生物修復(fù)在水污染治理中的應(yīng)用

貴州水務(wù)股份有限公司 譚燕

從當(dāng)前社會發(fā)展現(xiàn)狀來看，我國淡水資源匱乏，而城鎮(zhèn)化發(fā)展速度的加快，使得城市人口數(shù)量呈現(xiàn)出明顯的增長趨勢，工業(yè)化發(fā)展逐漸進入成熟階段，規(guī)模越來越大，這在很大程度上推動了社會的發(fā)展和時代的進步。但與此同時，挑戰(zhàn)也隨之而來，水污染問題愈演愈烈，經(jīng)濟、社會、自然發(fā)展失衡。若水污染治理不夠及時，人類生命便會受到威脅，必然會影響到人與自然的和諧發(fā)展。水資源是人類的生命之源，遭受破壞必然會影響到人類的生存質(zhì)量，為此關(guān)于如何高效治理水污染問題的話題越來越受到社會的關(guān)注。在水污染治理中，生物修復(fù)技術(shù)是常用的方法之一，此方法基于生態(tài)環(huán)境發(fā)展規(guī)律，不僅可以解決污染問題，而且投入成本較低。基于此，本文通過對生物修復(fù)技術(shù)在水污染治理中的應(yīng)用進行分析，希望通過此研究能夠為城市建設(shè)與生態(tài)保護和諧發(fā)展提供有價值的參考。

一、生物修復(fù)技術(shù)的概念及優(yōu)勢

生物修復(fù)技術(shù)主要是利用自然環(huán)境中生存的微生物或研發(fā)出的特定微生物，在人為促進工程化條件下分解污染物，從而修復(fù)受污染的環(huán)境。我國水資源具有復(fù)雜的特性，這在很大程度上加大了治理工作的難度。要想取得較好的治理效果，人工技術(shù)給予干預(yù)也是必不可少的。此技術(shù)側(cè)重點在于利用人為控制，實現(xiàn)污染源歸類處理。對不同問題要采用不同的修復(fù)技術(shù)如果站在微觀視角下，生物治理中包括微生物、動植物等多種治理技術(shù)，其中生物治理主要是運用先進的技術(shù)促進環(huán)境修復(fù)。生物修復(fù)技術(shù)最早出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代，其最大的特點就是運用微生物自身分解毒性物質(zhì)的功能，進而解決環(huán)境污染問題。換言之也就是采用不斷補給營養(yǎng)、投入優(yōu)良菌種、人工干預(yù)等方法，使生物自身代謝速度加快，或者借助生態(tài)系統(tǒng)自身調(diào)節(jié)能力，實現(xiàn)活性降解，將空氣、土地、水資源中的有害、有毒物質(zhì)清理干凈。生物修復(fù)技術(shù)在水污染治理中的應(yīng)用不僅可以使水環(huán)境菌群種類更加豐富，而且菌群活性、有害物質(zhì)凈化能力增強，可以使水環(huán)境富營氧化、黑臭化問題解決。此技術(shù)在治理水污染中的優(yōu)勢較為突出，一是具備了較強的適應(yīng)性，可針對不同類型的污染問題進行治理，效率高、污染源控制效果好。二是此技術(shù)無須投入太多成本，操作人員專業(yè)要求并不高，操作方便簡單。三是此技術(shù)屬于原位修復(fù)，不需要對位置進行調(diào)整便可以有效治理污染，節(jié)省了成本，同時也具備較高的可控制性。四是此技術(shù)本身對于環(huán)境并不會造成二次污染，無須使用其他消耗性能源，與當(dāng)前生態(tài)可持續(xù)發(fā)展理念相符，屬于新型修復(fù)治理技術(shù)。雖然生物修復(fù)技術(shù)只有30多年的歷史，但是生物修復(fù)技術(shù)的發(fā)展勢頭是其他修復(fù)技術(shù)不能相比的。

二、生物修復(fù)技術(shù)的發(fā)展

早在20世紀(jì)80年代中期，國際其他國家就開始了生物修復(fù)的初步研究，并成功地完成了一些實際的處理項目，在整個歐洲從事生物修復(fù)技術(shù)研究的公司和機構(gòu)大約有上百個，世界上不同國家在生物修復(fù)方面的開發(fā)研究重點也有所不同。美國側(cè)重于不同污染土地和水體的修復(fù)和整治，尤其側(cè)重外源有機污染物的治理，這些毒物多來源于車事工業(yè)及軍事用品的生產(chǎn)。日本將研究的重點放在解決全球性環(huán)境修復(fù)上，主要體現(xiàn)在以生物氫氣為動力的研究和利用微生物對大氣中二氧化碳的固定，這可以減輕工業(yè)發(fā)展造成的大氣中二氧化碳濃度急劇升高的問題。歐美國家主要是對傳統(tǒng)廢物處理系統(tǒng)進行強化和改進，從而更好地處理化學(xué)污染物，并提高對污染物的降解能力。生物修復(fù)已經(jīng)從細(xì)菌修復(fù)發(fā)展到真菌修復(fù)、植物修復(fù)、動物修復(fù)，由有機污染物的生物修復(fù)發(fā)展到無機污染物的生物修復(fù)。現(xiàn)在，利用微生物修復(fù)技術(shù)治理污染的研究受到世界各國的重視，發(fā)展迅速，研究范圍也日益廣泛。

三、基礎(chǔ)型生物修復(fù)技術(shù)在水污染治理中的應(yīng)用

（一）底泥生物氧化技術(shù)

此技術(shù)應(yīng)用原理是運用硝化、反硝化作用，改變水體中硝化環(huán)境，進而形成強烈反硝化環(huán)境，通過互相耦合的硝化和反銷化過程，將底泥以及水體中氨氮以及耗氧有機物清除，在水界面形成一層棕色氧化層，運用附著于底泥氧化層的底棲微型動物食物鏈間的轉(zhuǎn)換功能，促進底泥的快速消減。底泥生物氧化技術(shù)在水污染治理中應(yīng)用的最大優(yōu)勢就是改善水環(huán)境底泥微生物，促進其大量繁殖，豐富了微生物種類，進而抑制底泥中營養(yǎng)鹽的釋放，可以很好地控制水環(huán)境富營養(yǎng)化現(xiàn)象的發(fā)生。結(jié)合微生物底泥中富含的大量成分，開發(fā)及研制治理污染的藥物，借助靶向方法給藥，使底泥中藥物作用得到充分發(fā)揮，在藥物影響下，底泥物質(zhì)會發(fā)生變化，在很大程度上促進了生物氧化速度，物質(zhì)降解能力也會大幅度提高，底泥黑臭物質(zhì)氧化速率加快了，對于黑臭現(xiàn)象問題的解決具有促進作用，確保了水環(huán)境質(zhì)量的提高。

（二）微生物投放法

通過對受污染水體進行有效的監(jiān)測與分析，將凈化功能較強的微生物菌種提前選定，在人工篩選及培育下，可直接向受到污染的水體投放。此方法操作簡單，同時還具備了較強的修復(fù)功能，修復(fù)的效果也非常不錯。通常情況下，此方法多在水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成的水體污染中使用。當(dāng)前在市場中比較成熟的微生物菌種主要包括硝化細(xì)菌、Clear-Flo菌劑以及光合細(xì)菌等。

（三）生物劑凈化法

此方法是對受到污染的水體原微生物進行細(xì)致研究后，研發(fā)出能夠促使微生物生長及繁殖的促生劑，并在受污染的水體中投入促生劑，助力水體內(nèi)原有微生物的快速生長，通過微生物吸收以及降解水中污染物質(zhì)，在長時間的調(diào)節(jié)下，使水體盡快恢復(fù)正常狀態(tài)，進而達到治理水污染的目的。

此方法多用于污水凈化中，采用污水凈化劑，其中常用的載體有硅藻土、活性炭和沸石粉末，同時還有生物生長刺激劑、生物營養(yǎng)劑，根據(jù)不同的比例進行混合這一混合物具體比例為：任意種截體50-100份；生物生長刺激劑（稀土元素的化合物和鐵鹽）1-20份，按重量比1：（1-10）；生物營養(yǎng)劑（葡萄糖和乙酸鹽）10-150份，按重量比（1-20）：（1-60），葡萄糖和乙酸鈉重量分別按碳元素重量計算。

（四）生物膜技術(shù)

此技術(shù)主要利用生物膜過濾凈化的原理，實現(xiàn)水污染的修復(fù)。在特定載體的表面覆蓋微生物菌種，進而構(gòu)建微生物膜，并投放到被污染的水體當(dāng)中，在污染物接觸到微生物膜時，膜表面覆蓋的微生物會將水體微生物吸收，進而起到水體凈化的作用。

四、水生植物凈化法在水污染治理中的應(yīng)用

（一）生態(tài)浮島法

當(dāng)前生態(tài)浮島法在城市濕地、河道修復(fù)、農(nóng)業(yè)水污染修復(fù)中被廣泛應(yīng)用。生態(tài)浮床、人工浮床也就是常提到的生態(tài)浮島，由水生及陸生植物、植物浮床、浮島框架、水下固定裝置四方面組合而成。主要是采用水生植物，通過無土栽培的方法，運用較輕的材料作為基質(zhì)，構(gòu)建人工生態(tài)系統(tǒng)，以達到水污染負(fù)荷消減的目的。此方法主要運用的凈化原理是借助水生植物較大的表面積構(gòu)成的植物根系網(wǎng)，經(jīng)過過渡以后將水體中懸浮物吸附。水生植物本身根系較為發(fā)達，吸附性較強，能夠?qū)⑺廴局械牡?、磷吸收，進而實現(xiàn)去污環(huán)保的功能。

（二）人工濕地法

此方法是由人工建造而成的與沼澤地非常相似的地面，主要運用的是植被、土壤、微生物間的相互協(xié)作，處理污水進而達到凈化目的。人工濕地最大的優(yōu)勢是吸附性較強，同時也具備過濾功能，可以分解微生物，促進養(yǎng)分的吸收。除此之外還可以將營養(yǎng)物質(zhì)輸送至植物中，確保水體中有豐富的氧氣，為好氧生物快速繁殖營造良好的環(huán)境，在微生物的作用下，降低水體污染物，例如將二氧化碳和水從有機物中分解出來等。與此同時向水體輸送氧氣，將水體懸浮物、磷元素通過吸附及過濾的方法徹底清除。人工濕地類型多種，可結(jié)合具體情況采用恰當(dāng)?shù)姆椒ǎ朔椒ú粌H成本低，而且操作也非常簡單方便。

五、生態(tài)護岸在水污染治理中的應(yīng)用

生態(tài)護岸法主要是將植被種植在土木工程周邊，強化河水與土壤間的滲透力，一方面可供人觀賞，另一方面也可以防護河道。此方法的應(yīng)用要符合以下條件：第一，以行洪排澇為重要依托，保證岸坡穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)水土流失現(xiàn)象；第二，生態(tài)護岸要和周邊生態(tài)環(huán)境緊密相連，保證不會破壞到生物及植被生長；第三，此方法的應(yīng)用為水陸植物、水生動植物營造了良好的生長環(huán)境；第四，生態(tài)護岸法屬于環(huán)保美化工程，既有凈化水資源的功能，同時還可以作為景觀供人欣賞。所以此方法使水體生物有了棲息之地，河道護坡成為緩沖帶，更利于生物、植被生長，同時達到水污染治理的目的。

當(dāng)前使用的生態(tài)護岸形式多種多樣，而且每一種形式采用的原理以及作用也存在較大的差異性，以下重點針對生態(tài)護岸分類進行分析，具體見表1所示。

表1 生態(tài)護岸分類

六、綜合型生物修復(fù)技術(shù)在水污染治理中的應(yīng)用

（一）生物氧化塘

生物氧化塘技術(shù)集合了微生物降解法、自然沉淀法、水生植物凈化法的優(yōu)勢，屬于綜合性較強的修復(fù)方法。通過將人工塘修建于被污染的水體周邊，通過圩堤包圍氧化塘的形式，將防滲漏工作做到位，同時還要將水體凈化功能較強的微生物、水生植物投放到人工塘中，并將需要治理的污染水體引入到氧化塘內(nèi)，便可以實現(xiàn)凈化。此方法非常簡單，具備了低成本、高效益的優(yōu)勢，經(jīng)過此方法處理以后的污水可循環(huán)利用。

（二）生物柵凈化法

此方法的應(yīng)用以生物、物理及化學(xué)原理為依據(jù)，生物材料中可附著生長大量微生物和水生植物，進而形成較為密集的生物膜體系。整個系統(tǒng)中，微生物生存的基礎(chǔ)環(huán)境是由氣、液兩相轉(zhuǎn)換以后形成氣、液、固三相，此轉(zhuǎn)變模式使微生物存在的形式更加豐富，形成一個在縱、橫兩個方向相互關(guān)聯(lián)，更為復(fù)雜的復(fù)合式生態(tài)系統(tǒng)。生物柵凈化法基于水體自然凈化原理，通過人工設(shè)計相應(yīng)的凈化設(shè)備，運用微生物、動植物共生作用，達到水污染凈化效果。主要原理是將水生植物茂盛根系和特殊材料構(gòu)建相應(yīng)的生物柵，將水體污染物攔截，而植物根系能夠?qū)⒌?、磷等有機物吸收，具有較強的去污功能。

七、生物修復(fù)技術(shù)在水污染治理中的發(fā)展趨勢

當(dāng)前，我國水資源污染問題日益突出，國家在此方面也給予了高度重視，在水利工作會議召開期間一再強調(diào)堅持可持續(xù)發(fā)展理念，并且明確指出了要將水污染治理作為工作的重點，強化治理工作中新技術(shù)的運用。最近幾年，我國參考先進的水環(huán)境治理經(jīng)驗的同時，也根據(jù)國情研發(fā)了適合我國水污染治理的新技術(shù)，這也在很大程度上推動了生物修復(fù)技術(shù)發(fā)展的步伐。根據(jù)我國目前水環(huán)境問題具體情況以及現(xiàn)狀，在污水治理方面加大了技術(shù)的投入力度，例如生物氧化塘、生態(tài)護岸等技術(shù)的應(yīng)用逐漸趨于成熟，但是治理不徹底問題依然存在。在未來，生物修復(fù)技術(shù)在水污染治理中的應(yīng)用，依然需求將局部修復(fù)思路轉(zhuǎn)變，基于整個流域系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)綜合性、系統(tǒng)化、全方位治理，不斷創(chuàng)新生物修復(fù)技術(shù)，例如在固定化微生物修復(fù)技術(shù)中，通過對微生物菌群的培養(yǎng)，借助合理方法將有益微生物長期固定于特定位置，促進水體中難降解物質(zhì)的自主分解，進而實現(xiàn)水體凈化功能；原生動物修復(fù)技術(shù)在不久的將來也會得到廣泛應(yīng)用，主要利用細(xì)菌和原生動物間關(guān)系，監(jiān)測水質(zhì)時，對原生動物種類組成以及生長密切觀察，體現(xiàn)細(xì)菌生長情況，在此基礎(chǔ)之上對生物修復(fù)處理結(jié)果評估；另外還有生物反應(yīng)器技術(shù)，此技術(shù)節(jié)省了人力、物力，也無須對微生物群經(jīng)常性更換，發(fā)展前景非常不錯；生物強化處理技術(shù)主要可以應(yīng)用于特殊水環(huán)境中，通過對微生物分解能力進行強化，培養(yǎng)以及篩選特定菌種，促進其在特定水環(huán)境中的作用發(fā)揮最大。在現(xiàn)有生物修復(fù)技術(shù)的基礎(chǔ)之上，通過不斷開發(fā)與改進、創(chuàng)新與優(yōu)化，促進水污染治理有效性的大幅度提高。

八、結(jié)束語

水污染治理并不是短期內(nèi)就可以看到效果的，隨著生態(tài)環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，國家對生態(tài)環(huán)境保護十分重視，提出了可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，目的就是為了促進經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境之間的和諧共處。所以需要平衡好二者之間的關(guān)系，采用生物修復(fù)技術(shù)治理水污染是當(dāng)前應(yīng)用較廣泛的方法，針對不同的污染情況采用最佳的技術(shù)，才能保證水污染治理的效果。這就需要在水污染治理中，結(jié)合實際情況，合理應(yīng)用底泥生物氧化技術(shù)、生態(tài)護岸、人工濕地與生物氧化塘等，在改善水環(huán)境的同時，促進人與自然的可持續(xù)發(fā)展。