水環境生態修復技術分析

文_蔡文倍 贛州市山水林田湖生態保護中心

目前，水環境處理技術種類有很多，但水體修復技術成功市場化應用的例子并不多見。水生態修復技術是目前相對主流的新興治理技術，相比傳統的物理化學修復技術而言，它具有費用低、治理效果好等優勢，是一種采取培養復合微生物、栽培水生植物等措施凈化水體中的污染物，進而恢復或強化水生態系統自凈能力，實現水體凈化的治理技術。因此，應深入分析研究水環境生態修復技術，并采取有效措施，增強該技術的應用效果，促進水生態系統的良性發展。

1 1SYD集約化修復技術

1.1 技術原理

SYD 集約化修復技術是一種集成了多功能凈化漂浮濕地、自動水處理生化反應器、微生物凈化等技術手段，構建出的一種系統化的水環境生態修復技術。在該技術的原理下，首先，利用納米管爆氣層、微生物凈化層、有機物吸收層，將水中的有機污染物進行降解處理。其次，利用多功能凈化漂浮濕地技術，在水中構建出一個由多孔基質、植物、微生物等物質組成的微型生態系統，并借助該生態系統，吸收水體中的N、P 元素，來促進有機污染物的降解，改善水環境。再次，種植“水下草坪”，并發揮其不易長出水面、不易蔓延、適應性強等優勢，為水生物提供生存環境，同時草坪還可以直接吸收水中的重金屬、P、N 污染物，抑制BOD5、COD 的生成。最后，在水體中放養一些本地的魚類、蝦類等水生動物，以形成一個穩定、良好的水環境生態系統（如表1）達到生態修復目的。

表1 SYD集約化水環境生態系統結構表

1.2 適用性分析

就目前來看，該項生態修復技術能夠達到76%的N 去除量、85%的P 去除量、88%的COD 去除量，經過該技術修復后的水體均能達到GB3838-2002 地表水環境質量標準，成為標準的三類水，同時，由于該技術主要是通過修復水體的自凈能力，來實現生態修復，所以經過該技術修復后，水體再次惡化的幾率較低。由此可見，該技術在水環境的長效治理上具有較強的適用性。此外，SYD 集約化修復技術是由多種技術構建出的集成技術，在技術落實上具有較高的靈活性和協調性，可以根據水環境受污染程度、性質等情況，制定針對性的SYD 集約化修復方案，且能夠應對污染較為嚴重的生態環境修復工作，適用范圍較廣。例如，合肥·蜀峰灣人工湖生態修復工程，湖水深1～3m，原生水生植物會在5月后的高溫天氣腐爛沉積水底，并且每年有1000m3/d 生活污水流入湖內，導致其治理難度較大，而在應用該技術后，水體的透明度可達1.5m 以上，污染基本被消除，而且水質一直沒有出現再次惡化的情況。

2 石墨烯凈水修復技術

2.1 技術原理

石墨烯凈水技術是指借助一種由黑色二氧化鈦、三維石墨烯管組成的新型治污材料，進行水環境治理的生態修復技術。自2018 年上海硅酸鹽所研發出該技術以來，該技術就已經在安徽、上海等地成功示范，為傳統的水環境生態修復技術帶來了變革。從基礎原理層面上來說，該技術主要依靠“物理吸附＋光化學催化降解”來進行生態凈化。在此過程中，石墨烯管能夠高效吸附水體中的污染物，同時二氧化鈦借助光催化作用，可以與污染物充分反應，實現對所吸附污染物的降解。一般來說，這種由二氧化鈦、三維石墨烯管組成的材料，具備有機污染物自身重量1000 倍的吸附性能，且可以吸收90%～95%的全太陽光譜，并形成高效的氧化反應環境，將所吸附的污染物迅速轉化為CO2、H2O，改善水環境生態。

2.2 適用性分析

為了測試石墨烯凈水技術在水環境生態修復工作中的適用性，該技術的研發團隊曾經制作了3000 多張石墨烯材料吸附降解網，并將其投入到總計4 萬m2的受污染水域進行試驗。試驗結果顯示，石墨烯修復技術可以將水體的水質指標從劣五類轉化為五類以上，氨氮指標從三類轉化為二類，化學需氧量從劣五類轉化為三類，且在效率方面，這種石墨烯材料的污染降解速度，是傳統材料的5 ～10 倍，并具備安全、經濟、可恢復水體自凈能力等優勢，在各類污染水體的生態修復中，皆呈現出良好的適用性。此外，由于該技術的應用材料支持規模化的生產，因此，研發團隊經過一系列的設計和試驗，已經搭建出了綠色、經濟、高效的材料生產線，并達到了50t 的產量，由此可見，該技術還能夠適用于大規模、長期的水環境生態修復。

3 生物膜凈化技術

生物膜技術是指借助天然、人造材料，構建一個生物膜，供微生物附著而強化水體自凈能力的水環境修復技術，人們將該技術應用到需治理的水體中，能夠增強水體中污染物降解的速度，優化水環境修復效果。由于該技術具有效果顯著、成本低等優勢，被廣泛應用于生物濾池、生物廊道的建設中，且在使用過程中，未出現過污泥回流、污泥膨脹等問題，該項技術的安全性較強，值得被推廣使用。

4 人工增氧修復技術

4.1 循環曝氣增氧技術

在水環境生態修復中，曝氣循環增氧技術作為一種常見的人工增氧技術，其主要原理是通過利用機械設備，向生化曝氣池中通入空氣，以增加水體中的含氧量，同時，設備對水體的攪動作用也能夠防止懸浮物下沉，使有機污染物與微生物能夠充分接觸，并得到有效的降解。此外，這種攪動作用也有助于水中的揮發性物質釋放到空氣中，以免其在水環境中發生反應生成污染物，改善水體環境，進而達到生態修復的目的。以無錫市錢家橋浜黑臭水體整治項目為例，該項目中，在梁溪、錢家橋浜河的交匯位置，安裝了曝氣循環增氧設備，并在河床兩側設置了水生植物浮床，結合魚類、底棲生物的放養，逐步恢復了水體的自凈能力，使水環境中形成了良好、穩定的生物系統，實現了生態修復。

4.2 化學增氧技術

現階段，人工增氧技術主要分為兩種，即以曝氣技術為主的物理增氧技術，以及化學增氧技術。其中，化學增氧技術主要是指通過向水體中投放化學物質，利用化學物質遇水后發生的反應，在水中釋放氧氣的生態修復技術，其能夠有效提高水中的含氧量，確保魚、蝦，以及用于降解有機污染物的微生物可以正常存活，以實現水環境生態修復。一般來說，該技術應用的化學試劑通常為Na2CO3·3H2O2、CO(NH2)2H2O2、CaO2、(NH4)2S2O8等，多用于通電困難、缺乏增氧設備的情況下，且具備經濟、操作便捷等優勢，但需要根據水體的污染狀態、性質、程度，來設計具體的應用方法，以防化學試劑的介入，引發新的污染問題。

5 人工濕地技術

5.1 水生植物的選擇

人工濕地作為水環境治理中常見的生態修復技術，其主要是借助一個由水生植物、填料組成的生態系統，來進行水環境凈化的生態修復技術。在該技術下，水生植物能夠通過根系，將污染物作為自身生長的養料吸收，并使其中的重金屬、有機污染物降解為無毒物質，同時，水生植物露出水面的部分，還能向根部區域輸送氧氣，為微生物創造一個良好的生活環境，使其得以更加充分地降解水中的有機污染物，提高生態修復工作的效率，因此需要根據實際情況，選擇合適的水生植物，以強化人工濕地技術的落實效果。一般情況下，適用于該技術的植物有蘆葦、風車草、香蒲、水蔥等，工作者一般應盡量選取本地天然存在的水生植物品種，以保證濕地生態系統的穩定性。

5.2 濕地填料的選擇

在人工濕地技術下，濕地填料作為微生物附著物質、降解等反應的界面，以及水生植物的物理支持，工作者需選擇合適的濕地填料，以保障人工濕地技術的落實效果。現階段，常用的濕地填料有砂、土壤、礫石、灰渣等，應基于實際情況，根據水環境污染性質，來選擇濕地填料。一般來說，如果污染物以BOD、COD、SS 為主，就要選擇礫石、細沙、土壤等作為填料，若污染物N、P 元素含量較高，則可采用沸石與石灰石混合填料，或其他具備較強N、P 吸附力的填料，以強化生態修復效果。此外，還要盡量選擇顆粒粒徑較大的填料，防止其分散、富集堵塞徑流。

6 結語

單一的水體修復治理技術治理效果并不佳，不能很好地適應復雜的污染水體，集多種治理技術有機融合的復合水生態修復技術是今后的技術發展方向。探索多種復合的生態修復技術進行水環境治理，能夠增強治理工作效果。在水環境治理中，工作者借助生態修復技術可以增強水體治理成果的長效性、提高生態修復工作效率、優化水體氧氣環境、構建良好的生態系統，從而降低人類活動對水環境的影響，踐行綠色可持續發展觀。