生物修复在水污染治理中的应用

贵州水务股份有限公司 谭燕

从当前社会发展现状来看，我国淡水资源匮乏，而城镇化发展速度的加快，使得城市人口数量呈现出明显的增长趋势，工业化发展逐渐进入成熟阶段，规模越来越大，这在很大程度上推动了社会的发展和时代的进步。但与此同时，挑战也随之而来，水污染问题愈演愈烈，经济、社会、自然发展失衡。若水污染治理不够及时，人类生命便会受到威胁，必然会影响到人与自然的和谐发展。水资源是人类的生命之源，遭受破坏必然会影响到人类的生存质量，为此关于如何高效治理水污染问题的话题越来越受到社会的关注。在水污染治理中，生物修复技术是常用的方法之一，此方法基于生态环境发展规律，不仅可以解决污染问题，而且投入成本较低。基于此，本文通过对生物修复技术在水污染治理中的应用进行分析，希望通过此研究能够为城市建设与生态保护和谐发展提供有价值的参考。

一、生物修复技术的概念及优势

生物修复技术主要是利用自然环境中生存的微生物或研发出的特定微生物，在人为促进工程化条件下分解污染物，从而修复受污染的环境。我国水资源具有复杂的特性，这在很大程度上加大了治理工作的难度。要想取得较好的治理效果，人工技术给予干预也是必不可少的。此技术侧重点在于利用人为控制，实现污染源归类处理。对不同问题要采用不同的修复技术如果站在微观视角下，生物治理中包括微生物、动植物等多种治理技术，其中生物治理主要是运用先进的技术促进环境修复。生物修复技术最早出现于20世纪80年代，其最大的特点就是运用微生物自身分解毒性物质的功能，进而解决环境污染问题。换言之也就是采用不断补给营养、投入优良菌种、人工干预等方法，使生物自身代谢速度加快，或者借助生态系统自身调节能力，实现活性降解，将空气、土地、水资源中的有害、有毒物质清理干净。生物修复技术在水污染治理中的应用不仅可以使水环境菌群种类更加丰富，而且菌群活性、有害物质净化能力增强，可以使水环境富营氧化、黑臭化问题解决。此技术在治理水污染中的优势较为突出，一是具备了较强的适应性，可针对不同类型的污染问题进行治理，效率高、污染源控制效果好。二是此技术无须投入太多成本，操作人员专业要求并不高，操作方便简单。三是此技术属于原位修复，不需要对位置进行调整便可以有效治理污染，节省了成本，同时也具备较高的可控制性。四是此技术本身对于环境并不会造成二次污染，无须使用其他消耗性能源，与当前生态可持续发展理念相符，属于新型修复治理技术。虽然生物修复技术只有30多年的历史，但是生物修复技术的发展势头是其他修复技术不能相比的。

二、生物修复技术的发展

早在20世纪80年代中期，国际其他国家就开始了生物修复的初步研究，并成功地完成了一些实际的处理项目，在整个欧洲从事生物修复技术研究的公司和机构大约有上百个，世界上不同国家在生物修复方面的开发研究重点也有所不同。美国侧重于不同污染土地和水体的修复和整治，尤其侧重外源有机污染物的治理，这些毒物多来源于车事工业及军事用品的生产。日本将研究的重点放在解决全球性环境修复上，主要体现在以生物氢气为动力的研究和利用微生物对大气中二氧化碳的固定，这可以减轻工业发展造成的大气中二氧化碳浓度急剧升高的问题。欧美国家主要是对传统废物处理系统进行强化和改进，从而更好地处理化学污染物，并提高对污染物的降解能力。生物修复已经从细菌修复发展到真菌修复、植物修复、动物修复，由有机污染物的生物修复发展到无机污染物的生物修复。现在，利用微生物修复技术治理污染的研究受到世界各国的重视，发展迅速，研究范围也日益广泛。

三、基础型生物修复技术在水污染治理中的应用

（一）底泥生物氧化技术

此技术应用原理是运用硝化、反硝化作用，改变水体中硝化环境，进而形成强烈反硝化环境，通过互相耦合的硝化和反销化过程，将底泥以及水体中氨氮以及耗氧有机物清除，在水界面形成一层棕色氧化层，运用附着于底泥氧化层的底栖微型动物食物链间的转换功能，促进底泥的快速消减。底泥生物氧化技术在水污染治理中应用的最大优势就是改善水环境底泥微生物，促进其大量繁殖，丰富了微生物种类，进而抑制底泥中营养盐的释放，可以很好地控制水环境富营养化现象的发生。结合微生物底泥中富含的大量成分，开发及研制治理污染的药物，借助靶向方法给药，使底泥中药物作用得到充分发挥，在药物影响下，底泥物质会发生变化，在很大程度上促进了生物氧化速度，物质降解能力也会大幅度提高，底泥黑臭物质氧化速率加快了，对于黑臭现象问题的解决具有促进作用，确保了水环境质量的提高。

（二）微生物投放法

通过对受污染水体进行有效的监测与分析，将净化功能较强的微生物菌种提前选定，在人工筛选及培育下，可直接向受到污染的水体投放。此方法操作简单，同时还具备了较强的修复功能，修复的效果也非常不错。通常情况下，此方法多在水产养殖、农业生产造成的水体污染中使用。当前在市场中比较成熟的微生物菌种主要包括硝化细菌、Clear-Flo菌剂以及光合细菌等。

（三）生物剂净化法

此方法是对受到污染的水体原微生物进行细致研究后，研发出能够促使微生物生长及繁殖的促生剂，并在受污染的水体中投入促生剂，助力水体内原有微生物的快速生长，通过微生物吸收以及降解水中污染物质，在长时间的调节下，使水体尽快恢复正常状态，进而达到治理水污染的目的。

此方法多用于污水净化中，采用污水净化剂，其中常用的载体有硅藻土、活性炭和沸石粉末，同时还有生物生长刺激剂、生物营养剂，根据不同的比例进行混合这一混合物具体比例为：任意种截体50-100份；生物生长刺激剂（稀土元素的化合物和铁盐）1-20份，按重量比1：（1-10）；生物营养剂（葡萄糖和乙酸盐）10-150份，按重量比（1-20）：（1-60），葡萄糖和乙酸钠重量分别按碳元素重量计算。

（四）生物膜技术

此技术主要利用生物膜过滤净化的原理，实现水污染的修复。在特定载体的表面覆盖微生物菌种，进而构建微生物膜，并投放到被污染的水体当中，在污染物接触到微生物膜时，膜表面覆盖的微生物会将水体微生物吸收，进而起到水体净化的作用。

四、水生植物净化法在水污染治理中的应用

（一）生态浮岛法

当前生态浮岛法在城市湿地、河道修复、农业水污染修复中被广泛应用。生态浮床、人工浮床也就是常提到的生态浮岛，由水生及陆生植物、植物浮床、浮岛框架、水下固定装置四方面组合而成。主要是采用水生植物，通过无土栽培的方法，运用较轻的材料作为基质，构建人工生态系统，以达到水污染负荷消减的目的。此方法主要运用的净化原理是借助水生植物较大的表面积构成的植物根系网，经过过渡以后将水体中悬浮物吸附。水生植物本身根系较为发达，吸附性较强，能够将水污染中的氮、磷吸收，进而实现去污环保的功能。

（二）人工湿地法

此方法是由人工建造而成的与沼泽地非常相似的地面，主要运用的是植被、土壤、微生物间的相互协作，处理污水进而达到净化目的。人工湿地最大的优势是吸附性较强，同时也具备过滤功能，可以分解微生物，促进养分的吸收。除此之外还可以将营养物质输送至植物中，确保水体中有丰富的氧气，为好氧生物快速繁殖营造良好的环境，在微生物的作用下，降低水体污染物，例如将二氧化碳和水从有机物中分解出来等。与此同时向水体输送氧气，将水体悬浮物、磷元素通过吸附及过滤的方法彻底清除。人工湿地类型多种，可结合具体情况采用恰当的方法，此方法不仅成本低，而且操作也非常简单方便。

五、生态护岸在水污染治理中的应用

生态护岸法主要是将植被种植在土木工程周边，强化河水与土壤间的渗透力，一方面可供人观赏，另一方面也可以防护河道。此方法的应用要符合以下条件：第一，以行洪排涝为重要依托，保证岸坡稳定性，避免出现水土流失现象；第二，生态护岸要和周边生态环境紧密相连，保证不会破坏到生物及植被生长；第三，此方法的应用为水陆植物、水生动植物营造了良好的生长环境；第四，生态护岸法属于环保美化工程，既有净化水资源的功能，同时还可以作为景观供人欣赏。所以此方法使水体生物有了栖息之地，河道护坡成为缓冲带，更利于生物、植被生长，同时达到水污染治理的目的。

当前使用的生态护岸形式多种多样，而且每一种形式采用的原理以及作用也存在较大的差异性，以下重点针对生态护岸分类进行分析，具体见表1所示。

表1 生态护岸分类

六、综合型生物修复技术在水污染治理中的应用

（一）生物氧化塘

生物氧化塘技术集合了微生物降解法、自然沉淀法、水生植物净化法的优势，属于综合性较强的修复方法。通过将人工塘修建于被污染的水体周边，通过圩堤包围氧化塘的形式，将防渗漏工作做到位，同时还要将水体净化功能较强的微生物、水生植物投放到人工塘中，并将需要治理的污染水体引入到氧化塘内，便可以实现净化。此方法非常简单，具备了低成本、高效益的优势，经过此方法处理以后的污水可循环利用。

（二）生物栅净化法

此方法的应用以生物、物理及化学原理为依据，生物材料中可附着生长大量微生物和水生植物，进而形成较为密集的生物膜体系。整个系统中，微生物生存的基础环境是由气、液两相转换以后形成气、液、固三相，此转变模式使微生物存在的形式更加丰富，形成一个在纵、横两个方向相互关联，更为复杂的复合式生态系统。生物栅净化法基于水体自然净化原理，通过人工设计相应的净化设备，运用微生物、动植物共生作用，达到水污染净化效果。主要原理是将水生植物茂盛根系和特殊材料构建相应的生物栅，将水体污染物拦截，而植物根系能够将氮、磷等有机物吸收，具有较强的去污功能。

七、生物修复技术在水污染治理中的发展趋势

当前，我国水资源污染问题日益突出，国家在此方面也给予了高度重视，在水利工作会议召开期间一再强调坚持可持续发展理念，并且明确指出了要将水污染治理作为工作的重点，强化治理工作中新技术的运用。最近几年，我国参考先进的水环境治理经验的同时，也根据国情研发了适合我国水污染治理的新技术，这也在很大程度上推动了生物修复技术发展的步伐。根据我国目前水环境问题具体情况以及现状，在污水治理方面加大了技术的投入力度，例如生物氧化塘、生态护岸等技术的应用逐渐趋于成熟，但是治理不彻底问题依然存在。在未来，生物修复技术在水污染治理中的应用，依然需求将局部修复思路转变，基于整个流域系统结构，实现综合性、系统化、全方位治理，不断创新生物修复技术，例如在固定化微生物修复技术中，通过对微生物菌群的培养，借助合理方法将有益微生物长期固定于特定位置，促进水体中难降解物质的自主分解，进而实现水体净化功能；原生动物修复技术在不久的将来也会得到广泛应用，主要利用细菌和原生动物间关系，监测水质时，对原生动物种类组成以及生长密切观察，体现细菌生长情况，在此基础之上对生物修复处理结果评估；另外还有生物反应器技术，此技术节省了人力、物力，也无须对微生物群经常性更换，发展前景非常不错；生物强化处理技术主要可以应用于特殊水环境中，通过对微生物分解能力进行强化，培养以及筛选特定菌种，促进其在特定水环境中的作用发挥最大。在现有生物修复技术的基础之上，通过不断开发与改进、创新与优化，促进水污染治理有效性的大幅度提高。

八、结束语

水污染治理并不是短期内就可以看到效果的，随着生态环境污染的日益严重，国家对生态环境保护十分重视，提出了可持续发展战略，目的就是为了促进经济发展与生态环境之间的和谐共处。所以需要平衡好二者之间的关系，采用生物修复技术治理水污染是当前应用较广泛的方法，针对不同的污染情况采用最佳的技术，才能保证水污染治理的效果。这就需要在水污染治理中，结合实际情况，合理应用底泥生物氧化技术、生态护岸、人工湿地与生物氧化塘等，在改善水环境的同时，促进人与自然的可持续发展。