城市水環境治理生物修復技術的研究

陳 亮

中電建水環境治理技術有限公司，廣東深圳 518000

社會經濟的發展帶來一系列環境問題，尤其是城市水環境問題。近年來，城市工業發展迅速，人口分布越來越密集，人們生產生活對城市水環境造成很大破壞，嚴重降低了城市水域的自凈能力。水環境概念有廣義和狹義之分，前者指的是水圈，包括自然水域和人工水域，后者僅指水質。城市水環境是一項綜合性概念，涉及到生物生存所需要的水環境、水資源、水質等多方面內容，因此修復工作也并非簡單污染治理，而要在可持續發展理念指導下，充分運用生物修復技術，有效恢復城市水環境原有功能，實現經濟效益、生態效益與社會效益的共同提升。文章主要探討城市水環境治理中生物修復技術。

1 生物修復技術的作用機理

1.1 微生物修復

廢污水中包含各種重金屬、有機汞、氰化物、有機磷、有機酸、蛋白質、醛醇以及酚類物質等，成分比較復雜。運用生物修復技術除去廢污水中有機物，主要是通過微生物新陳代謝實現。廢污水中有機物被微生物群體細胞壁吸收、消化，在此過程中會有代謝物質產生，為其他微生物提供養料，如此循環往復，直到完全分解廢污水中的有機物。

1.2 植物修復

對于污染水體，植物能夠起到一定凈化功能，尤其是水生植物。因此，將耐性強、污染物吸收能力強的植物種植在污染水體中，能夠對污染物進行吸收、吸附、降解和富集等，從而固定或者除去水中污染物，達到修復水體的目的。植物對水中污染物能起到直接吸收作用，再經過轉化、輸送等環節，水體中污染物會以非植物性毒素方式積累下來。不僅如此，植物能夠將營養物質、酶等分泌到水體中，包括氨基酸、單糖與脂肪族化合物等，同時植物吸收并向根部傳遞氧氣，對根系周圍微生物的生長起到刺激作用，實現水體生化活性改變，提高城市水環境生物修復能力。研究顯示，植物根系分泌物質既能為微生物生長提供營養物質，又能通過誘導作用，提高微生物對有毒物質的降解能力。水生植物能夠將氧氣、營養物質等釋放到根系周圍、莖葉周圍以及水中沉積物中，在這種情況下，沉積物內部的微生物活性、礦化能力均有明顯提升[2]。

1.3 動物修復

在治理和修復城市污染水體時，對水上養殖進行科學合理的規劃，對于氮磷污染比較嚴重的水域，可根據實際情況適當多投放食草魚種，對過度繁殖的藻類進行有效控制，改善區域水質。在動物修復中，魚類是關鍵參與者之一，以浮游動植物為食的魚種包括鳙魚、鰱魚等。同時，水蚤主要食物包括有機腐屑、藻類等，能夠對水中藻類進行消耗，同時水蚤又可作為其他水生動物的食物。底棲動物如蚌、螺等能夠消耗藻類，魚蝦則以浮游動植物為食，對浮游植物的生物量進行限制，同時能夠實現水體PH值、含氮量的有效降低。

2 生物修復技術在城市水環境治理中的應用現狀

2.1 脫氮除磷

要想對富營養化污水進行根本性治理，首先要將水中大量氮、磷除去，而植物生長離不開氮、磷元素，因此植物修改是水體富營養化的最佳治理方式。目前在河流水質改善方面，相關專家研究了荊三棱、香根草及美人蕉等植物，發現這些植物能夠降解水中污染物，尤其是荊三棱。數據顯示，在水中種植荊三棱，整個實驗期間分別除去44.1%的COD、78.7%的氨氮NH4+-N以及71.4%的總磷TP。

在城市水環境治理工作中，人工濕地污水凈化系統是生物修復技術之一。該系統通過對天然濕地系統的功能、結構進行模仿，在此基礎上處理受污染水體。主要構成包括人工基質、微生物、高等維管植物與微型動物等。一旦污染水體進入到人工濕地系統，其中的微生物、植物等會通過一系列物理、化學、生物反應，實現對污染物的凈化處理。現階段，人工濕地污水凈化系統主要應用于以下方面：城市污水處理、與城市污水性質類似的污水處理、經過一二級處理后的污水深度處理。值得注意的是，在應用這一技術時，植物種類選擇及合理配置、底部防滲措施等是需要重點關注的。在構建人工濕地系統時，應當認真研究該水域水力負荷、污染物負荷比，對植物在不同季節的處理效率、防堵塞措施等加以考慮。人工濕地污水凈化系統主要針對重金屬、有機物、氮磷等物質進行凈化處理[3]。

去除污水中氮磷物質是人工濕地系統重要功能之一。在處理水體污染物時，主要是通過植物吸附、吸收與富集等功能實現的。在某次實驗中，相關專家對幾種春季濕地植物的污水處理效果進行比較分析，得出污水處理效果最好的植物有香蒲、菖蒲等，蘆葦次之。

2.2 降解有機污染物

在城市水環境治理中，生物強化技術是一種新型高效技術，作用機理是將優勢高效菌種加入到污水中，提升系統污水處理能力，在污水治理工作中得到了越來越廣泛的應用。專家利用生物強化技術進行了相關實驗，將高效菌劑加入到活性污泥處理系統中，研究了該系統對焦化廢水的最佳控制參數及處理效果，實驗結果顯示：在連續進水情況下，當水力停留為15h、高效菌劑投入量比例為0.3%，并且控制活性污泥的SV30為30%時，活性污泥處理系統可除去99.94%揮發酚，處理后水中揮發酚含量低于0.5mg/L，能夠滿足《鋼鐵工業水污染物排放標準》對一級處理水的要求；不僅如此，相較于未投入高效菌劑的活性污泥處理系統，投入后的系統對COD去除率也有著明顯提升。

將X4菌投入至活性污泥處理系統中，能夠有效處理含油脂廢水，實現油脂去除率的提升。相關試驗表明，投入X4菌活性污泥處理系統，24h內可降解78%油脂。在投菌量為43%條件下，24h內可降解97%油脂。現階段，相關專家對生物強化技術研究有了新進展，通過對廢水進行篩選、分離，獲取其中降解丙烯腈與總氰，利用特效菌種對這兩種物質降解率分別高達98.7%和84%。

2.3 去除重金屬污染

第一，對重金屬污染水體進行微生物修復。通過微生物對水體中金屬離子、金屬原子形態進行改變，使其沉淀至底部，從而去除有毒重金屬。此外，還可以利用微生物對金屬離子的價態進行改變，從而能夠溶入某種液體中，方便從土壤中濾除這些有害物質。相關專家對活性污泥進行分離、純化和篩選，獲取的霉菌能夠對水中Cr（Ⅵ）、Cd（Ⅱ）離子進行吸附；通過研究藤黃微球菌、產堿假單胞菌吸附特性得知，這兩種菌落能夠迅速吸附水體中的Cu2+、Pb2+，對這些金屬離子的吸附量在3min內達到總量的75%，之后吸附速度慢慢減小。

第二，對重金屬污染水體進行植物修復。該方法是利用植物根系對水體內部重金屬污染物進行去除、揮發或者固定，將水中重金屬污染物毒性降低，實現治理水環境、修復水體的目標。調查研究顯示，水中植物對污染物具有吸收、過濾、揮發、穩定及降解等多種作用，能夠有效凈化水體環境。植物修復技術屬于一項綠色技術，既不會引發二次污染、對生態環境造成破壞，而且成本低廉，經濟合理。相關專家研究分析了8種水生植物對水中重金屬的富集能力，實驗結果表明，Cu、Pb、Cd、Zn含量最高的植物為水鱉科。對于重金屬污染水體中鉛、鎘物質，龍須眼子菜具有良好的去除效果；對于水中鋅、鉛、鎘、銅等物質，利用豌豆、向日葵及蓖麻幼苗能夠進行處理[4]。

第三，對重金屬污染水體進行動物修復。對水體中重金屬起到富集作用的水生動物包括甲殼類動物、貝類以及環節動物。通過半靜態雙箱模型進行試驗，對牡蠣重金屬富集作用進行模擬得知，對于水中Hg、Cd、Pb等重金屬污染物，牡蠣是一種較為理想的指示性生物。

3 結語

綜上所述，隨著城市化進程的步伐越來越快，城市經濟得到了迅速發展，與此同時，城市環境問題也愈加嚴重，尤其是水環境問題。要想實現城市經濟可持續發展，必須認真研究城市水環境治理工作，加快生物修復技術在水體治理中的應用和推廣。通過研究國際水環境治理趨勢得知，目前應當重點研究高效生物物種的篩選、分離及培育，對生物修復技術作用機理進行深入研究，從生理學、生物學、化學以及生態學等多個領域研究這一技術，使其更好地應用于城市水環境治理與修復工作中。不僅如此，專家學者還要加強綜合技術的研發，與生物修復技術有機結合起來，不斷提高城市水污染治理水平，推動社會經濟可持續發展。