人工浮床毕业论文.doc

人工浮床技术在我国的应用研究邓旻（宁河县小薄中学）摘要:近年来,随着工农业的发展,人类对水环境的破坏日益严重,全球出现水资源短缺的现象,如何有效利用水资源及将污废水处理回用已经成为摆在人们面前的头等大事。传统的物理、化学方法虽然理论基础比较扎实,但是在实际应用中出现了不少的问题,如投资大、难操作、产生二次污染等。为了解决这些问题,人们将目光转向了利用高等植物净化污水。生态浮床技术作为其中一种生物处理技术,已经被越来越多地用于治理富营养化水体。生态浮床以其独特的优点,通过植物根系的吸附和吸收作用,富集水中的n、p等元素,降解、富集其他有害无毒污染物,并以收获植物体的形式将其搬离水体,从而达到治理水体的目的,既保护了水生态环境,又带来了一定的经济效益。关键词:生态浮床; 植物; 富营养; 干式浮床; 湿式浮床applica tion of ecolog ica l floa ting bed technologyren zhao- yang1 , deng chun- guang2(1. urban construction and environmental engineering college, chongqing university, chongqing 400044, china; 2.chongqing academy of environmental science, chongqing 400020, china)abstract: in recent years, with industrial and agricultural development, human has increasingly caused serious environmentaldamages on water, leading to the global shortage ofwater. therefore, how to use water efficiently, how to treat and reuse sew2 age and waste water are p lacing in front of peop le, and have become a top p riority. although both traditional physics, chemistry have a solid theoretical foundation, there are a lot of p ractical app lications, such as great investment, difficulty of operation,secondary pollution. in order to solve these p roblems, peop le turn attention to the use of higher p lants in purification of sewage.ecological floating bed technology as one of biological treatment technology has been used bymore and more peop le to treat eu2 trophic water, as the bed is capable of absorbingn, p and other elements in water by p lant roots, and degrading other harmful pollutants. as long as the p lants are harvested so that these pollutants are moved out from the water body. it not only purifies the water and p rotects aquatic environment, but also brings a certain economic benefits.keywords: ecological floating bed; p lants; eutrophication; dry floating bed; wet floating bed目录：一、生态浮床的净化作用原理。二、生态浮床技术国内外研究动态。三、生态浮床技术的基本特点。四、生态浮床治理河湖水域污染的应用前景。人工浮床又称人工浮岛、生态浮床(生态浮岛）。自20年前德国bestman公司开发出第一个人工浮床之后，以日本为代表的国家和地区成功地将人工浮床应用于地表水体的污染治理和生态修复。近年来，我国的人工浮床技术开发及应用正好处于快速发展时期。研究与应用结果表明，在藻化严重的富营养化水体致力于修复过程中，采用人工浮床作为先锋技术可以使得一部分水生动物得到自然恢复或在人工协助下恢复。人工浮床类型多种多样，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，扶床的外观形状有正方形、三角形、长方形、圆形等多种。利用生态浮床（ecological floating bed）技术是以水生植物为主体，运用无土栽培技术原理，以高分子材料等为载体和基质，应用物种间共生关系和充分利用水体空间生态位和营养生态位的原则，建立高效的人工生态系统，以削减水体中的污染负荷。其最大的优点就是直接利用水体水面面积，不另外占地。人工浮床是一项由三项国家发明专利组成，我国拥有完全自主知识产权的水环境治理与生态修复相兼顾的实用技术。其内涵是运用无土栽培技术原理，以高分子材料为载体和基质，采用现代农艺和生态工程措施综合集成的水面无土种植植物技术。采用该技术可将原来只能在陆地种植的草本陆生植物种植到自然水域水面，并能取得与陆地种植相仿甚至更高的收获量与景观效果。其对污染水体的治理与修复作用主要包括植物对氮、磷等营养物质的直接吸收利用和对有机污染物的促降作用；植物根系、浮床和基质在吸附悬浮物的同时，为微生物和其它水生生物提供栖息、繁衍场所，兼可美化水域景观。生态浮岛是绿化技术与漂浮技术的结合体，一般由四个部分组成，即浮岛框架、植物浮床、水下固定装置以及水生植被。框架可采用亲自然的材料如竹、木条等，植物生长的浮体一般是由高分子轻质材料制成，质轻耐用，浮岛上植物一般选择各类适宜的陆生植物和湿生植物。一、生态浮床的净化作用原理。生态浮床的净化作用原理：通过植物在生长过程中对水体中氮、磷等植物必需元素的吸收利用，及其植物根系和浮床、基质等对水体中悬浮物的吸附作用，富集水体中的有害物质，与此同时，植物根系释出大量能降解有机物的分泌物，从而加速了有机污染物的分解，随着部分水质指标的改善，尤其是溶解氧的大幅度增加，为好氧微生物的大量繁殖创造了条件，通过微生物对有机污染物、营养物的进一步分解，使水质得到进一步改善，最终通过收获植物体的形式，将氮、磷等营养物质以及吸附积累在植物体内和根系表面的污染物搬离水体，使水体中的污染物大幅度减少，水质得到改善，从而为水生生物的生存、繁衍创造生态环境条件，为最终修复水生态系统提供可能。一方面，表现在利用表面积很大的植物根系在水中形成浓密的网，吸附水体中大量的悬浮物，并逐渐在植物根系表面形成生物膜，膜中微生物吞噬和代谢水中的污染物成为无机物，使其成为植物的营养物质，通过光合作用转化为植物细胞的成分，促进其生长，最后通过收割浮岛植物和捕获鱼虾减少水中营养盐；另一方面，浮岛通过遮挡阳光抑制藻类的光合作用，减少浮游植物生长量，通过接触沉淀作用促使浮游植物沉降，有效防止“水华”发生，提高水体的透明度，其作用相对于前者更为明显，同时浮岛上的植物可供鸟类栖息，下部植物根系形成鱼类和水生昆虫生息环境。二、生态浮床技术国内外研究动态。国际上治理修复污染水域的研究与技术发展趋势：在严格控制污染物排放总量、以最大限度地减少水体中污染物负荷量的基础上，采用能达到标本兼治，水体形成良性循环，使水域得以可持续发展的生物治理方法。而利用大生物（植物和动物）治理修复污染水域技术的研究和开发是主要方向。在治理有机污染为主的河流和湖泊富营养问题上，国内外均己进行了较长时间的研究与探索，在内源污染的治理方面，可供直接选用的工程技术则较少。目前国内外对河流和湖泊的内源污染治理主要采用底泥疏浚、机械捞藻、化学杀藻、生化综合除藻、人工种养水生植物、水产养殖等物理生态工程和生物调控等治理措施。但实施物理生态工程不但耗资巨大，大规模实施可能会对生态系统产生负面影响。20世纪70年代起，有些国家和地区研究采用在富营养化湖泊中放养凤眼莲等漂浮植物和链镛鱼等鱼类以抑制富营养化现象的产生，取得了较好效果。但由于种种原因，上述技术基本上未能直接应用于较大规模的湖泊富营养化治理之中。主要原因如大多数适宜应用的水生植物经济价值相对较低，加上容易过度繁殖和老化死亡及因收获和处理其产品不易等等。近年，我国的一些科研工作者尝试在原位生态条件下，亦即直接在河流和富营养湖泊水体中种植挺水和沉水植物等，以治理修复其水生态系统的可行性研究，取得了不少研究成果。生态浮床有净化水质、美化水面景观、提供水生生物栖息空间及进行环境教育等多种功能。其优点如下：（1）浮岛浮体可大可小，形状变化多样，易于制作和搬运；（2）跟人工湿地相比，植物更容易栽培；（3）无需专人管理，只需定期清理，大大减少人工和设备的投资，降低了维护保养费和设备的运行费用等。我国污染水域主要以有机污染为主，90%以上是因水体中n、p含量过高引起的水污染。河湖水污染实质上是生态系统退化问题，必须以生态的理念、思路、方法来探索切实有效的河湖污染水域治理的新途径。生态浮床的总体思路是：采用浮床陆生植物作为先锋植物种植于河湖水面，通过其对湖水中p、n等营养盐的吸收利用，大幅度减少水体中的过剩营养物，以控制浮游植物的过量繁衍，使水体透明度得到大幅度提高，水质得到改善，从而为水生动植物的自然恢复、人工补种补养并保证其正常生育和繁衍营造一个良好的水环境条件，使一部分水生动植物得以自然恢复，一部分得到补充，最终使水生态系统得到全面修复。三、生态浮床技术的基本特点。生态浮床技术是生态技术，无环境风险和二次污染，藉陆生植物的生物学特性治理水的有机污染，较易收获，将植物体移出水体。创新的将陆生植物经培驯引入水体种植，自1991年以来，在大型水库、湖泊、河道、运河等不同水域，成功地种植了46个科的130多种陆生植物，累积面积10余公顷。其中大面积单季水稻每公顷产量在8.5吨以上，最高可达10.07吨；黑人蕉、旱伞草等花卉比在陆地种植取得了更好的群体和景观效果。利用陆生植物较强的对n、p营养盐吸收和光合作用，去除水中n、p；无须施肥，病虫害少，生物生产量高。原位生态条件下的生态治理技术。实践证明，在污染水体中种植一些耐污能力特别强，能在原位生态条件下正常生长，并轻易收获高等植物，对水体起到很好净化作用。利于不同生态条件和污染程度水体的针对性治理，采用不同品种、种植结构等，做到定性设计和基本量化指标的控制。陆生植物水上种植后，能形成较大生物量，特别是发达的根系，可吸附大量藻类等浮游生物，根系释出能降解有机污染物的分泌物，加速污染物分解。可创造一定的经济效益和美化污染水体的水面景观。供试植物可供途径选择，如水生蔬菜等。若采用不同花期的花卉组合，兼有美化景观功能，即水面种花治理水污染。造价低、供试植物和浮床载体材料来源广，结构组装方便，刚柔兼备，较好抗风浪能力，载体可移动拼装。四、生态浮床治理河湖水域污染的应用前景。一项新的技术成果能否推广应用，将主要取决于该技术成果的创新性和实用性、应用的必要性和前景、经济和社会及环境效益等几个方面。1、采用浮床植物技术可直接富集导致水体富营养化的主因素p、n等营养物质，并可通过收获农产品的形式将其搬离水体，使水质状况得到根本性改观，从而为水生动植物群落的生存及繁衍营造一个良好的水体环境，继而为水生生态系统的自然恢复提供条件保障。2、与以往采用的利用凤眼莲等漂浮植物净化水质方法相比较，使原来仅局限于利用其净化水质扩展到净化与利用相结合，亦即变原来有害于水体的营养物质为具有实用价值的陆生植物的养分来源，从而达到化害为利的目的，同时能克服漂浮植物因水份含量过高，不易收获而引起任其自生自灭，乃至成为新的公害之不足。同时拓宽了净化水质的植物领域，为筛选和开发净化效率更高、经济效益更好的植物种类开创了新途径。3、与以往发达国家曾经采用，目前我国的一些湖泊（如太湖和滇池等）也在尝试的直接采用人工种植水生维管束植物进行治理与生态修复相比较，在思路上有了根本性改进，即首先利用陆生植物作为先锋植物，并通过其对水体中的n、p等营养物的吸收利用，以大幅度减少乃至基本去除水体中的过量营养物以及其它有害物质，使水质得到较大改善，从而为水生动植物的生存营造一个良好的水体环境条件。这样做的优点在于可以避免出现因湖泊的水体透明度普遍较低，其中的沉水植物既使予以人工种植，也往往由于光照等生境条件难以保障其正常生育而死亡的现象。4、实施过程和后续效果不但能确保对人体健康和水生生物有安全保障，而且在治理过程中还能美化水域景观，对水生生物的多样性发展也能起到积极的促进作用。同时，实施效果不但好于其它技术，且成本远低于物理生态工程，并及易进行规模化、模式化和机械化作业。5、展望。由于中国的人均耕地仅为世界人均占有量的三分之一左右，粮食存在潜在危机，而采用本技术治理富营养湖泊时，在选用粮食作物为植物材料的前提下，将在水质得到净化的同时收获农产品，且由于中国的污染水域中，90%以上是因水体中的n、p含量过高而引起的富营养化造成的，因此生产农产品是有安全保障的。从其的综合效果来看，它是至今最有效、最经济以及最符合可持续发展要求的技术之一。因此其应用前景将十分广阔。人工湿地和人工浮岛的比较：人工湿地人工浮岛土地使用 需要使用大量土地，因为污水必须以浅流及分散流的方式流遍湿地才达到净化目的。人工浮岛无需使用土地；可以直接置于任何水体上。表面区域在湿地中，暴露于水中的植物根茎为消除污染物所必需的微生物生长提供表面区域。每平米湿地的治污效果大大低于人工浮岛。独特的设计使人工浮岛可以最大程度地为消除污染物所必需的微生物生长提供表面区域或栖息地。即使没有植物，人工浮岛也可以使微生物大量繁殖。另外，人工浮岛还能够承重，因此在改善水质的同时，它们也可以是公园、操场、多功能设施及其它公共场所。如再种植植物，浮岛上微生物生长所需的表面区域将急剧增加。悬浮在水中的植物根系还可以提供大量的表面区域，这是在一般湿地中见不到的。建设/维护湿地需要最佳的水力设计和建设来分散水流。时间一长，就会出现淤塞，水只能通过狭窄的路线流动，因而影响整体效果。湿地需要定期清淤及重新种植植物等维护。它们的总体建设及维护成本远高于人工浮岛，而且布设一块湿地所花时间比人工浮岛多达六倍。浮岛只需要安装极少部分的基础设施，而且其维护过程极为简单。因此，它们是低本高效的解决方案，可以在短短几个月内完成布设。植物种类在一般湿地上，只能种植水生植物。人工浮岛设计独特，可以在上面同时种植水生植物和陆生植物。陆生植物生成的根系结构更大，可以更高效的从水中移除养分。间接效益及美观效益湿地需要大量的土地，而且在公共用途方面的附加效益极低，因此在人口稠密地区，湿地的使用成本日益高涨。由于人工是可以承重的浮岛，它们还可以用于各种娱乐与商业目的，如公园、操场、浮动人行道以及浮动花园。成本/效率土地稀少、建设成本及维护需要等因素造成人工湿地成本效率较低。人工浮岛的表现远远超过湿地，而且比其它任何成熟的水处理技术都更经济。生态岛因具有净化水质、创造生物的生息空间、改善景观、消波等综合性功能,在水位波动大的水库或因波浪的原因难以恢复岸边水生植物带的湖沼或是在有景观要求的池塘等水域得到广泛的应用。由于该技术可以种植粮食蔬菜等农作物,在有效治理富营养化的同时还能收获农产品,受到越来越多的重视和广大专家学者的青睐。实施过程和后续效果不但能确保对人体健康和水生生物有安全保障,而且在治理过程中还能美化水域景观,对水生生物的多样性发展也能起到积极的促进作用。同时,实施效果不但好于其他技术,且成本远低于物理生态工程,并适于进行规模化、模式化和机械化作业,已成为21世纪我国生态环境保护领域