城市水環(huán)境治理生物修復(fù)技術(shù)的研究

袁向平

摘要：當(dāng)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(shè)水平。實(shí)踐中為了保持城市水環(huán)境良好的治理效果，則需要加強(qiáng)生物修復(fù)技術(shù)，增加成熟水環(huán)境治理中的技術(shù)含量，確保其治理工作落實(shí)有效性。在此基礎(chǔ)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。基于此，文章將對(duì)城市水環(huán)境治理生物修復(fù)技術(shù)進(jìn)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(guān)鍵詞：城市水環(huán)境；治理；生物修復(fù)技術(shù)；建設(shè)水平；工作狀況

1生物修復(fù)技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1生物修復(fù)技術(shù)概念介紹

生物修復(fù)技術(shù)是一項(xiàng)有效的污染治理工程技術(shù)，在上世紀(jì)90年代得到了迅速的發(fā)展。隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市水污染越來越成為我國(guó)當(dāng)下面臨的一項(xiàng)嚴(yán)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(shù)，于是，生物修復(fù)的方法引起了極大的關(guān)注。生物修復(fù)主要指的是在可調(diào)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(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)的處理技術(shù)。生物修復(fù)是將土壤、水環(huán)境、大氣和固體廢物等作為處理對(duì)象，利用微生物、植物、動(dòng)物等生物種類，達(dá)到人為控制生物修復(fù)的目的。狹義范圍內(nèi)的生物修復(fù)技術(shù)主要是指微生物修復(fù)，而生物修復(fù)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)則是生態(tài)修復(fù)。生物強(qiáng)化技術(shù)、生物促生技術(shù)、生物通氣、土地耕作、生物堆肥、生物反應(yīng)器等是生物修復(fù)的主要的技術(shù)手段。從目前情況下來看，土壤生物修復(fù)是國(guó)外生物修復(fù)技術(shù)研究的重點(diǎn)方向，而對(duì)于城市水環(huán)境的生物修復(fù)技術(shù)研究投入相對(duì)較少。

1.2應(yīng)用于城市水環(huán)境治理的生物修復(fù)技術(shù)

在20世紀(jì)50年代中，生物修復(fù)技術(shù)開始應(yīng)用于城市水環(huán)境治理，國(guó)際發(fā)達(dá)國(guó)家面對(duì)日益嚴(yán)重的河道污染問題，采用了河道曝氣復(fù)氧措施。1996年我國(guó)也開始了生物修復(fù)技術(shù)治理水環(huán)境的大規(guī)模試驗(yàn)，并取得了一定的整治成果，形成了一整套具有中國(guó)特色的城市水環(huán)境生物修復(fù)技術(shù)。目前我國(guó)雖然生物修復(fù)技術(shù)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(fù)，而對(duì)底泥生物修復(fù)重視程度不足。底泥生物修復(fù)在城市水環(huán)境生物修復(fù)和生態(tài)恢復(fù)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(fù)計(jì)劃，充分考慮底泥生物的修復(fù)。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(shù)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(jī)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(shí)性，只有多方面協(xié)作，進(jìn)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(fù)重視程度有待提高。事實(shí)證明，生物和生態(tài)方法對(duì)于水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)功能的恢復(fù)具有重要的作用，水環(huán)境中生物的多樣性得到了提高，強(qiáng)化了水環(huán)境的自凈能力。

2生態(tài)修復(fù)技術(shù)的種類與應(yīng)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(yùn)行的與沼澤地類似的池塘。被污染的水體進(jìn)入濕地后，沿水平或豎直的方向流動(dòng)。在微生物、水生植物、水生動(dòng)物和底泥的作用下以過濾、吸附、植物吸收、動(dòng)物吸收、微生物分解的協(xié)同方式實(shí)現(xiàn)水體的凈化。人工濕地不僅具有去除懸浮物和有機(jī)污染物的功能，還可以通過人工強(qiáng)化手段實(shí)現(xiàn)水體中微生物與植物根系的協(xié)同脫氮作用和對(duì)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(shí)際運(yùn)營(yíng)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(jiǎn)單、管理方便、對(duì)常規(guī)污染物處理效果較好、能耗低和運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，但也存在占地面積大、個(gè)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(shí)現(xiàn)水體凈化的系統(tǒng)。其獨(dú)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(jìn)行功能強(qiáng)化。在凈化水體時(shí)，生物氧化塘內(nèi)部的食物鏈得到延長(zhǎng)，微生物、水生動(dòng)植物可以構(gòu)成生物多樣性的生態(tài)系統(tǒng)促進(jìn)微生物、水生動(dòng)植物的相互協(xié)作。

2.2水體人工增氧技術(shù)

相比于自然水體，城市水體具有靜止或流動(dòng)性差、水體容量小、極易受到污染和自凈能力差等特點(diǎn)。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(duì)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(fù)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(duì)污染物的降解。并實(shí)現(xiàn)水體由缺氧狀態(tài)轉(zhuǎn)化為好氧狀態(tài)，增強(qiáng)水體的凈化能力。此外，針對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體上層好氧而下層缺氧的特點(diǎn)，人工增氧還可以在短期內(nèi)通過加速硝化反應(yīng)速度的方式減緩富營(yíng)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(fù)的重要技術(shù)手段，并被廣泛應(yīng)用于城市水環(huán)境生態(tài)治理。

2.3生物強(qiáng)化技術(shù)

生物強(qiáng)化技術(shù)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(qiáng)水體對(duì)降解有機(jī)物的能力，并改善和促進(jìn)原有微生物去除效能。其本質(zhì)上而言是一種外源微生物投放技術(shù)。生物強(qiáng)化技術(shù)最早應(yīng)用于治理高濃度有機(jī)廢水，有毒、有害難降解污染物的治理和強(qiáng)化廢水中油脂的液化和降解等領(lǐng)域。隨著功能性細(xì)菌的廣泛發(fā)現(xiàn)、篩選和應(yīng)用，生物強(qiáng)化技術(shù)逐步拓展至江河湖泊與地下水生物的修復(fù)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(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境的適應(yīng)性問題。同時(shí)，外源微生物作為“外來物種”也可能會(huì)對(duì)本地生態(tài)環(huán)境造成影響并產(chǎn)生相關(guān)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(shù)與漂浮技術(shù)結(jié)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(shù)，以輕質(zhì)材料為載體或基質(zhì)，應(yīng)用動(dòng)植物物種間的協(xié)同共生關(guān)系，在充分利用水體空間的基礎(chǔ)上，建立高效人工生態(tài)系統(tǒng)，以達(dá)到削減水體中的污染負(fù)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(jī)理主要為：一方面利用表面積很大的植物根系網(wǎng)絡(luò)，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(yíng)養(yǎng)化物質(zhì)。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(zhǎng)，使水體透明度大大提高。

2.5生態(tài)護(hù)岸

生態(tài)護(hù)岸指的是利用植物或通過植物與土木工程結(jié)合的方式，對(duì)河道坡面進(jìn)行防護(hù)的一種河道護(hù)坡形式。生態(tài)護(hù)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(hù)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(qiáng)水體與周邊的物質(zhì)交換。生態(tài)護(hù)岸的修復(fù)機(jī)理主要為，為水體中的生物提供合適的棲息地和構(gòu)建水陸緩沖帶，通過依附在其周邊的水生動(dòng)植物來實(shí)現(xiàn)對(duì)水體的凈化作用。生態(tài)護(hù)岸一般可分為固化技術(shù)護(hù)岸、扦插拋石聯(lián)合技術(shù)護(hù)岸、直立式生態(tài)護(hù)岸、自嵌式植生擋土墻護(hù)岸和格賓柔性護(hù)岸。其結(jié)構(gòu)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(chǔ)上加入混凝土、鋼筋等材料來強(qiáng)化坡面的穩(wěn)定性。

2.6底泥生物氧化技術(shù)

底泥生物修復(fù)是通過原位微生物定向擴(kuò)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(jìn)底泥中有機(jī)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(jìn)程以抑制黑臭現(xiàn)象。底泥生物氧化的同時(shí)還能抑制底泥中營(yíng)養(yǎng)鹽的釋放，緩解水體中富營(yíng)養(yǎng)化的發(fā)生。水環(huán)境底泥的生物修復(fù)可以有效減少水體的內(nèi)源性污染，防止底泥中的污染物向水體中擴(kuò)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(fù)技術(shù)

生態(tài)修復(fù)是通過人工強(qiáng)化或干預(yù)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(fù)是指水生植物修復(fù)；廣義上的生態(tài)修復(fù)是指水生生態(tài)恢復(fù)技術(shù)。水生植物修復(fù)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)抑制藻類大量繁殖和凈化水體的功能。水生植物修復(fù)與構(gòu)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(kuò)增、優(yōu)化配置種群的方式進(jìn)而形成具有沉水植被、挺水植被、浮水植物空間群落結(jié)構(gòu)。

3結(jié)束語

生物修復(fù)技術(shù)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(shù)的重要發(fā)展方向。生物修復(fù)技術(shù)促進(jìn)了水生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的和諧穩(wěn)定，促進(jìn)了人與自然的和諧發(fā)展。因此，該技術(shù)具有很高的應(yīng)用價(jià)值，其應(yīng)用前景十分廣闊。

參考文獻(xiàn)：

[1]范群杰.生物修復(fù)技術(shù)在城市水環(huán)境治理中的應(yīng)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(fù)技術(shù).智能城市，2018，4.17.119-120.

（作者單位：中國(guó)水利水電第七工程局有限公司南方分公司）