（环境科学专业论文）组合生态浮床对水源地水质改善效果的研究.pdf

东南大学硕士学位论文 e f f e c to fc o m b i n e d e c o l o g i c a lf l o a t i n gb e dt e c h n o l o g yo n i m p r o v e m e n t o fs o u r c ew a t e rq u a l i t y s o u t h e a s tu n i v e r s i t y p o s t g r a d u a t e ：l iw e is u p e r v i s o r ：p r o f l ix i a n n i n g a b s t r a c t i nv i r t u e so fd i r e c t l yr e m o v a lp o l l u t a n t sf r o mw a t e r , m a k i n gf u l lu s eo fs u r f a c ew i t h o u tg r o u n d ，a d a p t t ow i d ew a t e rd e e pb o u n d ，l o wm a n u f a c t u r i n gc o s ta n dc o n v e n i e n tm a n a g e d ，b i o l o g i c a lf l o a t i n gb e d t e c h n o l o g yi so n eo ft h ec o n v e n t i o n a lt e c h n o l o g i e sf o ri m p r o v e m e n to fe u t r o p h i cs o u r c ew a t e rq u a l i t y i t s p u r i f i c a t i o nm e c h a n i s mi st h a th y d r o p h y t ep l a n t i n go nt h eb e da b s o r b sn u t r i m e n t si n c l u d i n gn i t r o g e na n d p h o s p h o r u s ，a n dm i c r o b ea d h e s i o no nt h eh y d r o p h y t i cr a d i c l e sd e c o m p o s e sp o l l u t a n t s a p p a r e n t l y , r e l y i n g o ni t sa b s o r p t i o n ，h y d r o p h y t ei st h ep r i n c i p a lp a r to fp u r i f i c a t i o ne f f e c ti nt h i sb e d b u tt h el i m i to fi t s b i o m a s sh a m p e r sm o r ei m p r o v e m e n to f t h er e m o v a le f f i c i e n c y b yb u i l d i n gb i o - c o o p e r a t i v ee c o l o g i c a lm e c h a n i s m ，l e n g t h e n i n gf o o dc h a i no ff l o a t i n gb e de c o s y s t e m a n ds t r e n g t h e n i n gc h a r a c t e r i s t i co fm i c r o b i a le n r i c h m e n to nt h eb e d ，ac o m b i n e de c o l o g i c a l f l o a t i n g h e d ( c e f b ) u s i n gh y d r o p h y t e ，a q u a t i ca n i m a la n dm i c r o b i a le c o s y s t e ma sm a i nb o d yw a sc o n s t r u c t e dt o i n t e n s i f ye c o l o g i c a lp u r i f i c a t i o ne f f e c t t h ei m p r o v e m e n te f f e c to fe u t r o p h i cs o u r c ew a t e rq u a l i t yw a g i n v e s t i g a t e d m o r e o v e r ，t h ec h a r a c t e r i s t i c a n dm e c h a n i s mo ft h ec o m b i n e de c o l o g i c a l f l o a t i n g b e d p u r i f i c a t i o nw e r ed i s c u s s e d t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ec o m b i n e de c o l o g i c a lf l o a t i n gb e d ( c e f b ) t e c h n o l o g yi s 锄e f f e c t i v em e t h o d f o ri m p r o v i n ge u t r o p h i cs o u r c ew a t e r ( i nm e i l i a n gb a y , t a i h ul a k e ) q u a l i t y t h ep u r i f i c a t i o ne f f i c i e n c i e so f c e f bi sc o r r e s p o n d i n g l ye n h a n c i v e , w i t ht h ei n c r e m e n to ft h ew a t e re x c h a n g ep e r i o d w h e nt h ew a t e r e x c h a n g ep e r i o d sa r e3 d ，5 da n d7 d ，t h er e m o v a le f f i c i e n c i e so ft na 2 6 3 ，3 8 3 a n d5 2 7 r e s p e c t i v e l y , t p ：3 2 8 ，4 6 8 a n d5 4 5 ，t o c ：2 8 1 ，3 3 2 a n d4 9 2 ，c o d m n ：2 0 6 ，2 2 7 a n d 2 5 2 ，c h l 一口：2 5 3 ，31 4 a n d5 6 6 t h ee n h a n c e m e n to ft h er e m o v a ll o a d i n gr a t e so fa l lp o l l u t a n t si s l i n e a rw i t ht h ep o l l u t a n tc o n c e n t r a t i o n w h e nt h eh y d r a u l i cl o a d i n gr a t e sa r e4 3 2 2 5 9a n d1 8 5 m l ( m 2 - d ) , t h er e m o v a ll o a d i n gr a t e so ft na r e4 3 2 ，3 6 7 a n d4 0 3 9 ( m 2 - d ) r e s p e c t i v e l y t p ：1 0 7 ，0 9 8 4a n d 0 7 8 9 9 ( m 2 d ) ，t o c ：15 1 ，lo 2 a n d1 1 2 9 ( m 2 d ) ，c h l - a ：5 6 6 31 4a n d2 5 3 m g ( m 2 - d ) t h ec e f b t e c h n o l o g yc a l lg r e a t l yr e m o v et o t a lm i c r o c y s t i n ( t m c l r ) a n de x t r a c e i l u l a rm i c r o c y s t i n ( e m c l r ) i n e u t r o p h i cs o u r c ew a t e r w h e nt h ew a t e re x c h a n g ep e r i o di s7 d ，t m cc o n c e n t r a t i o ni s0 5 4 - - 3 8 5 嵋l ，e m c c o n c e n t r a t i o ni s0 14 d 5 4 腭l ，t h er e m o v a le f f i c i e n c i e so ft m ca n de m ca r er e s p e c t i v e l y7 7 4 a n d 6 8 m o r e o v e r , t h ec o n c e n t r a t i o no fm i c r o c y s t i na c c o r d sw i t hs o u r c ew a t e rq u a l i t yn e e di nq u a t 砂 s t a n d a r do f s u r f a c ew a t e re n v i r o n m e n t ( g b 3 8 3 8 - 2 0 0 2 ) e a c hl e v e lo fb i o - a l i o c a t i o np l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei nm i c r o b i a le n r i c h m e n tc h a r a c t e r i s t i ca n d p u r i f i c a t i o ne f f e c to fc e f b a q u a t i ca n i m a ls t r e n g t h e n sb i o a c t i v i t ya n de n r i c h m e n tn i t r o b a c t e d aa n d a n t i - n i t r o b a c t e r i ao fc e f b ，a n da q u a t i ca n i m a lp l a y sam o r ei m p o r t a n tr o l ei nb i o a c t i v i t yt h a nh y d r o p h y t e m o r e o v e r , a q u a t i ca n i m a la c c e l e r a t e sm i c r o b i a ln i t r a t i o n a n t i - n i t r a t i o n ，i n t e n s i f i e sn i t r o u sc i r c u l a t ea n d t r a n s l a t i o n ，a n di m p r o v e st h er e m o v a le f f i c i e n c yo ft nf i n a l l y b i o - a l l o c a t i o nh a sl i t t l ee f f e c to nm i c r o b i a l e n r i c h m e n ta m o u n t h y d r o p h y t ea n da q u a t i ca n i m a la f f e c tm i c r o b i a le n r i c h m e n tc h a r a c t e r i s t i co fc o m b i n e d e c o l o g i c a lf l o a t i n gb e dc o m p a r a t i v e l y t h ee f f e c to fh y d r o p h y t ea b s o r p t i o nt or e n l o v en i t r o g e ni sb e r e t t h a na q u a t i ca n i m a l 。a n di t se f f e c tt or e m o v ep h o s p h o r u si sb e t t e rt h a na q u a t i ca n i m a l t h ea c c u m u l a t i o n s o fb o t hn i t r o g e na n dp h o s p h o r u si nh y d r o p h y t ea c c o u n tf o rl e s st h a n10 o ft h ee f f i c i e n c i e so ft h e m t h e a b s t r a c t e f f e c to fh y d r o p h y t et or e m o v en 0 3 一j ni si n f e r i o rt oa q u a t i ca n i m a l t h ee f f e c t so fh y d r o p h y t ea n da q u a t i c a n i m a lt or e m o v en i - h + - na r ec o m p a r a t i v e t h ee f f e c to fe a c hl e v e lo fb i o a l l o c a t i o nr e m o v a lt ni s ： a r t i f i c i a ls u b s t r a t e a q u a t i ca n i m a l h y d r o p h y t e c o n t r a r i l y , t h ee f f e c to fe a c hl e v e lo fb i o - a l l o c a t i o n r e m o v a lt pi s ：a r t i f i c i a is u b s t r a t e h y d r o p h y t e a q u a t i ca n i m a l t h ee f f e c to fe a c hl e v e io fb i o a l l o c a t i o n r e m o v a l o r g a n i ci s ：a r t i f i c i a ls u b s t r a t e a q u a t i ca n i m a l h y d r o p h y t e t h ee f f e c to fe a c h l e v e lo f b i o a l l o c a t i o nr e m o r a ic o d m ni s ：a r t i f i c i a ls u b s t r a t e a q u a t i ca n i m a l h y d r o p h y t e t h ee f f e c to fe a c h l e v e lo fb i o - a l l o c a t i o nr e m o v a lt o ci s ：a r t i f i c i a ls u b s t r a t e a q u a t i ca n i m a l h y d r o p h y t e n ee f f e c to f e a c hl e v e lo fb i o - a l l o c a t i o nr e m o v a la l g o u si s ：a r t i f i c i a ls u b s t r a t e h y d r o p h y t e a q u a t i ca n i m a l c e f bp u r i f c a t i o nm o d e l ，b a s e do nt h er u l eo f n u t r i t i o nd e c o m p o s i t i o na n dc u r r e n ts t a t u si nw a t e ra r e a , c a nt r u l ys i m u l a t et h ef u n c t i o no fc e f bi m p r o v e m e n tw a t e rq u a l i t y n eg r o w t hr u l e so fa q u a t i ca n i m a l a n dh y d r o p h y t ei nc e f bf o l l o wl o g i s t i ce q u a t i o n a n dt h ea n t i - n i t r a t i o nr e a c t i o no fa r t i f i c i a ls u b s t r a t e a c c o r dw i t ht h ez e r or a t er e a c t i o n i nac o n c l u s i o n ，i ti so b v i o u st h a tt h ec o m b i n e de c o l o g i c a lf l o a t i n gb e dt e c h n o l o g yi sa l le f f e c t i v e m e t h o df o ri m p r o v i n ge u t r o p h i cs o u r c , ew a t e rq u a l i t y k e yw o r d s ：e c o l o g i c a lf l o a t i n gb e d ；e u t r o p h i c a t i o n ；h y d r o p h y t e ；a q u a t i ca n i m a l ；m i c r o b e ；b i o - c o o p e r a t i o n ； m i e r o e y s t i n ；a r t i f i c i a ls u b s t r a t e 1 i i 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生妄名：绰 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包 括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 期：咝苎互 第章绪论 1 1 研究背景 1 1 1 我国水体富营养化现状 第一章绪论 我国人均水资源相对短缺，只相当于世界人均水平的m 。伴随着我国高投入、低产出的粗放型 经济增长方式以及人们薄弱的环保意识，致使大量污染物质直接排放，导致水体生态结构变化，功 能退化，出现富营养化状态。这无疑加剧了我国水质性缺水的局面，严重影响了经济发展和居民的 饮用水安全。 “2 0 0 6 年中国环境状况公报眦l l 指出：2 0 0 6 年七大水系的4 1 2 个水质监测断面中，i i i i 类、v 类和劣v 类水质的断面比例分别为：4 6 、2 8 和2 6 ，七大水系总体水质与上年基本持平。其中 珠江、长江水质较好，松花江、黄河、淮河为中度污染，辽河、海河为重度污染。主要污染指标为 高锰酸盐指数、石油类和氨氮。七大水系的9 8 个国摔省界断面中，i i i i 类，、v 类和劣v 类水 质的断面比例分别为：4 3 、3 1 和2 6 。海河和淮河水系的省界断面水体为中度污染。 我国是一个多湖国家。总面积达9 1 0 1 9 k m 2 ，其中三分之一为淡水湖泊。而我国6 0 的湖泊呈富 营养化状态，并伴随着藻类水华的发生。2 0 0 6 年2 7 个重点湖库中，满足i i 类水质的湖库2 个，占 7 ：i i i 类水质的湖库6 个，占2 2 ：类水质的湖库1 个，占4 ；v 类水质湖库5 个，占1 9 ； 劣v 类水质湖库1 3 个，占4 8 。其中巢湖水质为v 类太湖和滇池为劣v 类。主要污染指标是总氮 和总磷。太湖水质与上年相比无明显变化，仍处于中度富营养状况。滇池与上年相比，外海水质变 差，属中度富营养化；而草海仍处于重度富营养化状态。巢湖与上年相比水质好转，处于中度富营 养化状态。此外，根据湖泊水质调查资料的结果，我国1 3 1 个主要湖泊中，中营养型湖泊5 4 个，占 调查湖泊总数的4 1 1 2 ，占调查湖泊总面积的4 3 0 5 ；富营养型湖泊6 7 个，占调查湖泊总数的 5 1 1 5 ，占调查湖泊总面积的4 2 2 6 。我国湖泊水库水质污染状况趋于严峻u j 。 在1 0 7 个重点城市的集中式饮用水源地总体水质达良好，但月均监测取水量的不达标率仍有 2 7 7 ，不达标水量有4 4 亿吨。而湖库型水源地的主要污染指标仍为总氮。综上可以看 我国淡水 环境即饮用水水源地受污染范围正在扩大，其污染发展趋势还未得以有效遏制。水体污染已经成为 我国经济可持续发展的制约因素。 1 1 2 湖泊富营养化的污染成因 湖泊是我国最大的淡水供应源，其污染程度与城乡居民的日常生活休戚相关。在改革开放的二 十几年来，虽然经济上取得了长足发展，但水环境状况却日益令人担忧。在水污染问题中，富营养 化是最受关注的问题之，而人类直接或问接地对自然界氮磷循环的强烈影响是造成这一问题的根 本原因。总的来讲，富营养化是氮、磷等营养物质大量进入水体并造成藻类异常增殖的结果。 ( 1 ) 外源性污染 外源性污染主要是外界大量营养物质输入水体产生的污染。由于大量工业、农业和城市生活污 水源源不断地向湖泊中排放，造成湖泊营养盐的积累。其主要来源有： 农业面源污染：主要有化肥、农药和动物粪便等。肥料和农药通过雨水冲淋、农业捧水和地 表径流等捧入河道和水体，成为直接的营养源。施入农田的氮肥只有一部分被农作物吸收，未被吸 收的氮肥超过5 0 甚至7 0 * , 1 3 1 。此外，畜禽养殖废料及粪便中氮、磷也会大量进入水体 点源污染：工业和生活污水未经处理直接进入湖泊水体，这类污水的氮磷含量高，会造成藻 类过度生长。即使经过处理的生活污水，其排放水中仍含有相当数量的氮、磷。2 0 0 6 年，全国工业 l 东南大学硕士学位论文 和城镇生活废水排放总量为4 8 2 4 亿吨，其中工业废水排放量2 2 1 4 亿吨，城镇生活污水排放量2 6 1 3 亿吨。废水中氨氮排放总量1 3 3 0 万吨，其中工业废水中排放量4 2 2 万吨，城镇生活污水中排放量 9 0 8 万吨l lj 。无论是污水的排放量还是化学需氧量、氨氮的排放总量，城镇生活污水都超过了工业 废水，可见城镇生活污水已取代工业废水而成为水体富营养化的最大污染源。 城镇来源：随着城市化进程的加速和城镇人口的快速增长，城镇来源的营养物排放也越来越 大，除了人的粪便、工业污水外，目前大量使用的含磷洗衣粉、洗涤剂是城镇进入天然水体磷素的 重要来源之一。据统计昆明市从城市生活污水进入滇池的磷，占滇池磷污染负荷的4 5 ，而含磷洗 涤剂中磷含量又占生活污水中磷含量的5 3 ，即含磷洗涤剂中流入滇池的磷含量，占滇池磷污染负 荷的2 3 s t 4 i 。 ( 2 ) 内源性污染 内源性污染是水生生态系统中蓄积的营养物质重新向水体释放产生的污染。其主要产生途径： 底泥中营养物质的释放：湖泊底泥中含有大量的营养盐，且逐年积累。在风浪作用下，底泥受 搅动而悬浮，营养物质得到释放：底泥的厌氧、好氧条件发生改变时，营养盐也会得到释放，为藻 类生长、繁殖提供有效的内源供给。据调查太湖底泥中积累的t n 、t p 分别为3 5 1 0 7 k g 、2 2 6 x 1 0 7 k g ， 每年释放的t n 和t p 约占总负荷的3 4 7 和2 3 7 ，即使将外部入湖污染全部控制，仅湖内底泥释放 和动力作用下的再悬浮、溶出，也可能引起藻类水华的发生p 】。 1 1 3 富营养化湖泊治理技术研究进展 水体富营养化已引起全球范围内的广泛关注。水体富营养化防治目前仍以控制外源污染、减少 外源养分负荷为主。2 0 世纪8 0 年代以来，人们在治理水体富营养化时发现，当显著减少外源养分 负荷以后，水质并未得到明显改善，水体中n 、p 浓度特别是p 浓度并未降低，原因在于沉积物已成 为水体n 、p 的醺要来源，即“内源负荷”1 6 , 7 1 。在有效地控制外源污染的同时，通过内源综合治理， 调控水生生态系统结构，恢复自然、健康和稳定的水生生态系统功能，增强对外界干扰的缓冲能力， 使水生生态系统处于良性和可持续循环当中，具有十分重要的作用。 到目前为止，富营养化湖泊治理的方法主要有：营养盐控制、直接除藻、生物调控和生态工程 修复等。根据污染控制区域的不同，可分为异位净化方法和原位净化方法。异位净化方法足指将污 染区内的水体输移至异地后，经处理设施净化，以实现去除污染物的方法。原位净化方法1 8 1 是指在 污染区原地( 湖泊水域) 采用的一定的工程技术手段，以去除污染物净化水质的方法。原位净化方 法主要包括以下几个方面： ( 1 ) 引水稀释 通过工程手段引水稀释受污染水体，可在短时问降低了水体的污染负荷，改善了水生动植物的 生存环境，提高了湖体的自净能力。加拿大b u f f l op o u n d 湖，通过引水稀释，使得湖中优势物种由绿 藻转化为大型水生植物，极大的改善了湖体水质1 9 1 。但引水稀释导致受纳水体的生态系统发生变化， 会产生一定的负面影响。 ( 2 ) 底泥疏浚 由于常年的自然沉积，湖泊底部聚积了大量淤泥，富含可观的营养盐类，其释放也可能造成湖 泊富营养化和水华爆发。依据环保要求将底泥从湖体中移出，是减少内源污染直接有效的措施。在 工程施工时，要密闭机械工作面，对淤泥要安全处置，防止二次污染。但湖泊清淤的成功范例还鲜 有报道。目前日本等发达国家，对是否清淤及清淤厚度正进行细致而周密的论证。我国科技人员在 太湖五里湖和滇池草海也进行了底泥环保疏浚的示范工程研究，积累了定的实践经验i 0 1 1 1 。其中 五里湖示范工程完成后，总氮平均浓度较开始前f 降6 3 。接近v 类水质标准；总磷平均浓度下降 6 1 ，接近m 类水质标准；氨氮平均浓度下降7 7 ，接近i i i 类水质标准，其为五里湖生态恢复创造 了有利条件i 圮j 。 ( 3 ) 底泥覆盖 通过在底泥表面敷设浸透性小的塑料膜或卵石，消减波浪扰动对底泥扰动，可有效抑制了底泥 2 第一章绪论 营养盐的释放，提高了湖水透明度，促进了沉水植物的生长，为生物多样性构建了基础条件。美国 e o l a 湖，用卵石覆盖湖底，大大改善了湖水的透明度，同时还防止硫化氢气体的产生【9 1 。薛传东1 1 3 l 等 选取天然红土，添加适量的粉煤灰及石灰粉作为掩蔽覆盖物，对滇池富营养化水体进行现场修复实 验。研究表明，用天然矿物材料减小底泥内源营养盐负荷的释放修复富营养化水体的效果良好。红 土是有效的底泥覆盖材料，添加粉煤灰和石灰粉有助于消减底泥中t p 、t n 的释放鼍。但若大面积敷 设不透水材料则会严重影响湖体固有的生态环境，阻碍水体正常的物质能量循环。引发新的生态 问题。 ( 4 ) 深水曝气技术 营养盐类的大量输入，致使浮游植物等初级乍产力异常繁殖，水体溶解氧急速下降，甚至在水 泥界面上出现厌氧现象。在深水进行人工曝气，可有效改善这一状况，为鱼类以及其它水生生物创 造生存条件。同时，曝气使水体好氧菌的生物量得以增加，强化了水体自净能力。北京什刹海采用 曝气充氧后，不仅提高了水体的溶解氧，还使得藻类的数量明显减少，水华程度大大减轻1 1 4 】。余光 伟i i 纠等以珠江三角洲城市重污染感潮河道为对象，研究采用曝气充氧等联合技术对底泥释放的控制 效果。其结果表明，人工曝气扰动使底泥污染物局部急剧释放，并使泥水界面由弱碱性变成弱酸性， n 也+ n 和t p 的释放得到有效抑制。黄民生i i6 l 等对苏州河绥宁段进行曝气复氧的研究表明，严重污染 的水体消除了黑臭，水体c o d 平均下降5 0 以上，d o 平均升高2 m g l 左右，透明度平均增加1 0 c m 以上。 ( 5 ) 化学方法 化学方法就是通过向湖体中投加化学药剂，强制去除水体中的污染物质。铝盐、钙盐、铁盐、 粘土颗粒等可以与水中溶解的无机磷和颗粒磷反应产生不溶性磷酸化合物沉淀，减少水体中磷的含 量。1 9 9 1 年美国g r e e n 湖投放了1 8 i t 明矾和7 6 5 t 铝酸钠，湖水透明度由1 9 m 上升到6 1 m ，总磷亦有 明显下降1 1 7 1 。b r a ak m a n 水库，加入7 m g l 的二价铁离子后，蓝藻消失：h o r s e s h o e 湖，在水面下6 0 c m 处加入1 0 m g l 的锚盐后，总磷浓度由2 5 0 斗g l 降低到5 0 叫l ：s n a k e 湖中加入1 2 m g l 的锚盐和铝酸 钠溶液，处理一年半后，总磷由o 1 5 o 5 m g l 降为0 0 3 o 1 3 m g l 1 9 i 。1 9 9 8 年9 月桥墩水库i m 2 水面 喷洒3 8 8 9 改性明矾浆应急除藻，当年蓝藻水华基本消失i l 引。1 9 9 9 年昆明世博会期问，采用了生化、 微生物和化学的“综合抑藻法”，在滇池草海进行了大面积开放性生产试验，湖水透明度明显提高， 藻类数量显著降低，水质感观和景观等均好于往年1 1 9 1 。但化学药品的生物富集和生物放大对整个生 态系统的负面影响较大且成本较高，可能会产生二次污染。从生态毒理学角度看，长期使用化学 药品对生态系统是不安全的【川j 。 ( 6 ) 生态修复技术 水生植物修复 利用适合湖体环境的水生植物及其共生的微生物环境，来去除水体中的污染物质。而水生植物 和浮游藻类在对营养物质和光能利用上的竞争关系，能有效抑制藻类生长【2 ，改善水体环境。通过 一定的工程技术手段，构建适宜的水生植物群落，能有效降低悬浮物浓度，提高水体透明度及溶解 氧，为其它生物提供良好的生存环境，从而达到改善水生生态系统的生物多样性的目的。但是水生 植物都有一定的生命周期，应适时适度收割调控，以从水体移出植物体内的营养物质，减少自然凋 落腐烂分解和沉淀引起的二次污染1 2 2 。 水生动物修复 水生动物是水生生态系统中重要的一环。在湖中放置适当的水生动物可以有效的去除水体中富 余的营养物质。如蚌类可以滤食悬浮的藻类及有机碎屑，提高湖水的透明度：螺蛳摄食固着藻类， 同时分泌促絮凝物质，使湖水变清：放养鲢、鳙则可以直接吞食蓝藻。谢平1 2 3 1 等研究发现鲢、鳙养 殖密度的上升是导致东湖水华消失的根本原因，并提出了通过放养食浮游生物的鲢、鳙来直接控制 蓝藻水华的。非经典的生物操纵”。唐洪玉1 2 4 l 等通过长刺汪和鲢鱼对藻类牧食力的对比研究发现：单 位重量的长刺涵比鲢鱼对藻的摄食效果好，而且长刺涵的生长繁殖速度也远远大于鲢鱼。但在实际 应用中，应注重自然规律，选择合适的水生动物，使其能在湖体的生态系统中形成合理的生物链循 环。 3 东南大学硕士学位论文 生物膜技术 生物膜技术通常选用比表面积较大的天然材料或人工基质为载体，利用其在表面上形成的粘液 状的生物膜，对污染水体进行净化。载体上富集大量微生物，能有效地拦截、吸附、降解污染物质。 纪荣平1 2 5 】等通过人工介质富集微生物的方法改善水体水质取得了较好的效果，t n 、t p 的去除率分别 达到了2 2 1 、6 0 7 。詹旭1 2 6 等利用两种新型p m 和a c p 材料进行生物强化技术降解水源地水体有 机污染物的研究表明，该牛物强化技术对c o d m 。、u v 2 ”和t o c 的平均降解率分别达到2 1 3 5 、 1 4 5 1 和3 4 6 3 ，其能有效降解水源地水体的有机污染物，对富营养化水源地水体的水质和生态系 统有明显的改善作用。 1 2 浮床技术研究进展 1 2 1 浮床技术特点 浮床技术是运用无土栽培技术原理，以天然或环境友好材料为载体和基质，采用现代农艺与生 态工程措施综合集成的水面无土种植植物技术。通过水生植物根系的截留、吸附、吸收和水生动物 的摄食以及栖息其间的微生物的降解作用，达到净化水质的目的，同时营造景观效果。 浮床技术作为一种水体的原位净化技术，主要具有以下特点1 2 7 - 2 9 1 ： ( 1 ) 直接从水体中去除营养物，并可通过收获农产品的形式将其搬离水体，不会对沉积物中的营 养成分再次利用，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保障。 ( 2 ) 能利用宽广的水域面积对污水进行原位处理，不另外占用土地。同时，已有的研究表明i 删， 利用水稻等粮食作物作为浮床植物，可在不施肥的情况下、在净化水质的同时收获安全的农产品， 节约了耕地资源。 ( 3 ) 能适应各种水深，植株的管理和收获较漂浮植物系统容剔3 1 l 。使从原来仅利用其净化水质扩 展到净化与利用相结合，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 的植物种类开辟了新途径。 ( 4 ) 实旌过程和后续效果不但能确保对人体健康和水生生物的安全保障，而且在治理过程中还能 美化水域景观，对水生生物的发展也能起到积极的促进作用。 ( 5 ) 实施效果优于其它技术，且成本低于原位物理化学净化方法，适于进行规模化、模式化和机 械化作业。 1 2 2 浮床技术研究进展 1 2 2 1 单一水生植物浮床 早期用于水体净化的生物浮床大都采用单一的水生植物或者多种水生植物进行水质净化，也称 为人工浮岛。1 9 7 9 年德国建造了最早的用于水处理的生物浮岛。8 0 年代末以来，为了改善水库、湖 泊、饮用水源地的水质，日本、欧美等发达国家采用了植物生态浮床技术治理水域，达到了净化水 质的目的i j 引9 0 年代中期人工浮岛被日本学者广泛认识，并应用于湖泊治理。后来逐渐为我国学者 所接受，应用于我国的水处理领域。 1 9 9 5 年日本研究者首先在霞浦( 土浦市大岩田) 进行一次隔离水域试验，在隔离水域上设置人 工生态浮床，一段时间后该水域水质有了明显好转隔离水域c o d m 。、t p 分别为1 8 9 1 m g l 、0 0 9 - - o 2 m g l ，较未隔离水域低5 2 5 、4 3 8 ：1 9 9 6 年在土浦港的人工生态浮床经调查显示对水质的净化起 了重要作用p 孔。随后，又在滋贺县琵琶湖大约1 5 0 0 m 2 的水域里设置了6 0 个人工生态浮床，净化水质 效果良好日本在琵琶湖、霞浦、诹访湖等著名的湖泊和许多水库以及公园的池塘等各种水域采用 4 第一章绪论 的生态浮床净化技术，不仅有效净化了水质，而且改善了区域景观p 引。 自1 9 9 1 年以来，我国利用生态浮床技术在大型水库、湖泊、河道、运河等不同富营养化水域， 进行了广泛研究，成功地种植了4 6 个科的1 3 0 多种陆生植物，累积面积l o 余h m 2 。 马立珊1 3 5 】等采用浮床种植香根草技术初步研究了香根草对富营养化水体中主要养分n 、p 元素的 去除动态及效率。试验结果表明，浮床香根草技术是一种潜在的利用植物修复富营养化水体的有效 途径，通过香根草根系的吸收作用，可大幅度地去除富营养化水体中主要养分n 、p 元素，这为发展利 用浮床陆生植物治理富营养化水域提供了新的科学依据。 司友斌1 3 6 i 等采用浮床种植香根草技术研究了香根草对富营养化水体的净化能力。结果表明，香 根草对富营养化水体中的n 、p 、c o d 和b o d 等具有明显的去除效果，能显著改善富营养化水体的水 质。 卢进登p7 j 等利用人工浮床在富营养化水体栽培了7 种植物，成活率都在7 0 以上，2 个月的生 长期内生长量都超过2 0 k g 鲜重m 2 。浮床栽培芦苇的净化效果最好，每平方米的芦苇浮床可以使 l1 7 9 3 m 2 的水从v 类水质净化为i 类水质( 以t p 计) ，其次分别为荻、水稻、蕹菜、牛筋草、香蒲 和美人蕉。对蕹菜和水稻植株的检测表明，分别作为蔬菜符合食用标准。 邴旭文p 卅等采用浮床无土栽培技术，在池塘水面种植景观植物一陆生植物美人蕉 ( c a n a g e n e r a l i s b a i l e y ) 控制池塘富营养化水质，试验在江苏省张家港市联峰特种水产养殖场的日本 锦鲤鱼塘内进行。结果显示，在富营养化池塘中，景观植物的覆盖率与水体中氮、磷等的去除率呈 显著正相关，即提高景观植物的覆盖率可以提高水质的净化能力，使电导率和叶绿素吨明显下降， 富营养化池塘的水质得到明显改善。研究还表明，在富营养化池塘中，景观植物的最佳覆盖率为2 0 * , 。 宋祥制3 叩叫2 j 等采用水域浮床无土种植方法，以人工模拟池为试验场所，在池内的富营养化水 体( k n 和1 1 p 含量分别为2 0 8 4 和0 2 4 8 m g l ) 表面种植水稻，通过水稻的吸收和吸附作用，去除水 体中的n 、p 元素，以实现变废为宝，净化水质，并使水体产生良性循环。研究表明，在水深1 4 m 左 右，水面的浮床覆盖率分别为2 0 、4 0 和6 0 条件下，通过水稻自分蘖至成熟历时8 4 d 的处理， 对全池水体中凯氏氮k n 的净去除率分别为2 9 0 、4 9 8 和5 8 7 ，t p 的净去除率分别为3 2 1 、4 2 和4 9 1 。试验结果为利用浮床陆生植物治理富营养化水域提供了科学依据。同时，水面浮床无土 种植水稻、花卉等作物处理废水，净化富营养化水体，既能保护环境、美化景观，又可充分利用资 源，缓解土地资源紧缺的矛盾，增加经济收益。 井艳文1 4 3 】等选择常用的包装聚苯板做浮床模板，并在模板上确定植物栽种孔穴种植水生植物。 根据工程实施要求，依其具体水质、水系环境等情况，确定什刹海后门桥一金锭桥段为试验区，采 用防水布围隔封闭水体7 0 0 9 m 2 ，浮床种植面积为2 8 8 m 2 ；罗道庄桥一永定河引水渠为工程示范区， 浮床栽种面积为5 0 0 0 m 2 。试验结果表明：试验区封闭水体透明度好于湖中天然水体，t p 、t n 含量 呈逐渐下降趋势。在有效改善水质的条件下，也较好的改善了水系环境，水系周围空气清新，营造 了怡人的景观效果。 刘淑嫒i 等人使用泡沫板和蛭石两种人工基质无土栽培水芹、水雍菜和多花黑麦草。通过为期 3 周的静态试验结果表明：多花黑麦草和水雍菜对氮磷的去除率分别高于8 0 和9 0 ，水芹对氮磷 的去除率达7 5 。而且试验前后水体有显著变化：试验起始，水体浑浊呈黄绿色( 水中有藻类存在) ， 并有明显的h 2 s 臭味；试验结束时水体清澈透明，异味异色消失。研究还表明，受生活污水污染的水 体，氨氮含量高，在t n 中所占比例高，有异色异味且溶解氧低。而经过水培蔬菜处理后，氨氮的含 量和比例可大大降低，水质变好。 由文辉【4 5 】等在华东师范大学丽娃河以泡沫塑料板为载体，种植水培蔬菜处理受污染的水体。供 试蔬菜4 月l o 月为水雍菜，1 1 月一3 月为水芹菜。研究表明，在静态实验中，当水体t n 和t p 浓度 分别为1 0 9 2 2 0 3 0 m g l 和1 4 2 - - 2 0 3 m g l ，停留时间为3 0 d 时，水雍菜对t n 、硝态氮、氨氮、t p 和 d p 的去除率分别为8 1 3 2 、8 9 9 0 、8 7 8 6 、7 1 3 4 和8 2 6 2 ；水芹菜对上述污染物的去除率分 别为8 2 7 7 、8 6 6 4 、8 6 0 3 、9 4 7 7 和8 9 8 3 。与对照组风眼莲和紫背萍相比，水雍菜去除效 果与风眼莲相当，而水芹优于紫背萍。植株的重金属含量检测表明，植株可食用的茎叶部分重会属 含量相对较低，符合食用标准。在现场试验中，两种植物都生长旺盛，生物量倍增时间仅为2 5 d 左 5 东南大学硕士学位论文 右。轮种上述蔬菜，每平方米水面每年可自水中移除氮2 0 4 8 0 9 ，磷2 4 6 2 9 ，并可收获蔬菜5 0 k g m 2 ， 具有显著的环境和经济效益。 李欲如i 拍j 等在冬季低温条件下，采用浮床无土栽培技术，研究了水芹菜、多花黑麦草以及大蒜 3 种耐寒植物对富营养化水体的净化效果。试验结果表明，3 种植物在水温4 l o 1 的条件下均生 长良好，对水体中t n 、n h 4 + - n 、t p