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原位生態修復技術范文1
關鍵詞：淡水池塘 養殖 環境問題 解決途徑
目前，淡水養殖業是我國漁業發展中的重點，其產量在水產養殖中逐年呈上升比率，淡水養殖作為水產養殖中的重點，過去傳統的密集型養殖方式暴露了諸多弊端，限制了淡水養殖產業的升級，因此，分析和解決目前淡水池塘養殖中所面臨的環境問題，尋求更好的解決措施嗎，推進淡水池塘養殖業的健康、快速發展是我們需要密切關注的問題。下面我們針對傳統淡水養殖中的環境問題略作分析，并結合最近產業研究成果原位修復技術和異位修復技術來分析下其解決之道。
1.淡水吃糖養殖環境問題分析
從目前淡水養殖的局面來看，傳統養殖的高密集型所造成的弊端與水體富營養化、氮失衡是造成環境問題的三大主兇之一。
傳統淡水養殖采用高密度、高投餌率、高換水率進行養殖，對于環境的危害是巨大的，同時近年因飼料投放問題造成的水體富營養化也是限制淡水池塘養殖行業發展的瓶頸。雖然養殖水平隨著技術研究的突破不斷提升，單位水體的魚載力也在提升，但是魚類代謝與飼料投放的力度也在增加，養殖的高換水率必然會導致污染加重，最終限制行業本身的深入發展。我國以圍網養殖和圍欄養殖為主要方式對于水體環境的污染是很嚴重的，近些年來國家一直在不斷加強對水體環境污染的治理，實施“退魚還湖”等政策，這些必然會繼續加重淡水池塘養殖的比率，按照池塘養殖在我國淡水養殖業中的比重來看，這種潛在的對環境的污染風險是巨大的，因此，做好淡水池塘養殖問題的環境污染治理，保護好水體資源與魚類資源，也是淡水池塘養殖業必須解決的關鍵問題。
作為池塘養殖面臨的嚴峻環境問題之一，氮失衡已經成為了限制池塘養殖發展的瓶頸。目前，淡水池塘水體中的含氮量與含磷量都已經超出了警戒線指標，但是能夠支持初級生物循環的有效磷含量卻極低，以上兩種富營養化的物質無法溶解于水體，只能吸附在淤泥或被重金屬絡合，這將加重水體負擔，加重污染，尤其是現在池塘飼養餌料多使用含氮量較高的有機肥，因此，氮失衡已經成為了必須面對的重要池塘環境問題。氮失衡所帶來的危害是內外兩個層面的。在內部污染方面，會造成魚類體內排泄系統和代謝系統失衡，造成過量活動或失去平衡，極易發生昏迷或死亡現象，這對于依靠產量取勝的淡水池塘養殖來說可謂是致命打擊。在外部污染上，由于高換水率所排放出來的富營養化水體和氮失衡水體，排放到江河湖海中將會加劇大范圍內的水體污染，成為大環境內環境污染的主因，同時對于工農業生產和群眾生活造成長期的惡劣影響。因此面對以上這些淡水池塘養殖環境問題，養殖環境生態修復技術成為了近些年來的研究熱點與重點。
2.淡水池塘養殖問題解決之道
目前，關于淡水池塘生態環境的修復研究主要集中在兩個方面，分別是原位修復技術和異位修復技術。原位修復技術也成成為立體修復，主要是通過在水體環境中營造立體養殖空間實現對超積累物質的吸收和凈化，加強淡水池塘環境內的硝化作用，通過水生植物、蔬菜與細菌的立體分布和作用優化水體內的生物循環，同時還能有實現對多種資源的優化利用，達到產業升級，降低排污系數的目的。異位修復技術的重點主要是對養殖水體的凈化處理，提升水體利用和循環率，降低污染。
原位生態修復技術范文2
關鍵詞：水體底泥修復;原位修復技術;生物制劑原位修復技術;天然粘土礦物原位除藻技術
Abstract: the rapid development of social economy has brought increasingly serious environmental problems, a great deal of sewage emission to serious water pollution, decomposition of sediment pollutant effects on plants and the great reconstruction of water. In situ remediation technology has been increasingly applied to repair the water sediment, the natural clay minerals in situ removal technology, biological preparation in situ remediation technology to introduce water in-situ sediment remediation technology and its application.
Keywords: water sediment remediation; in situ remediation technology; biological preparation in situ remediation technology; algae removal technology of natural clay minerals in situ
中圖分類號：[TU992.3]文獻標識碼：A文章編號：2095-2104（2013）
1前言
隨著社會經濟的快速發展，工業化和城鎮化的不斷推進，工業廢水和生活污水的集中大量排放，水體中有機碳污染物、有機氮污染物以及含磷化合物負荷不斷加大，水體水質污染日趨嚴重。水體富營養化也已成為世界性的環境問題，突出表現為藍藻水華暴發、沉水植物衰退和底泥的高度厭氧。水體底泥是大型沉水植物固著的基礎，也是植物生長所需營養物質的重要來源。底泥上污染物的分解會消耗過多的溶解氧而導致底泥和底層水體缺氧，造成植物根系呼吸困難;同時，厭氧分解過程中產生的還原性有毒物質，也可能對植物產生毒害。尤其在一些大型淺水湖泊的湖灣和湖口區，暗黑、發臭的厭氧污泥不僅造成了嚴重的內源污染，也會影響植物重建和水體修復。本文就水體底泥修復中常用的原位修復技術做一下介紹。
原位生物修復技術是一種有發展潛力、效率高且投資少的環境修復技術。研究原位生物修復技術的過程、效果以及系統的利用率越來越成為人們關注的熱點。
所謂原位修復技術就是利用微生物對污染土壤不經攪動、在原位和易殘留部位之間進行現場處理。該技術應用于被石油類碳氫化合物所污染約地下水治理己經有多年歷史,但是直接用于治理被其它污染物污染的地下水和水體底泥也只是近幾年的事。原位修復技術的研究結果一方面加深了我們對該技術使用過程中一些限制因素的理解,同時也為使用其他相關的生物、化學和水力參數等提供了幫助。以下將結合具體的應用來介紹一下水體底泥的原位修復技術。
2天然粘土礦物原位除藻技術
天然粘土礦物原位除藻技術是指采用當地易得的底泥或岸邊粘土等經改性處理后，用于凝聚、沉降去除水體中的污染物及有害藻類，因其具有材料廉價易得、安全無毒、操作簡單等優點，被認為是目前最具前景的應急除藻技術之一。鄒華等提出、發展并應用了改性當地土壤除藻技術，研究了其除藻機理、室內和圍隔實驗及其對水質改善的作用，實現了應急水華治理、水質底質改善和沉水植物恢復的綜合效應。隨著當地土壤湖泊修復技術的發展和完善，改性土壤及去除的藍藻在水-沉積物界面處的變化及該技術長期的生態效應更加引起關注，Pan等提出通過追加噴灑原位土壤覆蓋先期絮凝的藍藻及其所含營養鹽實現對沉降藍藻封藏、對污染底泥覆蓋、生境改善和“藻-草”轉化的技術。
室內模擬系統中，在高度厭氧底泥上進行土壤和硅藻土原位覆蓋修復，約1 cm 的材料能夠明顯逆轉底質和水質條件: 污染厭氧底泥與水體隔絕，表層底質類型改變; 底泥的氧化還原電位大幅上升(分別提高了48. 37%和46. 77%); 水體中的TN、TP釋放受到減緩，營養鹽含量降低; 相比于對照水體底層溶解氧的明顯下降，覆蓋材料使水中溶氧維持在初始水平并略有升高。底質覆蓋的箱體中，苦草種子萌發并長勢良好，而對照箱體中苦草種子萌發后幼苗腐爛死亡，可見土壤和硅藻土原位覆蓋有效緩解了不利的環境脅迫，為苦草重建提供了適宜的底質和水質條件。硅藻土箱體中苦草的生物量、葉綠素和根冠比都高于土壤覆蓋箱體，因而具多孔結構的硅藻土表層底質更利于植物的生物累積和根系定植。
本技術適用于底層厭氧嚴重的區域，如湖灣區或較為平靜的水體; 然而天然水體經常面臨風浪、水生動物等擾動會破壞土壤覆蓋層，這也是該技術目前的局限性所在，因而有待開發更多新的覆蓋材料以實現更穩固的覆蓋和更長期的效果。
3生物制劑原位修復技術
3.1 生物制劑原位修復技術的概念
生物制劑原位修復技術主要是通過向污染水體中投加生物制劑，調控水體中微生物群體組成和數量，優化群落結構，提高水體中有自凈能力的微生物對污染物的去除效率，使河水最大程度恢復其原有的自凈能力，使污染物就地降解或轉化成無害物質。該技術不需要搬運或輸送污染水體(包括底泥和岸邊受污染的土壤)，而是在受污染區域直接進行原地的水體修復，具有使用安全方便、降解污染物徹底且費用低廉的優點。
3.2 生物制劑的種類和應用現狀
用于生物修復的微生物通常是經過反復篩選的、對污染物具有較強降解功能的微生物菌株，也可以是以這些功能性微生物為核心經過進一步開發形成的商品化微生物菌劑。根據污染環境的不同，可以按照微生物生長代謝規律向水體中投加營養物質、無毒表面活性劑或電子受體等來激活水環境中土著微生物的代謝潛能，抑制產生黑臭的菌群生理活性。通過以上幾種手段強化微生物對污染物的降解效能，從而達到水體原位修復的目的。以下對組成生物制劑的微生物菌劑、生物促生劑以及基質競爭抑制劑在水體底泥修復的應用逐一進行介紹。
3.2.1 投加復合微生物菌劑
原位生態修復技術范文3
關鍵詞：地下水；修復技術；研究進展
1 引言
隨著社會經濟的發展和人類對自然資源開發利用活動的日益加強，大量污染物（如重金屬、持久性有機物等）通過不同途徑進入土壤系統中，進而通過遷移、擴散和滲透作用進入地下水環境，對土壤和地下水環境造成污染，破壞了其原有的生態平衡。這些污染物還可以通過飲用水或地下水-土壤-植物系統，經食物鏈進入人體，因此也影響到人類的健康。鑒于地下水污染的嚴重性，國內外學者已廣泛開展對地下水污染修復技術的研究，同時地下水污染修復技術在大量實踐應用中得到了不斷地改進和創新。
2 基本概念
2.1 地下水的定義。
地下水是指埋藏在地面以下，存在于巖石和土壤孔隙中可流動的水體 [1] ，狹義上是指淺層地下水，即第一個隔水層以上的重力水，即地下水資源。地下水是自然界水體的組成部分，并參與自然的水循環，又是水資源的重要組成部分。
2.2 地下水污染的主要原因。
過度開采地下水，引起地下水位下降，沿海地區海水倒灌；農業生產中大量使用化肥、農藥以及污水灌溉等，污染物滲入地下水中；受污染的地面水體或廢水渠、廢水池、廢水滲井等連續滲漏。地下水一經污染后，總礦化度、總硬度升高，硝酸鹽、氯化物含量升高，有毒物質增加，溶解氧下降，有時還會出現病原體。
地下水污染不易被發現，難以治理和恢復，影響供水水質，加劇水資源短缺，應限制開發，合理使用，從而保護地下水資源。
2.3 地下水污染的來源。
向水體排放或釋放污染物的來源和場所都稱為水體污染源，這是造成水體污染的罪魁禍首。各種水體及其循環過程中涉及到許多類型復雜的污染源，從不同的角度可將水體污染分為多種不同的類型，就地下水污染而言，其根源有以下幾種：
（1）沿海地區海水入侵和倒灌。
（2）工業“三廢”。
（3）農業污染。
（4）城市生活污染。
3 地下水的主要修復技術
3.1 滲透性反應墻（PRB）。
PRB是一種原位被動修復技術，由透水的反應介質組成，一般安裝于地下水污染羽狀體的下游，通常與地下水水流相垂直，并且它也可以作為污染地下水的地面處理設施。當地下水在自身水力梯度作用下通過活性滲濾墻時，污染物與墻體材料發生各種反應而被去除，從而達到地下水修復的目的 [2] 。
3.1.1 PRB概念與結構。
（1）概念。
美國環保署定義：PRB是一種為達到一定環境污染治理目標而將特定反應介質安裝在地面以下的污染處理系統，它能夠阻斷污染帶、將其中的污染物轉化為環境可接受的形式，但不破壞地下水流動性 [3] 。
（2）結構。PRB有兩種基本結構：①隔水漏斗導水門式結構。此種結構適用于埋藏淺的大型的地下水污染羽狀體，地下水通過比較小的滲透反應門，優點是反應介質的裝填量減少，缺點是干擾了天然地下水的流場；②連續墻式的結構。用于地下水污染的羽狀體較小時，墻體垂直于污染羽狀體的遷移途徑，橫切整個羽狀體的寬度和深度，優點是對天然地下水流場干擾小，易于設計 [4] 。
3.1.2 PRB反應機理。
（1）無機離子去除機理。
含高價重金屬的無機離子，是地下水中的重要污染物之一，其中工業廢物、尾礦和核廢料污染的地下水中濃度很高。金屬鐵與無機離子發生氧化還原反應，將重金屬以不溶性化合物或單質的形式從水溶液中析出。 [5] 研究表明，PRB能夠將無處處理廠排出的含硝氮90mg/L的水迅速降解到飲用水標準10mg/L以下 [6] 。
（2）脫鹵反應去除鹵代有機物機理。
在脫鹵降解反應中，金屬鐵提供電子，發生氧化反應，而有機污染物為電子受體。Fe0修復有機污染物的地下水，主要是對氯代烴類進行還原脫氯。例如PCE（C 2Cl 4）的脫氯過程有兩條路徑：
一是C 2Cl 4C 2HCl 3C 2H 2Cl 2C 2H 4C 2H 6
二是C 2C 14 C 2HCl 3C 2H 2C 2H 4C 2H 6
路徑為連續的氫解作用，其中間產物C 2H 2Cl 2的降解速度比C 2HCl 3慢，而第二條路徑的中間產物C 2HCl能很快地還原為C 2H 2。因此，第二條路徑的還原速度較快于第一條 [7] 。
（3）微生物修復機理。
微生物的活動可影響氮、硫、鐵、錳等元素的循環。微生物可直接用于硝酸鹽、硫酸鹽的去除以及通過形成硫化物來沉淀金屬離子。
（4）催化降解反應機理。
采用比鐵活性大的金屬作為墻體材料，比鐵具有更強的還原性，容易提供電子，鋁硅酸鹽可以作為緩沖溶液使pH值能保持在較低值（7～8），使金屬鐵更易被氧化 [8] 。試驗證明，金屬鐵中加入鋁硅酸鹽時，Cr 6+ 的半衰期比鐵和石英砂混合物作為反應材料減少一個數量級，比單純鐵作反應材料減少兩個數量級。
3.1.3 PRB的應用案例。
在北美和歐洲等國，已進行了大量該方法的工程研究和商業應用，目前全世界有200多座PRB，其中Fe0-PRB120多座，取得了良好的治理效果。部分應用見表1。
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厭氧生物反應墻修復某地揮發性有機氯化物的深度污染案例：
在一家化學清洗廠舊址，四氯乙烯的肆意排放造成了當地土壤嚴重污染。這家化學清洗廠曾在此地連續開辦了75年，污染范圍將近75000m2，深度在地下50m。
2001年，有關方面對表層污染源進行了挖掘，隨后采用原位生物降解的方式對被污染的土壤進行修復，采取這種方式的原因是此處的污染物正在發生自燃降解。他們在自燃降解的基礎上采取了注入含碳物質的辦法，對四氯乙烯和三氯乙烯等污染物進行厭氧還原脫氯。這是一種臨時性的土壤修復措施，持續了一年左右的時間，大大緩解了當地嚴重的土壤污染。大約一年后，這一臨時性土壤修復措施停止執行。這時，對地下水中的揮發性有機氯化物進行降解的條件已經具備。他們利用前段時間積累的經驗，在此地建起了大規模的還原脫氯設施，這套設施包括若干厭氧性生物反應墻，從三個地點對這片污染區域進行“圍堵”。建立這些生物反應器的目的不僅僅是控制污染，而是對被污染的土壤和地下水進行修復，以便徹底消除這一地區的污染。由于此地屬于高度城市化地帶，這些生物反應墻都建在街道附近，這樣便于向柵內注入反應物。作為反應物的含碳物質須定期注入柵內，三年一般應注入10～15次。
此外，臨時性修復措施的實施提高了地下水中產甲烷菌的含量，為揮發性有機氯化物的降解提供了良好的條件。修復前污染源下游一帶每升地下水中含有數萬微克的四氯乙烯和三氯乙烯，而現在這些物質的含量僅為10μg或者更低；順式1，2-二氯乙烯和氯乙烯的含量曾一度有所上升，隨后又下降到每升幾十微克，最后分解為乙烯、乙烷等對環境無害的物質。
污染區的中心位于生物反應墻附近（75m左右），目前這里仍能監測到順式1，2-二氯乙烯和氯乙烯等污染物的存在，但乙烯和乙烷的穩定增長以及監測管中大量產甲烷菌的存在表明這一帶微生物活動活躍，污染物正在進行徹底地還原脫氯過程。上述情形證明，生物反應墻的下游確實是化學反應十分強烈的區域。監測管顯示，某些位置的順式1，2-二氯乙烯和氯乙烯含量有所上升；發生這一現象的原因是由于微生物活動導致的吸附反應增強。目前他們在污染修復方面已經實現了每1.5～2年降低污染物60%的目標。
3.1.4 PRB存在的問題。
（1）去除污染物的機理方面尚存在一些未能明晰的方面。
（2）在PRB實際應用中將會出現沉淀產生介質的阻塞、反應材料失活或者雙金屬系統可能引起地下水二次污染等不良影響。
（3）因為受到地下水流和開溝槽的深度限制，目前該技術多用于有地下水流的飽和污染層的修復。
（4）需要進一步研究可同時去除多種并存污染組分的技術。
3.2 原位曝氣修復技術（AS）。
原位曝氣修復技術最大程度減少了對土壤介質和周圍環境的擾動，主要用于處理可揮發性有機物（VOCs）造成的地下水污染。一般與土壤氣相抽提技術（SVE）聯合使用 [9] 。不會造成環境的二次污染，與其他修復技術相比具有經濟、高效的顯著優勢 [10] 。該技術被認為是去除地下水揮發性有機物的最有效方法。C.D.Johnston等 [11] 將原位曝氣法和土壤蒸氣抽提法相結合，去除砂質地下含水層中的石油烴，結果表明與單獨使用土壤蒸氣抽提法比較，28天后石油烴去除量提高1.9倍，同時原位曝氣還為地下水中殘留的NAPL（非水相液體）的去除創造了更有利條件。曝入的空氣能為地下水中的好氧微生物提供足夠氧氣，促進土著微生物的降解作用 [12] 。該技術在可接受的成本范圍內，能夠處理較多的受污染地下水，系統容易安裝和轉移，容易與其他技術組合使用。但是對既不容易揮發又不易生物降解的污染物處理效果不佳，并且對土壤和地質結構的要求比較高 [13] 。
3.3 原位生物修復方法。
原位生物修復是利用生物的代謝活動減少現場環境中有毒有害化合物的工程技術系統 [14] 。用于原位生物修復的微生物一般有三類：土著微生物、外來微生物和基因工程菌 [15] 。目前地下水有機物原位生物修復方法主要包括生物注射法、有機粘土法、抽提地下水系統和回注系統相組合法等 [16] 。
原位生物修復技術有其獨特的優勢，表現在：①現場進行，從而減少運輸費用和人類直接接觸污染物的機會；②以原位方式進行，可使對污染位點的干擾或破壞達到最??；③使有機物分解為二氧化碳和水，可永久地消除污染物和長期的隱患，無二次污染，不會使污染物轉移；④可與其他處理技術結合使用，處理復合污染；⑤降解過程迅速、費用低，費用僅為傳統物理、化學修復法的30%～50% [17] 。
目前有人將原位生物修復和旋轉電動力學——太陽能技術相結合，形成新型的修復技術。電動力學技術是將電極插入受污染的地下水區域，在施加低壓直流電后，形成直流電場。由于土坡顆粒表面具有雙電層，孔隙水中粒子或順粒帶有電荷，引起水中的離子和順粒物質沿電場方向進行定向運動。
4 展望
隨著地下水污染修復技術研究的深入開展以及各修復技術的逐漸成熟，各種修復技術將會更廣泛地應用于現場地下水污染修復工作中。針對我國地下水以石油烴類、TCE、氯苯、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮和重金屬的污染最為嚴重的實際情況，PRB技術是一個較好的選擇。
未來利用基因工程技術培養純化特效降解菌，從而提高修復效率以及如何解決反應墻生物淤堵問題以延長反應墻體的使用壽命等，都將成為重要的研究方向 [18] 。
參考文獻
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原位生態修復技術范文4
【關鍵詞】生態修復技術 技術比較 技術展望
中圖分類號：S891+.5文獻標識碼：A 文章編號：
1.引言
作為城市系統中自然地理因素之一的城區河道，它具有供應水源、提供綠地、保護環境和開展旅游等一系列的生態功能，對城市生態建設具有十分重要的意義，可為城市的生活和生產就近提供水源，減弱城市熱島效應和洪澇災害，為城市綠地建設提供基地，豐富城市景觀多樣性和城市物種多樣性，為市民創造文體娛樂與親近自然的空間。河流獨特的形象功能具有不可估量的社會經濟意義，世界上有許多著名城市中河流及兩岸景觀，已成為該城市的標志，如巴黎的塞納河，倫敦的泰晤士河等。城市河流作為城市生態系統的重要因素，越來越為城市建設者所關注，其生態功能的應用，也逐漸被引人到生態城市的建設中。
2.城市河道底泥處理技術比較
城市河流水體底泥污染已經成為世界范圍內的一個環境問題。污染物主要是通過大氣沉降、廢水排放以及雨水淋溶和沖刷進人水體，最后沉積到底泥中并逐漸富集，使底泥受到嚴重污染。
底泥的污染歸根結底是對水體的污染和底棲生物的危害。如果能消除其對水體和底棲生物的作用，則就能有效降低污染底泥的環境影響。因而，底泥污染的控制既可采用固定的方法阻止污染物在生態系統中的遷移，也可采用各種處理方法降低或消除污染物的毒性，以減小其危害。由于有些城區河道底泥淤積嚴重，開展底泥修復工作是提高河道排洪能力和促進河水水質改善的必要措施。底泥修復技術主要有兩種，即物理修復和生物一生態修復。
2.1物理修復
物理修復是借助工程技術措施，消除底泥污染的一種方法，主要有疏浚、引水、填沙掩蔽等措施。其中疏浚是最常見的方法。物理修復最大的優點是見效快。當底泥中污染物的濃度高出本底值2一3倍時，即認為對人類及水生生態系統有潛在危害，則要考慮進行疏浚。
目前國內最常用的疏浚清淤機型式主要有抓斗式、鏈斗式、反鏟式、耙吸式和絞吸式等。但是這些機型基本上都是龐然大物，適合大型水體，而城區河道一般寬度不是很大，而且橋梁較多，凈高凈寬都小，而且難以拋錨，所以這些龐然大物并不適合城區河道進行疏浚作業。
通過相關研究和技術應用來看，物理疏浚技術在一定程度上取得了效果較為明顯，但是從總體來說還是存在以下幾個問題:
(1)成本比較高。疏浚的成本受到許多因素影響，其中主要包括設備類型、項目大小、堆放場、底泥密度、輸送距離、底泥的綜合利用等。也有人作過相應的預算，機械清淤lhm2時底泥約需9.9一24.7萬美元。
(2)疏浚過深將會破壞原有的生態系統。底泥疏?？赡軙コ讞?，破壞魚類的食物鏈。如果底泥被完全疏挖，可能需要2一3年的時間才能重新建立底棲生物群落。如果底泥疏挖不徹底，底棲生物群落的恢復相對比較快。因此采取疏浚方法時，必須加強實驗研究和科學決策，慎重考慮投入效益比。
(3)城市河道清淤疏浚工作不同于湖泊，湖泊水面開闊，方便疏浚船進行水上作業。而城區河道斷面一般較小，且河道中長年有水流動，這給疏浚作業帶來了困難。特別是有些需要清淤的河道靠近鬧市區，疏浚工作必須安排在夜間進行，這也會給施工帶來一定的不便。
(4)疏浚底泥的處理是環境保護的選擇。疏浚底泥以其量大、污染物成分復雜、含水率高而使其處理困難。目前國內多采用農田施用和填埋處理，污泥的利用價值低，處理不徹底，又極易造成二次污染。
2.2生物一生態修復
城市河道接納的主要污染物是生活污染源，所以底泥中有機物含量高，可生化性強，而且城區河道水條件穩定，適合采用生物一生態修復技術。底泥的生物一生態修復技術，是指利用培育的植物或培養、接種的微生物的生命活動，對底泥中的污染物進行轉移、轉化及降解，從而達到底泥修復的目的。近年來生物一生態修復技術已經得到各國廣泛的重視。
城市河道底泥的生物一生態修復技術包括原位修復技術和異位修復技術。原位修復技術就是指底泥不疏浚直接采用生物一生態技術對實進行修復。異位修復是指對疏浚后的底泥進行進一步的生物一生態修復。
2.2.1原位修復技術對有機污染的底泥，最實用的辦法就是不疏浚，而是采用生物一生態修復技術在原地直接吸收、降解污染物。這樣不但可以節省大量疏浚費用，而且還能減少疏浚帶來的環境影響。
自然的河道中有大量的植物和微生物，它們都有降解污染有機物的作用。植物還可以向水里補充氧氣，有利于防止污染。河道生物一生態修復包括微生物修復和水生生物修復兩大部分，兩者棄一不可，只有互相配合，才能獲取總體治理效果。有研究表明，運用水生植物和微生物共同組成的生態系統能有效地去除多環芳烴的污染，高等水生植物可提供微生物生長的所需碳源和能源，根系周圍好氧菌數量多，使得水溶性差的芳香烴，如菲、蕙以及三氯乙烯在根系旁能被迅速降解。根周圍滲出液的存在，能提供降解微生物的活性。種植的水生植物的根莖能控制底泥中營養物的釋放，而在生長后期又能較方便的去除，帶走部分營養物。城區河道由于其特殊的地理位置，采用生物一生態修復技術時所選用的植物不但要滿足凈化水體的要求，而且還應該滿足美化環境的要求。
使用生物一生態修復技術，可以使河道整治由環境水利向生態水利轉化。但該修復技術在應用中也暴露出以下主要缺點:
(1)在城市河道底泥修復過程中，生物—生態修復速度是十分緩慢的，相對于河道底泥疏浚，底泥修復其實是一個十分緩慢的過程。而且生物一生態修復過程中的水生植物的生長是與季節有關，微生物的生長活性與溫度、pH、溶解氧等諸多因素有關。
(2)河流水質變化是隨機性，因為河流水質一般與進人河流的污染源排放特性相關，與河流周圍居民的生活特性和工廠生產周期相關。所以河道接納的污染物的不確定性對所選取修復的生物種類提出了很高的要求。
(3)在以水生植物修復時，必須及時將其清除，從而避免植物在枯萎后產生腐敗分解，重新污染水體。
2.2.2異位修復
異位修復技術是與底泥疏浚同時進行使用的。此技術融合了疏浚和生物一生態修復技術的優點于一身，在今后一段時間內就有著很好的應用前景。疏浚底泥在很多時候是一種必需的選擇，但疏浚后的底泥處理則是一個環境保護的難題。目前國內多采用農田施用和填埋處理，污泥的利用價值低，處理不徹底，又極易造成二次污染。因此，建議采用生物處理方法加強對疏浚底泥的處理力度，利用人工反應器對疏浚污泥進行處理，先使其達到無害化，然后用作它用。比如用作建筑材料或路基材料，以代替粘土。底泥具有顆粒細、可塑性高、結合力強、收縮率大等特點，所生產的磚瓦質量高，而且不損壞耕地。這樣一方面可節省粘土的用量，減少對土地資源的破壞，另一方面又充分利用了污泥，減少了處置費用，節約用地，一舉多得。而且建筑材料需求量大，完全有可能大量接納疏浚污泥，使疏浚污泥變廢為寶。
3.結語
相對于我國來說，各種水體都受到了不同程度的污染，其中，城市河道的污染最為嚴重，如果采用國外投入大量資金用于疏浚和污泥處理來達到修復底泥的目的，這是不現實。綜合考慮經費投入和處理效果，大力發展生物一生態修復技術，如高等植物對底泥中重金屬的累積，特異微生物對有機物的分解等，在我國是一條切實可行的途徑。我國河流污染大都較為嚴重，單純使用物理修復疏浚所需經費太大，而單純使用生物處理又難以達到理想的效果，今后在城區的河道修復中應以發展疏浚和生物處理相結合的方法為主，實現底泥的資源再優化。
參考文獻
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原位生態修復技術范文5
關鍵詞：富營養化；生物修復；生態浮床；微生物強化技術
中圖分類號：X52；X172文獻標識碼：A文章編號：0439－8114（2012）04－0660-04
近年來，我國農業、工業和城鎮化建設加快，大量含有氮、磷元素營養物質的工業、生活和農業廢水以點源和面源形式不斷排入河流、湖泊中，使水體中藻類大量繁殖，形成惡性循環，加劇了水質下降及富營養化進程，水體中化學耗氧量（CODcr）、總氮、總磷、氨氮等主要富營養化污染指標普遍劣于相應標準1～2類［1，2］。
水體富營養化后，首先危害水產養殖業，水體透明度降低，藻類大量繁殖，水中溶解氧降低，導致魚、蝦、貝類大量死亡；再者，水體生態系統嚴重退化產生的過量亞硝酸鹽和硝酸鹽、藻類致病毒素對人體健康產生很大的威脅，水體散發的腥臭味更影響到周邊水環境和人文景觀［3，4］。所以解決城市水體富營養化現象，恢復河流湖泊的生態和社會功能問題，日益成為城市可持續發展的關鍵乃至限制性因素。
1水體富營養化控制的方法
消除富營養化的關鍵在于削減水體中氮、磷的負荷，從而消除水體藻類瘋長的基礎，達到降低水體中藻類生物量、提高水體透明度的目的，實踐中采用多種方法進行綜合防治。
1．1外源性營養物質控制
通過減少或者截斷外部輸入的營養物質，使水體失去營養物質富集的可能性。實踐證明，對工業廢水、農業生產及生活污水的有效控制是控制水體富營養化的關鍵措施之一［4］。
1．2內源性營養物質控制
外源性營養物質減少后，對內源性營養物質的控制是消除富營養化、恢復生態系統的關鍵［5，6］。目前常用的方法有工程性措施、物理化學措施、生物措施等。
工程性措施如底泥疏浚、引水置換和底泥覆蓋等，存在的主要問題是工程量巨大，成本高，因此一般僅適用于小型水體［7］。
物理化學措施如利用湖底深層曝氣、絮凝沉淀、化學藥劑殺藻等達到減氮除磷殺藻的目的，主要的問題是短期內使用易造成二次污染，生態系統不能有效恢復。
相對于傳統的工程、物理化學處理方法，生物措施則成本低廉、綜合效益高、不易造成二次污染，在消除富營養化及生態修復方面優勢明顯，越來越受到人們的重視，主要是利用水生生物通過代謝活動去除水體營養物質、抑制藻類生長，研究應用集中在水生植物修復技術［8，9］、微生物強化技術［10］等方面。
水生植物修復技術機理是植物和根區微生物共存，產生協同效應，經過植物吸收、微生物轉化、物理吸附和沉降作用，一方面對營養元素的吸收凈化可有效削減營養物質負荷，另一方面對浮游植物產生競爭抑制，同時沉水植物能夠促使懸浮或溶解在湖水中的污染物向底泥轉移，澄清和凈化水質，在生態系統恢復中起到了關鍵作用［11］。其中，人工濕地處理技術和生態浮床技術（也稱人工浮島、生物浮島）在工程實踐中應用廣泛。人工濕地利用基質－微生物－植物這個復合的生態系統，實現對廢水中有害物質的去除［12］，國內學者開展了潛流人工濕地系統凈化，總氮、總磷去除等方面的研究［13，14］。而生態浮床技術利用植物在生長過程中對水體中氮、磷等元素的吸收及植物根系微生物和浮床基質對水體中懸浮物的吸附，富集水體中的有害物質，國內外在浮床植物的篩選、浮床的機理、浮床材料應用等方面開展了大量研究。
微生物強化技術主要利用微生物作為生態系統中的分解者，通過氨化、硝化、反硝化作用將氮轉化成氣體，加快水體中氮的循環；參與有機磷的分解作用，促進水生植物的吸收利用，使磷元素從水體中去除。國內學者在脫氮菌、去磷菌、復合光合細菌、有效微生物群（EM）、溶藻菌以及固定化微生物技術、微生物制劑等的應用上做了許多研究。
2生態浮床研究動態
生態浮床是近年來一種新型的水體生物修復方法之一，特點是不需要搬運或輸送污染水體（包括底泥和岸邊受污染的土壤），直接利用水生植物、微生物對水體中氮、磷元素進行有效吸附、轉化和降解，在受污染區域進行原位處理，最具經濟和技術合理性，所以運用的也最為廣泛。
2．1浮床植物的篩選
目前已用于或可用于人工生態浮床凈化水體的植物主要有：美人蕉、蘆葦、荻、多花黑麥草、稗草、水稻、香根草、牛筋草、香蒲、葛蒲、石菖蒲、水浮蓮、鳳眼蓮、水芹菜、水蕹菜、芝麻花、燈心草等［15－22］。在提高浮床植物應用效果的研究上，郭沛涌等［23，24］對冬春季不同植物蓋度的浮床研究發現，在黑麥草覆蓋率為30％時，系統對NH3－N、TN和TP的去除率都達到最高。周曉紅等［25］通過水培試驗發現，重度刈割有利于黑麥草生物量的累積，且能有效提高系統對TN、TP等的去除能力。
2．2浮床的機理
林東教等［26］研究發現，浮床凈化是一個漂浮植物、微生物、水體及植物根區生理生態特性相互作用的結果；周小平等［27］的研究表明，植物組織累積的N、P量分別占各自系統去除量的40．32％、63．87％，其吸收同化作用是其去除的主要途徑；浮床在一定程度上調控了受污染河道中浮游藻類群落種群結構和生物量，明顯改變不同水層中的細菌和真菌的數量，提高了水體的自凈功能［28，29］。
2．3浮床材料
浮床材料的應用大致經歷了幾個階段的發展：第一階段，是植物水上種植的一種方式，材料以泡沫塑料板、竹排、椰殼、漁用網片、玻璃鋼等為材料，無論材料和水生植物都易造成二次污染；第二階段，重視了成本和材料兩個方面，但在耐腐蝕、牢固性及氧的傳輸功能等方面嚴重不足；現階段，浮床制作大多有氣體交換區，提高了水體的表面復氧作用，通過水生動物、根際微生物等來提高植物的水質凈化能力。
2．4生態浮床應用
國外生態浮床在城市暴雨污水、生活污水、工農業廢水的凈化上都有應用。我國生態浮床方面的研究從20世紀90年代初逐漸增多，在工農業廢水以及河道、湖泊污水治理中都有應用，如應用于北京永定河引渠羅道莊河道、杭州南應加河道、上海華漕楊樹灣河道、無錫五里湖工程、上海七寶寶華小區河道、上海青浦區府前河道、巢湖湖水、合肥環城河水、蘇州重污染河道、太湖五里湖示范區等，均取得了良好效果［30－33］。
3微生物強化修復污染水體研究進展
3．1微生物修復污染水體
微生物作為生態系統中的分解者，對污染物的去除和養分的循環起著不可忽視的作用，已有的研究表明，通過對氮的氨化、硝化、反硝化作用，脫氮菌（主要包括硝化菌和反硝化菌）驅動著水體中氮的生物地球化學循環，其中硝化作用是指氨經過硝化細菌氧化為亞硝酸和硝酸的過程，是脫氮中的關鍵環節，但自然界中的硝化細菌是一類好氧化能自養的細菌，特點是自養、好氧和生長速度慢，在高有機物濃度條件下很難形成優勢菌種，嚴重影響其硝化能力，因此高效異養硝化菌、好氧反硝化菌、高效氨氮降解菌等新型脫氮菌群成為最新研究的熱點［34，35］。
磷元素對水體環境富營養化程度改善和惡化的影響往往比氮元素更大，微生物參與著有機磷的分解作用，可以促進水生植物的吸收利用，已有研究主要通過植物過濾、吸附、共沉和各種絮凝微生物絮凝沉淀作用，去除效率低下，有研究利用反硝化聚磷菌在好氧條件下攝取磷合成聚磷酸鹽而儲存于細胞內來達到除磷目的，解決傳統利用物理絮凝作用去除磷效率低下的問題［36］。
光合細菌、復合光合細菌可去除富營養化水體的有機質和氨氮［37］；有效微生物群（EM）由篩選出的優勢乳酸菌、酵母菌、放線菌及光合細菌等功能性菌株組成，具有廣泛的應用價值，研究表明可顯著抑制“水華”藻類生長，去除水體富營養化［38］，采用溶藻菌控制藍藻［39］。
3．2固定化微生物技術
固定化微生物技術是用化學或物理手段將游離微生物定位于限定的空間區域內，并使其保持活性、反復利用的方法，能夠提高微生物密度、穩定性、耐毒害和抗沖擊能力等，被廣泛應用。
在氮循環菌中，硝化菌為自養細菌，其生長緩慢，易受外界環境影響，對低溫異常敏感，固定化硝化菌能夠提高硝化菌群濃度，增加硝化菌對溫度的抵抗力和有毒物質的耐受性，取得較好的硝化效果［40］。如張爽等［41］采用聚乙烯醇－硼酸包埋法固定經常溫富集培養的含耐冷菌的硝化污泥，處理常溫和低溫生活污水，10 ℃以下氨氮去除率可穩定在80.00％左右。應用固定化氮循環細菌技術（NICB）對富營養化水體原位修復，并在鎮江金山湖進行湖泊水體氮污染凈化實踐，結果表明，總氮和氨氮去除效果明顯［42，43］。常會慶等［44］用伊樂藻和固定化細菌共同作用研究表明，對水體中的幾種形式的氮素都有不同程度的降低作用。蔡昌鳳等［45］在傳統的PVA固定化方法中加入麥秸粉末，混合固定硝化細菌和反硝化細菌，對厭氧酸化后的焦化廢水進行脫氮，經過12 h的曝氣處理后，氨氮濃度去除率高達94．30％，COD去除率為63．15％。
固定化技術除磷研究主要是利用固定化聚磷菌除磷，采用固定化技術，可以提供厭氧和好氧交替的環境，使聚磷菌成為優勢菌群，達到除磷的目的［46］。
3．3微生物制劑修復富營養化
近些年興起的微生物制劑作為以改善環境狀況和強化處理系統穩定、高效為目標，通過菌群構建等科學方法得到的具有特殊功能的生物制品［47］，在水體修復領域已得到廣泛應用。如美國Alken－Murry公司開發的系列微生物制劑Clear－Flo，除了用于修復污染河流外，也用于修復富營養化的湖泊，在國內也有應用［48］。美國生態實驗室研發的液可清是一種由32種專性活菌構成的混合微生物制劑，已獲得美國環保局、衛生部和農業部的認證，在我國云南昆明城市西南部西壩河進行的水體修復中有應用，3周后，修復河段內的BOD5、總氮、總磷和濁度分別有不同程度的下降［49］。
在富營養化水體的生物修復中，以植物－微生物為基礎的原位生物修復體系不但可以降低水體中的營養鹽水平；而且還可同步實現生態系統結構的改善與經濟效益的獲得，被越來越多地應用于實踐中。
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原位生態修復技術范文6
關鍵詞大型水生植物；水污染治理；降解
中圖分類號X52文獻標識碼A文章編號 1007-5739（2013）12-0194-01
大型水生植物指在江河湖泊中常見的各種高等植物群體，常被應用于濕地和水塘中的污水處理。大型水生植物的自身代謝既能降解一些污染物，還能促進微生物的降解，這些生態功能使得它們在水污染治理中具有重要地位[1]。大量的試驗和研究證明，以大型水生植物為主的水污染處理系統耗能低、投資小，是一項價值很高的綠色技術，也已成為環境領域的一項新研究熱點。
大型水生植物在水污染治理中可以發揮多種作用：一是通過自身的生長代謝可以大量吸收氮、磷等水體中的營養物質，有些種類還可以富集不同類型的重金屬或吸收降解某些有機污染物；二是通過促進微生物的生長代謝，可以使水中大部分生物可降解有機物（BOD）降解；三是可以通過抑制低等藻類的生長，控制富營養化的表現形式等。根據不同的生活型特點，利用大型水生植物進行污水處理和水體修復的方式也多種多樣，主要包括：以漂浮植物為主的塘系統和以挺水植物為主的人工濕地系統等[2]。該文從生態功能發揮的角度探討了植物降解污染物的機理，并對以大型水生植物為核心的各種污水處理系統的研究進展與現狀進行了闡述，對大型水生植物在水污染處理中的應用做出了具體分析。
1大型水生植物系統的運行方式
水生植物在水污染治理中的方式，按照其植物生活型不同可以分為3類：沉水植物系統、挺水植物系統和漂浮植物系統。而整個污水處理系統的核心正是這些水生植物，植物的光合作用將太陽能轉化為系統可以利用的能量；并且這些植物還能在水中創造良好的環境，供其他的動植物生存，這些大型水生植物和這些動植物一起作用，將植物中的污染物進行降解，所以稱這種處理系統為人工生態處理系統或者自然處理系統。生態處理系統具有耗能低、成本小并且綠色無副作用的特點，比傳統的微生物處理系統更具優勢。同時大型水生植物水污染處理系統也具有占地面積大、處理周期長以及容易受到氣候影響的缺點[3]。3種處理系統可以單獨使用，也可以隨意組合形成更有效的處理方式，還可以和其他處理系統聯合形成水污染處理系統。這種組合或聯合的方式是以水生植物為結合點，協調其他系統的輔助功能和污水處理功能，以更好地發揮系統功能。
2污染物的去除機制
2.1植物吸收
水生植物在水污染中處理的污染物主要有2類：第1類是一些危害水生植物生長的有機物和重金屬。第2類是氮、磷等對植物有益的營養物質。第1類污染物被植物直接吸收后即而被植物降解，脫毒后則儲存在植物體內。第2類污染物被植物直接吸收，并形成植物自身的結構。氮磷是蛋白質和核酸的組成元素，而大型水生植物能夠直接吸收底泥和水層中的氮磷，因此可以將其轉化為自身的結構。植物的生長速度、水體環境的營養物水平是水生植物同化氮磷速度的直接影響因素，在營養豐富的環境中，水生植物會通過營養增殖來積累大量的氮磷物質，這些對植物的生長非常重要，因此大型水生植物吸收氮磷的效果非常好。相比于普通的藻類植物，大型水生植物的生命周期長，而體內吸收的氮磷直到死亡才會被釋放，因此，大型水生植物儲存氮磷的能力要強于藻類植物。在污染水源中若檢測到氮磷的含量較高，則可以通過大型水生植物來很好地降解吸收氮磷，例如漂浮類植物浮萍和鳳眼蓮，因其生長速度快而被廣泛應用。
2.2微生物降解
微生物降解在大型水生植物水污染處理系統中具有重要意義，微生物降解對污染物的降解對系統的污水處理起著重要的作用。微生物的自身代謝活動可以降解污水中的一些有機物；而除了大型水生植物對氮的吸收，微生物的硝化作用和反硝化作用對氮的吸收也占據主要作用。微生物代謝所需要的微環境主要是系統中水生植物的根部區域，這是因為水生植物會利用體內的發達的呼吸系統來給水下的根部提供充足的氧氣，根部呼吸所消耗的多余氧氣就在根部周圍區域形成了有氧環境。微生物在此區域進行代謝活動也就有更好的降解作用。對于好氧微生物，一方面植物根系會分解一些有機物來促進微生物的代謝，另一方面也會吸引很多微生物在植物根系上附著。對于厭氧微生物，一般會選擇在植物根系以外的區域，通過硝化作用和反硝化作用進行降解。由此可見，微生物對污染物的降解作用非常重要，但是很大程度上也離不開大型水生植物的作用，它們之間有著直接的聯系。
2.3物理化學作用
物理和化學作用在水污染處理中也具有一定作用，通過吸附、揮發和沉降等物理作用，去除水中的一些污染物。水污染處理系統中，植物的作用遠遠大于物理化學作用，這在以前的研究中較少關注。在今后的水污染處理研究中，應該加強大型水生植物的研究，這不僅是由于水生植物的自（下轉第198頁）
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身降污功能，也由于植物對微生物降解的作用，二者都將大大提高水污染治理的效率。
底泥生物修復可分為原位生物修復、異位生物修復以及聯合生物修復。原位生物修復（in-site remediation），指在基本不破壞水體底泥自然環境條件下，對受污染的環境對象不做搬運或運輸，而在原場所進行修復。原位生物修復又分為原位工程修復和原位自然修復。在原位工程修復中經常加入微生物生長所需營養來提高生物活性或添加實驗室培養的具有特殊親合性的微生物來加快環境修復。
3水污染處理系統中植物種類選擇與搭配
植物種類的選擇主要根據水污染處理系統中植物所發揮的作用來決定。對于需要大量吸收氮磷、BOD和重金屬的系統，應該選擇生長速度快、富集吸收能力好的植物種類；對于需要大量吸收BOD和N的系統，應該選擇根系龐大和傳氧能力強的植物，這樣可以為微生物的降解提供足夠的附著空間；對于水中污染物種類多且都需要去除的系統，應該選擇生態功能多樣的植物種類，也可以選擇用不同的植物相互搭配來處理，才能有效發揮水污染處理作用。此外，水污染處理系統中植物的選擇還應該考慮植物對氣候的適應、對病蟲害的抵抗能力、植物的抗逆性和植物管理的難易程度。通過試驗，研究人員發現鳳眼蓮、蘆葦等植物能在各種水污染系統中發揮高效作用，因而被廣泛應用于人工濕地和氧化塘等環境中。目前，對植物根部區域微生物降解的作用研究較多，缺少對植物自身作用來處理污水的研究和應用，主要表現在研究者對植物在吸收污染物后對生物量的資源化利用以及自身生長規律2個方面沒有深入的研究。
4結語
總之，大型水生植物在水污染處理中，利用的是植物光合作用吸收的太陽能，既能較好地處理水污染，而且沒有有毒副作用，不需要任何化學品，還能夠固定能源和回收有用資源。而其他的污水處理系統，不僅前期需要大量的投資費用，而且運行過程中產生大量耗能費用，經濟損失較大。因此，以大型水生植物為主的水污染處理系統，是一項綠色技術，在今后的研究和推廣中，將具有更加廣闊的前景[4]。
5參考文獻
[1] 郭慧，吳小松.富營養化水體生物凈化中水生維管束植物的應用[J].科技風，2010（22）：220.
[2] 張廣柱，劉均洪，劉嬋嬋.利用水生大型植物改善水質研究進展[J].天津化工，2009，23（2）：18-21.
