（环境工程专业论文）生态浮床技术及其修复景观水体应用研究.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 摘要 本文阐述了人工生态浮床技术的概念及特点，综述了生态浮床的设计和净化 污染水体的研究进展。本文以城市景观水体为研究对象，利用美人蕉和空心菜浮 床系统对水质改善的性能进行了初步应用研究。 人工生态浮床技术是一种新型的水体自然生态净化技术，具有无环境风险和 二次污染，可原位修复水体而无需占用土地，解决了传统人工湿地需要占用大量 土地的问题。能适应较大的水深和较宽范围的负荷变化，投资小，运行费用低， 管理方便。目前最常用的结构为湿式浮床，浮床的设计遵循稳定性、耐久性、景 观性、生物安全性、经济性、便利性等原则。无机滤料载体在制作载体上具有广 阔的发展前景。人工生态浮床技术通过接触氧化作用、对内源营养物质的吸收作 用、他感作用及克藻效应、植物与微生物的协同效应等能实现对水体中氮磷，有 机物和悬浮物等污染物质的去除、削减浮游植物，抑制藻类的生长和富集重金属 等功能。生态浮床技术是有效的、经济的以及符合可持续发展要求的技术，具有 广阔的应用前景。 通过对景观水体的净化试验发现美人蕉和空心菜系统都能在较短的时间内使 出水水质达到景观用水水质标准，且在较短的时间内能使出水中的氨氮和总磷达 到地表水i 类水质标准。美人蕉系统对t n 的去除能力明显高于空心菜系统，而空 心菜系统对t p 的去除能力较强。生态浮床系统不仅对营养物质具有较强的去除能 力，同时对s s 和浊度，嗅味等表观性状也有较好的改善。 关键词：生态浮床，氮磷营养物，景观水体，生态修复 a b s t r a c t t h l sp a p e rs u m m e du pt h ec o n c e p ta n d f e a t u r e so fa r t i f i c i a le c o s y s t e mf l o a t i n gb e d t e c h n o l o g y t h ed e s i g r m i n g ，p r o g r e s sa n da p p l i c a t i o ni n p o l l u t e dw a t e rt r e a n n e n to f e c 刨o g i c a lf l o a t i n gb e dw e r ep r o s p e c t e d i nt h i sp a p e r , c a n n aa n d w a t e rs p i n a c hf l o a t i n g b e ds y s t e mw e r eu s e dt oi m p r o v et h ew a t e r q u a l i t yo f u r b a nl a n d s c a p ew a t e r a r t i f i c i a le c o s y s t e mf l o a t i n gb e dt e c h n o l o g yi san e w t y p eo fa r t i f i c i a lw e t l a j l d t e e h n o l o g y , w i t hn oe n v i r o n m e n t a lr i s k sa n ds e c o n d a r yp o l l u t i o n p o l l u t e dw a t e r b o d i e s c a nb er e p a i r e di ns i t uw i t h o u tt h en e e dt oo c c u p yt h el a n d s oi ts o l v e dt 1 1 ep r o b l e m o f l a n d n e e d i n go ft r a d i t i o n a la r t i f i c i a lw e t l a n d s a r t i f i c i a l e c o s y s t e mf l o a t i n gb e d t e c h n o l o g yi s a b l et o a d a p tt oaw i d ec h a n g e si nw a t e rd e p t ha n dl o a dw i t hl o w 1 n v e s t m e n t ，l o wo p e r a t i o nc o s ta n ds i m p l et oa d m i n i s t e r w e tf l o a t i n gb e di st h em o s t c o m m o ns t m c n l r e f l o a t i n gb e d d e s i g n e df o l l o w i n gt h ep r i n c i p l e so fs t a b i l i t y , d u r a b i l i t y , l a n d s c a p e ，b i o 。s a f e t y , e c o n o m ya n dc o n v e n i e n c e i n o r g a n i cf i l t e rc a l t i e rh a sb r o a d p r o s p e c t sf o rd e v e l o p m e n ti nt h ep r o d u c t i o no fc a r r i e r a r t i f i c i a le c o s y s t e mf l o a t i n gb e dt e c h n o l o g yc a nr e m o v et h e n i t r o g e n ，p h o s p h o r u s o 玛踟cm a t t e r , s u s p e n d e ds o l i d sa n do t h e rc o n t a m i n a n t si nw a t e r a n di n a d d i t i o n r e d u c t i o no fp h y t o p l a n k t o n ，i n h i b i t i n ga l g a eg r o w t ha n d a c c u m u l a t i o no fh e a v ym e t a l s a n do t h e rf u n c t i o n s a l lt h e s ee f f e c t sa c h i e v e d t h r o u g hc o n t a c to x i d a t i o n ，i n t e m a ls o a r c e o fn u t r i e n t sa b s o r p t i o n ，a l l e l o p a t h ya n d a l l e l o p a t h i ce f f e c t s ，s y n e r g i s t i ce 娲c to fp l a n t s a n d m i c r o o r g a n i s m s e c o f l o a t i n gb e dt e c h n o l o g yi sa ne f f e c t i v e ，e c o n o m i ca n dm e e t i n g t h er e q m r e m e n t so fs u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t t e c h n o l o g i e s ，a n di th a v eb r o a da p p l i c a t i o n p r o s p e c t s t h r o u g ht h ei c a t i o ns y s t e m sb ef o u n di ne x p e r i m e n t ss h o wt h ac a n n aa n d 、v a t e r s p i n a c hc a np u r i f yt h el a n d s c a p ew a t e ri na r e l a t i v e l ys h o r tp e r i o do ft i m et oa c h i e v e w a t e rq u a l i t ys t a n d a r d s n i t r o g e na n dt o t a lp h o s p h o r u sc a na c h i e v e ( h a d eis t a n d a r do f e n v l r o n m e n t a lq u a l i t ys t a n d a r d sf o rs u r f a c ew a t e r t n r e m o v a la b i l i t yo fc a n n as v s t e m w a s8 1 9 n i f i c a n t l yh i g h e rt h a nw a t e rs p i n a c h w a t e r s p i n a c hs y s t e mi sg o o da tt p r e m o v a la b i l i t y e c o - f l o a t i n gb e ds y s t e mn o to n l yh a sas t r o n gr e m o v a l c a p a c i t yo f n u 仃l e n t ，b ma l s oc a ni m p r o v es u p e r f i c i a lc h a r a c t e r i s t i c s ，s u c ha ss s ，t u r b i d i t y , a n do d o r 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 ，n u t r i e n t w a t e r ，e c o s y s t e mr e n o v a t i o n o fn i t r o g e na n d p h o s p h o r u s ，c i t y s c a p e 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的王猩亟士学位论文生态湮压撞盔毽墓修复量理丞佳廑 置婴宜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己经发表或撰写过 的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明 确 学 导 学位论文使用授权书 本人完全了解重庆大学有关保留、使用学位论文的规定。本人完全同意中 国博士学位论文全文数据库、中国优秀硕士学位论文全文数据库出版章程( 以 下简称“章程 ) ，愿意将本人的王猩亟士学位论文生态淫鏖莛苤丞基修复基 观水佳应眉珏究提交中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社( c n k i ) 在中国博 士学位论文全文数据库、中国优秀硕士学位论文全文数据库以及重庆大学 博硕学位论文全文数据库中全文发表。中国博士学位论文全文数据库、中 国优秀硕士学位论文全文数据库可以以电子、网络及其他数字媒体形式公开出 版，并同意编入c n k i 中国知识资源总库，在中国博硕士学位论文评价数据 库中使用和在互联网上传播，同意按“章程 规定享受相关权益和承担相应义 务。本人授权重庆大学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公开 论文的全部 作者签名：j 脚 7 5 0 0 k g m 3 ) 、超 类多样，而且可采用废弃 轻陶粒( 2 0 0 5 0 0 k g m 3 ) 、特轻容重陶粒 物制成，价格低廉，绿色环 ( 5 0 0 r m a ) ，大气孔多孔陶瓷( ：o o - - - 多孔陶瓷密度小，孔隙率 5 0 0 p r o ) 、中气孔多孔陶瓷( 1 0 1 0 0 u m ) 、 高，比表面积大，吸附性能 小气孔多孔陶瓷( 1 - 一l o g r n ) 、细气孔多孔 建材 陶瓷( 0 l l 1 及微气孔多孔陶瓷。由于 化工 良好，非常适合微生物附 多孔具有均匀分布的微孔或孔洞，其孔隙率较材料 着生长，从理论上讲用于 陶瓷 高( 气孔率可高达5 0 , - - - 9 0 ) ，体积密度较 传感器 制作浮岛载体是可行的。 小，具有发达的比表面及其独特的物理表材料 可是其制作工艺复杂，造 面，对液体和气体介质有选择透过性、能量 滤料 价高，因此难以被大规模 吸收或阻尼特性。陶瓷材料还有耐高温、 使用，只能作为参考材 耐腐蚀、高的化学稳定性和尺寸稳定性的 料。 特点。 浮石( 又称浮岩) 是一种密布气孔的火山虽具有质轻、孔多等特 玻璃质喷出岩，据s i 0 2 质量分数可分为 点，但其内部气孔连通性 酸性流纹质浮石、中性安山质浮石和基性太好，经过较长时间浸泡 建材 玄武质浮石三类。浮石具有质轻( 容重 化工 后会全部下沉，须与粘合 8 0 0 k g m 3 ) 、多孔、内部气孔连通性好、 填料 剂等配合使用方可制成 浮岛载体。此外，与陶粒、浮石吸水率大( 最高可达6 0 以上) 、导热系数 磨料 蛭石、膨胀珍珠岩相比浮 小等特点，这些特性主要受气孔结构和化 合成 学成分影响。可作为轻质混凝土材料，具有石的价格高得多，这是阻 保温、隔热、隔声等性能。还可作为洗涤 分子筛 碍其推广应用的主要因 剂、橡胶的填料、陶瓷、釉彩、珐琅的一 素，因此目前仅作参考材 种拼料。料。 天然沸石是一种含水铝硅酸盐矿物，其化 化工催 沸石的密度比水稍大，本 沸石 学成分主要是s i 0 2 。比重1 2 1 4 ，容重 化载体身不能浮于水面，若对其 0 5 5 - 0 8 9 c m 3 ，稳定温度极限3 7 0 ，含吸附抗进行改性处理，提高其孔 7 重庆大学硕士学位论文1 人工生态浮床技术的概念及构造 泥量l 。其表面粗糙，孔径均匀，会产生菌材料隙率和减小密度，或将其 超孔效应，比表面积大( 一般为4 0 0 m 2 g 滤料与其它轻质滤料混合使 8 0 0 m 2 g ) ，吸附能力强，视密度小，属于天然 用。那么制成浮岛载体还 轻质滤料。可用来去除悬浮物、藻类等， 是可行的。可与其配合使 降低出水浊度。我国的沸石资源相当丰富，用的无机材料有陶粒、蛭 价格比较便宜，但开发利用的总体水平还石、多孔陶瓷和珍珠岩 比较低。等。 生物质炭虽具有质轻多 又称“人造炭”。凡是含有纤维素、半纤维 孔、吸附强等优良特性， 素、木素等的一切生物质，经过一系列的工 但其结构松散，强度不高， 艺过程，都可以生产出类似于木炭的生物 一般损失率大。需与粘结剂配 质炭。生物质炭质地轻，孔隙率高，内部多微 生物燃料合使用。另外，现阶段生 孔，具有较高的吸附性能；以废弃物为原料， 质炭 电力 物质炭的生产工艺还不 变废为宝，化害为利，综合利用，减轻对环境 能源 成熟，造价较高，来源也受 的污染；原料价廉甚至无价，取之不尽，年复 限制，因此在推广应用上 一年生长；无毒、无味、无烟。现主要作为 还有些困难，现仅作参考 能源资源被研究和应用，一般不用作建材。 材料。 用无机材料制作有机浮岛载体的替代品是可行的，是走可持续发展之路、保护 环境的必然选择，具有广阔的发展前景。但是目前国内外有关无机浮岛载体方面研 究限于实验室的居多，应用于实际工程的较少，究其原因：一是无机浮岛载体的研究 尚处于起步阶段；二是聚苯乙烯泡沫板等有机高分子材料的成型技术成熟，价格低 廉，安装投放方便，效果稳定，已被大众接受。相比之下，用无机材料制作成型载体的 方法比较匮乏，大多成本较高，净化效果也无显著提高，还无法淘汰有机高分子材料 的浮岛；三是无机浮岛载体在材质的选择上要求较高，受到极大限制。要解决上述问 题，须在以下方面进行更深入的研究：对有潜在使用价值的材料进行改性处理或 生产工艺上的改进；借鉴其他行业的技术和知识，从多方面寻求制作浮岛载体的 新方法；努力降低制作成本。总之，要将无机浮岛载体从实验室转移到实际工程中 去，被政府、科研人员以及企业等广泛认可，还需要进一步的研究和探索。 1 4 生态浮床的功能和基本作用机理 1 4 1 生态浮床的功能 生态浮床的功能主要有以下几点： 第一，对水体中氮磷，有机物和悬浮物等污染物质的去除。大多数植物都可 8 重庆大学硕士学位论文 1 人工生态浮床技术的概念及构造 以直接从水层和底泥中吸收氮、磷等营养物质，并同化为自身的结构组成物质( 蛋 白质和核酸等) ，同时植物体内可以超量富集营养物质，因此能对富营养化水体 起到很好的修复效果。同化的速率与生长速度、水体营养物水平呈正相关，并且在 合适的环境中，它往往以营养繁殖方式快速积累生物量，而氮、磷是植物大量需要的 营养物质，所以对这些物质的固定能力也就比较高口。同时植物繁茂的根系有效阻截 悬浮物质使其沉淀下来。 第二，对浮游植物的削减。1 9 9 5 年日本研究者在霞浦( 土浦市大岩田) 进行 一次隔离水域试验，试验标明，在生态浮床占有率只有2 5 的条件下，削减了9 4 的植物性浮游生物【1 6 】。 第三，抑制藻类的生长。植物通过根部向水体中释放化感物质，通过化感作 用或克藻效应抑制有害水藻的生长，从而净化水环境，可有效防止水华或者赤潮 的发生。 第四，对重金属的富集。环境中的重金属和一些有机物并非是植物生长所需 要的，并且达到一定程度后具有毒害作用，对于此类化合物，一些植物也演化出 了特定的生理机制使其脱毒，并能对重金属进行吸收、富集，从而具有一定的去 除水体重金属污染功能。如风眼莲能富集镉、铬，铅、汞、砷、硒、铜、镍等多 种重金属。 1 4 2 基本作用机理 生态浮床技术治理受污染水体的机理研究尚不够深入。一般认为植物通过根 部的吸收、吸附作用和物种竞争相克机理，削减水体中的氮、磷及有机物，从而达到 净化水质的效果。能创造适宜多种生物生息繁衍的环境条件，在有限区域重建并恢 复水生态系统，并通过收获植物的方法将其搬离水体，使水质得到改善、水体变清、 创建优美水环境的目标。其机理主要有： 接触氧化：增加水体生物接触氧化的边缘面积，起到水体净化功能。 对内源营养物质的吸收即脱氮除磷：利用浮床植物，吸附和吸收水中的n 、 p 营养物。矿化了的营养盐( 硝酸盐和磷酸盐) 有利于植物的吸收，并参与光合作 用过程。既改善水质，又获得环境效益。 降解大分子物质：植物发达的根系及其根系表面所附着的生物膜( 含有大量 的细菌和原生动物等) ，分泌了大量的酶，加速水体中大分子污染物的降解过程，使水 质得到净化【l 刀。 对藻类的他感作用及克藻效应：1 9 4 9 年h a s l e 等人首次发现了水生植物对 藻类的克制效应k o g a n 等对五刺金鱼藻进行了分析特别指出它们对蓝藻有非常 好的抑藻效果，但对绿藻却无任何影响，说明其克藻作用有一定的专一性近期国内 的研究有：凤眼莲对多种藻类有不同程度的克制作用水生植物水花生、水浮萍、 9 重庆大学硕士学位论文1 人工生态浮床技术的概念及构造 满江红、紫菜和西洋菜对雷氏衣藻的相克相生的关系，并和水葫芦的作用进行了比 较，研究表明前五种水生植物对雷氏衣藻有克制作用，但它们的克藻效能不如水葫 芦强，西洋菜没有克制作用，甚至稍有促进效应【1 8 】。 植物与微生物的协同效应：主要表现在输送氧气至根区和维持介质的水力传 输【l 引。 由于水生植物将氧气输送至根区，致使植物根区的还原态介质中形成了氧 化态的微环境，这种根区有氧区域和缺氧区域的共同存在为根区的好氧、兼性厌氧 和厌氧微生物提供了不同适宜的小生境；同时，由于植物的根和根系对介质穿透作 用，在介质中形成了许多微小的气室或间隙，减小了介质的封闭性，增强了介质的疏 松度，从而介质的水力传输得到加强和维持d u n b a b i n 等测试研究表明有植物系统 对废水中的总氮、b o d 、s s 、氨氮和重金属等的去除能力明显高于无植物系统【2 0 1 。 植物对重金属的去除：一些植物演化出了特定的生理机制使其脱毒。植物 通常是通过鳌合和区室化等作用【2 l 】来耐受并吸收富集环境中的重金属，这种机制 也存在于许多水生植物中，如重金属诱导就可使风眼莲体内产生有重金属络合作 用的金属硫肤【2 2 1 ，这些机制的存在使许多水生植物可大量富集水中的重金属【2 3 。 l o 重庆大学硕士学位论文2 生态浮床技术净化污染水体的研究现状 2 生态浮床技术；争化污染水体的研究现状 2 1 对水体中营养物质的去除 张志勇等【2 4 】在温室内采用浮床无土栽培技术，研究了黑麦草( l o l i u mmu t l i f l o r u m ) 、水芹( o e n a n t h ej a v a n i c a ) 和香根草( v e t i v e r i a zi z a n i o i d e s ) 3 种植物对生活 污水中n 、p 的去除效果结果表明，浮床植物系统对生活污水的t n 、n h 4 + - n 和t p 具 有良好的净化效果。同对照系统相比，浮床黑麦草、水芹和香根草系统对t n 的平均 去除率分别提高了2 6 1 2 ，2 2 9 ，4 1 ；对n h + 4 n 的去除率分别提高了3 1 4 ，1 4 5 ，3 0 ；对仰去除率分别提高了3 3 1 ，5 4 2 ，1 5 5 罗固源【2 5 】等介 绍了泡板型浮床在污染河水中的脱氮试验，实验发现3 种植物浮床的脱氮效果在 t n 进水平均浓度为3 0 2m e , l 条件下，风车草、香根草和菖蒲浮床对t n 平均去 除率分别达到4 5 6 、3 8 9 、3 6 1 。黄廷林【2 6 】等利用富营养化水体营养盐资 源，以聚乙烯发泡板为人工浮床栽培绿萝、美人蕉和龟背竹，在生物填料表面生物膜 的综合作用下，研究其净化景观水体的效果经过6 0 天的试验研究，结果表明，3 种植 物在实验水质条件下生长状况良好，可有效去除水中的氮磷及有机污染物，基本消 除水体的富营养化，同时对城市景观水体具有美化作用采用组合技术对水体中t n 、 n i - 1 3 n 、t p 、c o d m n 的去除率分别达到6 5 8 8 4 4 、8 9 2 9 7 、7 2 1 。9 2 9 和2 4 5 0 ，其中以龟背竹与生物接触氧化组合技术净化效果最好孙 连鹏等【2 7 】研究了不同季节美人蕉对水体中氮素等营养物质的去除发现，采用浮床 无土栽培的方法，以人工模拟水槽为实验场所，在水槽内的富营养化水体表面种 植美人蕉，通过植物的吸收和吸附作用，以及微生物的协同作用，去除水体中的氮 素。实验结果表明，春季浮床美人蕉对水中氮素的去除效果较好，经过五天的处理， t n 去除率约为5 8 1 4 ；n h + 4 - n 去除效果显著，2 天内去除率达1 0 0 。与春季相比， 秋季浮床美人蕉对氮素的去除效果有所下降，但去除规律大致相同，经过五天的 处理，t n 去除率为5 0 1 4 ；对n i - i + 4 _ n 的去除效果仍很明显，4 天内去除率可达 1 0 0 。研究结果为浮床植物系统的全年运行提供了科学依据。严以新等【2 8 】进行了 冬春季节浮床技术净化重污染河水的动态试验研究。在动态水流的重污染河水中， 种植在浮床上的水芹菜在冬春季节能够很好地生长，可以与水蕹菜、美人蕉等喜温 植物实现浮床植物整年的季节性衔接在水力负荷为0 1 5 m 3 ( m 2 d ) 时，水芹菜浮床 对重污染河水中n h 3 - n ，t n ，t p 的去除率与水温正相关，t n 的平均去除负荷值为 o 8 0 2g ( m 2 d ) ，t p 的平均去除负荷值为0 11 3 ( m 2 d ) ；对藻类的抑制作用较为稳 定，平均抑制率为7 2 5 t n ，t p 的去除负荷均随原水质量浓度的增加而增大，水芹 菜浮床种植技术适合处理污染较为严重、营养盐浓度较高的水体利用水芹菜浮床 重庆大学硕士学位论文2 生态浮床技术净化污染水体的研究现状 种植技术净化重污染河水，不但可以产生显著的环境效益，同时还具有一定的经济 效益。 张增胜等【2 9 】采用生物净化槽强化生态浮床( b p t e e f r ) 组合工艺处理崇明岛 的农村生活污水，生物净化槽( b p t ) 可以有效地对有机物进行生物降解，强化生态浮 床( e e f r ) 贝i j 进一步去除了氮和磷。在稳定运行的状况下，b p t e e f r 组合工艺的平 均出水c o d 4 5m g l 、n w 耳一n 5 0m g l 、t p 0 7 5m g l 、s s 2 0m g l ，其对 c o d 、n h + 4 n 、t n 、t p 及s s 的平均去除率分别为8 0 3 、8 3 1 、5 0 2 、7 9 4 和8 8 1 ，其中b p t 对去除c o d 、n h + 4 n 、t n 、t p 及s s 的贡献率分别为7 8 、2 5 、 3 7 、5 3 及3 5 ，e e f r 的则为2 2 、7 5 、6 3 、4 7 及6 5 。同时，b p t e e f r 组合工艺还具有占地少、造价低、易于维护管理等优点，比较适合农村地区生活污 水的处理。孙连鹏掣3 0 】采用海藻酸钠氯化钙包埋法制备固定化反硝化菌小球，将 固定化反硝化小球加入生态浮床进行强化，提高其对珠江水中氮污染物的去除效 果。实验结果表明，在5 天内，固定化强化浮床系统对t n 、n h 4 + n 、n 0 3 。n 、 n 0 2 。n 的去除率分别为5 0 9 、1 0 0 、8 6 8 和9 2 9 ，比单独浮床系统分别提高 了1 7 2 、2 6 、6 2 8 和8 9 3 。而空白系统对t n 、n h4 + n 的去除率分别为2 3 8 和8 0 7 ，对n 0 3 。n 和n 0 2 - n , 贝u 分别增加了4 1 4 和1 7 2 4 。固定化反硝化菌的 加入充分地利用了植物的协同脱氮作用，加强了浮床系统的反硝化作用，大幅度 削减了系统中的n 0 3 n ，提高了生态浮床系统的脱氮效果。李海英等【3 1 】利用微曝 气生态浮床的净化滇池的主要支流之一大清河。在进水量为6 0 0 0 - 1 00 0 0m 3 d 、 曝气总量为5 0m 3 h 时，对t n 、n h 4 + n 、t p 、s s 晕 i c o d 的平均去除率分别为7 7 4 、 8 4 7 、7 5 1 、8 6 2 禾d 7 2 5 。沿水流方向布设若干观测点，进一步对y d t 弹性 立体填料上生物膜的发育过程和特性进行了研究。系统水体流速为0 0 3 53 0 1 2 8 8m s ，弹性填料上的生物膜厚度在1 4 - - 1 7d 达到最大，生物膜量则在2 1d 达到最大； 生物膜的形态、厚度、数量、脱氢酶活性和细菌数量具有沿水流方向渐变的特点。 进水端的生物膜较厚、成分复杂，生物膜量沿水流方向则呈逐步递减的趋势，脱氢酶 活性呈现先上升再平稳下降的趋势，而异养菌和硝化菌群的数量逐渐增高。对于进 水端而言，上层生物膜的脱氢酶活性和异养菌数量明显高于下层，而出水端的则变 化不大。系统中硝化菌群的数量较高，与异养菌处在同一个数量级，其总量占异养菌 数量的5 2 2 1 3 8 1 。李伟等【3 2 】通过延长浮床生态系统的食物链和强化浮床的 微生物富集特性，构筑了以水生植物、水生动物及微生物生态系统为主体的组合生 态浮床，考察了其对富营养化水源水质的改善效果。研究表明，当水体交换时间为7 d 、水力负荷为1 8 5m 3 m 2 d ) 时，组合生态浮床对t n 、1 1 p 、t o c 、c h l a 的平均去除 率分别为5 2 7 、5 4 5 、4 9 2 、8 0 2 ，相应的去除负荷分别为4 0 3 、0 7 9 、0 4 9 ( m 2 d ) 和2 5 31m g ( m 2 d ) ；对总藻毒素和胞外藻毒素的去除率分别为7 7 4 和 1 2 重庆大学硕士学位论文2 生态浮床技术净化污染水体的研究现状 6 8 。可见，该组合生态浮床是改善富营养化水源水质的有效方法。吴春笃等【3 3 】针 对接触氧化法n 、p 去除能力有限以及生态浮床水力停留时间( h r t ) 过长，提出 生态浮床与接触氧化法协同处理高n 、p 含量的生活污水。研究了单一接触氧化法 处理生活污水，h r t 、进水有机负荷以及水温对c o d 、t n 、t p 去除效果的影响，并 将生态浮床与接触氧化综合法和单一接触氧化法处理高浓度n 、p 污水的效果进行 比较，得出综合法对t n 、t p 有更高的去除率。在h r t 为1 0 ，5h ，t n 进水浓度为 3 2 1m g l ，t p 进水浓度为1 8 0m g l 时，t n 、t p 的去除率分别提高了1 2 0 和 1 6 8 。 2 2 对藻类及其他浮游生物的削减 1 9 9 5 年日本研究者在霞浦( 土浦市大岩田) 进行一次隔离水域试验，验标明， 在生态浮床占有率只有2 5 的条件下，削减了9 4 的植物性浮游生物。 目前【3 4 1 ，富营养化已成为全球关注的问题。由富营养化引发的水华会进一步 加重水体污染。水华不仅导致水产养殖业蒙受经济损失，同时也破坏水域生态景 观，导致生态系统失衡，危害人体健康。一次严重水华或赤潮造成的经济损失超 过数百万美元，每年因藻毒素而导致的人体中毒事件有近20 0 0 例之多【3 5 1 。因此， 有效控制富营养化水体中的藻类，防止水华发生成为目前环境领域的研究热点和 前沿。传统除藻技术大体可分为物理技术、化学技术和生物技术三类。其中较常 用的是化学技术【3 们。化学技术是通过化学药剂( 统称杀藻剂) 来控制水中藻类的繁 殖。常见的杀藻剂有硫酸铜和有机农药等。化学除藻技术虽能立竿见影，但它将 不可避免地破坏生态平衡并造成二次环境污染【3 1 7 1 。物理技术和传统的生物技术则 存在着操作时间长、难度大、费用高等缺点。 近年来，水生植物对藻类的化感抑制作用的发现，使化感作用开始应用于富 营养化水体藻类控制领域，相关研究己受到国内外的关注【3 引。抑藻水生植物普遍 存在于水体中，容易获得、栽种或移植，且数量丰富。它们一方面能吸收水体中 的营养物质，为水中营养物质提供输出的渠道【3 8 】；另一方面，它们能够分泌抑制 藻类生长的化感物质，起到修复、净化富营养化水体的作用，而且，这些化感物 质是水生植物生长过程中产生的次生代谢物质，一般能在自然条件下降解，不会 在生态系统中长期积累，生态安全性好。将化感物质应用于藻类控制具有良好的 应用前景【3 9 1 。 1 9 4 9 年h a s l e 等人首次发现了水生植物对藻类的克制效应k o g a n 等对五刺 金鱼藻进行了分析特别指出它们对蓝藻有非常好的抑藻效果，但对绿藻却无任何影 响，说明其克藻作用有一定的专一性近期国内的研究有：凤眼莲对多种藻类有不同 程度的克制作用水生植物水花生、水浮萍、满江红、紫菜和西洋菜对雷氏衣藻的 重庆大学硕士学位论文2 生态浮床技术净化污染水体的研究现状 相克相生的关系，并和水葫芦的作用进行了比较，研究表明前五种水生植物对雷氏 衣藻有克制作用，但它们的克藻效能不如水葫芦强，西洋菜没有克制作用，甚至稍有 促进效应d o 李锋民等人】研究了芦苇等7 种大型水生植物以及芦苇不同部位的浸出液 对蛋白核小球藻的化感作用。结果显示，所有受试植物的浸出液均对蛋白核小球藻 产生抑制作用，并减少了稳定期的藻产量。不同植物对蛋白核小球藻的抑制强度不 同，其中芦苇的抑制作用最强，半效应浓度( e c s o ) 值最小。当芦苇浸出液为1 0 l 时抑制率可达9 7 6 ，藻类几乎不能生长。对蛋白核小球藻的e c 5 0 值依次为：芦苇 莲 慈姑 根。结果表 明，在c u 、p b 和z n 等重金属复合污染水域的植物治理中，浮萍、香蒲、水鳖、中华慈 姑、芦苇、空心莲子草等植物有着较大的发展潜力和应用前景。侯晓龙等【5 2 】通过 水生植物在垃圾渗滤液中的培养实验，研究水浮莲、浮萍、水葫芦3 种水生植物对垃 圾渗滤液中重金属的吸附能力，探讨不同植物对重金属吸附的最佳吸附时间。结果 表明，不同植物对重金属的吸附能力表现为：t k 浮莲 浮萍 水葫芦，其中水浮莲对垃 圾渗滤液中n i 、z n 、c r 、c d 、p b 、m n 的最高吸附率分别可达5 0 2 1 、5 0 9 2 、1 0 0 、 7 3 2 7 、8 9 9 9 、8 8 5 2 ，吸附后的垃圾渗滤液可以达到污水排放标准，最适合应用 1 5 重庆大学硕士学位论文 2 生态浮床技术净化污染水体的研究现状 于垃圾渗滤液中重金属污染的治理，但是对不同重金属最佳吸附时间存在差异。 2 4 生态浮床系统研究展望 人工生态浮床除了能去除水体中的污染物，从而净化水质这一最重要的功能 外，还有良好的景观效果、增加生物多样性以及一定的经济效益。第一，景观功 能：浮床水系周围空气清新，在绿叶丛中红花、黄花争相斗艳，茂盛植物映在水 中的美丽倒影，成为叹为观止的景观亮点。第二，提高生物多样性：浮床本身具 有适当的遮蔽、涡流、饲料等效果，构成了鱼类生息的良好条件。第三，良好的 经济效益：与富营养化水体治理的传统技术相比，人工生态浮床的建设、运行成 本较低，相对传统治污技术，生态浮床的工艺费用节省了5o 以上，某些经济 作物( 如蔬菜、花卉) 可以营销市场以获得经济效益，如大面积建设人工生态浮 床其收获植物还可以通过建沼气池加以利用。综合其效果来看，生态浮床技术是 有效的、经济的以及符合可持续发展要求的技术之一，它将具有广阔的应用前景。 但是，生态浮床技术作为一项新兴的绿色污染治理技术，当前仍处于试验研 究阶段，要真正在实践中广泛应用还有许多工作要做：第一，继续寻找开发生物 量大、富集污染物能力强的超富集植物是生态浮床技术走向工程应用的首要任务。 超富集植物往往生长缓慢、生物量低，并且常常受到其他杂草的竞争性威胁，而 且多为野生型稀有植物，对生物气候条件的要求比较严格，区域性分布较强，严 格的适应性使成功引种受到严重限制。第二，研究植物群落与植物根系相结合的 生态及生理学特性、根系分泌物在选择微生物群落中的作用、植物根系和根际微 生物群落相互作用的机理等。第三，被转移到植物体内的有毒有害物质的存在形 式也需要进一步研究，如果有害物质未被降解而是累积于植物体内则对人类形成 了另一种潜在威胁，还需进行二次处理。第四，进一步了解影响水体中植物根系 微生物有毒有害物质的相互作用的关键因子，如物理化学因素、温度、p h 值、 营养元素的影响、污染物的形态等。第五，目前在工程实例中构建生态浮床的材 料广泛采用的是有机高分子材料，这种载体的比表面积小，不利于微生物挂膜， 容易损坏，废弃后便成为固废处理的顽疾，形成所谓的“白色污染”。为减少这种污 染，改善浮床性能，有必要研制开发新型浮床载体。这种载体应具有以下特点： 轻质，可漂浮于水面；生物亲和性高，适于微生物附着生长，易挂膜；比表面积 大，可获得较高生物量；化学性质稳定，环境友好，无二次污染，易回收处理； 实际安装投放可行等，即轻质高效微生物载体【5 3 】。 1 6 重庆大学硕士学位论文3 城市景观水体污染现状及国内外研究现状 3 城市景观水体污染现状及国内外研究现状 3 1 城市景观水体污染现状 3 1 1 城市景观水体的分类和功能 城市景观水体大致有以下四种类型：小型的天然湖泊，如杭州的西湖，武汉 的东湖等；人造湖泊，如各大中城市公园内的湖泊，广场的人造河流；居民小区 配套的人造景观喷泉，河流，湖泊；各种具有景观用途的天然或人工城市河道。 城市景观水体的功能主要有【5 4 5 5 1 ： 1 ) 城市景观水体可调节局部气候，接受降雨减弱洪涝灾害。水体具有高热容性、 流动、以及河道风的流畅性，对城市热岛效应的减弱具有明显的作用，并且城市 内河流、湖泊本身就具有最好的天然防洪、蓄洪和泄洪功能 2 ) 城市景观水体是市生态建设的重要组成部分。例如河渠两岸、河心沙洲、湖 塘周围均为城市绿建设提供了良好的自然条件和社会经济条件。 3 ) 城市景观水体是城市景观多样的组成部分。城市景观多样性对一城市水体景 观及其自然特性明显有别于以水钢材为主要原料的街道、楼房、立交桥等人为城 市景观，其物质特性、形态特、功能特性的介入将提高城市景观的多样性，为城 市的舒适性、可持续性提供定的基础。 4 ) 城市景观水体是城市物种多样性存在的基地。例如许多鸟类可以城市内河心 沙洲或公园湖塘四周生存、繁衍，体现了人类都市与自然的交融。水体景观是城 市公众文体娱乐，亲近自然的场所。而且很多水体景观本身就是具社会经济效应 的旅游观光胜地。 3 1 2 我国城市景观水体的污染现状 我国城市水体景观质量严重下降，许多具有美学价值、旅游观光功能的水体， 其生态环境效益、社会经济效益正在逐步消弱瞰1 。水体是公园景观的重要组成部 分，能增加公园的灵气和情趣，美化环境；同时，也有利于野生生物的生存和发展， 促进城市自然保护和提高生物多样性。但由于缺乏统一的系统规划，加上污染排 放的叠加影响，许多城市景观水体的环境容量和生态载力不堪重负，生态系统遭 到破坏。我国9 0 以上的公园水体都遭到不同程度的污染，化学需氧量( c o d ) 、生 化需氧量( b o d ) 、总氮( n d 、总磷( t p ) 和非离子氨等指标，大多超过国家地面水环 境质量四类标准【5 7 】。张庆费掣5 8 】通过对上海8 个公园1 4 个水体水质的调查和富营 养化评价结果表明，一般的公园水体富营养化严重，其磷盐和氮盐的含量较高， 高于自然湖泊水体，有的甚至比富营养化十分严重的杭州西湖、南京玄武湖等城 市水体的营养盐水平高出几倍。由于水体结构和功能被破坏，多样性丧失，水生 1 7 重庆大学硕士学位论文3 城市景观水体污染现状及国内外研究现状 资源及其美学价值损害，为改善环境而设的水体也失去了它的意义。为此学者们 对水体富营养化开展了多角度的研究，包括其成因、评价、机理、危害、控制与 治理等【5 9 彤】。在对水环境污染防治的研究过程中，人们意识到对退化的健康水生 态系统进行修复犹如“逆水行舟”，不进则退，对在一定污染负荷下调整适应而达到 某种稳定的生态系统，一旦失去平衡又将导致再次污染。“先污染、后治理”的过程 十分漫长，治理费用也十分高昂。 于永才惭】通过对华南地区广州、深圳、珠海、佛山、长沙和武汉6 城市1 1 个 公园的调查分析，发现公园的水体污染具有三点共同之处，即污染源类似、污染 物基本相同、都缺乏综合防治污染的的措施。水体污染主要来自以下几个方面 临近水体的民居、餐厅、厕所等的生活污水；水边植物的代谢残留物；游 人随手丢弃的垃圾杂物；公园植物施加的化肥农药；初雨携带的地面、植物表面 的尘埃等有害物质：游艇等公园娱乐设施的直接接触污染。 虽然各地情况不同，排入水中的污染物种类略有差异，但以上污染源的污染 物基本上可以划分为四大类：植物性营养类有机物、油脂石油类有机物、人工合成 且难以降解的有机物、重金属类。 3 1 3 城市景观水体的主要污染源 城市景观水体主要受到人类城市活动的影响，其污染源按其来源特征可分为 点源污染与非点源污染两大类1 6 7 l 。 点源污染源 1 ) 城市工业废水 工业废水是城市景观水体重要的污染源之一。它们种类繁多，排放量大，所 含污染物种类多，组成复杂，通常具有毒性，在水中不易净化，很多工业废水温 度高，还易造成热污染。 2 ) 城市生活污水 城市生活污水是城市景观水体的又一重要污染源。在人口集中的居民区、商 业区，每天向城市水体排放大量的生活污水和固体垃圾，它们包括含有大量碳水 化合物和氮、磷等营养元素的有机物、洗涤剂和许多致