生態(tài)浮床處理農(nóng)村生活污水
生態(tài)浮床是20世紀(jì)80年代在德國發(fā)明并被廣泛推廣應(yīng)用的人工濕地技術(shù)，對污染物的去除效果好，尤其在富營養(yǎng)化水體治理中具有獨特的優(yōu)勢。生態(tài)浮床是利用人工構(gòu)建的浮床浮力承托植物，使高等水生植物或者改良的陸生植物在一個固定的區(qū)域生長，由此植物通過發(fā)達(dá)的根系吸收水吸收氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，降低化學(xué)需氧量(COD);同時人工營造一個各種動物、微生物良好的生長環(huán)境，為動物、微生物的大量生長繁殖及降解水體的污染物質(zhì)創(chuàng)造必要的條件;另外浮床植物的生長能抑制藻類大量生長防止水體富營養(yǎng)化，提高水體的自凈能力。目前生態(tài)浮床技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于包括農(nóng)村生活污水處理、城市景觀水體建設(shè)、農(nóng)村養(yǎng)殖廢水及富營養(yǎng)水體治理等各方面。浮床植物是利用生態(tài)浮床處理生活污水的核心部分，浮床植物篩選和適應(yīng)性研究、生理生態(tài)、凈化生活污水的機(jī)理及凈化效果等對于建設(shè)生態(tài)浮床的成敗與否具有重要的意義。
1、生態(tài)浮床處理生活污水的優(yōu)勢
1.1 生態(tài)浮床是一種高效的污染水體修復(fù)和治理的技術(shù)
生態(tài)浮床是一種植物、動物和微生物生存繁衍的載體，浮床植物通過發(fā)達(dá)的根系一方面吸收或吸附水體中的污染物質(zhì)，另一方面通過泌氧、根系分泌物等促進(jìn)了動物和微生物大量生長，通過吸收、吞噬、吸附和分解等功能的共同作用多種途徑降解水體污染物，從而有效地修復(fù)了污染水體。
1.2 生態(tài)浮床建設(shè)成本低
生態(tài)浮床在污染水體中進(jìn)行原位構(gòu)建，不需要占用其它土地，減少了建造的成本;同時載體材料多為抗氧化性材質(zhì)，材料來源廣，價格成本低，經(jīng)久耐用更換時間長;密度小質(zhì)量輕，制作簡單便于運(yùn)輸和組裝，從而使生態(tài)浮床的投資少，建設(shè)成本低。
1.3 生態(tài)浮床運(yùn)行管理費(fèi)用少，低能耗
生態(tài)浮床無需專業(yè)的機(jī)械設(shè)備以及化學(xué)藥劑的投入，大大的減少費(fèi)用開支;同時還能夠自動適應(yīng)動態(tài)變化的水位，運(yùn)行性能穩(wěn)定，可以減少動力、能源的消耗，降低了運(yùn)行成本;生態(tài)浮床日常維護(hù)簡單，無需投人大量的人力成本進(jìn)行管理。
1.4 生態(tài)浮床能產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)價值
利用生態(tài)浮床種植水生經(jīng)濟(jì)作物獲得一定經(jīng)濟(jì)收入，同時還能夠與水生生物及微生物處于一個良好的自然生態(tài)平衡環(huán)境，生物種類多樣性，水體活性好，水生生物的產(chǎn)量和質(zhì)量都得到提高，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)價值就越大，從另一個角度也就降低了生活污水的治理成本和維護(hù)費(fèi)用。
1.5 生態(tài)浮床具有景觀效果
生態(tài)浮床應(yīng)用于修復(fù)生活污水，將水體修復(fù)和景觀設(shè)計相結(jié)合對所處水體環(huán)境破壞小，同時改變了原來周邊環(huán)境的整體印象，美化了當(dāng)?shù)氐乃颦h(huán)境，提升了周圍生活和工作的環(huán)境。
2、生態(tài)浮床凈化生活污水的植物功能
2.1 對氮、磷吸收轉(zhuǎn)化和吸附固定
生活污水中的氮、磷等是導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化的主要物質(zhì)，同時也是植物生長和繁殖所必需的營養(yǎng)元素，植物通過吸收轉(zhuǎn)化這些可利用的營養(yǎng)物質(zhì)如物質(zhì)銨態(tài)氮、速效磷等轉(zhuǎn)變?yōu)橹参矬w的組成部分。浮床植物吸收生活污水中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮，銨態(tài)氮和硝態(tài)氮在植物體內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)化形成氨基酸等含氮化合物，最后通過同化作用轉(zhuǎn)化為植物體的組成部分，通過植物的收割從生活污水處理系統(tǒng)中去除。磷是植物生長需要的大量元素之一，以正磷酸鹽的形式被植物主動吸收，合成植物的ATP等構(gòu)成植物體的組成部分被固定下來。祝宇慧選用水蔥、千屈菜、水序等8種濕地植物對污水中總氮和銨態(tài)氮的去除率的污水凈化試驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)各植物對總氮和銨態(tài)氮的去除率高達(dá)80%～90%。定期對浮床植物進(jìn)行收割不僅可以從生活污水中帶走氮、磷等營養(yǎng)元素，同時回收的植物還有一定經(jīng)濟(jì)價值，如用作牲畜飼料、食用蔬菜、造紙原料、燃料等。
植物對水體中氮磷減少的另一種方式是通過植物根系的吸附固定作用。浮床植物降低水流速度，生活污水中的污染物質(zhì)會被浮床植物根系吸附，從而降低了污染物質(zhì)的濃度使生活污水得以凈化口。植物對污染物質(zhì)吸附量的多少與植物根系生物量與形態(tài)有著密切的關(guān)系，不同植物根系的分布范圍也存在明顯的差異。SMITH等利用浮床植物對酸性礦井廢水中固體物質(zhì)進(jìn)行吸附試驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)浮床植物吸附固體物質(zhì)的能力達(dá)2.2kg?m-2。
2.2 根系泌氧改變氧化還原條件
浮床植物普遍具有發(fā)達(dá)的通氣組織，其莖和根部的細(xì)胞間相互貫通形成一個通氣系統(tǒng)，植物葉片通過光合作用產(chǎn)生的氧氣可以通過這個系統(tǒng)運(yùn)送到根部，從而改變浮床植物根部的氧化還原條件。植物根系周圍構(gòu)成好氧區(qū)、兼氧區(qū)和厭氧區(qū)，不同的根系環(huán)境條件下生活污水中的污染物質(zhì)轉(zhuǎn)化程度不同，多樣化的條件有利于污染物質(zhì)的分解。付融冰等構(gòu)建蘆葦濕地處理富營養(yǎng)化的河水時發(fā)現(xiàn)蘆葦根系泌氧從而使根系表面的氧化能力顯著高于周邊水體。水生植物根系的好氧區(qū)硝化亞硝化作用，同時其厭氧區(qū)反硝化作用，為污染物質(zhì)的多樣化降解提供了必要場所。凌云等發(fā)現(xiàn)蘆葦泌氧作用形成的根際好氧區(qū)域的硝化亞硝化作用明顯高于非根際。
2.3 根系微生物的吸收轉(zhuǎn)化
生活污水中污染物質(zhì)的降解與浮床植物根系微生物的吸收轉(zhuǎn)化有很大的關(guān)系。浮床植物發(fā)達(dá)的根系具有巨大的表面積，可以為各種微生物和水中懸浮態(tài)污染物提供良好的載體。浮床植物根系區(qū)域微生物的種類和數(shù)量大于非根際區(qū)域，此區(qū)域為微生物的生存和生長繁殖提供了附著基質(zhì)和棲息場所。大量的微生物一方面通過吸收同化降解污染物質(zhì)轉(zhuǎn)化自身的生物組成部分。如周元清等發(fā)現(xiàn)水芹根是固氮菌與氨化菌、硝化菌、亞硝化菌和反硝化菌等氮循環(huán)細(xì)菌種類和數(shù)量非常多，主要通過水芹的吸收同化和氮循環(huán)細(xì)菌的生物脫氮降低污染水體的氮含量。微生物對污染物質(zhì)的降解另一個方面是通過微生物自身的活動完成脫氮除磷的過程，如氮的去除主要靠微生物的硝化與反硝化作用來完成。植物根系泌氧在根系周圍形成好氧區(qū)、兼氧區(qū)、厭氧區(qū)的微環(huán)境，相應(yīng)生長和繁殖對應(yīng)的各種好氧、兼氧、厭氧的微生物。唐瑩瑩等研究發(fā)現(xiàn)空心菜根際的氮循環(huán)細(xì)菌、硝化菌、氧化菌、亞硝化菌等的數(shù)量和種類明顯高于空白對照，硝化菌和反硝化菌集中分布位置不同。由不同植物組合的生態(tài)浮床可以提高根際微生物群落的多樣性，促進(jìn)了生態(tài)浮床對污染物質(zhì)降解，如魏成等發(fā)現(xiàn)美人蕉、蘆葦和旱傘草組合系統(tǒng)對污染物的COD、BOD、TN和TP去除明顯高于單一植物構(gòu)成的處理單元。
2.4 根系分泌物的促進(jìn)降解作用和抑藻作用
浮床植物在生長過程中能夠分泌有機(jī)酸、糖類、氨基酸、酶等，根系分泌物能夠促進(jìn)污染物的降解。一方面根系分泌物能夠改變植物根際物理、化學(xué)及生物學(xué)特性，如有機(jī)酸通過對根際難溶性養(yǎng)分的pH變化、配位交換及還原作用等提高了根際養(yǎng)分的有效性，增加了植物對根際氮、磷營養(yǎng)元素的吸收，在植物根際微生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)遷移和調(diào)控起了重要的作用，從而促進(jìn)了浮床植物對生活污水中污染物的降解。吳振斌等研究水生植物根際脲酶的活性與污水凈化效果的關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)脲酶的活性與總氮的去除率具有顯著正相關(guān)關(guān)系。江福英等發(fā)現(xiàn)美人蕉、香蒲、垂穗莎草、玉帶草的根際比非根際能夠分泌更多的酶脲酶、磷酸酶、硝酸還原酶、亞硝酸還原酶等。另一方面根系分泌物創(chuàng)造了植物根際特殊的微環(huán)境，同時為微生物的生長提供碳源等營養(yǎng)和能量物質(zhì)，在生活污水充足的氮、磷等條件下促進(jìn)了根際微生物的種類和數(shù)量的大量增加，微生物的生長和代謝活動促進(jìn)了植物根際對生活污水中污染物質(zhì)的降解。另外根系分泌物還具有一定的抑藻作用，在減少藻類的生長防止水體富營養(yǎng)化方面起到一定的作用。NAKAI等研究發(fā)現(xiàn)浮床植物旱傘草、風(fēng)車草及美人蕉的根系分泌物能夠抑制藍(lán)綠藻的大量生長，黃花鸞尾、金錢蒲、水燭、水蔥和蘆葦根系等能夠分泌抑制銅綠微囊藻生長的物質(zhì)，以及水燭、水蔥和蘆葦根系分泌能夠抑制藍(lán)綠藻生長的物質(zhì)。
3、生態(tài)浮床植物的篩選
生態(tài)浮床對生活污水中氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的吸收作用、根系附著微生物對污染物的降解能力，與植物的種類、生長速度、生物量的大小、光合作用、呼吸作用及向水體泌氧能力等密切相關(guān)。浮床凈化的主體是浮床植物，因此生態(tài)浮床植物的篩選非常重要。植物篩選時需要考慮的因素主要有以下4個方面。
3.1 選擇去污效果好、耐污染能力強(qiáng)的植物
生態(tài)浮床主要目的是去除生活污水中的氮、磷等污染物質(zhì)，因而選擇去污效果好、耐污染能力強(qiáng)的植物作為首選植物。目前主要常用的浮床植物有水雍菜、空心蓮子草、狐尾藻等。這些植物通常具有發(fā)達(dá)的根系，生長速度快，生物量大。
3.2 選擇具有一定景觀效果的植物
生態(tài)浮床在處理生活污水的同時還選擇具有一定景觀效果的植物進(jìn)行搭配，起到美化環(huán)境的作用。常用的景觀植物有水生美人蕉、菖蒲、鳶尾等。
3.3 選擇具有一定經(jīng)濟(jì)價值的植物
浮床植物在處理生活污水后，為防止植物腐爛后帶來二次污染，其后續(xù)處理也是植物選擇的一個重要條件。選擇具有一定的食用價值、藥用價值、觀賞價值等經(jīng)濟(jì)價值的植物更容易被人們接受。常用于生態(tài)浮床的經(jīng)濟(jì)價值的植物有水雍菜、水芹、澤瀉等。
3.4 選擇能夠在冬季生長的植物進(jìn)行組合配置
植物生長具有明顯的季節(jié)性，大多數(shù)植物在冬季枯萎死亡，使生態(tài)浮床處理生活污水不能常年穩(wěn)定的運(yùn)行，因而考慮秋冬季節(jié)溫度低、生態(tài)浮床植物的越冬問題，常選擇冬季能夠生長的植物進(jìn)行組合配置，常用的植物種類有西伯利亞鳶尾、酸模、水芹等。根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蛱攸c和生活污水的處理要求選擇合適的植物組合作為生態(tài)浮床植物，如果主要考慮生活污水的去污效果常選用“狐尾藻+酸?！苯M合模式等;如主要考慮生態(tài)浮床與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)、美化環(huán)境等景觀效果則可以選用“美人蕉+常綠鳶尾”組合模式等;如主要考慮浮床植物的經(jīng)濟(jì)效益常用“水雍菜+水芹”組合模式，具體選用什么類型的植物組合方式可以根據(jù)實際情況，因地制宜選擇適應(yīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)境、去污能力強(qiáng)的植物作為備選植物。
4、結(jié)論
生態(tài)浮床技術(shù)逐漸被廣泛用于農(nóng)村生活污水處理工程中，根據(jù)浮床植物在生活污水處理中的功能作用、生活污水的特點及周邊環(huán)境協(xié)調(diào)的要求，因地制宜選用去污能力強(qiáng)、具有一定的景觀效果和經(jīng)濟(jì)效益的植物進(jìn)行組合構(gòu)建生態(tài)浮床，同時考慮植物生長的季節(jié)特點使生態(tài)浮床在農(nóng)村生活污水處理中發(fā)揮巨大的作用。(來源：江西省科學(xué)院能源研究所，江西省科學(xué)院鄱陽湖研究中心)