浅析富营养化水体的生物-生态修复方法

熊竹楠

摘 要：水体富营养化破坏了水体原有的生态平衡，制约了我国社会、经济的可持续发展。我国大部分河流、湖泊均出现了水体富营养化问题。生物-生态修复技术以运行和维护成本低、无二次污染、可提高水体自净能力等优势成为研究热点。介绍了4种具体的生物-生态修复技术：生物膜处理技术、生态浮床技术、人工湿地技术和微生物修复剂投加技术，分析了各项技术的基本原理、优势和局限。

关键词：富营养化;生物生态修复;水质净化

文章编号：1004-7026（2020）15-0158-02         中国图书分类号：X524        文献标志码：A

水体污染是世界重大环境问题，水体富营养化是水体污染最突出的问题之一。水体富营养化是指由于大量的氮、磷等营养元素排入水体，使藻类及其他浮游生物大量繁殖，水中溶解氧含量下降，鱼类及其他生物大量死亡，水生生态平衡被破坏的现象。近年来，由于我国湖区人口快速增长，以及工、农业的快速发展，湖泊的生态安全正遭受着严重威胁。相关研究显示，我国5大湖区的22个代表性湖泊中，有59.1%的湖泊处于不同程度的富营养化状态[1]。

水体富营养化不仅破坏了水体的生态平衡，对水质、水生生物等造成不利影响，还在一定程度上制约着当地社会、经济的可持续发展，加剧了水资源危机。因此，发展富营养化水体治理技术的意义重大。

富营养化水体的治理手段分为物理、化学和生物3种方法。尽管物理和化学方法具有一定的效果，但其投资、运行、维护成本较高，不利于水生生态系统的健康发展，且在污染较大的情况下不可行。生物-生态修复方法是以生物学及生态学理论为基础，通过人为培育的植物或微生物迁移、转化、降解水中的污染物，从而完成治理的一种方法。相比之下，该技术的运行与维护费用较低、处理效果较好，且不存在二次污染的问题，因而得到了广泛的研究与快速的发展[2]。

1  生物膜处理技术

1.1  生物膜处理技术的原理

生物膜法是生物-生态修复技术的一种主要方法，其原理是为天然河床上存在的微生物提供人工的填充滤料或载体，使其附着在滤料或载体表面，形成生物膜。当污染水体与生物膜接触时，菌胶团会吸附水中的氧气和有机物，为细菌提供养分，同时也使水中的有机污染物得以氧化分解，从而实现水体的净化。该技术的本质是在自然净化过程中辅以人工过程，加强自然水体本身的自净能力[3]。

1.2  生物膜处理技术的优势与局限

生物膜上附着的细菌受水体温度、透明度、污染程度的影响较小，对环境变化的耐受力强，滤料和载体巨大的表面积为吸附的大量微生物创造了条件，有效提高了水体对有机污染物等的降解效率，同时产生的污泥量极少。该技术对于有机物污染和氨氮微污染水体的处理效果最好，是近年来微污染水修复领域的研究热点。

2  生态浮床技术

2.1  生态浮床技术的原理

生态浮床技术是以高分子材料为基质和载体，运用无土栽培的原理进行种植，利用水生植物发达的根系和水体接触形成天然的过滤层，使水体中的氮、磷物质被根系截留、吸附、吸收，被微生物降解和被水生动物摄食，从而得到削减。生态浮床还可以通过根分泌物降解有效去除有机物，一些水生植物还具有富集、代谢和吸收重金属的功能。此外，水生植物可以利用其本身个体大、生命周期长的优势，与藻类竞争光能和营养物质，通过根系向水体中释放生化物质，抑制藻类生长，促进大分子污染物降解。

2.2  生态浮床技术的优缺点

与其他治理措施相比，生态浮床技术具有多重优势，其所需的浮床设备和载体材料等来源更加广泛，费用更低，运营和维护更方便。此外，生态浮床的二次污染现象较弱，可以适用于不同深度的水体，占地面积小，具有美化水域景观、防堤护岸、提高生物多样性的功能。

该技术尽管在理论及应用研究方面都取得了重大成果，但也存在处理周期过长、人工操作复杂、基质材料的生产使用率低且稳定性较差、植物遴选缺乏相应的技术标准等一系列问题，在这些方面还需开展进一步的研究。

3  人工湿地技术

3.1  人工湿地技术的原理

人工湿地由自然湿地发展演变而来，利用物理、化学、生物3方面的协同作用，通过基质、专性与非专性吸附、离子交换、植物吸收和微生物分解等手段去除水中氮、磷等营养物质，抑制水中藻类生长繁殖，从而使水质得到净化。

人工湿地的基质不但可以作为微生物和水生植物生长的载体，为其提供营养物质，还可以通过物理、化学作用直接对污染水体进行净化。同时，湿地植物可以直接吸附、吸收和富集氮、磷及重金属等物质，并将光合作用产生的氧气运至根部，形成利于硝化细菌生长及有机物分解的好氧环境，从而消除水体中的污染物质。

3.2  人工湿地技术的优势与问题

与其他传统技术相比，人工湿地系统将污染水体修复和环境生态建设相结合，在治理污水的同时创造了生态景观，具有投资运营费用低、系统组合多样、操作简单等优势。但其占地面积过大、易受温度和植物影响、基质易淤积阻塞、生态服务功能单一、设计缺乏规范化，相关人员还应进行深入研究，积极寻找相应的解决措施。

4  微生物修复剂投加技术

4.1  微生物修复剂投加技术的原理

微生物修复剂投加技术是指将人工选育的活性微生物投入污染水体中，以迅速增大水中微生物濃度，提高污染物在短时间内的降解速率，加速能量流动和物质循环，强化微生物对氮、磷等污染物的吸附、降解和转化，从而完成水质和生态效应的恢复。微生物进入水体后会主动吸附水中的有机物，并将大分子有机污染物转化为可溶性有机小分子，使其透过细胞膜渗入细胞内部，被各种内酶降解。对于难降解的有机污染物，微生物则会通过共代谢改变其结构，最终将其降解。所投加的微生物包括基因工程菌、土著微生物和外来微生物。

4.2  人工湿地技术的优势与不足

与传统的修复技术相比，投菌技术更加环保，无二次污染的风险，投资成本低，去污效率高，操作简单，工艺稳定。该技术需根据水质变化多次投加菌剂，需要多种微生物的协同配合才能完成污染物的降解和削减，单一种类微生物的降解效果并不明显。

5  结束语

目前，尚未发现能够完全去除水体中污染物质的修复方法。因此，实施清洁生产工艺、严格控制污水达标排放等源头工作，是最为关键和明智的治理措施。各种生物-生态修复技术存在的问题和局限性亟待解决和发展，其发展前景十分广阔。

参考文献：

[1]李娜，黎佳茜，李国文，等.中国典型湖泊富营养化现状与区域性差异分析[J].水生生物学报，2018（4）：854-864.

[2]董哲仁，刘倩，曾向辉.受污染水体的生物-生态修复技术[J].水利水电技术，2002（2）：1.