生物對水污染的監(jiān)測與修復(fù)

1、環(huán)境生物資源課程論文生物對水體污染的監(jiān)測與修復(fù)水中的污染物通?？煞譃槿箢?，即生物性、物理性和化學(xué)性污染物。未經(jīng)處理或處理不當(dāng)?shù)墓I(yè)廢水和生活污水排入水體，數(shù)量超過水體自凈能力，就會造成水體污染，直接或間接危害人體健康及其它生物。隨著水環(huán)境污染狀況的變化，水體中原有的病毒亦可能發(fā)生變化，并出現(xiàn)新的病毒。物理性污染物包括懸浮物、熱污染和放射性污染。其中放射性污染危害最大，但一般存在于局部地區(qū)。化學(xué)性污染物包括有機(jī)和無機(jī)化合物。隨著痕量分析技術(shù)的發(fā)展，至今從源水中檢出的化學(xué)性污染物已達(dá)2500種以上。水污染對生物的負(fù)面影響作用很大。因此，對受污染的水體進(jìn)行修復(fù)，已是社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展及生態(tài)環(huán)境建設(shè)的迫切

2、需要。對污染水體進(jìn)行生物修復(fù)，可以促進(jìn)河道水體好氧潔凈狀態(tài)生態(tài)系統(tǒng)各類微生物向良性生態(tài)區(qū)系演替的作用，可使污染水體中微生物由厭氧向好氧演替，生物由低等向高等演替，生物多樣性逐漸增加，藻類多樣性指數(shù)可恢復(fù)到輕污染或無污染的水平。目前，對水體修復(fù)的方法主要有化學(xué)方法，物理方法和生物方法。但與傳統(tǒng)的化學(xué)、物理處理方法相比，生物修復(fù)技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)：污染物在原地被降解；修復(fù)時間較短；就地處理操作簡便，對周圍環(huán)境干擾少；較少的修復(fù)金費(fèi)，僅為傳統(tǒng)化學(xué)、物理修復(fù)金費(fèi)的30%50%；人類直接暴露在這些污染物下的機(jī)會減少；不產(chǎn)生二次污染，遺留問題少。本文主要介紹了生物修復(fù)的原理和水體生物修復(fù)的主要方法。生物修復(fù)技

3、術(shù)被劃分原位微生物修復(fù)和異位生物修復(fù)兩種。前者強(qiáng)調(diào)污染物存在的初始空間分布，后者則稍作遷移；處理過程中，后者有更多的人為調(diào)控和優(yōu)化處理。在水體的生物修復(fù)過程中，各種生物會在不同層次互相影響，互相結(jié)合而起到不同的凈化作用。其中，最主要、最基本的是微生物的降解作用。水體生物修復(fù)的主要方法有：生物處理技術(shù)，生態(tài)塘處理法，人工濕地處理技術(shù)，土地處理技術(shù)等。其中，人工濕地處理技術(shù)將是一個比較重要的發(fā)展方向。生態(tài)修復(fù)工程的進(jìn)一步發(fā)展，應(yīng)該是要結(jié)合其他技術(shù)，使其處理效果更加好。一、生物修復(fù)的原理水體生物修復(fù)過程中生物的作用挺水植物通過對水流的阻尼和減小風(fēng)浪擾動使懸移質(zhì)沉降，并通過與其共生的生物群落有凈化水質(zhì)

4、的作用。但它主要吸取深部底泥中的營養(yǎng)鹽，通常不或很少直接吸收水中的營養(yǎng)鹽，而其部分殘體又往往滯留湖底，礦化分解后又會污染水體。所以挺水植物的功能中，有把下層底泥中的營養(yǎng)轉(zhuǎn)移到表層的一面，不利于直接凈化水質(zhì)。加上收割、水位變化對其生長的影響等問題，限制了它們在凈化水質(zhì)中的作用。必須注意管理、收割利用和防止種群退化。浮葉植物在一般淺水湖泊中有良好的凈化水質(zhì)效果，種植和收獲較容易，有經(jīng)濟(jì)效益，和觀賞效益，在一定季節(jié)可以作為重要的支撐系統(tǒng)。需要及時收獲。大型飄浮植物在光照和營養(yǎng)鹽競爭上比浮游植物有優(yōu)勢，有些種群的耐污性很強(qiáng)（如鳳眼蓮，喜旱蓮子草等），已經(jīng)發(fā)展了在大水面大風(fēng)浪條件下種植的技術(shù)，是良好的凈

5、化水質(zhì)選擇。浮萍生長快，許多種群能在空氣中固氮，覆蓋水面后與沉水植物在光照等方面有競爭，一般不宜采用。有些飄浮植物和浮體陸生植物（加上浮力支撐后可水培的植物）是很好的觀賞和食用植物，可在一定條件下組合應(yīng)用，既有凈化水質(zhì)作用，又有經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和觀賞效益。著生藻類和浮游藻類生長過程中都有凈化水質(zhì)作用。著生藻類的收集也不難，浮游藻類的收集也已發(fā)展了捕獲技術(shù)，在一定條件下也可因勢利導(dǎo)予以利用，一方面凈化水質(zhì)，另一方面作為資源取出。各種沉水植物是健康水生態(tài)系統(tǒng)的重要組成，其耐污程度和對水溫、水位、水流、水質(zhì)、底質(zhì)等條件各有差異，要根據(jù)當(dāng)?shù)鼐唧w自然條件因地制宜、因時制宜在時間空間上予以鑲嵌優(yōu)化組合，

6、使各種種群在整體上互補(bǔ)共生適應(yīng)季節(jié)變化和環(huán)境災(zāi)變。沉水植物和湖底水生植被的存在可吸附儲存生物碎屑于植物根部，增加底泥表層溶氧，遏制磷的釋放，阻止上層水體動力擾動向湖底的傳輸，減少湖底水動力交換系數(shù)，從而有效地遏制底泥營養(yǎng)鹽向水體的釋放。螺、蚌等底棲動物可過濾懸移質(zhì)，攝食生物碎屑，其分泌物有絮凝作用，螺有刮食著生藻類功能，蝦和若干種類魚類可攝食藻類、碎屑、浮游動物等。這些動物，作為健康水生態(tài)系統(tǒng)的補(bǔ)充組成，也有重要作用。微生物，特別是氮循環(huán)細(xì)菌在水體自凈能力中具有不可忽視的作用。有機(jī)物的礦化分解，氮素的氣化，磷鹽的沉降和固定在湖底等都與細(xì)菌的作用分不開。自然界的水生植物附近共生有多種遠(yuǎn)比自由水體

7、中豐富的細(xì)菌群落。飄浮植物容易種植，采用耐污性強(qiáng)，生長快的飄浮植物作為先鋒植物，不僅有植物直接吸收營養(yǎng)鹽的作用，而且更重要的是有與其共生的細(xì)菌的作用?？梢院芸煸黾铀耐该鞫龋纳扑|(zhì)。飄浮植物作為細(xì)菌的載體極為重要。但飄浮植物受氣候條件影響，在有些季節(jié)難以發(fā)揮作用。因此研制人工載體和優(yōu)選高效細(xì)菌種群極為重要。利用優(yōu)化的人工載體培養(yǎng)優(yōu)化的氮循環(huán)細(xì)菌，釋放到自然水體，以自然生物載體、其它人工載體和底泥為二級載體，水中懸浮物為三級載體，將原來荒漠化水域中以水土界面為主的好氧-厭氧，硝化-反硝化條件擴(kuò)大到水面和水體并加強(qiáng)細(xì)菌濃度，從而增加系統(tǒng)凈化能力。二、水體修復(fù)的主要處理方法水體修復(fù)技術(shù)包括以微生物

8、為處理功能核心的生物處理技術(shù)、具有復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)塘處理技術(shù)、以植物和微生物為主要處理功能體的濕地處理技術(shù)、土壤處理技術(shù)和河湖等自然凈化能力的處理等。1、生物處理技術(shù)生物處理技術(shù)包括好氧處理、厭氧處理、厭氧好氧組合處理。其主要原理是人工馴化、培養(yǎng)適合于降解某種污染物的微生物，通過控制室和微生物生長的環(huán)境以穩(wěn)定和加速污染物的降解。由于生物處理技術(shù)起步較早，現(xiàn)在已有很多成熟的工藝，比如SBR、UASB、氧化溝等。這些工藝一般要輔助結(jié)合其他一些處理方法，例如物理處理法（如吸附法、重力法、離心法和引力法等）、化學(xué)處理法（如凝絮法、提取法、氧化法、離子交換法和沉淀法等）。2、生態(tài)塘處理法生態(tài)塘是以太陽

9、能為初始能源，通過在塘中種植水生作物，進(jìn)行水產(chǎn)和水禽養(yǎng)殖，形成人工生態(tài)系統(tǒng)。在太陽能（日光輻射提供能量）的推動下，通過生態(tài)塘中多條食物鏈的物質(zhì)遷移、轉(zhuǎn)化和能量的逐級傳遞、轉(zhuǎn)化，將進(jìn)入塘中污水中的有機(jī)污染物進(jìn)行降解和轉(zhuǎn)化，最后不僅去除了污染物，而且以水生作物、水產(chǎn)的形式作為資源回收，凈化的污水也作為再生水資源予以回收再用，使污水處理與利用結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)了污水處理資源化。人工生態(tài)系統(tǒng)利用種植水生植物、養(yǎng)魚、養(yǎng)鴨、養(yǎng)鵝等形成多條食物鏈。其中不僅有分解者生物、生產(chǎn)者生物,還有消費(fèi)者生物，三者分工協(xié)作，對污水中的污染物進(jìn)行更有效的處理與利用，并由此可形成許多條食物鏈，構(gòu)成縱橫交錯的食物網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)。如果在

10、各營養(yǎng)級之間保持適宜的數(shù)量比和能量比，就可建立良好的生態(tài)平衡系統(tǒng)。污水進(jìn)入這種生態(tài)塘中，其中的有機(jī)污染物不僅被細(xì)菌和真菌降解凈化，而其降解的最終產(chǎn)物，一些無機(jī)化合物作為碳源、氮源和磷源，以太陽能為初始能源，參與食物網(wǎng)中的新陳代謝過程，并從低營養(yǎng)級到高營養(yǎng)級逐級遷移轉(zhuǎn)化，最后轉(zhuǎn)變成水生作物、魚、蝦、蚌、鵝、鴨等產(chǎn)物,從而獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。3、人工濕地處理技術(shù)人工濕地是近年來迅速發(fā)展的水體生物生態(tài)修復(fù)技術(shù)，可處理多種工業(yè)廢水，包括化工、石油化工、紙漿、紡織印染、重金屬冶煉等各類廢水，后又推廣應(yīng)用為雨水處理。這種技術(shù)已經(jīng)成為提高大型水體水質(zhì)的有效方法。人工濕地的原理是利用自然生態(tài)系統(tǒng)中物理、化學(xué)和

11、生物的三重共同作用來實(shí)現(xiàn)對污水的凈化。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地流動，或在床體表面流動。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纬梢粋€獨(dú)特的動植物生態(tài)環(huán)境，對污染水進(jìn)行處理。人工濕地的顯著特點(diǎn)之一是其對有機(jī)污染物有較強(qiáng)的降解能力。廢水中的不溶性有機(jī)物通過濕地的沉淀、過濾作用，可以很快地被截留進(jìn)而被微生物利用；廢水中可溶性有機(jī)物則可通過植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代謝降解過程而被分解去除。隨著處理過程的不斷進(jìn)行，濕地床中的微生物也繁殖生長，通過對濕地床填料的定期更換及對濕

12、地植物的收割而將新生的有機(jī)體從系統(tǒng)中去除。濕地對氮、磷的去除是將廢水中的無機(jī)氮和磷作為植物生長過程中不可缺少的營養(yǎng)元素，可以直接被濕地中的植物吸收，用于植物蛋白質(zhì)等有機(jī)體的合成，同樣通過對植物的收割而將它們從廢水和濕地中去除。由于這種處理系統(tǒng)的出水質(zhì)量好，適合于處理飲用水源，或結(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。其造價及運(yùn)行費(fèi)遠(yuǎn)低于常規(guī)處理技術(shù)。英、美、日、韓等國都已建成一批規(guī)模不等的人工濕地。4、土地處理技術(shù)土地處理技術(shù)是一種古老、但行之有效的水處理技術(shù)。它是以土地為處理設(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)到某種程度對水的凈化的目的。土地處理系統(tǒng)可分為快

13、速滲濾、慢速滲濾、地表漫流、濕地處理和地下滲濾生態(tài)處理等幾種形式。國外的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，土地處理系統(tǒng)對于有機(jī)化合物尤其是有機(jī)氯和氨氮等有較好的去除效果。德、法、荷等國均有成功的經(jīng)驗(yàn)。三、具體工藝的應(yīng)用在具體運(yùn)用這些工藝是通常要做一些組合。例如采用：污水沉淀人工濕低生態(tài)塘。目前國內(nèi)外有很多水體修復(fù)的成功工程。例如日本渡良瀨蓄水池的人工濕地，這是一座設(shè)有人工設(shè)施的蘆葦蕩，將蓄水池的水引到蘆葦蕩，通過吸附、沉淀及吸收作用，去除水中的氮、磷及浮游植物，達(dá)到對水體進(jìn)行自然凈化的目的。這種凈化過程循環(huán)進(jìn)行，確保蓄水池水質(zhì)潔凈。渡良瀨人工濕地的人工植被從陸地到水面依次為：杞柳（水邊林）蘆葦、荻、蓑衣草（濕地植物）茭白、寬葉香蒲（吸水植物）荇菜、菱（浮葉植物），形成了一體的生態(tài)空間。渡良瀨人工濕地已經(jīng)成為日本最大的蘆葦蕩，也成為對居民、兒童進(jìn)行環(huán)保及愛水教育的場所，組織學(xué)生進(jìn)行自然觀察。在我國也有很多水體生態(tài)修復(fù)的研究和工程實(shí)例。例如李正魁研究了固定化氮循環(huán)細(xì)菌技術(shù)（INCB）在貴陽紅楓湖物理生態(tài)工程（PEEN）實(shí)驗(yàn)區(qū)的除氮、抑菌效果，結(jié)果表明，應(yīng)用PEENINCB技術(shù)使紅楓湖試驗(yàn)區(qū)總氮、非離子氨和亞硝酸鹽氮分別平均降低0.568mg/L,0.015mg/L和0.019mg/L。工程后排入紅楓湖的非離子氨均0.02mg/L,NO2-N0.1m