生物—生態(tài)措施修復(fù)治理河流污染綜述

張乾鑠

摘要隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，河流污染問題日益引起人們的重視。目前，河流治理與修復(fù)主要有物理、化學(xué)、生物修復(fù)等技術(shù)。在工程過程中，生物修復(fù)往往與生態(tài)措施相結(jié)合，被稱之為生物-生態(tài)修復(fù)。對(duì)生物-生態(tài)修復(fù)的原理、意義、技術(shù)措施等進(jìn)行綜述，并就其今后的發(fā)展進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞環(huán)境—生態(tài)修復(fù)；河流污染治理；技術(shù)措施

中圖分類號(hào)Q948.12文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào) 1007-5739（2009）06-0264-02

河流是人類最寶貴的一種自然資源，它為人類生存提供了穩(wěn)定的水源和肥沃的土壤，最早的人類文明都是沿著河流和河谷發(fā)展起來的。由于人類活動(dòng)排放的各種污染物進(jìn)入河流，使河流水質(zhì)和河流底泥的物理、化學(xué)性質(zhì)或生物組成發(fā)生變化，從而降低了河流的使用價(jià)值，使河流失去了原有的意義。目前，河流污染主要包括氮磷等營養(yǎng)物和有機(jī)物污染兩方面，污染源主要分為生活污水污染、工業(yè)污染以及農(nóng)業(yè)污染三大類。人們應(yīng)當(dāng)對(duì)水體中的污染物進(jìn)行處理，從而使水體得到凈化，使人類對(duì)河流環(huán)境的干擾降到最小，與自然共生存，為生物棲息和繁殖創(chuàng)造良好的生態(tài)環(huán)境，造福于子孫后代。

1生物—生態(tài)修復(fù)概述

生物—生態(tài)修復(fù)是國外近年來發(fā)展十分迅速的一種新的河流污染處理措施。河流生物修復(fù)是指用微生物或微生物菌群來降解河流水體中的有機(jī)物或有毒有害物質(zhì)；生態(tài)修復(fù)是指利用生態(tài)平衡、物質(zhì)循環(huán)的原理和技術(shù)方法，對(duì)受污染或受破壞、脅迫的水體生物（包括生物群體，下同）生存和發(fā)展?fàn)顟B(tài)的改善、改良或恢復(fù)、重現(xiàn)。生物—生態(tài)有機(jī)結(jié)合的措施是按照自然界的自身變化規(guī)律去恢復(fù)自然界的本來面貌，以自然界的自凈調(diào)控功能去治理被污染的河流，以人與自然協(xié)調(diào)發(fā)展為河流污染處理的基本思路，實(shí)現(xiàn)河流生態(tài)系統(tǒng)的自我修復(fù)。

生物—生態(tài)修復(fù)措施主要利用培育的植物或培養(yǎng)、接種的微生物的生命活動(dòng)，對(duì)河流水體中的污染物進(jìn)行轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化及降解作用，從而使水體得到凈化，具有可持續(xù)性好、保持力強(qiáng)、工程造價(jià)低、耗能少等優(yōu)點(diǎn)。它可以與河堤環(huán)境綠化及河岸景觀生態(tài)工程相結(jié)合，創(chuàng)造人與自然相融合的河流區(qū)域生態(tài)環(huán)境。

河流的生物—生態(tài)修復(fù)嚴(yán)格來講包括恢復(fù)和重建。恢復(fù)是針對(duì)受損而言的，受損就是生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和關(guān)系的破壞，因而，生態(tài)恢復(fù)就是恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)合理的結(jié)構(gòu)、高效的功能和協(xié)調(diào)的關(guān)系。其目標(biāo)是把受損的生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)到它先前的或類似先前的甚至更好的狀態(tài)。生態(tài)重建是將河流生態(tài)系統(tǒng)的現(xiàn)有狀態(tài)進(jìn)行改善，以增加人類的需要，使生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)一步遠(yuǎn)離它的起始狀態(tài)，而到達(dá)適合人類需求的一種狀態(tài)。河流生態(tài)修復(fù)是在遵循自然規(guī)律的前提下，控制待修復(fù)生態(tài)系統(tǒng)的演替方向和演替過程，把退化的生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)或重建到既可以最大限度地為人類所利用，又保持了系統(tǒng)的必要功能，并使系統(tǒng)達(dá)到自我維持的狀態(tài)。通常沒有必要將河流表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)修復(fù)至完全自然的狀態(tài)，而是根據(jù)經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件修復(fù)至人類所需要的合適狀態(tài)。達(dá)到修復(fù)或恢復(fù)受到污染、破壞或脅迫的水生生物的生存和繁衍的物理、化學(xué)和水文環(huán)境，及其食物鏈關(guān)系的目標(biāo)。河流污染生物—生態(tài)修復(fù)措施主要優(yōu)點(diǎn)在于不需要占用太多土地或優(yōu)質(zhì)耕地，只需河流沿岸即可；不需要高于專門污水處理程序等投資數(shù)倍的管道網(wǎng)絡(luò)及其維護(hù)；距城市居民區(qū)一般相對(duì)較遠(yuǎn)，不擾民或者較少擾民，并且可以保證河流的景觀功能、生產(chǎn)功能、休憩功能。

2生物—生態(tài)修復(fù)的技術(shù)措施

2.1人工補(bǔ)植技術(shù)

目前，由于對(duì)景觀和可持續(xù)發(fā)展的追求，各級(jí)政府投入巨資對(duì)城市河流進(jìn)行治理，企圖使河流重新成為可親近、可供玩賞的對(duì)象，以提升沿岸居住環(huán)境的質(zhì)量。但河流并非僅僅是“水流”，它包含著豐富的生態(tài)系統(tǒng)，相互構(gòu)成完整的食物鏈，維持著河流及其沿岸的生命和價(jià)值。早期的人工補(bǔ)植技術(shù)措施主要用于河流水土流失的治理，其具有良好的水土保持功能，對(duì)河流的水質(zhì)凈化也有一定的作用。近年來，越來越多的科研單位運(yùn)用人工補(bǔ)植技術(shù)對(duì)河流污染進(jìn)行治理，已經(jīng)取得不少成果。而人工補(bǔ)植技術(shù)就是把植物操控技術(shù)和水生植物護(hù)岸技術(shù)有機(jī)結(jié)合，從而對(duì)河流污染物進(jìn)行去除。

對(duì)河流污染而言，人工補(bǔ)植技術(shù)主要是對(duì)河流下游河岸天然植被進(jìn)行恢復(fù)，通過試驗(yàn)篩選出適宜的灌溉方式和植被種植種類，建立生態(tài)堤岸。這種措施以河岸土地為處理設(shè)施，利用土壤—植物系統(tǒng)的吸附、過濾及凈化作用和自我調(diào)控功能，達(dá)到某種程度上對(duì)水的凈化。河岸土壤處理系統(tǒng)可分為快速滲濾、慢速滲濾、地表漫流、濕地處理等化合物，尤其是有機(jī)氯和氨氮等有較好的去除效果。

在美國，火星失敗的河岸防護(hù)而造成的河流處理不當(dāng)使人們?cè)絹碓街匾暼斯ぱa(bǔ)植，生態(tài)擴(kuò)岸的方法，使水質(zhì)和美學(xué)價(jià)值綜合提高。國內(nèi)塔里木河下游生態(tài)修復(fù)亦嘗試采取此措施。

2.2人工濕地處理技術(shù)

人工濕地是由人工建造和控制運(yùn)行的與沼澤地類似的河堤生態(tài)系統(tǒng)，利用土壤、人工介質(zhì)、植物、微生物的物理、化學(xué)、生物三重協(xié)同作用來實(shí)現(xiàn)對(duì)河流污水的凈化。這種濕地系統(tǒng)是在一定長寬比及底面有坡度的洼地中，由土壤和填料（如卵石等）混合組成填料床，污染水可以在床體的填料縫隙中曲折流動(dòng)，或在床體表面流動(dòng)。在床體的表面種植具有處理性能好、成活率高的水生植物（如蘆葦?shù)龋?，形成一個(gè)獨(dú)特的動(dòng)植物生態(tài)環(huán)境，對(duì)污染水進(jìn)行處理。人工濕地是一個(gè)綜合的河流堤岸生態(tài)系統(tǒng)，它應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)中物種共生、物質(zhì)循環(huán)再生原理，結(jié)構(gòu)與功能協(xié)調(diào)原則，在促進(jìn)被污染河流中污染物質(zhì)良性循環(huán)的前提下，充分發(fā)揮資源的生產(chǎn)潛力，防止環(huán)境的再污染，獲得河流處理與資源化的最佳效益。人工濕地對(duì)有機(jī)污染物、氮、磷等都有較強(qiáng)的降解處理作用。

在人工濕地中氮主要是通過微生物的硝化和反硝化作用、植物的吸收、氨的揮發(fā)以及基質(zhì)的吸附和過濾等過程而去除。廢水中的氮以無機(jī)氮和有機(jī)氮2種形式存在，無機(jī)氮可以被人工濕地中的植物吸收，合成植物蛋白質(zhì)，最后通過植物的收割形式從濕地系統(tǒng)中去除。人工濕地系統(tǒng)中氮去除效率取決于濕地植物根區(qū)附近土壤的氧化還原狀況，因?yàn)橄趸饔靡笤诤醚醯臈l件下進(jìn)行，而反硝化作用要求在厭氧的條件下進(jìn)行。人為提高濕地中BOD與NO3--N之比（如添加秸稈或甲醇），氮的去除率會(huì)大幅度提高。

在人工濕地中磷主要是通過基質(zhì)的吸附、絡(luò)合及與Ca、Al、Fe和土壤顆粒的沉淀反應(yīng)及泥炭累積、植物的吸收、微生物作用等去除。

人工濕地系統(tǒng)的出水質(zhì)量好，適合于處理飲用水源，或者結(jié)合景觀設(shè)計(jì)，種植觀賞植物改善風(fēng)景區(qū)的水質(zhì)狀況，其造價(jià)及運(yùn)行費(fèi)用遠(yuǎn)低于常規(guī)工程處理技術(shù)。目前，世界各國都投入大量精力以改良人工濕地技術(shù)，將一些傳統(tǒng)的污水處理技術(shù)引入人工濕地的建造與控制運(yùn)行。如北美濕地工程公司（NAWF）借鑒污泥回流技術(shù)和鼓風(fēng)暴氣開發(fā)了循環(huán)流濕地工藝，這些工藝已成功地應(yīng)用于數(shù)年前還被認(rèn)為不適宜采用人工濕地處理污水的地區(qū)（氣候太冷或污水濃度太高）。

2.3人工浮島技術(shù)

美國學(xué)者Gurney于1971年發(fā)表加拿大雁的水上漂浮人工巢論文，此論文的發(fā)表使他成為人工浮島研究的先驅(qū)。之后以日本為代表的國家和地區(qū)成功地將人工浮島應(yīng)用于地表水體的污染治理和生態(tài)修復(fù)，成為一種新穎的河流污染處理技術(shù)措施。

人工浮島技術(shù)是以水生植物群落為主體，應(yīng)用物種間共生關(guān)系，充分利用水體空間生態(tài)位和營養(yǎng)生態(tài)位的原則，建立高效的人工生態(tài)系統(tǒng)，以削減水體中的污染負(fù)荷，結(jié)合綠化技術(shù)與漂浮技術(shù)，分為浮島框架、植物浮床、水下固定裝置以及水生植被幾個(gè)部分?？蚣芸刹捎糜H自然的材料如竹、木條等，植物生長的浮體一般是由高分子輕質(zhì)材料制成，質(zhì)輕耐用，浮島上植物一般選擇各類適宜的陸生植物和濕生植物。它利用表面積很大的植物根系在水中形成濃密的網(wǎng)，吸附水體中大量的懸浮物，并逐漸在植物根系表面形成生物膜，膜中微生物吞噬和代謝水中的污染物成為無機(jī)物，使其成為植物的營養(yǎng)物質(zhì)，通過光合作用轉(zhuǎn)化為植物細(xì)胞的成分，促進(jìn)其生長，最后通過收割浮島植物和捕獲魚蝦減少水中營養(yǎng)鹽。通過遮擋陽光抑制藻類的光合作用，減少浮游植物生長量，通過接觸沉淀作用促使浮游植物沉降，有效防止夏季“水華”發(fā)生，提高水體透明度。人工浮島上的植物能夠?yàn)轼B類棲息提供場所，其下部植物根系也可形成魚類和水生昆蟲生息環(huán)境，是一個(gè)有效的生態(tài)凈水方法。

2.4生物膜法處理技術(shù)

生物膜是由高度密集的好氧菌、厭氧菌、兼性菌、真菌、原生動(dòng)物以及藻類等組成的生態(tài)系統(tǒng)，其附著的固體介質(zhì)稱為濾料或載體。微生物附著生長于某種載體的表面，主要指天然材料（如卵石）、合成材料（如纖維）等，在其表面形成一定厚度的生物膜，生物膜表面積大，可為微生物提供較大的附著表面，有利于加強(qiáng)對(duì)污染物的降解作用，從而處理河流污水。生物膜主要由細(xì)菌、真菌、原生動(dòng)物組成。生物膜自濾料向外可分為慶氣層、好氣層、附著水層、運(yùn)動(dòng)水層。河流污染的水體流經(jīng)載體空隙時(shí)，廢水中有機(jī)物被生物膜吸附，進(jìn)而被微生物降解，由好氣層的好氣菌將其分解，再進(jìn)入?yún)挌鈱舆M(jìn)行厭氣分解，流動(dòng)水層則將老化的生物膜沖掉以生長新的生物膜，如此往復(fù)以達(dá)到凈化污水的目的。該技術(shù)對(duì)于受有機(jī)物及氨氮輕度污染的水體有明顯治理效果。它對(duì)水量、水質(zhì)、水溫變動(dòng)適應(yīng)性強(qiáng)，處理效果好，并具良好硝化功能，污泥量小且易于固液分離。此外，運(yùn)行管理時(shí)沒有污泥膨脹和污泥回流問題，耐沖擊負(fù)荷。國外許多江河大水體修復(fù)工程都有成功實(shí)例。

3結(jié)語與展望

綜上所述，各種生物—生態(tài)修復(fù)技術(shù)有自己的原理和特點(diǎn)。對(duì)于具體河道污染的治理和資源化生態(tài)修復(fù)，必須針對(duì)河道的具體特點(diǎn)、區(qū)域的具體情況，選擇恰當(dāng)?shù)纳铩鷳B(tài)修復(fù)技術(shù)與物理技術(shù)、化學(xué)技術(shù)有機(jī)結(jié)合，開發(fā)出最佳的河流污染處理措施。河流污染現(xiàn)在已是制約我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的最大阻力之一。生物—生態(tài)河流治理技術(shù)存在著許多可以挖掘的優(yōu)點(diǎn)，將成為21世紀(jì)我國河流生態(tài)環(huán)境治理領(lǐng)域最具生命力的處理措施。

4參考文獻(xiàn)

[1] 徐海波，宗瑞英.談城市河道生態(tài)護(hù)坡技術(shù)[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2005（1）：57-59.

[2] 駱世明.普通生態(tài)學(xué)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2005.

[3] VEZZULLI L，PRUZZO C，F(xiàn)ABIANO M.Response of the bacterial communityto in situ bioremediation of organic-rich sediments[J].Marine pollution bulletin ，2004（49）：740-751.

[4] 蘇冬艷，崔俊華，晁聰，等.污染河流治理與修復(fù)技術(shù)現(xiàn)狀及展望[J].河北工程大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008（4）:57-64.

[5] 劉協(xié)亭，張梵，邢立.塔里木河下游生態(tài)修復(fù)措施體系探討[J].中國水土保持科學(xué)，2008（6）:103-106.

[6] 崔理華，朱夕珍，駱世明.人工濕地基質(zhì)磷吸附特性與其物理化學(xué)性質(zhì)的關(guān)系[J].中國環(huán)境科學(xué)，2007，27（2）：250-254.

[7] 夏漢平.人工濕地處理污水的機(jī)理與效率[J].生態(tài)學(xué)雜志，2002，21（4）：51-59.

[8] LI M H，EDDLEMAN K E. Biotechnical engineering as an alternative to traditional engineering methods-A biotechnical stream bank stabilization design approach[J].Landscape andUrban Planning，2002，60（4）：225-242.

[9] 王劼，劉陽，王澤民，等.人工浮島技術(shù)應(yīng)用前景[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué)雜志，2008，5（4）：9.

[10] 武琳慧，吳林林，黃民生.人工浮床及其在污染水體治理中應(yīng)用進(jìn)展[J].凈水技術(shù)，2006，25（4）：8-9.

[11] 林肇信.環(huán)境保護(hù)概論[M].北京：高等教育出版社，1999.