淺析富營養(yǎng)化水體的生物-生態(tài)修復(fù)方法

熊竹楠

摘 要：水體富營養(yǎng)化破壞了水體原有的生態(tài)平衡，制約了我國社會、經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。我國大部分河流、湖泊均出現(xiàn)了水體富營養(yǎng)化問題。生物-生態(tài)修復(fù)技術(shù)以運行和維護成本低、無二次污染、可提高水體自凈能力等優(yōu)勢成為研究熱點。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)，分析了各項技術(shù)的基本原理、優(yōu)勢和局限。

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

文章編號：1004-7026（2020）15-0158-02? ? ? ? ?中國圖書分類號：X524? ? ? ? 文獻標志碼：A

水體污染是世界重大環(huán)境問題，水體富營養(yǎng)化是水體污染最突出的問題之一。水體富營養(yǎng)化是指由于大量的氮、磷等營養(yǎng)元素排入水體，使藻類及其他浮游生物大量繁殖，水中溶解氧含量下降，魚類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，由于我國湖區(qū)人口快速增長，以及工、農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，湖泊的生態(tài)安全正遭受著嚴重威脅。相關(guān)研究顯示，我國5大湖區(qū)的22個代表性湖泊中，有59.1%的湖泊處于不同程度的富營養(yǎng)化狀態(tài)[1]。

水體富營養(yǎng)化不僅破壞了水體的生態(tài)平衡，對水質(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?、?jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，加劇了水資源危機。因此，發(fā)展富營養(yǎng)化水體治理技術(shù)的意義重大。

富營養(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、運行、維護成本較高，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)的運行與維護費用較低、處理效果較好，且不存在二次污染的問題，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，菌膠團會吸附水中的氧氣和有機物，為細菌提供養(yǎng)分，同時也使水中的有機污染物得以氧化分解，從而實現(xiàn)水體的凈化。該技術(shù)的本質(zhì)是在自然凈化過程中輔以人工過程，加強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)勢與局限

生物膜上附著的細菌受水體溫度、透明度、污染程度的影響較小，對環(huán)境變化的耐受力強，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，有效提高了水體對有機污染物等的降解效率，同時產(chǎn)生的污泥量極少。該技術(shù)對于有機物污染和氨氮微污染水體的處理效果最好，是近年來微污染水修復(fù)領(lǐng)域的研究熱點。

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，運用無土栽培的原理進行種植，利用水生植物發(fā)達的根系和水體接觸形成天然的過濾層，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物攝食，從而得到削減。生態(tài)浮床還可以通過根分泌物降解有效去除有機物，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體大、生命周期長的優(yōu)勢，與藻類競爭光能和營養(yǎng)物質(zhì)，通過根系向水體中釋放生化物質(zhì)，抑制藻類生長，促進大分子污染物降解。

2.2? 生態(tài)浮床技術(shù)的優(yōu)缺點

與其他治理措施相比，生態(tài)浮床技術(shù)具有多重優(yōu)勢，其所需的浮床設(shè)備和載體材料等來源更加廣泛，費用更低，運營和維護更方便。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長、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)標準等一系列問題，在這些方面還需開展進一步的研究。

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，利用物理、化學(xué)、生物3方面的協(xié)同作用，通過基質(zhì)、專性與非專性吸附、離子交換、植物吸收和微生物分解等手段去除水中氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，抑制水中藻類生長繁殖，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的載體，為其提供營養(yǎng)物質(zhì)，還可以通過物理、化學(xué)作用直接對污染水體進行凈化。同時，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)生的氧氣運至根部，形成利于硝化細菌生長及有機物分解的好氧環(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)勢與問題

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，在治理污水的同時創(chuàng)造了生態(tài)景觀，具有投資運營費用低、系統(tǒng)組合多樣、操作簡單等優(yōu)勢。但其占地面積過大、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)計缺乏規(guī)范化，相關(guān)人員還應(yīng)進行深入研究，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，提高污染物在短時間內(nèi)的降解速率，加速能量流動和物質(zhì)循環(huán)，強化微生物對氮、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)。微生物進入水體后會主動吸附水中的有機物，并將大分子有機污染物轉(zhuǎn)化為可溶性有機小分子，使其透過細胞膜滲入細胞內(nèi)部，被各種內(nèi)酶降解。對于難降解的有機污染物，微生物則會通過共代謝改變其結(jié)構(gòu)，最終將其降解。所投加的微生物包括基因工程菌、土著微生物和外來微生物。

4.2? 人工濕地技術(shù)的優(yōu)勢與不足

與傳統(tǒng)的修復(fù)技術(shù)相比，投菌技術(shù)更加環(huán)保，無二次污染的風(fēng)險，投資成本低，去污效率高，操作簡單，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，單一種類微生物的降解效果并不明顯。

5? 結(jié)束語

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，實施清潔生產(chǎn)工藝、嚴格控制污水達標排放等源頭工作，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：

[1]李娜，黎佳茜，李國文，等.中國典型湖泊富營養(yǎng)化現(xiàn)狀與區(qū)域性差異分析[J].水生生物學(xué)報，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.