎn)單，相關(guān)的機(jī)理研究并不完善，如何更好地利用各種生物之間的相互作用，協(xié)調(diào)生產(chǎn)者-消費(fèi)者-分解者在生態(tài)循環(huán)過程中達(dá)到凈化目的還需要各位從業(yè)者及學(xué)者探討，實(shí)踐。
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