人工浮岛技术在污水生态修复中的应用_张婉璐

2010年第4期环境与可持续发展ENVIRONMENTANDSUSTAINABLEDEVELOPMENTNo.4,2010人工浮岛技术在污水生态修复中的应用张婉璐1,3刘君寒1李力2李福利1(1.中国科学院青岛生物能源与过程研究所青岛266101;2.山东大学环境科学与工程学院济南250100;3.中国科学院研究生院北京100049)【摘要】人工浮岛是一种污水生态修复处理技术。该技术通过在污染水体设置漂浮基质,模仿植物自然生长规律,利用植物根,浮岛基质及植物根际微生物菌群对污水中各种有机物质进行降解,达到生态修复目的。本文综述了人工浮岛国内外发展现状,从污水处理效果,处理成本等方面将该技术和传统人工湿地进行比较,对人工浮岛的应用前景和发展趋势进行了分析。【关键词】生态修复;人工浮岛;人工湿地中图分类号:X22文献标识码:A文章编号:1673-288X(2010)04-0048-031人工浮岛生态污水修复机理人工浮岛是一种长有水生植物或陆生植物、可为野生生物提供生境的飘浮岛,主要由浮岛基质、植物和固定系统组成[1]。在水体中设置人工浮岛,浮岛上的植物根系能够吸附和吸收水中的氮、磷等物质,贮存在植物细胞中,可以降低水体化学需氧量(COD)、总氮(TN)、总磷(TP)及重金属含量。同时,浮岛上植物根系拥有巨大的表面积,为水中微生物生长提供良好固着载体,起到“生物膜载体”的作用。人工浮岛具有不同的形状、构造及植物类型,这会吸引野生动物如昆虫、蝶类、鸟类、两栖动物等在此栖息,从而增加物种多样性,加快生态修复进程。2人工浮岛和传统人工湿地的比较2.1人工浮岛与人工湿地的异同人工浮岛、人工湿地,都是将植物种在水中,并用植物系统及根际微生物来净化污水或富营养化水体。严格来说,人工浮岛属于人工湿地的一种。相比而言,人工浮岛是一种改进的人工湿地技术,可供选择种植的植物范围较广。尤其是陆生植物经水生驯化后,能形成比陆生环境下更发达的根系,因而可能具有比传统人工湿地更好的有机污染物净化潜能。传统人工湿地中,植物种植于湿地的底部,而人工浮岛将植物种植于浮垫上,因而植物的生长不受水域类型和水底地形等条件的限制,人工浮岛具有更高的营养物质和其他元素的同化吸收效率。由于人工浮岛可以在较深的水体中运作,相比于传统人工湿地来说,这相当于延长了污水的处理时间,因此具有更高的处理效率。另外由于浮岛基质的避光作用,在浮垫下方植物根部所形成的生物膜中,优势微生物主要为细菌,而传统人工湿地开放的水环境使附着于植物茎叶上所形成的生物膜的微生物主要有藻类、水生附着生物和细菌等。另外,人工浮岛还具有占用土地少,二次污染弱,作为景观可操作性更高等优点。2.2人工浮岛和人工湿地的水体净化效果李希等使用混合型植物(美人蕉、灯芯草或菖蒲)人工浮岛处理生活污水,发现植物在处理污水过程中发挥重要作用。长有植物的人工浮岛对生活污水中总氮的去除率在133～150mgm-2d-1,而对照组仅为63mgm-2d-1;对总磷的去除率在44～60mgm-2d-1,而对照组仅为28mgm-2d-1;人工浮岛对COD的去除率在1.03～1.07gm-2d-1,而对照组仅为0.41gm-2d-1[2]。Oostrom在人工湿地处理氮饱和肉类加工废水的脱氮研究中发现,含有人工浮岛的表面流湿地氮的去除效果大约是对照组的两倍,平均为46%～49%(5.2～5.5gNm-2DOI:10.19758/j.cnki.issn1673-288x.2010.04.017张婉璐等:人工浮岛技术在污水生态修复中的应用·49·d-1)。夏季氮的去除率达到75%(大约9.5gNm-2d-1)[3]。Tanner等通过对人工浮岛去除微粒、铜和锌的研究发现,人工浮岛对Cu和Zn的去除率大约分别为3.8～6.4mgm-2d-1和25～88mgm-2d-1[4],这与已报道的自由表面流人工湿地和水平潜流人工湿地的去除率相近。且人工浮岛可在3天的时间内去除大约1/3的悬浮微粒。李英杰等在太湖五里湖的治理过程中,实施了两个人工浮岛工程,发现:工程区内营养盐的浓度被大幅度消减,浊度从53.4NTU(NTU指散射浊度单位,表明仪器在与入射光成90°角的方向上测量散射光强度)降低到15.9NTU[1]。人工浮岛工程显著改善了工程区内的水环境。余杰等在人工湿地深度处理污水的研究中发现,据实际运行经验,人工湿地在夏季可去除6～9kgm-2d-1的COD,而冬季运行时能去除16～24.5gm-2d-1的COD[5]。Vymazal等在不同湿地对营养物质去除效果的研究中发现,根据人工湿地的类型及流入量的不同,不同人工湿地对总氮的去除率在325～819mgm-2d-1,总磷的去除百分比在61～102mgm-2d-1[6]。巴奇等对两级人工湿地处理有机物质的效