湖泊富营养化水体生态修复技术国内外研究进展

湖泊富营养化水体生态修复技术国内外研究进展

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摘要：湖泊富营养化是指氮、磷等营养物质大量进入水体并致使水体的溶解氧下降、透明度降低、水质恶化、鱼类及其他生物大量死亡的现象。富营养化水体治理技术按照治理手段可分为化学处理、物理处理和生态修复处理方法等。化学方法处理污染水体主要是添加化学药剂改变水体中氧化还原电位去除水体中悬浮物质和有机质。物理治理技术措施包括人工曝气、调水冲污、河道疏浚等措施。水体生态修复技术包括生物膜法处理技术、微生物制剂技术、人工湿地处理及生物栅修复等。本文阐述了当前国内外水体生态修复技术的相关研究进展并比较了各方法的优缺点，并对未来富营养化水体生态修复技术做了展望。

关键词：富营养化；生态修复技术

Research of water ecological restoration technology about lake

eutrophication

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Abstract: Lake eutrophication refers that nutrients of nitrogen and phosphorus are into the water, bringing the phenomenon that clarity and dissolved oxygen drop causing deterioration of water quality and death of fishes and other creatures. Treatments of eutrophic water include chemical treatment, physical treatment and ecological restoration. Chemical method are that adding chemicals into water changs redox potential to remove suspended substances. Physical treatments include artificial aeration, flushing and river dredging. Ecological restoration technologies include the biological membrane, microbial preparation, artificial floating island and biological grid restoration. This paper describes the progress research of ecological remediation technologies for the present and compares the advantages and disadvantages, and makes forecast for the future ecological restoration technologies of eutrophic water. Keywords: eutrophication; Ecological restoration technologies

前言

我国是一个多湖泊的国家，全国湖泊共有2759个，总面积达91019km2，占国土面积的0.95%(王苏民，1998)，由于这些湖泊地处东南沿海或长江中下游平原地区，人口稠密、经济发达，加上近年来欠适宜的人类活动方式，极大地改变了自然湖泊生源要素的循环规律，这些湖泊多数已经富营养化或正在富营养化中；据调查，2006年27个国控重点湖泊中，满足Ⅱ类水质有2个，占7%；Ⅲ类水质的湖泊6个，占22%；Ⅳ水质的湖泊1个，占4%；Ⅴ类水质的湖泊5个，占19%，劣Ⅴ类水质湖泊13个，占48%(国家环保总局，2006)；故湖泊富营养化的治理成了当务之急。湖泊富营养化是指氮、磷等营养物质大量进入水体，浮游植物建立优势导致水生态系统的结构破坏和功能异化的过程，它导致水体的溶氧下降、透明度降低、水质恶化、鱼类及其他生物大量死亡；湖泊富营养化所表现出来的水色浑浊、蓝藻水华频发，实际上是生态系统功能退化的表现，表明水生态系统结构发生了本质变化，因此，要实施湖泊生态恢复，首先要充分了解湖泊的生态功能和系统结构，分析其功能退化或受损的原因，根据目标和功能来确定如何调整生态系统结构，从而有针对性地实施生态恢复或修复工作。

近年来，富营养化水体治理技术按照治理手段可分为化学处理、物理处理和生态恢复处理方法等。水体生态修复技术包括生物膜法处理技术、微生物制剂技术、人工浮岛技术、人工湿地处理、生物修复等。而生态修复措施具有原位净化水质，同时也可以恢复水体中的水生生态结构、运行成本低、增加水体自净能力的特点，对环境造成的二次污染较小，故水体生态修复技术在近几年迅速发展起来。

1 富营养化水体生态修复技术的基本介绍

水生态系统修复，是指通过一系列的保护措施将已经退化的水生生态系统恢复或修复到使其能够长久保持稳定的水平，即补救已经退化的水生生态系统，减轻其影响，使水生生态系统具有更高的生态忍受性(Allan R J,1997)；水生生态系统修复的最终目的是通过模仿一个自然的、可以自我调节的并与所在区域完全整合的系统，从而最大限度地减缓水生生态系统的退化，使系统恢复或修复到可以接受的、能长期自我维持的、稳定的状态水平。

2 富营养化水体生态修复技术的种类

2.1 生物膜法处理技术

根据天然河床上附着生物膜的过滤及净化作用，人工填充滤料和载体，微生物群体附着于某些载体的表面上呈膜状，通过与污水接触，生物膜上的微生物摄取污水中的有机物作为营养吸收并加以同化，同时利用滤料和载体比表面积大，附着生物种类多、数量大的特点，从而使河流的自净能力成倍增长(刘雨，2000)。生物膜技术因其降解能力强、接触时间短、占地面积小以及投资少等特点而得到了长足的发展与应用。

近几年，在我国生物膜处理技术得到广泛的应用。张永明等采用蜂窝陶瓷为载体形成生物膜反应器对城市受污染的河道水体进行缺氧生物修复，在此过程中，水中的氨氮去除率为40%-60%，总氮的去除率达到40%-45%，即氨氮和总氮得到同步去除，且没有亚硝酸盐积累(张永明，2009)。为了提高微污染水体生物膜修复系统中生物量和效果，各种新型的生物载体不断得到开发，如竹丝填料、淀粉基可生物降解载体等；这些新型生物载体的特点是：生物亲和性好、亲水性基团多、二次污染低等(M. Dakiky, 2002)；如苏刘选等利用竹丝生物膜反应器处理低污染景观水体"研究了反应器对原水浊度、氨氮、高锰酸盐指数的去除效果等，试验结果表明：竹丝生物膜反应器对景观水体中的浊度、氨氮、高锰酸盐指数的去除率分别为19.99-100%、15.9-59%和10.60-74.34%，说明竹丝生物膜反应器很适合低污染景观水体的修复(Li Chun,2004)。

2.2 微生物制剂技术

选育高效菌株制成为微生物复合制剂处理污染水体，其过程以酶促反应为基础，通过生物体内产生的具有催化功能的特殊蛋白质作为催化剂，净化污水、分解淤泥、消除恶臭。目前，水体微生物修复的研究已成为学术界广泛关注的热点问题，正处于相当活跃的发展时期。成功的微生物修复需具备以下条件：一是目标化合物必须能够被微生物利用，污染场地不含对降解菌种有抑制作用的物质；二是必须存在具有代谢活性的微生物，这些微生物在降解或转化化合物时必须达到一定的速率，且不会产生有毒物质；三是污染场地或生物反应器的环境条件必须有利于微生物生长或保持活性；四是技术费用必须尽可能低(张逸飞，2007)。

1992年美国Moulin Vert水渠使用Clear-Flo 1200菌剂3个月处理富营养化水体，结果显示：NH4+-N从0.02 mg/ L降为0，COD降低84%，BOD5降低74%(张