关于地表水生物修复技术的探讨

2012年7月（中）科技创新科技创新与应用

关于地表水生物修复技术的探讨

薛海涛1吴琼2王琦2

（1、绥化市环境保护科学研究所，黑龙江绥化1520002、哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院，黑龙江哈尔滨150001）

1污染水体生物修复技术简介

20世纪90年代，生物修复技术作为一项污染治理新技术得以迅速发展[1-2]。生物修复是指利用天然存在的或特别培养的微生物，将有毒、有害的污染物在可调控环境条件下转化为无毒物质的处理技术[3-4]。它是一种利用特定生物(尤其是微生物)的新陈代谢活动，实现对水体中污染物的吸收、转化或降解，达到减缓或彻底消除水体污染、恢复水体生态功能的生物措施。较之传统的修复技术，该技术具有成本低，环境影响小，效果明显，可最大限度地降低污染物浓度，可用于处理常规污染治理技术难以应用的场地等优点[5-6]。

根据人工干预的情况，生物修复可以分为原位生物修复和异位生物修复[7]。原位生物修复是指对受污染的水体原地点的生物修复，过程主要依赖于土著微生物或外源微生物的降解能力及合适的降解条件；异位生物修复是移动污染水体到其它地点或反应器进行的生物修复处理。

2污染水体生物修复技术研究现状

2.1原位生物修复技术研究状况

2.1.1曝气复氧

在污染物浓度高的水体中，氧化能力不足，需要根据水体缺氧的特点进行人工复氧，通过增加曝气装置向水体充入空气或氧气，提高水体溶解氧量，加速水体复氧过程，恢复和加快水体中好氧微生物的代谢速率，降解水体中有机污染物，从而净化受污染水体的水质，进而恢复水体的生态系统[8]。曝气复氧是城市水环境生物修复的重要措施，被广泛应用于黑臭河道和水体富营养化治理。

2.1.2生物促生和生物强化

生物促生技术是通过投加促生剂，促进土著微生物的生长，形成一个能完成自然降解的环境[9]，从而强化污染环境的自净能力，实现对有机污染物的快速分解。通过多种途径，如向污染环境投放解毒剂、促进污染物降解的酶、常量元素、微量元素、有机酸、电子受体、维生素等，减轻环境中的毒性，促进土著微生物生长，加快对有机污染物质的降解，逐步改善环境污染状况，提高水体中溶氧量。

生物强化技术也就是外源微生物接种技术，最早从清除海洋石油污染开始，已广泛应用于水产养殖、农业等领域。在我国实际城市水环境修复工程中，投放的微生物包括光合细菌、有效微生物群、东江菌、固定化细菌等。并取得了一定的治理效果。但此法目前争议较多，主要考虑外来菌种是否会带来环境安全性方面的问题[10]。

2.1.3放养水生植物

水生植被具有重要的环境生态功能，其植物和根区微生物共存，产生协同效应，经过植物吸收、微生物转化、物理吸附和沉降作用达到澄清和净化水质的效果。水生植物一方面能够直接吸收水体中营养盐，同时挺水植物可以减少风浪搅动，促进水中悬浮物沉淀，促进河湖生态系统中底泥氧化；沉水植物能隔离上层水动力搅动对下层水体的影响，增加底泥表层溶解氧，从而有效控制底泥中造成水体富营养化的N、P等盐向上层水体中释放；浮叶植物和漂浮植物对浮游藻类具有一定的竞争抑制作用。作为城市水质污染的重要生物指标之一，水生植被恢复成为城市水环境生物修复十分重要的环节。

2.2异位生物修复

2.2.1土地处理技术

土地处理技术是利用土地以及其中的微生物和植物根系对污染物的净化能力来处理污水或废水，同时利用其中的水分和肥分促进农作物、牧草或树木生长的工程设施，由废水的预处理设施、贮水湖、灌溉系统、地下排水系统等部分组成。

2.2.2人工湿地和氧化塘处理技术

人工湿地是模拟天然湿地形成人工生态系统，在生态系统中植物、土壤、微生物的物理、化学和生物的综合协同作用下，经过了过滤、吸附、共沉、离子交换、植物吸收和微生物分解，最终实现对污废水的高效净化[5]。氧化塘利用生物天然净化能力处理污水，可增加人工曝气、放养适生水生动植物等辅助措施强化处理效果。

人工湿地和氧化塘形式灵活，对于暂时无法截污的城郊河道和湖泊，可以改造废弃旧河道、河滩、沼泽及无农业利用价值的鱼塘、荒地等闲置资源，对上游污水进行预处理。人工湿地和氧化塘等污水预处理系统可形成多级食物链组成的复合生态系统[11]，具有投资低、效率高、运行费低、操作简单、能耗低等优点。

3我国地表水生物修复的应用现状

在我国地表水生物修复的案例中，虽然大多获得成功，但是也有诸多问题值得广大学者思考。首先，应当重视多学科组合，多种技术联用进行生物修复和生态治理。只有将环境工程、微生物工程、生态工程等多种技术措施整合起来。才能使生物修复的效果最大化。其次，为了从根本上维护和保持水环境治理成果，达到治标和治本的目的，必须通过生物和生态法，强化水环境生态系统功能，延长生物链，提高水环境生物多样性和水环境自净能力。再次，注重底泥修复的作用，城市水环境是一个开放的系统，其水体或是流动的，但底泥却是相对静态的，而且底泥氧化层的厚度，是衡量河湖自净能力的重要标准，底泥氧化层越厚，河湖自净能力越强，反之，河湖自净能力越弱。最后，强化土著微生物的作用。强化其对有机污染分解作用，提高水环境自净能力。

目前我国对地表水修复的一般过程中，首先对待治理的水域的水体和底泥的各种理化指标和生物学指标进行调查，同时还要调查河湖污染情况。其次，激活土著微生物，最后，进行底泥生物氧化和水体生物修复，对残存的有机污染物质进行降解，提高环境中的溶氧，逐步改善污染环境，建立好氧微生物区系，竞争性地抑制只能在污染环境中生存的微生物。

4地表水生物修复技术前景

地表水生物修复技术是利用植物和微生物净化水体的一种经济、高效、具有巨大发展潜力的新兴技术，在治理和防治污染方面均有着广阔的前景。随着生物技术的不断进步，基因工程菌的出现大大拓宽了生物修复的应用范围，为地表水生物修复提供了新思路。高效特异微生物和重金属超富集植物的筛选和污染去除机理研究等生物技术研究逐渐成为地表水生物修复领域研究的热点。

参考文献

[1]沈德中.污染环境生物修复[M].北京:化学工业出版社，2002.

[2]史小丽,王凤平,蒋丽娟等.温度对外源性32P在水、铜绿微囊藻和底泥中迁移的影响[J].应用生态学报，2003，14(11):1967~1970.

[3]顾继东.国外环境生物技术的发展和展望[J].生物技术通报，1999，(6):8~12.

[4]张甲耀,李静,夏威林等.生物修复技术研究进展[J].应用与环境生物学报，1996，2(2):193~199.

[5]徐祖信.河流污染治理技术与实践[J].中国水利水电出版社:北京，2003.

[6]胡庆昊,朱亮.应用于污染环境治理的生物修复技术[J].陕西环境. 2002，9(6):32~34.

[7]陈玉成编.污染环境生物修复工程[M].化学工业出版社:北京，2003.

[8]孙从军,张明旭.河道曝气技术在河流污染治理中的应用[J].环境保护.2001，4:12~20.

[9]胡庆昊,朱亮.应用于污染环境治理的生物修复技术[J].陕西环境，2002，9(6):32~35.

[10]章营军,孙从军.浅谈污染河道水体治理[J].造船工业建设，2001，(4):34~39.

[11]黄民生,徐亚同,戚仁海.苏州河污染支流绥宁河生物修复试验研究[J].上海环境科学，2003，22(6):384~388.

摘要：针对水体富营养化的现状，对地表水水体生物修复的原理、种类、特征以及研究进展点进行了介绍。通过对中国水环境生物修复存在的问题分析，总结城市水体生物修复，要根据实际情况，选择适当的生物修复方法。

关键词：地表水；生物修复；富营养化；原理

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