淺析富營養化水體的生物-生態修復方法

熊竹楠

摘 要：水體富營養化破壞了水體原有的生態平衡，制約了我國社會、經濟的可持續發展。我國大部分河流、湖泊均出現了水體富營養化問題。生物-生態修復技術以運行和維護成本低、無二次污染、可提高水體自凈能力等優勢成為研究熱點。介紹了4種具體的生物-生態修復技術：生物膜處理技術、生態浮床技術、人工濕地技術和微生物修復劑投加技術，分析了各項技術的基本原理、優勢和局限。

關鍵詞：富營養化;生物生態修復;水質凈化

文章編號：1004-7026（2020）15-0158-02? ? ? ? ?中國圖書分類號：X524? ? ? ? 文獻標志碼：A

水體污染是世界重大環境問題，水體富營養化是水體污染最突出的問題之一。水體富營養化是指由于大量的氮、磷等營養元素排入水體，使藻類及其他浮游生物大量繁殖，水中溶解氧含量下降，魚類及其他生物大量死亡，水生生態平衡被破壞的現象。近年來，由于我國湖區人口快速增長，以及工、農業的快速發展，湖泊的生態安全正遭受著嚴重威脅。相關研究顯示，我國5大湖區的22個代表性湖泊中，有59.1%的湖泊處于不同程度的富營養化狀態[1]。

水體富營養化不僅破壞了水體的生態平衡，對水質、水生生物等造成不利影響，還在一定程度上制約著當地社會、經濟的可持續發展，加劇了水資源危機。因此，發展富營養化水體治理技術的意義重大。

富營養化水體的治理手段分為物理、化學和生物3種方法。盡管物理和化學方法具有一定的效果，但其投資、運行、維護成本較高，不利于水生生態系統的健康發展，且在污染較大的情況下不可行。生物-生態修復方法是以生物學及生態學理論為基礎，通過人為培育的植物或微生物遷移、轉化、降解水中的污染物，從而完成治理的一種方法。相比之下，該技術的運行與維護費用較低、處理效果較好，且不存在二次污染的問題，因而得到了廣泛的研究與快速的發展[2]。

1? 生物膜處理技術

1.1? 生物膜處理技術的原理

生物膜法是生物-生態修復技術的一種主要方法，其原理是為天然河床上存在的微生物提供人工的填充濾料或載體，使其附著在濾料或載體表面，形成生物膜。當污染水體與生物膜接觸時，菌膠團會吸附水中的氧氣和有機物，為細菌提供養分，同時也使水中的有機污染物得以氧化分解，從而實現水體的凈化。該技術的本質是在自然凈化過程中輔以人工過程，加強自然水體本身的自凈能力[3]。

1.2? 生物膜處理技術的優勢與局限

生物膜上附著的細菌受水體溫度、透明度、污染程度的影響較小，對環境變化的耐受力強，濾料和載體巨大的表面積為吸附的大量微生物創造了條件，有效提高了水體對有機污染物等的降解效率，同時產生的污泥量極少。該技術對于有機物污染和氨氮微污染水體的處理效果最好，是近年來微污染水修復領域的研究熱點。

2? 生態浮床技術

2.1? 生態浮床技術的原理

生態浮床技術是以高分子材料為基質和載體，運用無土栽培的原理進行種植，利用水生植物發達的根系和水體接觸形成天然的過濾層，使水體中的氮、磷物質被根系截留、吸附、吸收，被微生物降解和被水生動物攝食，從而得到削減。生態浮床還可以通過根分泌物降解有效去除有機物，一些水生植物還具有富集、代謝和吸收重金屬的功能。此外，水生植物可以利用其本身個體大、生命周期長的優勢，與藻類競爭光能和營養物質，通過根系向水體中釋放生化物質，抑制藻類生長，促進大分子污染物降解。

2.2? 生態浮床技術的優缺點

與其他治理措施相比，生態浮床技術具有多重優勢，其所需的浮床設備和載體材料等來源更加廣泛，費用更低，運營和維護更方便。此外，生態浮床的二次污染現象較弱，可以適用于不同深度的水體，占地面積小，具有美化水域景觀、防堤護岸、提高生物多樣性的功能。

該技術盡管在理論及應用研究方面都取得了重大成果，但也存在處理周期過長、人工操作復雜、基質材料的生產使用率低且穩定性較差、植物遴選缺乏相應的技術標準等一系列問題，在這些方面還需開展進一步的研究。

3? 人工濕地技術

3.1? 人工濕地技術的原理

人工濕地由自然濕地發展演變而來，利用物理、化學、生物3方面的協同作用，通過基質、專性與非專性吸附、離子交換、植物吸收和微生物分解等手段去除水中氮、磷等營養物質，抑制水中藻類生長繁殖，從而使水質得到凈化。

人工濕地的基質不但可以作為微生物和水生植物生長的載體，為其提供營養物質，還可以通過物理、化學作用直接對污染水體進行凈化。同時，濕地植物可以直接吸附、吸收和富集氮、磷及重金屬等物質，并將光合作用產生的氧氣運至根部，形成利于硝化細菌生長及有機物分解的好氧環境，從而消除水體中的污染物質。

3.2? 人工濕地技術的優勢與問題

與其他傳統技術相比，人工濕地系統將污染水體修復和環境生態建設相結合，在治理污水的同時創造了生態景觀，具有投資運營費用低、系統組合多樣、操作簡單等優勢。但其占地面積過大、易受溫度和植物影響、基質易淤積阻塞、生態服務功能單一、設計缺乏規范化，相關人員還應進行深入研究，積極尋找相應的解決措施。

4? 微生物修復劑投加技術

4.1? 微生物修復劑投加技術的原理

微生物修復劑投加技術是指將人工選育的活性微生物投入污染水體中，以迅速增大水中微生物濃度，提高污染物在短時間內的降解速率，加速能量流動和物質循環，強化微生物對氮、磷等污染物的吸附、降解和轉化，從而完成水質和生態效應的恢復。微生物進入水體后會主動吸附水中的有機物，并將大分子有機污染物轉化為可溶性有機小分子，使其透過細胞膜滲入細胞內部，被各種內酶降解。對于難降解的有機污染物，微生物則會通過共代謝改變其結構，最終將其降解。所投加的微生物包括基因工程菌、土著微生物和外來微生物。

4.2? 人工濕地技術的優勢與不足

與傳統的修復技術相比，投菌技術更加環保，無二次污染的風險，投資成本低，去污效率高，操作簡單，工藝穩定。該技術需根據水質變化多次投加菌劑，需要多種微生物的協同配合才能完成污染物的降解和削減，單一種類微生物的降解效果并不明顯。

5? 結束語

目前，尚未發現能夠完全去除水體中污染物質的修復方法。因此，實施清潔生產工藝、嚴格控制污水達標排放等源頭工作，是最為關鍵和明智的治理措施。各種生物-生態修復技術存在的問題和局限性亟待解決和發展，其發展前景十分廣闊。

參考文獻：

[1]李娜，黎佳茜，李國文，等.中國典型湖泊富營養化現狀與區域性差異分析[J].水生生物學報，2018（4）：854-864.

[2]董哲仁，劉倩，曾向輝.受污染水體的生物-生態修復技術[J].水利水電技術，2002（2）：1.