摘 要：生態(tài)浮床作為一項(xiàng)重要的水體修復(fù)技術(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)勢，已被廣泛應(yīng)用。然而受到生態(tài)浮床本身構(gòu)造的限制，浮床植物及根系微生物對水體的凈化能力有限，為提高生態(tài)浮床的應(yīng)用效果，國內(nèi)很多學(xué)者對生態(tài)浮床進(jìn)行了復(fù)合及強(qiáng)化改良研究。該研究對現(xiàn)階段廣泛應(yīng)用的生態(tài)浮床復(fù)合及強(qiáng)化措施進(jìn)行總結(jié)與比較，并對目前生態(tài)浮床改良技術(shù)存在的問題及發(fā)展方向進(jìn)行闡述，以期為生態(tài)浮床技術(shù)研究及應(yīng)用提供參考依據(jù)。 

關(guān)鍵詞：生態(tài)浮床；復(fù)合；強(qiáng)化；應(yīng)用

生態(tài)浮床技術(shù)是自20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的一項(xiàng)重要的水環(huán)境修復(fù)技術(shù)，在富營養(yǎng)化水體治理中具有獨(dú)特的優(yōu)勢。它通過植物生長過程中從水體中吸收氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的特性除去水體中的氮、磷；通過發(fā)達(dá)的根系及根系部位附著的微生物，發(fā)揮對懸浮顆粒、有機(jī)及無機(jī)污染物的吸附、降解作用；還可以通過根系泌氧功能改善水體的氧環(huán)境。與其它濕地修復(fù)系統(tǒng)相比，生態(tài)浮床修復(fù)技術(shù)具有原位修復(fù)、不占用額外土地、可移動、無動力、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)廢水、生活污水、城市雨水、養(yǎng)殖廢水處理等方面［１］。

然而受到生態(tài)浮床本身的限制，處于浮床表層的浮床植物對于深層水體的凈化能力有限；受到植物根系數(shù)量、根系表面積的限制，植物根系吸收同化及根系表面微生物降解的污染物十分有限，這在一定程度上限制了生態(tài)浮床技術(shù)的應(yīng)用及推廣。為此國內(nèi)很多學(xué)者在提高生態(tài)浮床的應(yīng)用效果方面做了很多研究［２－５］，該研究主要從生態(tài)浮床的復(fù)合及強(qiáng)化２個方面對目前國內(nèi)生態(tài)浮床改良研究做分析總結(jié)，以期為國內(nèi)生態(tài)浮床的復(fù)合強(qiáng)化技術(shù)及應(yīng)用提供參考依據(jù)。 

１ 國內(nèi)生態(tài)浮床強(qiáng)化技術(shù) 

強(qiáng)化主要是指通過一些改進(jìn)措施，在不改變生態(tài)浮床構(gòu)造的基礎(chǔ)上提高生態(tài)浮床的應(yīng)用效果，目前主要有下面幾種措施：改進(jìn)構(gòu)造材料、改進(jìn)構(gòu)造方式、植物優(yōu)化篩選和植物刈割強(qiáng)化。 

１．１ 改進(jìn)構(gòu)造材料 

典型的浮床由浮床框體、浮床床體、浮床基質(zhì)、浮床植物４個部分構(gòu)成。其中浮床載體、浮床基質(zhì)均可以進(jìn)行材料改進(jìn)，進(jìn)而提高生態(tài)浮床的 實(shí)用效果。 浮床載體（框體、床體）使用比較多的有 ＰＶＣ 管、木材、竹子、泡沫、廢舊輪胎等，也有專業(yè)化公司生產(chǎn)的中空型塑料浮床種植盤。目前國內(nèi)很多的應(yīng)用型生態(tài)浮床相關(guān)研究均是基于ＰＶＣ 管［６－１０］、竹子［１１］，也有很多機(jī)理性研究與是基于塑料泡沫［１２－１４］。 在浮床載體新材料方面，很多研究基于無機(jī)載體材料研發(fā)具有生物載體和基質(zhì)雙功能的材料，這樣的載體材料本身能夠凈化水體，同時能夠提供較大的表面積。目前研究比較多的輕質(zhì)無機(jī)載體材料有陶粒、蛭石、膨脹珍珠巖、多孔陶瓷、浮石、沸石、生物質(zhì)碳等［１５］。無機(jī)載體材料在生 態(tài) 浮床應(yīng)用中具有較好的處理效果，然而其密度大， 處理成本高，難以大面積推廣。相比之下，國內(nèi)對 人工合成有機(jī)載體的積極性更高一些，因?yàn)橛袡C(jī)載體密度小，形狀規(guī)則，更容易在生態(tài)浮床中布設(shè)，且相比未添加有機(jī)載體的生態(tài)浮床具更好的水體凈化效果。 目前國內(nèi)對浮床基質(zhì)的研究主要集中于沸 石、蛙石、鋼渣、活性炭、石灰石、粉煤灰、礦物材料等，也取得了一定的研究成果［１８－２１］，對生物纖維基質(zhì)也有較多的研究［２２－２５］。生物纖維基質(zhì)與礦 石類基質(zhì)相比能夠補(bǔ)充碳源，增強(qiáng)系統(tǒng)的脫氮效果［２６］，然而生物纖維素基質(zhì)會隨著浮床的運(yùn)行氣生物 量 逐 漸 減 少，這在一定程度上限制了應(yīng)用推廣。 

１．２ 改進(jìn)構(gòu)造方式 

一般常用的措施就是在傳統(tǒng)浮床系統(tǒng)上直接添加水生動物區(qū)組成構(gòu)造上的立體生態(tài)浮床；也 可以通過在水里放養(yǎng)特定水生動物形成功能上的立體生態(tài)浮床。 在添加水生動物區(qū)方面，國內(nèi)比較常見的做法是在生態(tài)浮床上直接添加水生貝類層。李先寧等［２７］通過添加河蜆構(gòu)建了一種由 水 生 植 物空心菜、水生動物河蜆（Ｃｏｒｂｉｃｕｌａｆｌｕｍｉｎｅａ）及微生物組成的 ３ 層組合型立體浮床生態(tài)系統(tǒng)；王國芳等［２８］通過添加三角帆蚌構(gòu)建了空心菜、濾食性貝類三角帆蚌和微生物強(qiáng)化人工介質(zhì)構(gòu)成的組合型立體生態(tài)浮床，發(fā)現(xiàn)水生動物單元對葉綠素的去除貢獻(xiàn)率達(dá)到７９．７％，三角帆蚌的濾食及排氨作用促進(jìn)了顆粒有機(jī)物的可溶化和無機(jī)化。金秋等［２９］研究了添加濾食性水生動物貝類層空心菜生態(tài)浮床系統(tǒng)，研究生態(tài)浮床各級生物配置對源水中污染物的去除效果，生態(tài)浮床各級配置對ＴＰ的去除作用排序?yàn)槿斯そ橘|(zhì)＞水生植物＞水生動物。 在添加功能層方面常見的做法是添加魚類， 使生態(tài)浮床與魚類形成功能上的互補(bǔ)強(qiáng)化。王俊臣等［３０］利用黃花鳶尾生態(tài)浮床和鰱鳙構(gòu)成功能上的立體生態(tài)浮床，對池塘養(yǎng)殖污染水體凈化效果進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)鰱鳙攝食浮游生物等天然餌料，氮磷去除能力。朱術(shù)超等［３１］構(gòu)建了包含香根草、 黃菖蒲、西芹組合的７種生態(tài)浮床，并進(jìn)行組合斑馬魚研究，發(fā)現(xiàn)添加斑馬魚的黃菖蒲復(fù)合浮床系統(tǒng)能更有效地抑制水體中ＣＯＤ 增長，而投放斑馬魚的香根草復(fù)合浮床系統(tǒng)能更有效地去除水體中氮磷營養(yǎng)鹽，表明一定條件下植物－動物復(fù)合浮 床系統(tǒng)比單一的植物浮床能更好的改善水體環(huán)境。 總體來說，在生態(tài)浮床立體化構(gòu)造改良方面， 國內(nèi)的研究相對較少，而且以物理構(gòu)造的立體化改進(jìn)為主，在功能層搭配方面研究相對缺乏。 

１．３ 植物優(yōu)化篩選 

目前國內(nèi)對浮床植物的優(yōu)選主要基于凈化能力、本地物種、低溫條件、根系泌氧能力４個原則。在凈化能力強(qiáng)的植物篩選及本地物種篩選方面，國內(nèi)做了比較多的研究，篩選出來一批具有較強(qiáng)水體凈化能力的浮床植物物種［３１－３４］。然而 在 耐低溫植物篩選及泌氧能力強(qiáng)植物篩選方面，國內(nèi)一直沒有很大的突破，冬春季節(jié)水芹菜仍然是 生態(tài)浮床的首選植物［３５－３８］。國內(nèi)在冬季浮床植物選擇方面，一直采用篩選耐寒植物的方法，而在借助現(xiàn)代基因改良技術(shù)改進(jìn)植物耐寒性方面的研究相對較少，適當(dāng)開展生物轉(zhuǎn)基因技術(shù)對濕地植 物的改良研究，使其適應(yīng)低溫生長環(huán)境是一種重要的解決思路。 浮床植物根系部位的泌氧促進(jìn)了污染物的好氧降解，在浮床水體凈化過程中發(fā)揮了重要作用， 因而篩選根系發(fā)達(dá)泌氧能力強(qiáng)的植物也可以增強(qiáng)浮床系統(tǒng)的應(yīng)用效果［３９］。國內(nèi)缺少在根系泌樣能力強(qiáng)的植物篩選方面的研究。 

１．４ 植物刈割強(qiáng)化 

浮床植物的收割刈割可以作為強(qiáng)化浮床應(yīng)用 效果的常 用 措 施［３８，４０－４５］。一般 認(rèn) 為，對 植 物 進(jìn) 行 收割或者刈割能夠顯著促進(jìn)新芽再生能力，引起 植物的超補(bǔ)償生長，使得植物在生物量分配模式 上發(fā)生改變，進(jìn)而改善浮床植物系統(tǒng)的水體凈化 能力［４０］，通 過收割或刈割還可以移除部分生物 體，防止植物體腐爛重新進(jìn)入水體中。 

２ 國內(nèi)生態(tài)浮床復(fù)合技術(shù) 

生態(tài)浮床的復(fù)合技術(shù)主要是通過復(fù)合外加措施，增加或改善生態(tài)浮床本身的某些功能，目前在生態(tài)浮床復(fù)合技術(shù)方面，主要有以下幾種措施。 

２．１ 復(fù)合碳源措施 

生態(tài)浮床修復(fù)水體很大一部分依靠水體微生物的硝化作用和反硝化作用，這就需要足夠的氧氣和碳源［４６］，傳統(tǒng)的浮床結(jié)構(gòu)無法為微生物的活 動提供足夠的碳源，在此基礎(chǔ)上國內(nèi)相關(guān)人員開展了很多添加碳源的復(fù)合生態(tài)浮床系統(tǒng)研究［４７－５４］。在碳源添加研究方面，國內(nèi)研 究 比 較 多 的集中于添加玉米稈、稻草、麥秸等生物質(zhì)碳，添加生物質(zhì)碳一方面可以解決微生物碳源問題，又 可以為玉米稈、稻草、麥秸等農(nóng)業(yè)產(chǎn)物提供出路。 王芳等［５２］研究了添加玉米芯、稻草等碳源條件下，組合型生態(tài)浮床系統(tǒng)脫氮效果研究，發(fā)現(xiàn)玉米 芯和稻草表面微生物多樣性豐富程度較高，稻草 和底泥中氨氧化菌的譜帶種類最多，浮床具有較 高脫氮能力。曹 文 平［４８］研 究了稻草秸稈作為生 物反硝化碳源的可行性和效果，發(fā)現(xiàn)稻草作為生 態(tài)浮床基質(zhì)顯示出較為明顯的優(yōu)勢，具備了強(qiáng)化 生物脫氮的潛力，但也發(fā)現(xiàn)稻草基質(zhì)在生態(tài)浮床 系統(tǒng)脫氮效果的穩(wěn)定性和持久性方面有待研究。 近年來，利用一些天然纖維素物質(zhì)作 為 生 物 反硝化的固體供給碳源，利用固體供給碳源既作為碳源，也可以作為生物載體，然而如何將天然纖 維素碳源與生態(tài)浮床有效結(jié)合成了一個難題［４９］。 

２．２ 復(fù)合自然生物膜措施 

在自然水體中，微生物細(xì)胞和非生物質(zhì)通過鑲嵌在微生物分泌的有機(jī)聚合物基質(zhì)并附著在基 質(zhì)表面形成自然生物膜，為微生物的附著生長和 包裹吸附其它物質(zhì)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)［６］。自然生物 膜通過形成好氧－厭氧區(qū)，通過生物膜中相關(guān)微生 物的硝化作用及反硝化作用去除水中的氮元素， 自然生物膜的氧化還原作用對有機(jī)污染物的降解發(fā)揮了重要作用，目前已被廣泛應(yīng)用于污染水體修復(fù)［５５－６１］。 目前對生態(tài)浮床復(fù)合自然生物膜主要是通過 填充不同填料實(shí)現(xiàn)。目前國內(nèi)研究比較多的是 ＰＶＣ材料填料如組合填料、性立體填料、球 型 填料等及生物繩等。ＰＶＣ填料具有表面積大、比重小的特點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于人工濕地及工業(yè)化 的污水處理系統(tǒng)。在生態(tài)浮床系統(tǒng)中，王鄭等［６２］通過添加 球 型 塑 料填料來增加浮床系統(tǒng)的生物膜，發(fā)現(xiàn)植物根系吸收、填料吸附及微生物的協(xié)同作用對污染物的去除效果要優(yōu)于單一系統(tǒng)；陳亞男［６３］研究了考察組合填料、彈性立體填料和竹填料的掛膜特征，發(fā)現(xiàn)在掛膜試驗(yàn)期間，組合填料和彈性立體填料的污染物去除效果優(yōu)于竹填料彈性，立體填料系統(tǒng)更有利于靜態(tài)掛膜。 目前生態(tài)浮床系統(tǒng)添加生物填料增加生物膜的強(qiáng)化措施研究相對較少，而且在新材料探索方面也缺乏研究。納米顆粒材料相對其它材料具有更高的比表面積，應(yīng)用于生態(tài)浮床填料是一個不錯的選擇。 

２．３ 復(fù)合微生物措施 

生態(tài)浮床復(fù)合微生物技術(shù)主要是通過添加硝 化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌等功能型微生物來實(shí)現(xiàn)。在 天然浮床系統(tǒng)中自然的硝化細(xì)菌及反硝化細(xì)菌缺 乏，生長緩慢，嚴(yán)重制約了生態(tài)浮床系統(tǒng)的凈化能 力，目前國內(nèi)相關(guān)研究多以添加單一或者復(fù)合細(xì) 菌來加 強(qiáng) 浮 床 系 統(tǒng) 的 凈 化 能 力［６４－７０］。另外 在 浮 床微生物種類的篩選方面，國內(nèi)研究偏重于培育 通用性微生物菌種，對當(dāng)?shù)匚⑸锞N的優(yōu)選培 育比較欠缺。趙 婷 婷 等［６４］篩選了一株具有高效 氨化能力的工程菌用于植物浮島人工濕地中進(jìn)行 強(qiáng)化分解有機(jī)氮試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)加入氨化細(xì)菌菌劑后， 植物根系能夠更多的吸收氨氮，為植物根系周圍 的微生物群提供了充足的氧氣進(jìn)行硝化作用，提 高了植物浮島對氮素的去除效果。 

２．４ 復(fù)合曝氣增氧措施 

浮床植物根系微生物對水中有機(jī)污染物的降解主要依靠氧化作用，因此充足的氧氣是浮床系 統(tǒng)發(fā)揮水體凈化作用的重要條件。作為一種重要的增氧手段，曝氣被廣泛研究并應(yīng)用于生態(tài)浮床系統(tǒng)中［５９，７１－８１］。目前在生態(tài)浮床曝氣研究中多采用鼓風(fēng)、微曝氣或者微納米曝氣，太陽能曝氣系統(tǒng)的研究相對較少。 聶玉 華［７５］研究了微曝氣強(qiáng)化生態(tài)浮床系統(tǒng)其對污水中氮元素的去除效果，發(fā)現(xiàn)微曝氣強(qiáng)化了生態(tài)浮床對氮元素的去除作用。譚 劍 聰［８２］發(fā) 現(xiàn)微曝氣能顯著提高水中微生物的生物量和生物 活性，強(qiáng)化了浮床系統(tǒng)對水中有機(jī)負(fù)荷的去除效率和脫氮除磷的效果。齊鈺鵬 等［７７］發(fā)現(xiàn)微納米曝氣與微孔曝氣２種方式下微納米碳纖維浮床更 短的時間內(nèi)完成碳纖維填料的掛膜過程，有更好的強(qiáng)化去除效果。葉春等［７９］探索微納米曝氣技術(shù)對再力花植物浮床脫氮的影響，發(fā)現(xiàn)微納米曝氣形成的富氧環(huán)境不利于硝態(tài)氮的去除，微納米曝氣具有更好的充氧效果，可顯著改變植物根系微環(huán)境，有利于植物根系氨化細(xì)菌、硝化細(xì)菌的生長。 綜合比較目前生態(tài)浮床常用的曝氣增氧技術(shù)，鼓風(fēng)曝氣效果一般，能源消耗高；微曝氣手段或者微納米曝氣都具有較好的曝氣效果，然而其曝氣設(shè)施復(fù)雜；太陽能曝氣長期運(yùn)行成本相對較低，然而前期投入相對較大，難以推廣。一旦太陽能曝氣系統(tǒng)成本降低，結(jié)合太陽能曝氣與微曝氣 及微納米曝氣的曝氣系統(tǒng)會是未來的發(fā)展方向。

3  國內(nèi)生態(tài)浮床技術(shù)改良研究方向 

目前國內(nèi)普遍使用的生態(tài)浮床改良措施主要是復(fù)合措施，主要通過微生物添加、曝氣增氧、生 物膜添加、碳源添加等措施提高生態(tài)浮床的應(yīng)用效果，針對水體微生物的功能進(jìn)行強(qiáng)化；而在生態(tài)浮床本身的強(qiáng)化方面，如生態(tài)浮床的物理構(gòu)造、提高使用壽命、冬季低溫條件植物篩選改造方面，由 于受到技術(shù)手段的限制，相關(guān)研究相對較少，限制了生態(tài)浮床凈化效果的提高及應(yīng)用范圍。 由于單一的復(fù)合或者強(qiáng)化技術(shù)并不能顯著提供生態(tài)浮床的應(yīng)用效果，因此在實(shí)際應(yīng)用中多是 采用多種復(fù)合強(qiáng)化技術(shù)綜合使用的方法提高生態(tài)浮床的應(yīng)用效果。


４ 展望

生態(tài)浮床是一種依靠植物吸收、根系微生物生物化學(xué)反應(yīng)及及植物收割移除的水體凈化技術(shù)，具有運(yùn)行成本低、處理效果好、原位修復(fù)、改善和恢復(fù)生態(tài)環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)，然而也存在修復(fù)見效慢、 時間長、受季節(jié)性影響的缺點(diǎn)。目前，生態(tài)浮床的原位修復(fù)強(qiáng)化技術(shù)研究主要集中在改進(jìn)構(gòu)造材料、改進(jìn)浮床構(gòu)造、植物優(yōu)化篩選、植物刈割強(qiáng)化及復(fù)合碳源、生物膜、微生物、曝氣增氧等措施，主 要是通過一些通用型強(qiáng)化措施改善生態(tài)浮床的應(yīng)用效果。 在實(shí)際應(yīng)用中，生態(tài)浮床植物及根系部位微生物的組成對水體氮磷元素及有機(jī)物的去除有直接影響，特定浮床植物及根系微生物就會形成特 有的水體氮磷及有機(jī)物去除特征。在浮床微生物的復(fù)合強(qiáng)化措施中，通過附加不同碳源、不同的增氧曝氣、添加不同生物膜及添加不同比例的硝化、 反硝化等微生物群落可以實(shí)現(xiàn)浮床不同功能種類微生物的數(shù)量、活性的調(diào)節(jié)，進(jìn)而針對不同污染水體開展對氮磷及不同有機(jī)物的去除。因此，通過開展 不同浮床植物、不同微生物、微生物添加碳源、增氧曝氣、添加生物膜對污染水體氮、磷、有機(jī)物去除比例的研究，就可以形成不同植物、微生物對污染水體的特異性去除特征，通過結(jié)合不同水體的污染特征就可以開展組合定制化的浮床水體凈化研究。組合定制化的生態(tài)浮床，通過針對污染水體的污染特征，有針對性的篩選植物及植物組合，通過培養(yǎng)添加特定的微生物及組合，復(fù)合特異性的碳源、生物膜及曝氣措施，可以顯著提高生態(tài)浮床的應(yīng)用效果，是未來生態(tài)浮床應(yīng)用研究的 一個重要方向。