生物—生態措施修復治理河流污染綜述

張乾鑠

摘要隨著社會經濟的發展，河流污染問題日益引起人們的重視。目前，河流治理與修復主要有物理、化學、生物修復等技術。在工程過程中，生物修復往往與生態措施相結合，被稱之為生物-生態修復。對生物-生態修復的原理、意義、技術措施等進行綜述，并就其今后的發展進行了展望。

關鍵詞環境—生態修復；河流污染治理；技術措施

中圖分類號Q948.12文獻標識碼A文章編號 1007-5739（2009）06-0264-02

河流是人類最寶貴的一種自然資源，它為人類生存提供了穩定的水源和肥沃的土壤，最早的人類文明都是沿著河流和河谷發展起來的。由于人類活動排放的各種污染物進入河流，使河流水質和河流底泥的物理、化學性質或生物組成發生變化，從而降低了河流的使用價值，使河流失去了原有的意義。目前，河流污染主要包括氮磷等營養物和有機物污染兩方面，污染源主要分為生活污水污染、工業污染以及農業污染三大類。人們應當對水體中的污染物進行處理，從而使水體得到凈化，使人類對河流環境的干擾降到最小，與自然共生存，為生物棲息和繁殖創造良好的生態環境，造福于子孫后代。

1生物—生態修復概述

生物—生態修復是國外近年來發展十分迅速的一種新的河流污染處理措施。河流生物修復是指用微生物或微生物菌群來降解河流水體中的有機物或有毒有害物質；生態修復是指利用生態平衡、物質循環的原理和技術方法，對受污染或受破壞、脅迫的水體生物（包括生物群體，下同）生存和發展狀態的改善、改良或恢復、重現。生物—生態有機結合的措施是按照自然界的自身變化規律去恢復自然界的本來面貌，以自然界的自凈調控功能去治理被污染的河流，以人與自然協調發展為河流污染處理的基本思路，實現河流生態系統的自我修復。

生物—生態修復措施主要利用培育的植物或培養、接種的微生物的生命活動，對河流水體中的污染物進行轉移、轉化及降解作用，從而使水體得到凈化，具有可持續性好、保持力強、工程造價低、耗能少等優點。它可以與河堤環境綠化及河岸景觀生態工程相結合，創造人與自然相融合的河流區域生態環境。

河流的生物—生態修復嚴格來講包括恢復和重建。恢復是針對受損而言的，受損就是生態系統結構、功能和關系的破壞，因而，生態恢復就是恢復生態系統合理的結構、高效的功能和協調的關系。其目標是把受損的生態系統恢復到它先前的或類似先前的甚至更好的狀態。生態重建是將河流生態系統的現有狀態進行改善，以增加人類的需要，使生態系統進一步遠離它的起始狀態，而到達適合人類需求的一種狀態。河流生態修復是在遵循自然規律的前提下，控制待修復生態系統的演替方向和演替過程，把退化的生態系統恢復或重建到既可以最大限度地為人類所利用，又保持了系統的必要功能，并使系統達到自我維持的狀態。通常沒有必要將河流表水環境質量標準修復至完全自然的狀態，而是根據經濟技術條件修復至人類所需要的合適狀態。達到修復或恢復受到污染、破壞或脅迫的水生生物的生存和繁衍的物理、化學和水文環境，及其食物鏈關系的目標。河流污染生物—生態修復措施主要優點在于不需要占用太多土地或優質耕地，只需河流沿岸即可；不需要高于專門污水處理程序等投資數倍的管道網絡及其維護；距城市居民區一般相對較遠，不擾民或者較少擾民，并且可以保證河流的景觀功能、生產功能、休憩功能。

2生物—生態修復的技術措施

2.1人工補植技術

目前，由于對景觀和可持續發展的追求，各級政府投入巨資對城市河流進行治理，企圖使河流重新成為可親近、可供玩賞的對象，以提升沿岸居住環境的質量。但河流并非僅僅是“水流”，它包含著豐富的生態系統，相互構成完整的食物鏈，維持著河流及其沿岸的生命和價值。早期的人工補植技術措施主要用于河流水土流失的治理，其具有良好的水土保持功能，對河流的水質凈化也有一定的作用。近年來，越來越多的科研單位運用人工補植技術對河流污染進行治理，已經取得不少成果。而人工補植技術就是把植物操控技術和水生植物護岸技術有機結合，從而對河流污染物進行去除。

對河流污染而言，人工補植技術主要是對河流下游河岸天然植被進行恢復，通過試驗篩選出適宜的灌溉方式和植被種植種類，建立生態堤岸。這種措施以河岸土地為處理設施，利用土壤—植物系統的吸附、過濾及凈化作用和自我調控功能，達到某種程度上對水的凈化。河岸土壤處理系統可分為快速滲濾、慢速滲濾、地表漫流、濕地處理等化合物，尤其是有機氯和氨氮等有較好的去除效果。

在美國，火星失敗的河岸防護而造成的河流處理不當使人們越來越重視人工補植，生態擴岸的方法，使水質和美學價值綜合提高。國內塔里木河下游生態修復亦嘗試采取此措施。

2.2人工濕地處理技術

人工濕地是由人工建造和控制運行的與沼澤地類似的河堤生態系統，利用土壤、人工介質、植物、微生物的物理、化學、生物三重協同作用來實現對河流污水的凈化。這種濕地系統是在一定長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流動，或在床體表面流動。在床體的表面種植具有處理性能好、成活率高的水生植物（如蘆葦等），形成一個獨特的動植物生態環境，對污染水進行處理。人工濕地是一個綜合的河流堤岸生態系統，它應用生態系統中物種共生、物質循環再生原理，結構與功能協調原則，在促進被污染河流中污染物質良性循環的前提下，充分發揮資源的生產潛力，防止環境的再污染，獲得河流處理與資源化的最佳效益。人工濕地對有機污染物、氮、磷等都有較強的降解處理作用。

在人工濕地中氮主要是通過微生物的硝化和反硝化作用、植物的吸收、氨的揮發以及基質的吸附和過濾等過程而去除。廢水中的氮以無機氮和有機氮2種形式存在，無機氮可以被人工濕地中的植物吸收，合成植物蛋白質，最后通過植物的收割形式從濕地系統中去除。人工濕地系統中氮去除效率取決于濕地植物根區附近土壤的氧化還原狀況，因為硝化作用要求在好氧的條件下進行，而反硝化作用要求在厭氧的條件下進行。人為提高濕地中BOD與NO3--N之比（如添加秸稈或甲醇），氮的去除率會大幅度提高。

在人工濕地中磷主要是通過基質的吸附、絡合及與Ca、Al、Fe和土壤顆粒的沉淀反應及泥炭累積、植物的吸收、微生物作用等去除。

人工濕地系統的出水質量好，適合于處理飲用水源，或者結合景觀設計，種植觀賞植物改善風景區的水質狀況，其造價及運行費用遠低于常規工程處理技術。目前，世界各國都投入大量精力以改良人工濕地技術，將一些傳統的污水處理技術引入人工濕地的建造與控制運行。如北美濕地工程公司（NAWF）借鑒污泥回流技術和鼓風暴氣開發了循環流濕地工藝，這些工藝已成功地應用于數年前還被認為不適宜采用人工濕地處理污水的地區（氣候太冷或污水濃度太高）。

2.3人工浮島技術

美國學者Gurney于1971年發表加拿大雁的水上漂浮人工巢論文，此論文的發表使他成為人工浮島研究的先驅。之后以日本為代表的國家和地區成功地將人工浮島應用于地表水體的污染治理和生態修復，成為一種新穎的河流污染處理技術措施。

人工浮島技術是以水生植物群落為主體，應用物種間共生關系，充分利用水體空間生態位和營養生態位的原則，建立高效的人工生態系統，以削減水體中的污染負荷，結合綠化技術與漂浮技術，分為浮島框架、植物浮床、水下固定裝置以及水生植被幾個部分。框架可采用親自然的材料如竹、木條等，植物生長的浮體一般是由高分子輕質材料制成，質輕耐用，浮島上植物一般選擇各類適宜的陸生植物和濕生植物。它利用表面積很大的植物根系在水中形成濃密的網，吸附水體中大量的懸浮物，并逐漸在植物根系表面形成生物膜，膜中微生物吞噬和代謝水中的污染物成為無機物，使其成為植物的營養物質，通過光合作用轉化為植物細胞的成分，促進其生長，最后通過收割浮島植物和捕獲魚蝦減少水中營養鹽。通過遮擋陽光抑制藻類的光合作用，減少浮游植物生長量，通過接觸沉淀作用促使浮游植物沉降，有效防止夏季“水華”發生，提高水體透明度。人工浮島上的植物能夠為鳥類棲息提供場所，其下部植物根系也可形成魚類和水生昆蟲生息環境，是一個有效的生態凈水方法。

2.4生物膜法處理技術

生物膜是由高度密集的好氧菌、厭氧菌、兼性菌、真菌、原生動物以及藻類等組成的生態系統，其附著的固體介質稱為濾料或載體。微生物附著生長于某種載體的表面，主要指天然材料（如卵石）、合成材料（如纖維）等，在其表面形成一定厚度的生物膜，生物膜表面積大，可為微生物提供較大的附著表面，有利于加強對污染物的降解作用，從而處理河流污水。生物膜主要由細菌、真菌、原生動物組成。生物膜自濾料向外可分為慶氣層、好氣層、附著水層、運動水層。河流污染的水體流經載體空隙時，廢水中有機物被生物膜吸附，進而被微生物降解，由好氣層的好氣菌將其分解，再進入厭氣層進行厭氣分解，流動水層則將老化的生物膜沖掉以生長新的生物膜，如此往復以達到凈化污水的目的。該技術對于受有機物及氨氮輕度污染的水體有明顯治理效果。它對水量、水質、水溫變動適應性強，處理效果好，并具良好硝化功能，污泥量小且易于固液分離。此外，運行管理時沒有污泥膨脹和污泥回流問題，耐沖擊負荷。國外許多江河大水體修復工程都有成功實例。

3結語與展望

綜上所述，各種生物—生態修復技術有自己的原理和特點。對于具體河道污染的治理和資源化生態修復，必須針對河道的具體特點、區域的具體情況，選擇恰當的生物—生態修復技術與物理技術、化學技術有機結合，開發出最佳的河流污染處理措施。河流污染現在已是制約我國經濟發展的最大阻力之一。生物—生態河流治理技術存在著許多可以挖掘的優點，將成為21世紀我國河流生態環境治理領域最具生命力的處理措施。

4參考文獻

[1] 徐海波，宗瑞英.談城市河道生態護坡技術[J].工程建設與設計，2005（1）：57-59.

[2] 駱世明.普通生態學[M].北京：中國農業出版社，2005.

[3] VEZZULLI L，PRUZZO C，FABIANO M.Response of the bacterial communityto in situ bioremediation of organic-rich sediments[J].Marine pollution bulletin ，2004（49）：740-751.

[4] 蘇冬艷，崔俊華，晁聰，等.污染河流治理與修復技術現狀及展望[J].河北工程大學學報（自然科學版），2008（4）:57-64.

[5] 劉協亭，張梵，邢立.塔里木河下游生態修復措施體系探討[J].中國水土保持科學，2008（6）:103-106.

[6] 崔理華，朱夕珍，駱世明.人工濕地基質磷吸附特性與其物理化學性質的關系[J].中國環境科學，2007，27（2）：250-254.

[7] 夏漢平.人工濕地處理污水的機理與效率[J].生態學雜志，2002，21（4）：51-59.

[8] LI M H，EDDLEMAN K E. Biotechnical engineering as an alternative to traditional engineering methods-A biotechnical stream bank stabilization design approach[J].Landscape andUrban Planning，2002，60（4）：225-242.

[9] 王劼，劉陽，王澤民，等.人工浮島技術應用前景[J].環境保護科學雜志，2008，5（4）：9.

[10] 武琳慧，吳林林，黃民生.人工浮床及其在污染水體治理中應用進展[J].凈水技術，2006，25（4）：8-9.

[11] 林肇信.環境保護概論[M].北京：高等教育出版社，1999.