城市水環(huán)境治理生物修復技術的研究

袁向平

摘要：當前城市發(fā)展中水環(huán)境的整體狀況，體現(xiàn)著其生態(tài)建設水平。實踐中為了保持城市水環(huán)境良好的治理效果，則需要加強生物修復技術，增加成熟水環(huán)境治理中的技術含量，確保其治理工作落實有效性。在此基礎上，有利于保持城市水環(huán)境良好的功能特性，促使其治理方面的工作狀況可逐漸改善?；诖?，文章將對城市水環(huán)境治理生物修復技術進行系統(tǒng)闡述，以便滿足城市水環(huán)境治理方面的多樣化需求。

關鍵詞：城市水環(huán)境；治理；生物修復技術；建設水平；工作狀況

1生物修復技術簡介

1.1生物修復技術概念介紹

生物修復技術是一項有效的污染治理工程技術，在上世紀90年代得到了迅速的發(fā)展。隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市水污染越來越成為我國當下面臨的一項嚴重環(huán)境問題。截污、清淤、配水等市政工程手段已經(jīng)完全不能滿足解決城市水環(huán)境污染的需求，必須采用新的工程技術，于是，生物修復的方法引起了極大的關注。生物修復主要指的是在可調控環(huán)境條件下，利用天然存在的或特別培養(yǎng)的微生物以及其它生物，將有毒、有害的污染物轉化為無毒物質的處理技術。生物修復是將土壤、水環(huán)境、大氣和固體廢物等作為處理對象，利用微生物、植物、動物等生物種類，達到人為控制生物修復的目的。狹義范圍內的生物修復技術主要是指微生物修復，而生物修復技術發(fā)展的必然趨勢則是生態(tài)修復。生物強化技術、生物促生技術、生物通氣、土地耕作、生物堆肥、生物反應器等是生物修復的主要的技術手段。從目前情況下來看，土壤生物修復是國外生物修復技術研究的重點方向，而對于城市水環(huán)境的生物修復技術研究投入相對較少。

1.2應用于城市水環(huán)境治理的生物修復技術

在20世紀50年代中，生物修復技術開始應用于城市水環(huán)境治理，國際發(fā)達國家面對日益嚴重的河道污染問題，采用了河道曝氣復氧措施。1996年我國也開始了生物修復技術治理水環(huán)境的大規(guī)模試驗，并取得了一定的整治成果，形成了一整套具有中國特色的城市水環(huán)境生物修復技術。目前我國雖然生物修復技術得到了快速的發(fā)展，但在城市水環(huán)境治理過程中仍然存在著一定的問題。第一，片面地追求水體生物修復，而對底泥生物修復重視程度不足。底泥生物修復在城市水環(huán)境生物修復和生態(tài)恢復中發(fā)揮了不可替代的作用，因此，在水環(huán)境治理中要有全面縝密的修復計劃，充分考慮底泥生物的修復。第二，一味地投放外源微生物，忽略了激活土著微生物。生物促生技術是城市河湖治理的有效手段，土著微生物可以一定程度的分解有機污染，激活土著微生物，充分發(fā)揮土著微生物的分解作用，可以有效提高水環(huán)境的凈化能力。第三，重單一手段而忽視系統(tǒng)化處理。依靠某種單一的治理手段，如投放某種微生物制劑、或者單純的人工增氧措施，不具備有效治理城市水環(huán)境的現(xiàn)實性，只有多方面協(xié)作，進行多層次的規(guī)劃才能完善地解決城市水環(huán)境污染問題。第四，水環(huán)境生態(tài)恢復重視程度有待提高。事實證明，生物和生態(tài)方法對于水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)功能的恢復具有重要的作用，水環(huán)境中生物的多樣性得到了提高，強化了水環(huán)境的自凈能力。

2生態(tài)修復技術的種類與應用

2.1人工濕地與生物氧化塘

人工濕地是由人工建造和控制運行的與沼澤地類似的池塘。被污染的水體進入濕地后，沿水平或豎直的方向流動。在微生物、水生植物、水生動物和底泥的作用下以過濾、吸附、植物吸收、動物吸收、微生物分解的協(xié)同方式實現(xiàn)水體的凈化。人工濕地不僅具有去除懸浮物和有機污染物的功能，還可以通過人工強化手段實現(xiàn)水體中微生物與植物根系的協(xié)同脫氮作用和對水體中磷元素的吸收。這極大程度上拓展了其適用范圍。在實際運營中發(fā)現(xiàn)，人工濕地具有形式多樣、能夠因地制宜地建造、建造成本低廉、操作簡單、管理方便、對常規(guī)污染物處理效果較好、能耗低和運行費用低等優(yōu)點，但也存在占地面積大、個別季節(jié)有異味影響感官等缺陷。類似于人工濕地，生物氧化塘也是一種利用微生物天然凈化能力來實現(xiàn)水體凈化的系統(tǒng)。其獨特之處在于，生物氧化塘可借由人工曝氣、投加高效菌種、培育合適的水生生物等措施進行功能強化。在凈化水體時，生物氧化塘內部的食物鏈得到延長，微生物、水生動植物可以構成生物多樣性的生態(tài)系統(tǒng)促進微生物、水生動植物的相互協(xié)作。

2.2水體人工增氧技術

相比于自然水體，城市水體具有靜止或流動性差、水體容量小、極易受到污染和自凈能力差等特點。如果外界環(huán)境中的外源性污染加劇，則極易出現(xiàn)由于溶解氧降低而造成的水體黑臭現(xiàn)象。針對上述問題所提出的水體人工曝氣就是通過提高水中溶解氧濃度的方式來恢復水生態(tài)環(huán)境。曝氣可以為水中生物提供呼吸所需要的氧，從而加速微生物對污染物的降解。并實現(xiàn)水體由缺氧狀態(tài)轉化為好氧狀態(tài)，增強水體的凈化能力。此外，針對富營養(yǎng)化水體上層好氧而下層缺氧的特點，人工增氧還可以在短期內通過加速硝化反應速度的方式減緩富營養(yǎng)化現(xiàn)象，見效速度快、處理效果好。故人工增氧是目前城市水環(huán)境生物修復的重要技術手段，并被廣泛應用于城市水環(huán)境生態(tài)治理。

2.3生物強化技術

生物強化技術是指通過向水環(huán)境中引入具有特定功能的微生物，以增強水體對降解有機物的能力，并改善和促進原有微生物去除效能。其本質上而言是一種外源微生物投放技術。生物強化技術最早應用于治理高濃度有機廢水，有毒、有害難降解污染物的治理和強化廢水中油脂的液化和降解等領域。隨著功能性細菌的廣泛發(fā)現(xiàn)、篩選和應用，生物強化技術逐步拓展至江河湖泊與地下水生物的修復中來，并取得了一定的治理效果。但需注意的是，外源性菌群一般都存在對當?shù)丨h(huán)境的適應性問題。同時，外源微生物作為“外來物種”也可能會對本地生態(tài)環(huán)境造成影響并產(chǎn)生相關的環(huán)境安全問題。

2.4生態(tài)浮床

生態(tài)浮床又稱為人工浮床、生態(tài)浮島等，是人工浮島的一種。生態(tài)浮床是由綠化技術與漂浮技術結合衍生發(fā)展出來的。常見的生態(tài)浮床一般由水生植被、植物浮床、浮島框架和水下固定裝置所組成。生態(tài)浮床一般以水生植物為主體，利用無土栽培技術，以輕質材料為載體或基質，應用動植物物種間的協(xié)同共生關系，在充分利用水體空間的基礎上，建立高效人工生態(tài)系統(tǒng)，以達到削減水體中的污染負荷，提供生物棲息之所和美化環(huán)境的功能。生態(tài)浮床的凈化機理主要為：一方面利用表面積很大的植物根系網(wǎng)絡，過濾吸附水體中大量的懸浮物和溶解性COD；另一方面通過根系吸收水體中的氮、磷等富營養(yǎng)化物質。最后，浮床還可以借由遮光來抑制水體中藻類的光合作用，以防止浮游植物過量生長，使水體透明度大大提高。

2.5生態(tài)護岸

生態(tài)護岸指的是利用植物或通過植物與土木工程結合的方式，對河道坡面進行防護的一種河道護坡形式。生態(tài)護岸的理念是基于最大可能以天然狀態(tài)下河海岸形式為參照，避免以建筑物的形式去破壞自然生態(tài)系統(tǒng)平衡。生態(tài)護岸一般具有防洪排澇、生態(tài)景觀和自凈功能，不僅可以維持河岸邊坡的穩(wěn)定，還可以使河水與土壤相互滲透，增強水體與周邊的物質交換。生態(tài)護岸的修復機理主要為，為水體中的生物提供合適的棲息地和構建水陸緩沖帶，通過依附在其周邊的水生動植物來實現(xiàn)對水體的凈化作用。生態(tài)護岸一般可分為固化技術護岸、扦插拋石聯(lián)合技術護岸、直立式生態(tài)護岸、自嵌式植生擋土墻護岸和格賓柔性護岸。其結構材料通常以植被、干砌石或原木等柔性材料為主，也可以在上述材料的基礎上加入混凝土、鋼筋等材料來強化坡面的穩(wěn)定性。

2.6底泥生物氧化技術

底泥生物修復是通過原位微生物定向擴增的手段繁殖大量本地化的微生物。利用增殖的微生物和底物組合生產(chǎn)出藥物，通過靶向給藥的方式將藥物直接注射入底泥表層，促進底泥中有機物的快速氧化和底泥表層生物降解能力，加速黑臭底泥的生物氧化進程以抑制黑臭現(xiàn)象。底泥生物氧化的同時還能抑制底泥中營養(yǎng)鹽的釋放，緩解水體中富營養(yǎng)化的發(fā)生。水環(huán)境底泥的生物修復可以有效減少水體的內源性污染，防止底泥中的污染物向水體中擴散與釋放，有助于建立水體良好的生態(tài)系統(tǒng)，提升自凈能力。

2.7生態(tài)修復技術

生態(tài)修復是通過人工強化或干預的方式來加速生態(tài)演替和多樣化的過程。狹義上的生態(tài)修復是指水生植物修復；廣義上的生態(tài)修復是指水生生態(tài)恢復技術。水生植物修復一般是在河濱周邊建立起水生植被帶，利用水生植物的根系來吸收水體中的氮、磷等營養(yǎng)物質，實現(xiàn)抑制藻類大量繁殖和凈化水體的功能。水生植物修復與構建一般包括創(chuàng)造水生植物適宜的生存條件，通過行定植、擴增、優(yōu)化配置種群的方式進而形成具有沉水植被、挺水植被、浮水植物空間群落結構。

3結束語

生物修復技術在水利工程水環(huán)境治理中的重要組成部分，是受污染河流整治技術的重要發(fā)展方向。生物修復技術促進了水生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的和諧穩(wěn)定，促進了人與自然的和諧發(fā)展。因此，該技術具有很高的應用價值，其應用前景十分廣闊。

參考文獻：

[1]范群杰.生物修復技術在城市水環(huán)境治理中的應用.城市道橋與防洪，2018.10.108-111+15.

[2]胡榕.城市水環(huán)境治理生物修復技術.智能城市，2018，4.17.119-120.

（作者單位：中國水利水電第七工程局有限公司南方分公司）