生态浮岛、人工水草与曝气充氧组合净化水体能力研究

工作量小（吴黎明等，2010）。黄菖蒲对微囊藻的化感抑制作用也最强（丁惠君等，2007）。多项研究及工程实践表明黄菖蒲是生态浮岛的优选植物（吴黎明，2010a；b；肖楚田等，2013）。杨红艳等对不同种类人工水草去除污染物的能力研究得出细绳状10cm人工水草对污水具有较好的净化能力（杨红艳，2013；陈庆锋等，2014）。故本研究中选用黄菖蒲，10cm细绳状人工水草进行研究。浮岛采用商品化PE材质浮体组成，每块浮体尺寸为500*500*38mm，有4个种植孔，配套种植篮，每个种植篮孔径110mm，高110mm。

2.2 试验装置

试验装置为固定在河道中的防水围栏。防水围栏采用防水布制成，平面尺寸1400*1400mm，防水围栏底部深入底泥，以保证防水效果。防水围栏内有效水深1.2m，每个防水围栏内的水容量为2.35m3。试验共设4组，每组试验都设防水围栏。1#试验组设置生态浮岛，生态浮岛下挂人工水草和曝气装置；2#试验组只设置生态浮岛；3#试验组只设置人工水草；4#试验组只设置曝气装置。其中生态浮岛采用4块浮岛体组成，尺寸为1000*1000mm。选择株高30cm左右，体型一致的黄菖蒲用自来水将根部泥土洗净，栽植到种植篮中每个种植篮两株，种植篮中填充陶粒以固定植株。人工水草可直接固定在种植篮下方（设有生态浮岛时）或采用尼龙绳固定（无生态浮岛时）。曝气装置可固定在生态浮岛下方或固定在立柱上。1#试验组的试验装置如图1所示。

2.3 试验方法

本试验在广州市某小河涌中进行，试验时间为2015年5月5日至2015年6月4日，共计30d。每隔1-5d取装置中的水样，检测水体总磷（TP）、氨氮（NH3-N）浓度的变化。水质检测采用哈希HACH多参数水质分析仪。

3 结果与讨论

生物膜的生长除与人工水草材料类型相关外，也与温度、pH、溶解氧、水质等外界因素有关。试验期间，人工水草迅速挂膜，7d左右已形成棕褐色的生物膜；黄菖蒲生长良好，试验结束时黄菖蒲根系浓密发达。试验前水体浑浊，有明显的腥臭味；试验结束后各试验组的水体透明度显著增加，异味消失。除感官性状有明显变化之外，水体中的TP、NH3-N浓度显著下降。

3.1 各试验组对水体TP去除效果

生态浮岛对水体TP的去除主要靠根系对颗粒态磷的截留、根际微生物对有机磷的矿化、水生植物对磷的吸收以及颗粒态磷的沉降（周小平等，2005）。人工水草对TP的去除主要靠人工水草对颗粒态磷的截留、人工水草表面生物膜对磷的吸收以及颗粒态磷的沉降（童敏等，2011）。曝气充氧主要靠好氧条件下聚磷菌对磷的吸收。各试验组对TP去除效果见图2。

各试验组对水体TP都有很好的去除效果。生态浮岛+人工水草+曝气充氧试验组在试验期前9天TP浓度迅速下降，在第9天其浓度将至0.11mg/L，去除率达78%，之后TP浓度上下波动，在试验第30d时TP浓度为0.14mg/L，去除率为73%。生态浮岛试验组在试验的前9天TP浓度持续下降，在第9天其浓度将至0.31mg/L，去除率达39%，之后TP浓度下降速度降低，在试验第30d时浓度为0.21mg/L，去除率为59%。人工水草试验组在试验期前12天TP浓度持续下降，在第12天浓度降至0.28mg/L，去除率达45%，之后TP浓度上下波动，在试验第30d时其浓度为0.30mg/L，去除率为41%。曝气充氧试验组在试验期前7天TP浓度持续下降，在第7天TP浓度降至0.32mg/L，去除率达37%，之后TP浓度上下波动，在试验第30d时TP浓度为0.30mg/L，去除率为41%。从上述试验数据可知，对TP的去除效果：生态浮岛+人工水草+曝气充氧工艺组合（去除率73%）>生态浮岛（去除率59%）>人工水草（去除率41%）=曝气充氧（去除率41%）。

3.2 各试验组对水体NH3-N去除效果

生态浮岛对水体NH3-N去除主要靠植物吸收和细菌的硝化作用（周小平等，2005）。人工水草及曝气充氧对水体NH3-N去除主要靠细菌的硝化作用。各试验组对NH3-N的去除效果见图3。

各试验组对水体NH3-N都有很好的去除效果。生态浮岛+人工水草+曝气充氧试验组在试验期前7天NH3-N浓度直线下降，在第7天其浓度将至1.2mg/L，去除率达75%，之后NH3-N浓度缓慢下降，在12d后NH3-N浓度上下波动，在试验第30d时NH3-N浓度为0.8mg/L，去除率为83%。生态浮岛试验组在试验期间NH3-N浓度波动较大，整体呈下降趋势，在试验第30d时，浓度为3.1mg/L，去除率为35%。人工水草试验组在试验期间NH3-N浓度波动也较大，整体呈下降趋势，在试验第30d时其浓度为2.6mg/L，去除率为46%。曝气充氧试验组在试验期间NH3-N浓度持续下降，在试验第30d时浓度为1.1mg/L，去除率为77%。从上述试验数据可知，对NH3-N的去除效果：生态浮岛+人工水草+曝气充氧工艺组合（去除率83%）>曝气充氧（去除率77%）>人工水草（去除率46%）>生态浮岛（去除率35%）。

在微曝气生态浮岛系统中污染物去除率较高，将植物浮岛技术与接触氧化相结合，提高了水面利用率（立体空间）和净化效率；另一方面，低压微量曝气系统提供的有氧环境是条件保障，微曝气生态浮岛布设微曝气装置，在模型底部进行曝气，使得整个系统中的溶氧浓度提高，有利于好氧异养微生物生长而形成生物膜，从而表现出更好的净水效果。

4 结束语

生态浮岛框架下方架设填料，形成填料浮岛，可提高除污率。同时在浮岛下增设曝气装置，能明显提高水体溶解氧含量，促进植物和微生物更好地生长，这些技术与浮岛技术的整合，能明显提高整个浮岛的处理效率，对水质有更好的净化效果。通过设置对照试验结果表明该工艺组合对河涌水体净化效果明显好于这三种工艺单独使用时的净化效果。在该装置运行30d后，河水TP和NH3-N去除率达到73%和83%，其浓度分别降至0.14mg/L和0.8mg/L。

参考文献

[1]陈庆锋，杨红艳，马君健，等.人工水草在重污染河流生态修复中的应用进展[J].中国给水排水，2014，30（20）：54-58.

[2]丁惠君，彭祺，张维昊，等.三种湿生植物对微囊藻的化感作用初步分析[J].环境科学与技术，2007，30（4）：7-11.

[3]李海英，冯慕华，李玲，等.微曝气生态浮床净化入湖河口污染河水原位模型实验[J].湖泊科学，2009，21（6）：782-788.

[4]童敏，李真，黄民生，等.多功能人工水草生物膜处理黑臭河水研究[J].水处理技术，2011，37（8）：112-116.

[5]吴黎明.可持续利用生物浮床水质改善技术的开发研究[D].扬州大学，2010.

[6]吴黎明，丛海兵，王霞芳，等.3种浮床植物及人工水草去除水中氮磷的研究[J].环境科技，2010，23（3）：12-16.

[7]肖楚田，肖克炎，李林.水体净化与景观--水生植物工程应用[M].江苏科学技术出版社，2013.

[8]胥丁文，陈玲娜，马前.生态浮床技术的应用及研究新进展[J].中国给水排水，2010，26（14）：11-15.

[9]杨红艳.人工水草技术及其在城镇河道生态修复中的应用研究

[D].山东师范大学，2013.

[10]周小平，王建国，薛利红，等.浮床植物系统对富营养化水体中氮、磷净化特征的初步研究[J].应用生态学报，2005，16（11）：2199-2203.

*通信作者：苏蕾，广东中大环保投资有限公司，常务副总经理。

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