摘要：當(dāng)前，對(duì)受污染的江河湖庫(kù)水體進(jìn)行修復(fù)，已是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及生態(tài)環(huán)境建設(shè)的迫切需要。目前，對(duì)水體修復(fù)的方法主要有化學(xué)方法，物理方法和生物方法。但與傳統(tǒng)的化學(xué)、物理處理方法相比，生物修復(fù)技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)：①污染物在原地被降解；②修復(fù)時(shí)間較短；③就地處理操作簡(jiǎn)便，對(duì)周圍環(huán)境干擾少；④較少的修復(fù)金費(fèi)，僅為傳統(tǒng)化學(xué)、物理修復(fù)金費(fèi)的30%—50%；⑤人類直接暴露在這些污染物下的機(jī)會(huì)減少；⑥不產(chǎn)生二次污染，遺留問(wèn)題少。本文主要介紹了生物修復(fù)的原理和水體生物修復(fù)的主要方法。生物修復(fù)技術(shù)被劃分原位微生物修復(fù)和異位生物修復(fù)兩種。前者強(qiáng)調(diào)污染物存在的初始空間分布，后者則稍作遷移；處理過(guò)程中，后者有更多的人為調(diào)控和優(yōu)化處理。在水體的生物修復(fù)過(guò)程中，各種生物會(huì)在不同層次互相影響，互相結(jié)合而起到不同的凈化作用。其中，最主要、最基本的是微生物的降解作用。水體生物修復(fù)的主要方法有：生物處理技術(shù)，生態(tài)塘處理法，人工濕地處理技術(shù)，土地處理技術(shù)等。其中，人工濕地處理技術(shù)將是一個(gè)比較重要的發(fā)展方向。生態(tài)修復(fù)工程的進(jìn)一步發(fā)展，應(yīng)該是要結(jié)合其他技術(shù)，使其處理效果更加好。例如：利用基因工程和生物技術(shù)篩選超積累、高耐性修復(fù)植物和具有特異降解功能的微生物進(jìn)入處理系統(tǒng)，能更有效的達(dá)到處理效果。

1．概述

對(duì)受污染的江河湖庫(kù)水體進(jìn)行修復(fù)，已是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及生態(tài)環(huán)境建設(shè)的迫切需要，特別是南水北調(diào)東線沿線的治污工程，量大面廣，尋找先進(jìn)實(shí)用、造價(jià)低廉的技術(shù)迫在眉睫。我國(guó)的江河湖庫(kù)水體污染主要包括氮磷等營(yíng)養(yǎng)物和有機(jī)物污染兩方面。另外，湖泊水庫(kù)藍(lán)藻及赤潮給水域生態(tài)、人體健康也造成了嚴(yán)重的危害。對(duì)于富營(yíng)養(yǎng)化的控制，發(fā)達(dá)國(guó)家以控制營(yíng)養(yǎng)鹽為主，大多采取“高強(qiáng)度治污，自然生態(tài)恢復(fù)”的技術(shù)路線，即控制外源磷污染負(fù)荷并配合生態(tài)恢復(fù)措施。

去除藻類與控制其生長(zhǎng)是湖泊水庫(kù)水體恢復(fù)與保護(hù)的難題。目前國(guó)際上采用的技術(shù)主要有三類：（1）化學(xué)方法，如加入化學(xué)藥劑殺藻、加入鐵鹽促進(jìn)磷的沉淀、加入石灰脫氮等，但是易造成二次污染；（2）物理方法，疏挖底泥、機(jī)械除藻、引水沖淤等，但往往治標(biāo)不治本；（3）生物方法，如放養(yǎng)控藻型生物、構(gòu)建人工濕地和水生植被，開發(fā)水體生物修復(fù)技術(shù)，是當(dāng)前水環(huán)境技術(shù)的研究開發(fā)熱點(diǎn)。

生物修復(fù)，可以解釋為：生物特別是微生物催化降解有機(jī)污染物，從而去處或消除環(huán)境污染的一個(gè)受控的過(guò)程，即利用培育的植物或培養(yǎng)、接種的微生物的生命活動(dòng)，對(duì)水中污染物進(jìn)行轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化及降解，從而使水體得到凈化的技術(shù)。

與傳統(tǒng)的化學(xué)、物理處理方法相比，生物修復(fù)技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)：①污染物在原地被降解；②修復(fù)時(shí)間較短；③就地處理操作簡(jiǎn)便，對(duì)周圍環(huán)境干擾少；④較少的修復(fù)金費(fèi)，僅為傳統(tǒng)化學(xué)、物理修復(fù)金費(fèi)的30%—50%；⑤人類直接暴露在這些污染物下的機(jī)會(huì)減少；⑥不產(chǎn)生二次污染，遺留問(wèn)題少。

2．生物修復(fù)的原理

2．1 生物修復(fù)的分類

目前，生物修復(fù)技術(shù)被劃分原位微生物修復(fù)和異位生物修復(fù)兩種。所謂元微生物修復(fù)是指對(duì)受污染的介質(zhì)（土壤、水體）不作搬運(yùn)或輸送而在原位污染地進(jìn)行的生物修復(fù)處理，其修復(fù)過(guò)程主要依賴于被污染地自身微生物的自然降解能力和人為創(chuàng)造的合適降解條件。異位生物修復(fù)是植被污染介質(zhì)（土壤、水體）搬動(dòng)或輸送到它處進(jìn)行測(cè)生物修復(fù)處理。但這里的搬動(dòng)和輸送是低限底的，而且更強(qiáng)調(diào)人為控制和創(chuàng)造更加優(yōu)化的降解環(huán)境。在處理位置上，前者強(qiáng)調(diào)污染物存在的初始空間分布，后者則稍作遷移；處理過(guò)程中，后者有更多的人為調(diào)控和優(yōu)化處理�，F(xiàn)在所說(shuō)的生物修復(fù)主要是原位修復(fù)。

2．2 水體生物修復(fù)過(guò)程中生物的作用

挺水植物通過(guò)對(duì)水流的阻尼和減小風(fēng)浪擾動(dòng)使懸移質(zhì)沉降，并通過(guò)與其共生的生物群落有凈化水質(zhì)的作用。但它主要吸取深部底泥中的營(yíng)養(yǎng)鹽，通常不或很少直接吸收水中的營(yíng)養(yǎng)鹽，而其部分殘?bào)w又往往滯留湖底，礦化分解后又會(huì)污染水體。所以挺水植物的功能中，有把下層底泥中的營(yíng)養(yǎng)轉(zhuǎn)移到表層的一面，不利于直接凈化水質(zhì)。加上收割、水位變化對(duì)其生長(zhǎng)的影響等問(wèn)題，限制了它們?cè)趦艋|(zhì)中的作用。必須注意管理、收割利用和防止種群退化。

浮葉植物在一般淺水湖泊中有良好的凈化水質(zhì)效果，種植和收獲較容易，有經(jīng)濟(jì)效益，和觀賞效益，在一定季節(jié)可以作為重要的支撐系統(tǒng)。需要及時(shí)收獲。

大型飄浮植物在光照和營(yíng)養(yǎng)鹽競(jìng)爭(zhēng)上比浮游植物有優(yōu)勢(shì)，有些種群的耐污性很強(qiáng)（如鳳眼蓮，喜旱蓮子草等），已經(jīng)發(fā)展了在大水面大風(fēng)浪條件下種植的技術(shù)，是良好的凈化水質(zhì)選擇。浮萍生長(zhǎng)快，許多種群能在空氣中固氮，覆蓋水面后與沉水植物在光照等方面有競(jìng)爭(zhēng)，一般不宜采用。有些飄浮植物和浮體陸生植物（加上浮力支撐后可水培的植物）是很好的觀賞和食用植物，可在一定條件下組合應(yīng)用，既有凈化水質(zhì)作用，又有經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和觀賞效益。

著生藻類和浮游藻類生長(zhǎng)過(guò)程中都有凈化水質(zhì)作用。著生藻類的收集也不難，浮游藻類的收集也已發(fā)展了捕獲技術(shù)，在一定條件下也可因勢(shì)利導(dǎo)予以利用，一方面凈化水質(zhì)，另一方面作為資源取出。

各種沉水植物是健康水生態(tài)系統(tǒng)的重要組成，其耐污程度和對(duì)水溫、水位、水流、水質(zhì)、底質(zhì)等條件各有差異，要根據(jù)當(dāng)?shù)鼐唧w自然條件因地制宜、因時(shí)制宜在時(shí)間空間上予以鑲嵌優(yōu)化組合，使各種種群在整體上互補(bǔ)共生適應(yīng)季節(jié)變化和環(huán)境災(zāi)變。沉水植物和湖底水生植被的存在可吸附儲(chǔ)存生物碎屑于植物根部，增加底泥表層溶氧，遏制磷的釋放，阻止上層水體動(dòng)力擾動(dòng)向湖底的傳輸，減少湖底水動(dòng)力交換系數(shù)，從而有效地遏制底泥營(yíng)養(yǎng)鹽向水體的釋放。

螺、蚌等底棲動(dòng)物可過(guò)濾懸移質(zhì)，攝食生物碎屑，其分泌物有絮凝作用，螺有刮食著生藻類功能，蝦和若干種類魚類可攝食藻類、碎屑、浮游動(dòng)物等。這些動(dòng)物，作為健康水生態(tài)系統(tǒng)的補(bǔ)充組成，也有重要作用。

微生物，特別是氮循環(huán)細(xì)菌在水體自凈能力中具有不可忽視的作用。有機(jī)物的礦化分解，氮素的氣化，磷鹽的沉降和固定在湖底等都與細(xì)菌的作用分不開。自然界的水生植物附近共生有多種遠(yuǎn)比自由水體中豐富的細(xì)菌群落。飄浮植物容易種植，采用耐污性強(qiáng)，生長(zhǎng)快的飄浮植物作為先鋒植物，不僅有植物直接吸收營(yíng)養(yǎng)鹽的作用，而且更重要的是有與其共生的細(xì)菌的作用。可以很快增加水的透明度，改善水質(zhì)。飄浮植物作為細(xì)菌的載體極為重要。但飄浮植物受氣候條件影響，在有些季節(jié)難以發(fā)揮作用。因此研制人工載體和優(yōu)選高效細(xì)菌種群極為重要。利用優(yōu)化的人工載體培養(yǎng)優(yōu)化的氮循環(huán)細(xì)菌，釋放到自然水體，以自然生物載體、其它人工載體和底泥為二級(jí)載體，水中懸浮物為三級(jí)載體，將原來(lái)荒漠化水域中以水土界面為主的好氧-厭氧，硝化-反硝化條件擴(kuò)大到水面和水體并加強(qiáng)細(xì)菌濃度，從而增加系統(tǒng)凈化能力。

3．水體修復(fù)的主要處理方法

水體修復(fù)技術(shù)包括以微生物為處理功能核心的生物處理技術(shù)、具有復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)塘處理技術(shù)、以植物和微生物為主要處理功能體的濕地處理技術(shù)、土壤處理技術(shù)和河湖等自然凈化能力的處理等。

3．1生物處理技術(shù)

生物處理技術(shù)包括好氧處理、厭氧處理、厭氧—好氧組合處理。其主要原理是人工馴化、培養(yǎng)適合于降解某種污染物的微生物，通過(guò)控制室和微生物生長(zhǎng)的環(huán)境以穩(wěn)定和加速污染物的降解。

由于生物處理技術(shù)起步較早，現(xiàn)在已有很多成熟的工藝，比如SBR、UASB、氧化溝等。這些工藝一般要輔助結(jié)合其他一些處理方法，例如物理處理法（如吸附法、重力法、離心法和引力法等）、化學(xué)處理法（如凝絮法、提取法、氧化法、離子交換法和沉淀法等）。

3．2 生態(tài)塘處理法

生態(tài)塘是以太陽(yáng)能為初始能源，通過(guò)在塘中種植水生作物，進(jìn)行水產(chǎn)和水禽養(yǎng)殖，形成人工生態(tài)系統(tǒng)。在太陽(yáng)能（日光輻射提供能量）的推動(dòng)下，通過(guò)生態(tài)塘中多條食物鏈的物質(zhì)遷移、轉(zhuǎn)化和能量的逐級(jí)傳遞、轉(zhuǎn)化，將進(jìn)入塘中污水中的有機(jī)污染物進(jìn)行降解和轉(zhuǎn)化，最后不僅去除了污染物，而且以水生作物、水產(chǎn)的形式作為資源回收，凈化的污水也作為再生水資源予以回收再用，使污水處理與利用結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了污水處理資源化。

人工生態(tài)系統(tǒng)利用種植水生植物、養(yǎng)魚、養(yǎng)鴨、養(yǎng)鵝等形成多條食物鏈。其中不僅有分解者生物、生產(chǎn)者生物,還有消費(fèi)者生物，三者分工協(xié)作，對(duì)污水中的污染物進(jìn)行更有效的處理與利用，并由此可形成許多條食物鏈，構(gòu)成縱橫交錯(cuò)的食物網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)。如果在各營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間保持適宜的數(shù)量比和能量比，就可建立良好的生態(tài)平衡系統(tǒng)。污水進(jìn)入這種生態(tài)塘中，其中的有機(jī)污染物不僅被細(xì)菌和真菌降解凈化，而其降解的最終產(chǎn)物，一些無(wú)機(jī)化合物作為碳源、氮源和磷源，以太陽(yáng)能為初始能源，參與食物網(wǎng)中的新陳代謝過(guò)程，并從低營(yíng)養(yǎng)級(jí)到高營(yíng)養(yǎng)級(jí)逐級(jí)遷移轉(zhuǎn)化，最后轉(zhuǎn)變成水生作物、魚、蝦、蚌、鵝、鴨等產(chǎn)物,從而獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

3．3 人工濕地處理技術(shù)

人工濕地是近年來(lái)迅速發(fā)展的水體生物—生態(tài)修復(fù)技術(shù)，可處理多種工業(yè)廢水，包括化工、石油化工、紙漿、紡織印染、重金屬冶煉等各類廢水，后又推廣應(yīng)用為雨水處理。這種技術(shù)已經(jīng)成為提高大型水體水質(zhì)的有效方法。人工濕地的原理是利用自然生態(tài)系統(tǒng)中物理、化學(xué)和生物的三重共同作用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的凈化。這種濕地系統(tǒng)是在一定長(zhǎng)寬比及底面有坡度的洼地中，由土壤和填料（如卵石等）混合組成填料床，污染水可以在床體的填料縫隙中曲折地流動(dòng)，或在床體表面流動(dòng)。在床體的表面種植具有處理性能好、成活率高的水生植物（如蘆葦?shù)龋�，形成一個(gè)獨(dú)特的動(dòng)植物生態(tài)環(huán)境，對(duì)污染水進(jìn)行處理!

人工濕地的顯著特點(diǎn)之一是其對(duì)有機(jī)污染物有較強(qiáng)的降解能力。廢水中的不溶性有機(jī)物通過(guò)濕地的沉淀、過(guò)濾作用，可以很快地被截留進(jìn)而被微生物利用；廢水中可溶性有機(jī)物則可通過(guò)植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代謝降解過(guò)程而被分解去除。隨著處理過(guò)程的不斷進(jìn)行，濕地床中的微生物也繁殖生長(zhǎng)，通過(guò)對(duì)濕地床填料的定期更換及對(duì)濕地植物的收割而將新生的有機(jī)體從系統(tǒng)中去除。濕地對(duì)氮、磷的去除是將廢水中的無(wú)機(jī)氮和磷作為植物生長(zhǎng)過(guò)程中不可缺少的營(yíng)養(yǎng)元素，可以直接被濕地中的植物吸收，用于植物蛋白質(zhì)等有機(jī)體的合成，同樣通過(guò)對(duì)植物的收割而將它們從廢水和濕地中去除。

由于這種處理系統(tǒng)的出水質(zhì)量好，適合于處理飲用水源，或結(jié)合景觀設(shè)計(jì)，種植觀賞植物改善風(fēng)景區(qū)的水質(zhì)狀況。其造價(jià)及運(yùn)行費(fèi)遠(yuǎn)低于常規(guī)處理技術(shù)。英、美、日、韓等國(guó)都已建成一批規(guī)模不等的人工濕地。

3．4 土地處理技術(shù)

土地處理技術(shù)是一種古老、但行之有效的水處理技術(shù)。它是以土地為處理設(shè)施，利用土壤—植物系統(tǒng)的吸附、過(guò)濾及凈化作用和自我調(diào)控功能，達(dá)到某種程度對(duì)水的凈化的目的。土地處理系統(tǒng)可分為快速滲濾、慢速滲濾、地表漫流、濕地處理和地下滲濾生態(tài)處理等幾種形式。國(guó)外的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，土地處理系統(tǒng)對(duì)于有機(jī)化合物尤其是有機(jī)氯和氨氮等有較好的去除效果。德、法、荷等國(guó)均有成功的經(jīng)驗(yàn)。

4．具體工藝的應(yīng)用

在具體運(yùn)用這些工藝是通常要做一些組合。例如采用：污水→沉淀→人工濕低→生態(tài)塘。

目前國(guó)內(nèi)外有很多水體修復(fù)的成功工程。例如日本渡良瀨蓄水池的人工濕地，這是一座設(shè)有人工設(shè)施的蘆葦蕩，將蓄水池的水引到蘆葦蕩，通過(guò)吸附、沉淀及吸收作用，去除水中的氮、磷及浮游植物，達(dá)到對(duì)水體進(jìn)行自然凈化的目的。這種凈化過(guò)程循環(huán)進(jìn)行，確保蓄水池水質(zhì)潔凈。渡良瀨人工濕地的人工植被從陸地到水面依次為：杞柳（水邊林）—蘆葦、荻、蓑衣草（濕地植物）—茭白、寬葉香蒲（吸水植物）—荇菜、菱（浮葉植物），形成了一體的生態(tài)空間。渡良瀨人工濕地已經(jīng)成為日本最大的蘆葦蕩，也成為對(duì)居民、兒童進(jìn)行環(huán)保及愛(ài)水教育的場(chǎng)所，組織學(xué)生進(jìn)行自然觀察。

在我國(guó)也有很多水體生態(tài)修復(fù)的研究和工程實(shí)例。例如李正魁研究了固定化氮循環(huán)細(xì)菌技術(shù)（INCB）在貴陽(yáng)紅楓湖物理生態(tài)工程（PEEN）實(shí)驗(yàn)區(qū)的除氮、抑菌效果，結(jié)果表明，應(yīng)用PEEN—INCB技術(shù)使紅楓湖試驗(yàn)區(qū)總氮、非離子氨和亞硝酸鹽氮分別平均降低0.568mg/L,0.015mg/L和0.019mg/L。工程后排入紅楓湖的非離子氨均<0.02mg/L,NO2-N≤0.1mg/L，16個(gè)月內(nèi)無(wú)一次超標(biāo)，而工程前的超標(biāo)率達(dá)39%。與其他湖區(qū)相比，PEEN-INCB治理工程區(qū)域各主要指標(biāo)下降4%～40%。

5．總結(jié)

傳統(tǒng)的生物處理工藝控制相對(duì)復(fù)雜，而且投資較大。而生態(tài)修復(fù)技術(shù)投資少，運(yùn)行方便，能耗低。因此，生態(tài)處理技術(shù)在以后會(huì)得到更大的應(yīng)用。

此外，生態(tài)修復(fù)工程可以結(jié)合其他技術(shù)，使其處理效果更加好。例如：利用基因工程和生物技術(shù)篩選超積累、高耐性修復(fù)植物和具有特異降解功能的微生物進(jìn)入處理系統(tǒng)，能更有效的達(dá)到處理效果。
 

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