水生态修复

水环境修复摘要：我国的江河湖库水体污染主要包括氮、磷等营养物和有机物污染两方面。目前国际上采用的技术主要有物理方法、化学方法和生物一生态方法。本文从外源和内源两方面对目前国内外的生态修复方法加以阐述，分析了近年国内外的相关文献资料．从方法上总结了河流、湖泊等水体生态修复的研究进展，并比较了各自的优点及缺陷。关键词：生态修复；外源；内源；植物修复；生物调控生态修复是利用生态系统原理，采取各种修复受损伤的水体生态系统的生物群体及结构．重建健康的水生生态系统．修复和强化水体生态系统的主要功能．并能使生态系统实现整体协调，自我维持、自我演替的良性循环。我国的江河湖库水体污染主要包括氮、磷等营养物和有机物污染两方面。目前国际上采用的技术主要有三类：一是物理方法．即通过工程措施。进行机械除藻、疏挖底泥、引水稀释等，但往往治标不治本．只能作为对付突发性水体污染的应急措施。二是化学方法．如加入化学药剂杀藻、加入铁盐促进磷的沉淀、加入石灰脱氮等。但花费大，并易造成二次污染。三是生物一生态方法，如放养控藻型生物、构建人工湿地和水生植被．这是当前的研究热点。对自然修复的分析有三种方法：经验性分析．一维沉降分析．二维污染物迁移分析。还可以通过定性的模拟污染物对水体的影响．加深人们对例如光合作用、呼吸作用及物质循环等过程的深刻了解．从而更有助于生态的自我修复。湖泊水质恶化主要是外界输入的大量营养物质在水体中富集造成的．切实控制外源性营养物质的输入．是湖泊水体生态修复的重要前提．同时内源性负荷也是主要营养源。一、外源性污染物质的控制方法1．流域内污废水的集中处理实现流域内污废水的达标排放．从根本上截断外部输入源．使水体失去营养物质富集的可能性。相对于点源来讲．非点源污染不仅量大而且较难控制．可以通过控制氮肥施用量．平衡氮、磷、钾的比例，有机肥还田，发展“微生物菌肥”和农业农田灌溉节水等方式加以控制。2．恢复和重建滨岸带生态系统一是建立环湖湿地保护带。这是从迁移、转化途径上控制陆域地表径流营养物入湖的最后一道防线。二是恢复和重建湖泊滨岸水生植被。通过物理阻滞作用促使污染物沉积并大量吸收营养盐。三是改造入湖河口生态与环境．充分发挥入湖河自然净化作用。二、内源性污染物质的控制方法1．工程性措施(1)稀释和冲刷采用外流引水进行稀释和冲刷可以短时间内有效地减少污染物的浓度和负荷．提高水体自净能力．还能影响污染物质向底泥沉积的速率。但引水稀释导致交换水体的生态体系发生变化．也会产生一定的负面影响。(2)底泥疏浚底泥疏浚是修复湖泊水库的一项有效技术．能够彻底去除积累在其中的有毒有害物质．但须注意防止底泥泛起以及底泥的合理处置．避免二次污染。(3)底泥覆盖通过在底泥表面敷设渗透性小的塑料膜或卵石．削减波浪扰动时的底泥翻滚．有效抑制底泥营养盐的释放．提高湖水透明度．促进沉水植物的生长。但存在治标不治本。成本高，难以大面积使用等缺点．而且影响湖体固有的生态与环境。(4)水力调度技术根据水体条件不同．生物体在水中可表现为3种状态：自由态、增长增殖状态和抑制状态。水力调度技术是根据生命体的生态水力特性．营造出特定的水流环境和水生生物所需要的环境．抑制藻类大量繁殖．采取水系连通等方式．遵循“湖程取长．渠程取短”的原则。但应注意防洪、防涝、防沙、防螺、防污染迁移和防内源释放。(5)气体抽提技术利用真空泵和井．在受污染区域诱导产生气流．将有机污染物蒸气．或者将被吸附的、溶解状态的或自由相的污染物转变为气相．抽提到地面．然后再进行收集和处理。在美国．抽提技术几乎已经成为修复受加油站污染的地下水和土壤的“法定”技术。(6)空气吹脱技术在一定的压力条件下．将压缩空气注入受污染区域．使溶解在地下水中的挥发性化合物、吸附在土壤颗粒表面上的化合物以及阻塞在土壤空隙中的化合物驱赶出来。在实际应用中．它和抽提技术相结合可以得到更好的效果。2．化学方法(1)磷的沉淀和钝化该技术属于改善湖泊水库的技术，向水体中投加硫酸铝『A1：(so。)，·18H：0]，形成磷酸铝[AlP04]沉淀，吸附在A1(OH)，絮体表面．以及含磷颗粒的网捕过程等去除磷。如果将大量氢氧化铝投加覆盖在底泥表面．可以随时吸附任何从底泥中释放的磷或者形成铝酸盐，起着钝化的作用。(2)投加石灰法水体酸化主要是由于化石燃料燃烧造成的．投加石灰是快速修复酸化湖泊水库的简便方法．并得到广泛的认可，在美国、加拿大和欧洲(如瑞典、挪威等国家)得到成功的应用。(3)原位化学反应技术通过化学反应和生物反应例如氧化、还原、吸附、沉淀、有机金属络合等，使重金属离子在受污染地点就地固定下来。常用的物质包括石灰[Ca(OH)E]、灰烬(KOH)和硫化钠(Na’S)等。此外，化学氧化可以将有机物转化为无毒或者毒性比较小的化合物。常用的氧化剂为二氧化氯、次氯酸钠或者次氯酸钙、过氧化氢、高锰酸钾和臭氧。3．生物一生态强化法(1)水生植物修复技术在适宜的生长条件下与水中微生物、藻类等生物共同作用的水生植物，根据其自身特点．将水中的富营养化物质，如N、P、重金属污染物等吸收在根、茎、叶等不同部位．从而既提供自身的营养需求．又达到净化水质的作用．而且通过促进根际微生物的活动可加速有机污染物的生物降解．目前国内外研究并广泛应用的技术有以下几种：①人工湿地技术湿地土壤是固相和液相组成的疏松多孔体系．含有大量的胶体颗粒．它们具有很大的表面积和表面能．对去除有机物和重金属具有重要作用。在湿地处理系统中物理作用只要是沉淀、过滤和吸附．可去除固体悬浮颗粒：化学作用主要是对重金属与填料反应得以去除：生物作用比较复杂，主要是水生植物和各种微生物的协同作用。人工湿地技术的不足在于当进水悬浮性污染物fss)及有机物浓度过高时易产生堵塞和严重厌氧化而造成植物根系腐烂最终死亡。⑦前置库技术受保护的湖泊水体上游支流利用天然或人工库(塘)拦截暴雨径流．工艺流程如下：径流污水——沉砂池——配水系统——植物塘——湖泊。水生植物是前置库中不可缺少的主要组成部分．从水体和底质中吸收大量氮、磷满足生长需要．成熟后从前置库中去除被利用。(面水生植被恢复技术所谓“水生植被恢复技术”并非要再造原有植被．而是根据现实的湖泊生态与环境需求．并结合残存的水生植被基础．在已经被破坏的湖泊环境基础上重新设计和构造良性湖泊生态。该技术必须以削减水体的营养负荷为前提．否则人工恢复的水生植被无法维持稳定状态。④水培技术利用富营养化水在种植槽中无土栽培经济作物．借助植物发达的根系．对流入浅水中的悬浮物进行过滤．这些悬浮物中的有机物和营养盐类、微生物、原生动物和后生动物构筑起一个生物相对丰富的生态系统．该技术在美国、日本等国家进行了大量研究，可以生产出具有经济价值的食用植物或观赏植物．并通过堆肥达到资源的循环利用。该技术的优点是在一定程度上隔绝土壤病原菌和害虫对作物的侵染．故无连作障碍．同时节省劳动力。⑤生态浮岛技术植物净水工程的一种．是绿化技术与漂浮技术的结合体．植物生长的浮体一般是由发泡聚苯乙烯制成的．质轻耐用。岛上植物可供鸟类休息．下部植物根系形成鱼类和水生昆虫生息环境．同时能吸收引起富营养化的氮和磷。与人工湿地技术相比生态浮岛技术最大优点在于不另外占地．较适合我国大多数河流无滩涂空间利用的特点。综上所述．植物修复技术主要有以下优点：低投资、低能耗：处理过程与自然生态系统有着更大的相融性：无二次污染：能实现水体营养平衡．改善水体的自净能力：对水体的各种主要污染物均有良好的处理效果。其中处理有机污染的最大优势在于植物能同化大多数的化合物为CO，或作为细胞骨架．即使一些环境污染物在植物内大量积累也能通过转移植物而清除。局限性在于运作条件高、处理时间长、占地面积大及受气候影响严重。植物修复被认为是有前途的环境修复技术之一．但有许多问题如如何筛选、培育和合理搭配高效率的植物品种以满足不同环境的修复需要．尤其是低温季节提高植物修复效率等问题有待进一步探讨。充分发挥该技术的优势．关键在于对不同类型植物对不同污染物最佳去除作用的基础性研究．以实现因地制宜的优选水生植物，形成一个良好的修复系统。(2)生物调控技术生物调控技术修复水生生态系统是利用营养级链状效应．在水库中投入选择鱼类．吞食另一类小型鱼类．借以保护某些浮游动物不被小型鱼类吞食．而这些浮游动物的食物正是人们所讨厌的藻类。该技术具有以下优点：处理效果好，工程造价低，运行成本低。不会形成二次污染．还可适当提高水库的经济效益。(3)生物膜技术根据天然河床上附着生物膜的过滤作用及净化作用．人工填充滤料和载体．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。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。一些发达国家已经在工程实践中运用多种生物膜技术对污染严重的中小河流进行净化并获良好效果．我国在此方面还只是处于试验阶段．没有真正的工程实践。目前可采用的方法主要有人工填料接触氧化法、薄层流法、浮流净化法、砾间接触氧化法、生物活性炭净化法等．(4)微生物修复技术微生物可以将受污染水体中的有机物降解为无机物．对部分无机污染物如氨氮进行还原从而去除．为了充分发挥微生物在污染物降解和转化方面的作用，目前有两种方式：一是补充污染物高效降解微生物：可以使用具有某种特定功能的菌群：也可以从受污染水体和底泥中分离筛选后富集培养．再返回受污染水域：还可以利用基因工程菌的接合转移．二是为土著微生物提供合适的营养和环境条件：合适的营养和环境条件可以激活生长代谢缓慢或处于停滞状态的土著微生物．使其重新具有污染物高速分解的能力。(5)仿生植物净化技术以重建健康的河流生态系统为基础，用具有很强弹性、韧性和柔性的材料仿照河流生态系统中的沉水植物轮藻设计而成。仿生植物以河道中原有的天然生物菌群作为种源．在填料丝表面经过生物的自然富集形成生物膜．通过微生物的生命活动去除水中的污染物质。该技术在有效净化污染水体的同时还具有如下特点：不影响河流的航运和泄洪等功能：不破坏河流生态系统：适合河流复杂多变的水流条件；比表面积大，空隙率高：化学与生物稳定性强．不溶出有害物质：价格便宜．便于安装。(6)土地处理技术污水特别是生活污水中含有大量的氮、磷等营养物质．用污水通过慢速渗滤方式进行农业灌溉可以满足农作物和其他植物生长所必需的营养．同时也去除了污染物质．能在很大程度上缓解我国水资源的紧缺状况。工艺流程图如下：原污水——污水蓄水池——厌氧调节池——土地处理系统——排水井。该方法对氮、磷等污染物的去除效果较好，但是水力负荷一般较低。渗流速度慢。(7)深水曝气技术通过机械方式将深层水抽取出来曝气然后回灌深层．或注入纯氧和空气全部提升至水面再释放等方式．使水体中溶解氧浓度升高．改善冷水鱼类的生长环境和增加食物供给．又通过改善底泥界面厌氧环境为好氧条件来降低内源性磷的负荷。该技术对水体生态与环境的修复有着深远的影响。三、结语总的来说．在水体生态修复方面．目前国内仍处于起步和技术探索阶段．整治工作基本处于水质改善和景观建设阶段．缺乏传统水利、生态系统栖息地和景观的有机结合：而国外已经形成了较为成熟的理念及相关技术、标准和规范。比如日本在湿地修复水资源方面所做的工作很值得我们借鉴。在今后的水生态修复研究工作中要多学习借鉴其他国家的先进技术理念．逐步改善我国的生态与环境。■参考文献：1.张学勤，曹光杰．城市水环境质量问题与改善措施Ⅱ】．城市问题，2005(4)．2.水利部国际合作与科技司．河流生态修复技术研讨会论文集fMl．北京：中国水利水电出版社．2005．3.何旭生，鲁一晖等．河流人工强化净水工程技术与净水护岸方案m．水利水电技术。2005(11)．4.李大成，吕锡武等．受污染湖泊的生态修复Ⅱ】．电力环境保护，2006(1)．5.张锡辉．水环境修复工程学原理与应用『州．北京：化学工业出版社，2001．6.胡晓东，阮晓红等．植物修复技术在我国水环境污染治理中的可行性研究D1．云南环境科学，2004，23(1)．7.李向心，武周虎等．人工湿地污水处理研究