水體的微生物-生態(tài)修復技術分析研究 環(huán)境工程專業(yè)

水體的微生物——生態(tài)修復技術分析研究環(huán)境工程專業(yè) 摘要：利用植物或微生物對水體中的污染物進行處理，從而使水體得到凈化，這一用生態(tài)—生物的方法來修復水體的技術，廉價實用，適用我國江河湖庫大范圍的污水治理[1]。關鍵詞：生態(tài)、生物、污染、水體修復1、概述受污染的江河湖庫水體進行修復，已是社會經濟發(fā)展及生態(tài)環(huán)境建設的迫切需要，特別是南水北調東線沿線的治污工程，量大面廣，尋找先進實用、造價低廉的技術迫在眉睫。我國的江河湖庫水體污染主要包括氮磷等營養(yǎng)物和有機物污染兩方面。另外，湖泊水庫藍藻及赤潮給水域生態(tài)、人體健康也造成了嚴重的危害。對于富營養(yǎng)化的控制，發(fā)達國家以控制營養(yǎng)鹽為主，大多采取“高強度治污，自然生態(tài)恢復”的技術路線[2]，即控制外源磷污染負荷并配合生態(tài)恢復措施。去除藻類與控制其生長是湖泊水庫水體恢復與保護的難題，目前國際上采用的技術主要有三類[3]：①化學方法：如加入化學藥劑殺藻、加入鐵鹽促進磷的沉淀、加入石灰脫氮等，但是易造成二次污染；②物理方法：疏挖底泥、機械除藻、引水沖淤等，但往往治標不治本；③生態(tài)—生物方法：是國外近年來發(fā)展很快的一種新技術，水體生態(tài)—生物修復技術是按照自然界自身規(guī)律去恢復自然界的本來面貌，強化自然界自身的自凈能力去治理被污染水體，這是人與自然和諧相處的合乎邏輯的治污思路，也是一條創(chuàng)新的技術路線。水體的生物－生態(tài)修復技術具有以下優(yōu)點[4]：首先是處理效果好。其次，生物－生態(tài)水體修復的工程造價相對較低，不需耗能或低耗能，運行成本低廉。所需的微生物具有來源廣、繁殖快的特點，如能在一定條件下，對其進行篩選、定向馴化、富集培養(yǎng)，可以對大多數有機物質實現(xiàn)生物降解處理。另外，這種處理技術不向水體投放藥劑，不會形成二次污染。所以，這種廉價實用技術十分適用我國江河湖庫大范圍的污水治理工作。用生物－生態(tài)方法治污，還可以與綠化環(huán)境及景觀改善相結合，在治理區(qū)建設休閑和體育設施，創(chuàng)造人與自然相融合的優(yōu)美環(huán)境。2、主要處理工藝方法生物處理技術包括好氧處理、厭氧處理、厭氧－好氧組合處理；利用細菌、藻類、微型動物的生物處理；利用濕地、土壤、河湖等自然凈化能力處理等。以下重點介紹幾種針對江河湖庫污染大水體的修復技術。2.1生態(tài)塘處理法[5]

生態(tài)塘是以太陽能為初始能源，通過在塘中種植水生作物，進行水產和水禽養(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遷移、轉化和能量的逐級傳遞、轉化，將進入塘中污水中的有機污染物進行降解和轉化，最后不僅去除了污染物，而且以水生作物、水產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合起來，實現(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、生產者生物,還有消費者生物，三者分工協(xié)作，對污水中的污染物進行更有效的處理與利用，并由此可形成許多條食物鏈，構成縱橫交錯的食物網生態(tài)系統(tǒng)。如果在各營養(yǎng)級之間保持適宜的數量比和能量比，就可建立良好的生態(tài)平衡系統(tǒng)。污水進入這種生態(tài)塘中，其中的有機污染物不僅被細菌和真菌降解凈化，而其降解的最終產物，一些無機化合物作為碳源、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)級逐級遷移轉化，最后轉變成水生作物、魚、蝦、蚌、鵝、鴨等產物，從而獲得可觀的經濟效益。2.2土地處理技術土地處理技術[6]是一種古老、但行之有效的水處理技術。它是以土地為處理設施，利用土壤－植物系統(tǒng)的吸附、過濾及凈化作用和自我調控功能，達到某種程度對水的凈化的目的。土地處理系統(tǒng)可分為快速滲濾、慢速滲濾、地表漫流、濕地處理等幾種形式。國外的實踐經驗表明，土地處理系統(tǒng)對于有機化合物尤其是有機氯和氨氮等有較好的去除效果。德、法、荷蘭等國均有成功的經驗。2.3生物膜法處理技術生物膜法是指用天然材料（如卵石）、合成材料（如纖維）為載體，在其表面形成一種特殊的生物膜，生物膜表面積大，可為微生物提供較大的附著表面，有利于加強對污染物的降解作用。其反應過程[7]是：(1)基質向生物膜表面擴散；(2)在生物膜內部擴散；(3)微生物分泌的酵素與催化劑發(fā)生化學反應；(4)代謝生成物排出生物膜。生物膜法具有較高的處理效率。它的有機負荷較高，接觸停留時間短，減少占地面積，節(jié)省投資。此外，運行管理時沒有污泥膨脹和污泥回流問題，且耐沖擊負荷。主要工藝方法有生物廊道、生物濾池、生物接觸氧化池等。生物膜法對于受有機物及氨氮輕度污染水體有明顯的效果。日本、韓國等都有對江河大水體修復的工程實例。2.4人工濕地處理技術人工濕地是近年來迅速發(fā)展的生物－生態(tài)治污技術，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，后又推廣應用為雨水處理。這種技術已經成為提高大型水體水質的有效方法。人工濕地的原理是利用自然生態(tài)系統(tǒng)中物理、化學和生物的三重共同作用來實現(xiàn)對污水的凈化。這種濕地系統(tǒng)[8]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（如蘆葦等），形成一個獨特的動植物生態(tài)環(huán)境，對污染水進行處理。人工濕地的顯著特點[9]之一是其對有機污染物有較強的降解能力。廢水中的不溶性有機物通過濕地的沉淀、過濾作用，可以很快地被截留進而被微生物利用；廢水中可溶性有機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地植物的收割而將新生的有機體從系統(tǒng)中去除。3、國外工程實例[10]——濕地生態(tài)工程日本渡良瀨蓄水池位于栃木縣，是一座人工挖掘的平原水庫，總庫容2640萬m3，水面面積4.5km2,水深6.5m左右。這座蓄水池平時為茨城縣等六縣市64萬人口供水，日供水量21.6萬m3。蓄水池周圍是渡良瀨川的滯洪區(qū)，汛期時洪水由溢流堤流入蓄水池，此時蓄水池用于調洪，提供調洪庫容1000萬m3。由于上游用水造成生活污水以及含氮、磷的水流入，致使渡良瀨蓄水池出現(xiàn)霉臭等水質問題。自1993年起在蓄水池一側滯洪洼地上建人工濕地，將蓄水池的水引到具有蘆葦蕩的濕地內，通過吸附、沉淀及吸收作用，去除水中的氮、磷及浮游植物，達到對水體進行自然凈化的目的。蘆葦具有十分好的凈化功能，污染物與其莖部接觸產生沉淀作用，蘆葦的根部與莖部可吸收某些污染物。另外，附著在莖部上的微生物可對污染物產生吸附分解作用。圖中：1—渡良瀨蓄水池；2—蓄水池泵站；3—橡膠壩；4—旁通水渠；5—地下水渠；6—連接渠；7—調節(jié)渠；8—取水泵站；9—進水渠；10—荻草蕩；11—蘆葦蕩凈化設施；12—出水渠；13—集水池；14—蘆葦蕩泵站；15—北閘。表1治理前后動植物種類變化植物昆蟲鳥類199331科，104種19科，45種18科，22種199845科，166種45科，116種25科，50種4、生物－生態(tài)修復技術前景廣闊[11]隨著社會經濟的發(fā)展和資源的不合理利用，產生了一系列的環(huán)境問題。尤其是化肥和農藥的超量施用，已危及地表土體和地下水的質量安全。大量的氮素沒有被農作物吸收經微生物硝化作用后，以硝態(tài)氮的形式進入土體和地下水。淺層地下水已普遍受到氮素不同程度的污染。治理大面積土體和地下水的污染仍是一個世界性的技術難題，現(xiàn)有的物理化學技術水平幾乎束手無策，世界許多國家都在加大投入探索開發(fā)新的治理技術，土壤、地下水原位微生物修復技術的開發(fā)與研究已受到許多國家環(huán)境科學界的廣泛關注。尤其是近年來生物修復技術已被認為是最有生命力的對土壤、地下水污染的修復技術。在美國和歐洲許多國家，污染土壤、地下水的生物修復技術已在一些有毒有害有機污染的修復計劃中得到應用。通過利用微生態(tài)觀點開發(fā)出的，對我國農業(yè)化肥污染土體和地下水的修復，提供了經濟有效的技術與方法，不僅對于土地資源的開發(fā)與利用、水資源保護與規(guī)劃等具有重要意義，而且為開發(fā)研制對其它污染物的大面積污染修復提供了經驗與技術支撐。事實證明[12]，利用微生物分解有毒有害有機污染物是修復治理大面積區(qū)域污染的一種有效方法，其方法費用低，簡單易行，不產生二次污染是一項具有廣闊發(fā)展前景的高新技術。5、總結生物－生態(tài)污水處理技術[13]，是利用培育的植物或培養(yǎng)、接種的微生物的生命活動，對水中污染物進行轉移、轉化及降解作用，從而使水體得到凈化的技術。近年來這種技術發(fā)展很快，在國外已經達到工程實用化的程度，并且積累了系列觀測數據。生態(tài)—生物方法[14]：是國外近年來發(fā)展很快的一種新技術，水體生態(tài)—生物修復技術是按照自然界自身規(guī)律去恢復自然界的本來面貌，強化自然界自身的自凈能力去治理被污染水體，這是人與自然和諧相處的合乎邏輯的治污思路，也是一條創(chuàng)新的技術路線。作為學環(huán)境工程的學生，對這方面應有一定的了解，而且，近年來世界各國對環(huán)境的重視程度越來越高，我國的環(huán)境問題又十分嚴重，因此我認為各部門應在這方面加大投入，用自然界的力量去改善環(huán)境，為人類創(chuàng)造一個良好的生活環(huán)境。在眾多的生態(tài)—生物方法中，我認為生物膜法處理技術是一種值得廣泛應用的方法。因為生物膜法處理處理的效果較其他幾種要更明顯，而且這種方法更容易推廣到我們生活生產的各個方面。不過，如何選擇經濟有效的生物膜是我們面臨的一個比較棘手的問題。雖然，近年來在這方面有很大的進展，但仍需要不斷的改進，相信只要找到了適宜的生物膜，生物膜法處理技術一定會被廣泛的應用于實際生活中，為人類造福，從而使我們生存的環(huán)境更加美好。參考資料：[1]劉蒨等,受污染水體的生物－生態(tài)修復技術,中國湖泊志,2001,6:35-40[2]張振克,中國流域湖泊水環(huán)境問題、成因與對策,長江流域資源與環(huán)境,2004,5(8):12-17[3]王蘇民,中國的水體修復技術,中華環(huán)?；ヂ?lián)網,/xiufu/index.htm[4]張甲耀等,生物修復技術研究進展,應用與環(huán)境生物學報,2001,3(3):25-32[5]濮培民,健康水生態(tài)系統(tǒng)的退化及其修復——理論、技術及應用,湖泊科學,2001,2:45-53[6]王寶貞,生態(tài)塘,簡易高效的污水處理技術設計應用,城市環(huán)境與城市生態(tài),1998,6:22-34[7]孫鐵珩,周啟星,污水生態(tài)處理技術體系與展望,院士論壇,2001,2:54-60[8]董哲仁等,受污染水體的生物/生態(tài)修復技術,水利水電技術,2002,5(3):105-110[9]曾向輝,生態(tài)-生物方法水體修復技術,水利工程網