熊竹楠

摘 要：水體富營(yíng)養(yǎng)化破壞了水體原有的生態(tài)平衡，制約了我國(guó)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。我國(guó)大部分河流、湖泊均出現(xiàn)了水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題。生物-生態(tài)修復(fù)技術(shù)以運(yùn)行和維護(hù)成本低、無(wú)二次污染、可提高水體自凈能力等優(yōu)勢(shì)成為研究熱點(diǎn)。介紹了4種具體的生物-生態(tài)修復(fù)技術(shù)：生物膜處理技術(shù)、生態(tài)浮床技術(shù)、人工濕地技術(shù)和微生物修復(fù)劑投加技術(shù)，分析了各項(xiàng)技術(shù)的基本原理、優(yōu)勢(shì)和局限。

關(guān)鍵詞：富營(yíng)養(yǎng)化;生物生態(tài)修復(fù);水質(zhì)凈化

文章編號(hào)：1004-7026（2020）15-0158-02? ? ? ? ?中國(guó)圖書(shū)分類(lèi)號(hào)：X524? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

水體污染是世界重大環(huán)境問(wèn)題，水體富營(yíng)養(yǎng)化是水體污染最突出的問(wèn)題之一。水體富營(yíng)養(yǎng)化是指由于大量的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素排入水體，使藻類(lèi)及其他浮游生物大量繁殖，水中溶解氧含量下降，魚(yú)類(lèi)及其他生物大量死亡，水生生態(tài)平衡被破壞的現(xiàn)象。近年來(lái)，由于我國(guó)湖區(qū)人口快速增長(zhǎng)，以及工、農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，湖泊的生態(tài)安全正遭受著嚴(yán)重威脅。相關(guān)研究顯示，我國(guó)5大湖區(qū)的22個(gè)代表性湖泊中，有59.1%的湖泊處于不同程度的富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)[1]。

水體富營(yíng)養(yǎng)化不僅破壞了水體的生態(tài)平衡，對(duì)水質(zhì)、水生生物等造成不利影響，還在一定程度上制約著當(dāng)?shù)厣鐣?huì)、經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，加劇了水資源危機(jī)。因此，發(fā)展富營(yíng)養(yǎng)化水體治理技術(shù)的意義重大。

富營(yíng)養(yǎng)化水體的治理手段分為物理、化學(xué)和生物3種方法。盡管物理和化學(xué)方法具有一定的效果，但其投資、運(yùn)行、維護(hù)成本較高，不利于水生生態(tài)系統(tǒng)的健康發(fā)展，且在污染較大的情況下不可行。生物-生態(tài)修復(fù)方法是以生物學(xué)及生態(tài)學(xué)理論為基礎(chǔ)，通過(guò)人為培育的植物或微生物遷移、轉(zhuǎn)化、降解水中的污染物，從而完成治理的一種方法。相比之下，該技術(shù)的運(yùn)行與維護(hù)費(fèi)用較低、處理效果較好，且不存在二次污染的問(wèn)題，因而得到了廣泛的研究與快速的發(fā)展[2]。

1? 生物膜處理技術(shù)

1.1? 生物膜處理技術(shù)的原理

生物膜法是生物-生態(tài)修復(fù)技術(shù)的一種主要方法，其原理是為天然河床上存在的微生物提供人工的填充濾料或載體，使其附著在濾料或載體表面，形成生物膜。當(dāng)污染水體與生物膜接觸時(shí)，菌膠團(tuán)會(huì)吸附水中的氧氣和有機(jī)物，為細(xì)菌提供養(yǎng)分，同時(shí)也使水中的有機(jī)污染物得以氧化分解，從而實(shí)現(xiàn)水體的凈化。該技術(shù)的本質(zhì)是在自然凈化過(guò)程中輔以人工過(guò)程，加強(qiáng)自然水體本身的自凈能力[3]。

1.2? 生物膜處理技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與局限

生物膜上附著的細(xì)菌受水體溫度、透明度、污染程度的影響較小，對(duì)環(huán)境變化的耐受力強(qiáng)，濾料和載體巨大的表面積為吸附的大量微生物創(chuàng)造了條件，有效提高了水體對(duì)有機(jī)污染物等的降解效率，同時(shí)產(chǎn)生的污泥量極少。該技術(shù)對(duì)于有機(jī)物污染和氨氮微污染水體的處理效果最好，是近年來(lái)微污染水修復(fù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

2? 生態(tài)浮床技術(shù)

2.1? 生態(tài)浮床技術(shù)的原理

生態(tài)浮床技術(shù)是以高分子材料為基質(zhì)和載體，運(yùn)用無(wú)土栽培的原理進(jìn)行種植，利用水生植物發(fā)達(dá)的根系和水體接觸形成天然的過(guò)濾層，使水體中的氮、磷物質(zhì)被根系截留、吸附、吸收，被微生物降解和被水生動(dòng)物攝食，從而得到削減。生態(tài)浮床還可以通過(guò)根分泌物降解有效去除有機(jī)物，一些水生植物還具有富集、代謝和吸收重金屬的功能。此外，水生植物可以利用其本身個(gè)體大、生命周期長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)，與藻類(lèi)競(jìng)爭(zhēng)光能和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，通過(guò)根系向水體中釋放生化物質(zhì)，抑制藻類(lèi)生長(zhǎng)，促進(jìn)大分子污染物降解。

2.2? 生態(tài)浮床技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

與其他治理措施相比，生態(tài)浮床技術(shù)具有多重優(yōu)勢(shì)，其所需的浮床設(shè)備和載體材料等來(lái)源更加廣泛，費(fèi)用更低，運(yùn)營(yíng)和維護(hù)更方便。此外，生態(tài)浮床的二次污染現(xiàn)象較弱，可以適用于不同深度的水體，占地面積小，具有美化水域景觀、防堤護(hù)岸、提高生物多樣性的功能。

該技術(shù)盡管在理論及應(yīng)用研究方面都取得了重大成果，但也存在處理周期過(guò)長(zhǎng)、人工操作復(fù)雜、基質(zhì)材料的生產(chǎn)使用率低且穩(wěn)定性較差、植物遴選缺乏相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等一系列問(wèn)題，在這些方面還需開(kāi)展進(jìn)一步的研究。

3? 人工濕地技術(shù)

3.1? 人工濕地技術(shù)的原理

人工濕地由自然濕地發(fā)展演變而來(lái)，利用物理、化學(xué)、生物3方面的協(xié)同作用，通過(guò)基質(zhì)、專(zhuān)性與非專(zhuān)性吸附、離子交換、植物吸收和微生物分解等手段去除水中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，抑制水中藻類(lèi)生長(zhǎng)繁殖，從而使水質(zhì)得到凈化。

人工濕地的基質(zhì)不但可以作為微生物和水生植物生長(zhǎng)的載體，為其提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，還可以通過(guò)物理、化學(xué)作用直接對(duì)污染水體進(jìn)行凈化。同時(shí)，濕地植物可以直接吸附、吸收和富集氮、磷及重金屬等物質(zhì)，并將光合作用產(chǎn)生的氧氣運(yùn)至根部，形成利于硝化細(xì)菌生長(zhǎng)及有機(jī)物分解的好氧環(huán)境，從而消除水體中的污染物質(zhì)。

3.2? 人工濕地技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與問(wèn)題

與其他傳統(tǒng)技術(shù)相比，人工濕地系統(tǒng)將污染水體修復(fù)和環(huán)境生態(tài)建設(shè)相結(jié)合，在治理污水的同時(shí)創(chuàng)造了生態(tài)景觀，具有投資運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低、系統(tǒng)組合多樣、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)。但其占地面積過(guò)大、易受溫度和植物影響、基質(zhì)易淤積阻塞、生態(tài)服務(wù)功能單一、設(shè)計(jì)缺乏規(guī)范化，相關(guān)人員還應(yīng)進(jìn)行深入研究，積極尋找相應(yīng)的解決措施。

4? 微生物修復(fù)劑投加技術(shù)

4.1? 微生物修復(fù)劑投加技術(shù)的原理

微生物修復(fù)劑投加技術(shù)是指將人工選育的活性微生物投入污染水體中，以迅速增大水中微生物濃度，提高污染物在短時(shí)間內(nèi)的降解速率，加速能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)，強(qiáng)化微生物對(duì)氮、磷等污染物的吸附、降解和轉(zhuǎn)化，從而完成水質(zhì)和生態(tài)效應(yīng)的恢復(fù)。微生物進(jìn)入水體后會(huì)主動(dòng)吸附水中的有機(jī)物，并將大分子有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為可溶性有機(jī)小分子，使其透過(guò)細(xì)胞膜滲入細(xì)胞內(nèi)部，被各種內(nèi)酶降解。對(duì)于難降解的有機(jī)污染物，微生物則會(huì)通過(guò)共代謝改變其結(jié)構(gòu)，最終將其降解。所投加的微生物包括基因工程菌、土著微生物和外來(lái)微生物。

4.2? 人工濕地技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與不足

與傳統(tǒng)的修復(fù)技術(shù)相比，投菌技術(shù)更加環(huán)保，無(wú)二次污染的風(fēng)險(xiǎn)，投資成本低，去污效率高，操作簡(jiǎn)單，工藝穩(wěn)定。該技術(shù)需根據(jù)水質(zhì)變化多次投加菌劑，需要多種微生物的協(xié)同配合才能完成污染物的降解和削減，單一種類(lèi)微生物的降解效果并不明顯。

5? 結(jié)束語(yǔ)

目前，尚未發(fā)現(xiàn)能夠完全去除水體中污染物質(zhì)的修復(fù)方法。因此，實(shí)施清潔生產(chǎn)工藝、嚴(yán)格控制污水達(dá)標(biāo)排放等源頭工作，是最為關(guān)鍵和明智的治理措施。各種生物-生態(tài)修復(fù)技術(shù)存在的問(wèn)題和局限性亟待解決和發(fā)展，其發(fā)展前景十分廣闊。

參考文獻(xiàn)：

[1]李娜，黎佳茜，李國(guó)文，等.中國(guó)典型湖泊富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)狀與區(qū)域性差異分析[J].水生生物學(xué)報(bào)，2018（4）：854-864.

[2]董哲仁，劉倩，曾向輝.受污染水體的生物-生態(tài)修復(fù)技術(shù)[J].水利水電技術(shù)，2002（2）：1.