城市水環(huán)境治理生物修復(fù)技術(shù)研究

劉鴻藜，吳耿輝，邱建賀，梁錫偉，黃志中

（佛山市玉凰生態(tài)環(huán)境科技有限公司，廣東佛山 528000）

1 生物修復(fù)技術(shù)的概念

生物修復(fù)技術(shù)作為現(xiàn)代化水處理技術(shù)，技術(shù)涵蓋內(nèi)容廣泛，包括水生植物修復(fù)技術(shù)、土地處理技術(shù)、微生物修復(fù)技術(shù)、生物膜法處理技術(shù)以及水生動(dòng)物修復(fù)技術(shù)等。其中，生物修復(fù)技術(shù)也體現(xiàn)在利用微生物自身的機(jī)理性能吸收污染物質(zhì)，起到凈化水環(huán)境的作用，實(shí)現(xiàn)生態(tài)平衡，滿足我國(guó)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型的生態(tài)建設(shè)環(huán)境。生物修復(fù)技術(shù)起源于二十世紀(jì)八十年代，在水環(huán)境污染快速治理的同時(shí)，獲得高效治理成果，且具備資金投入小、方便、安全，實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，備受各國(guó)推薦應(yīng)用。隨著研究深入，逐漸發(fā)展出多種以大型水生植物為主體的水處理和水體修復(fù)的生態(tài)工程技術(shù)。根據(jù)植物生活形式差異，可分為漂浮植物系統(tǒng)、挺水植物系統(tǒng)和沉水植物系統(tǒng)。

2 城市水環(huán)境治理生物修復(fù)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 底泥生物修復(fù)不夠重視

如今城市水環(huán)境治理中，根據(jù)底泥性質(zhì)可反映出多項(xiàng)污染數(shù)據(jù)。首先底泥通常是黏土、泥沙、有機(jī)質(zhì)及各種礦物的混合物，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間物理、化學(xué)及生物等作用及水體傳輸而沉積于水體底部。底泥中含有大量的污染物質(zhì)、不斷向水體中釋放污染物，因此必須重視分析底泥指標(biāo)數(shù)據(jù)。2020年對(duì)佛山市順德區(qū)5條黑臭河涌底泥進(jìn)行調(diào)研，經(jīng)第三方檢測(cè)單位檢測(cè)，結(jié)果顯示5條黑臭河涌的底泥均污染嚴(yán)重，具體檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1所示。由于水環(huán)境具備流動(dòng)性、開(kāi)放性特征，底泥處理在控制黑臭水體中具有重要意義，可見(jiàn)處理底泥沉積污染物，是水環(huán)境治理生物修復(fù)技術(shù)選用前的重要任務(wù)。

表1 黑臭河涌水質(zhì)、底泥污染物檢測(cè)結(jié)果

2.2 吸附作用機(jī)理引發(fā)的二次污染

生物吸附技術(shù)作為治理過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，主要涵蓋微生物學(xué)、環(huán)境工程學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)等學(xué)科。其吸附原理為微生物細(xì)胞，特別是細(xì)菌具有膠體粒子特性。由于微生物細(xì)胞具有很大的比表面積，具有吸附水中有機(jī)顆粒、膠體物質(zhì)和溶解性有機(jī)物，特別是疏水性有毒有害有機(jī)污染物的處理能力。然而部分城市的水環(huán)境污染治理方法單一，被吸附去除的有機(jī)物會(huì)積累在剩余污泥中，從而引起二次污染。因此，僅僅依靠微生物投放和人工增氧方法，難以滿足水環(huán)境治理要求，產(chǎn)生二次污染將持續(xù)危害水環(huán)境，影響治理成效。

2.3 水環(huán)境的生態(tài)恢復(fù)是個(gè)緩慢過(guò)程

良好的水生態(tài)系統(tǒng)具有自我修復(fù)、自我調(diào)節(jié)能力。水生態(tài)系統(tǒng)組成越多樣，能量流動(dòng)及物質(zhì)循環(huán)途徑就越長(zhǎng)、越復(fù)雜，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)能力就越強(qiáng)；反之，系統(tǒng)越單調(diào)，結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單，則自動(dòng)調(diào)節(jié)能力就越弱。然而該能力具有自限性，超過(guò)生態(tài)系統(tǒng)最大負(fù)荷時(shí)就不再起作用，生態(tài)系統(tǒng)便會(huì)破壞，如佛山市南海區(qū)鹽步大涌顯示，在20世紀(jì)80年代前，河涌的水質(zhì)非常好，魚(yú)蝦成群，附近居民常下河暢泳。但隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，忽視對(duì)水環(huán)境的保護(hù)，導(dǎo)致鹽步大涌變成一條臭水溝，在進(jìn)行水質(zhì)治理前，水質(zhì)指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo)，CODcr為74.29mg/L，氨氮為11.53mg/L，TP為1.25mg/L。再如2019年[北滘鎮(zhèn)水生態(tài)修復(fù)服務(wù)項(xiàng)目]中的廣教工業(yè)區(qū)涌，清淤前河道水體CODcr為65.14mg/L，氨氮為9.32mg/L，TP為1.02mg/L，清淤后CODcr為54.22mg/L，氨氮為8.45mg/L，TP為0.87mg/L，清淤前后有機(jī)污染物的去除并不明顯，后續(xù)經(jīng)過(guò)生物修復(fù)治理后才有了明顯的改善。根據(jù)以上情況分析，應(yīng)積極運(yùn)用水環(huán)境生態(tài)修復(fù)技術(shù)來(lái)延長(zhǎng)水體生物鏈，按需穩(wěn)固提升指標(biāo)。

3 生物修復(fù)技術(shù)在城市水環(huán)境治理中的應(yīng)用

3.1 在脫氮除磷方面運(yùn)用生物修復(fù)技術(shù)

氮、磷元素作為城市水環(huán)境中污染物的重要衡量指標(biāo)，由于N或P在水中含量過(guò)高造成水體富營(yíng)養(yǎng)化，導(dǎo)致藻類迅速生長(zhǎng)繁殖引發(fā)“赤潮”或“水華”。而藻類大量生長(zhǎng)，首先會(huì)大量消耗水中氧氣，使魚(yú)類等其他水生物缺氧死亡，其次在赤潮消失時(shí)，大量赤潮生物的死亡和分解，分解物附帶產(chǎn)生大量有害氣體，惡臭難聞，嚴(yán)重影響城市水環(huán)境，并通過(guò)生物鏈威脅人類健康。由此對(duì)城市水環(huán)境中的氮、磷含量的控制是非常必要、迫切的。對(duì)城市富營(yíng)養(yǎng)污水進(jìn)行針對(duì)性處理時(shí)，應(yīng)當(dāng)將去除污水中的氮、磷物質(zhì)作為前提。而氮、磷元素作為植物生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素，運(yùn)用植物修復(fù)技術(shù)能有效幫助水環(huán)境治理。水生植物作為水生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)者，通過(guò)根系和葉面的光合作用和同化作用，可以吸收富集氮、磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，最終通過(guò)收割過(guò)盛的植物并移除水體，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水體的脫氮、除磷。在2019年[里水鎮(zhèn)小布村池塘水生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目]中，通過(guò)種植矮型苦草、金魚(yú)藻沉水植物，菖蒲、美人蕉、鳶尾、睡蓮?fù)λ参锏葘?duì)池塘水體進(jìn)行生態(tài)凈化，經(jīng)過(guò)6個(gè)月治理后池塘水體得到明顯改善，水體由原來(lái)嚴(yán)重的富營(yíng)養(yǎng)化、藍(lán)藻、綠藻爆發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)樗w清澈見(jiàn)底，水質(zhì)氮、磷指標(biāo)由劣V類水體提升達(dá)到Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，具體水質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 水質(zhì)指標(biāo)變化情況

3.2 生物修復(fù)技術(shù)在降解有機(jī)污染物方面的運(yùn)用

隨著社會(huì)發(fā)展，生物修復(fù)技術(shù)在污水治理環(huán)節(jié)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。當(dāng)前，生物修復(fù)技術(shù)作為常見(jiàn)的治理方法，采取在污水中注入高效菌來(lái)進(jìn)行控制，可提升污水處理的效率，其所展現(xiàn)的有效性和適應(yīng)性與單一的治理措施形成了鮮明對(duì)比，能極大提升治理工作的效率。專家學(xué)者進(jìn)一步研究生物強(qiáng)化技術(shù)的應(yīng)用時(shí)，發(fā)現(xiàn)通過(guò)在活性污泥中投入些許高效菌種，可大幅清除污水中的揮發(fā)酚物質(zhì)，達(dá)到污水排放各項(xiàng)指標(biāo)。其次，此模式結(jié)合未加入高效菌種的污水處理系統(tǒng)后，清除污染物的工作質(zhì)量提升明顯，提高了生物修復(fù)技術(shù)的去除率。伴隨科技日益進(jìn)步，如今在各治理工作均廣泛采用生物修復(fù)技術(shù)，應(yīng)用現(xiàn)代化的治理技術(shù)，相比老舊單一的治理技術(shù)，生物修復(fù)技術(shù)具有快速有效的優(yōu)點(diǎn)，及時(shí)獲得治理成果，同時(shí)具備資金投入小、技術(shù)方便、安全，實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，可有效控制水環(huán)境治理工作，降低城市化發(fā)展對(duì)水環(huán)境的危害，實(shí)現(xiàn)節(jié)約減排的效果，助力水環(huán)境的治理水平進(jìn)一步提高。

3.3 生物修復(fù)技術(shù)在去除重金屬污染方面的運(yùn)用

重金屬污染對(duì)水環(huán)境破壞嚴(yán)重且影響重大，對(duì)人們傷害更大。震驚世界的日本“水俁病”和“痛痛病”就是由重金屬污染導(dǎo)致的，其中包括含汞廢水和含鎘廢水的污染。

3.3.1 重金屬污染物的修復(fù)方法現(xiàn)狀

目前，重金屬?gòu)U水的處理有化學(xué)法、物理化學(xué)法，雖然這2類處理方法可以有效地治理和及回收廢水中的重金屬，但通過(guò)生物修復(fù)技術(shù)去處理重金屬?gòu)U水也有很多優(yōu)勢(shì)：如降低成本、提高處理效率、無(wú)二次污染，還有利于改善生態(tài)環(huán)境。

3.3.2 運(yùn)用生物修復(fù)技術(shù)去除重金屬污染

生物修復(fù)技術(shù)去除重金屬污染利用的是微生物、植物、動(dòng)物等生物體的生命活動(dòng)代謝、降解、吸附、改變其形態(tài)等方法實(shí)現(xiàn)對(duì)重金屬?gòu)U水的處理。應(yīng)用該技術(shù)時(shí)，建議從下面幾個(gè)角度開(kāi)展探討研究：

（1）利用微生物修復(fù)方式，在控制重金屬污染物過(guò)程中，大多數(shù)情況是依據(jù)水環(huán)境中的重金屬形態(tài)來(lái)進(jìn)行治理的，加速重金屬元素的沉淀進(jìn)程，進(jìn)一步完善清除重金屬污染物。其次，領(lǐng)域內(nèi)專家學(xué)者依據(jù)活性污泥進(jìn)行反復(fù)研究，了解到部分霉菌擁有吸附性特點(diǎn)，可以在治理工作中加速吸收水體中金屬離子元素。微生物吸附去除重金屬效果詳細(xì)可參照國(guó)內(nèi)外研究概況。

（2）植物修復(fù)技術(shù)應(yīng)用范圍廣泛，能夠應(yīng)用到重金屬污染的處理工作中，依據(jù)植物的根部來(lái)去除污水中的重金屬殘留，優(yōu)化城市水環(huán)境，參考相關(guān)實(shí)際數(shù)據(jù)，部分水中植物可以吸收重金屬元素，同時(shí)在過(guò)濾重金屬時(shí)不會(huì)對(duì)水環(huán)境形成危害。

（3）在重金屬污染治理過(guò)程中積極應(yīng)用動(dòng)物修復(fù)方法，通過(guò)調(diào)查研究，利用甲殼類動(dòng)物可有效處理污水中重金屬物質(zhì)，可去除水中將近80%的重金屬元素，因此動(dòng)物修復(fù)方法可作為可靠的治理水環(huán)境手段。

4 展望和思考

采用生物修復(fù)技術(shù)將是城市水環(huán)境治理的大趨勢(shì)，也是城市水環(huán)境的治理制高點(diǎn)。生物修復(fù)技術(shù)作為最綠色、環(huán)保、自然的技術(shù)是城市水環(huán)境恢復(fù)自然水生態(tài)環(huán)境的必然之路。在遠(yuǎn)離人類活動(dòng)的森林，草原中的水環(huán)境是那么的自然美好，水體清澈見(jiàn)底，而轉(zhuǎn)至人類密集活動(dòng)的城市各類污染導(dǎo)致水環(huán)境破壞，水體出現(xiàn)黑臭。尋根窮究，在不斷研究水生態(tài)環(huán)境及自然生長(zhǎng)規(guī)律中，日后將更好總結(jié)利用自然生物的力量，通過(guò)利用生物修復(fù)技術(shù)重組水生態(tài)系統(tǒng)，恢復(fù)城市水生態(tài)系統(tǒng)的自然生物凈化能力，達(dá)到水生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)平衡，城市水環(huán)境將持續(xù)轉(zhuǎn)好，河道水體恢復(fù)干凈、清澈。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)落實(shí)好監(jiān)督工作，對(duì)一些產(chǎn)生污染水資源的廠家行為進(jìn)行及時(shí)遏制，以高效的技術(shù)和手段運(yùn)用到企業(yè)發(fā)展中去，對(duì)現(xiàn)代污染物處理以及城市水環(huán)境的維護(hù)更科學(xué)地應(yīng)用生物修復(fù)技術(shù)，利用自然生態(tài)的能力去修復(fù)城市水環(huán)境污染問(wèn)題，最終實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，構(gòu)建資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)，推動(dòng)社會(huì)發(fā)展以及國(guó)民生活環(huán)境提高。