城市湖泊富營養(yǎng)生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究與應(yīng)用

萬瑜

（杭州市西湖水域管理處 浙江杭州 310000）

最近幾年，對富營養(yǎng)化水體治理技術(shù)按照治理手段進(jìn)行分類，可以分為物理處理、生態(tài)恢復(fù)處理及化學(xué)處理等。另外，水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)又包括生物修復(fù)技術(shù)、微生物制劑技術(shù)、生物膜法處理技術(shù)、人工濕地技術(shù)、人工浮島技術(shù)等。對于生態(tài)修復(fù)處理措施，其不僅能夠原位凈化水質(zhì)，還可以促使水體中的水生生態(tài)結(jié)構(gòu)的恢復(fù)，且其具備運(yùn)行成本低的特點(diǎn)，以及可以有效提升水體的自凈能力，二次污染環(huán)境的概率較小，這也是近年來水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)能快速發(fā)展起來的主要原因。

1 富營養(yǎng)化水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)概述

水生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)實(shí)際上指的是采取一系列保護(hù)措施以使能夠?qū)⒁淹嘶乃鷳B(tài)系統(tǒng)恢復(fù)至比較穩(wěn)定的水平，提高水生生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)忍受性。修復(fù)水生生態(tài)系統(tǒng)的終極目的是企圖借助一個(gè)比較自然的、能夠自我調(diào)節(jié)且所在區(qū)域完全整合的系統(tǒng)，以盡可能地降低水生生態(tài)系統(tǒng)退化的概率，將系統(tǒng)恢復(fù)至比較穩(wěn)定的狀態(tài)［1］。

2 富營養(yǎng)化水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)及其應(yīng)用

2.1 生物膜法處理技術(shù)

在純天然河床上面附著生物膜具有過濾或者凈化效用。其是借助人工來填充濾料及載體，某些微生物群體附著于一些載體表面并且呈現(xiàn)出膜狀，可與污水發(fā)生接觸，且生物膜上的微生物能夠攝取污水當(dāng)中的有機(jī)物當(dāng)作營養(yǎng)物質(zhì)將其吸收后同化，使用濾料與載體大于表面積，同時(shí)具備附著生物種類繁多且數(shù)量大等特點(diǎn)，以此能夠提升河流的自凈能力（如圖1所示）。這種技術(shù)憑借著自身超強(qiáng)的降解能力，實(shí)際接觸的時(shí)間也較短，同時(shí)又因占地面積比較小且投資少而被廣泛應(yīng)用。

圖1 富營養(yǎng)化水體修復(fù)反應(yīng)流程

近幾年，此技術(shù)被大范圍應(yīng)用，甚至一些學(xué)者研究得出以蜂窩陶瓷作為載體生成生物膜反應(yīng)器能有效地借助缺氧生物修復(fù)城市受污河道水體，此間水中的氨氮去除率達(dá)40%～60%，總氮去除率則可達(dá)40%～45%，換言之，可以同步去除氨氮和總氮，而且又不會(huì)積累亞硝酸鹽。為有效提升微污染水體生物膜修復(fù)系統(tǒng)中的生物量及去除效果，人們陸續(xù)開發(fā)出各種新的生物載體，如絲竹填料、淀粉基等，可用于降解載體（見圖2）。比如，有學(xué)者就使用絲竹生物膜反應(yīng)器來處理低污染景觀水體，并對反應(yīng)器去除原水濁度、高錳酸鹽、氨氮指數(shù)的效果等進(jìn)行研究，最終依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出，利用竹絲生物膜反應(yīng)器去除景觀水體中氨氮、濁度、高錳酸鹽指數(shù)的概率分別為19.99%～100%、15.9%～59%、10.60%～74.34%，即證明絲竹生物膜反應(yīng)器特別適合修復(fù)低污染景觀水體［2］。

圖2 基于WoS 核心庫和基于C N KI的富營養(yǎng)化水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究區(qū)域分布圖

2.2 微生物制劑技術(shù)

擇育高效菌株研制微生物復(fù)合制劑來處理污染水體，處理過程主要以酶促反應(yīng)為基礎(chǔ)，借以生物體內(nèi)生成的特殊蛋白質(zhì)當(dāng)作催化劑，進(jìn)一步凈化污水并分解淤泥，后再將惡臭消除?？傮w而言，較之成功的微生物修復(fù)流程應(yīng)該具備以下條件。（1）需保證目標(biāo)化合物可以被微生物利用，污染場地不含有能夠抑制降解菌種效用的物質(zhì)。（2）一定要存在具備代謝性的微生物，且必須保證這些微生物在發(fā)生降解及轉(zhuǎn)化化合物的過程中要維持一定的速率，同時(shí)又不會(huì)生成有毒物質(zhì)。（3）必須保證污染場地及生物反應(yīng)器的環(huán)境和條件一定要是對微生物的生長有利且保持活性的。（4）應(yīng)該盡可能地保證技術(shù)費(fèi)用低［3］。

有學(xué)者曾經(jīng)使用Clear-Flo 1200菌劑處理富營養(yǎng)化水體，為期3個(gè)月，處理結(jié)果顯示：NH4+-N由0.02mg/L 下降到了0，COD 降低了84%，BOD5則下降了74%。也有相關(guān)研究人員發(fā)現(xiàn)，人工濕地修復(fù)系統(tǒng)在處理過程中，其污水當(dāng)中BOD5的去除率緊密地關(guān)聯(lián)濕地微生物總數(shù)，另外也和氨氮去除率及硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌的數(shù)量緊密關(guān)聯(lián)。另外，又有相關(guān)研究人員借助“液可清”曾對受污染的昆明市西南部西壩河實(shí)行了修復(fù)，修復(fù)結(jié)果顯示：在加入液可清制劑3周之后，被修復(fù)河段BOD5、總氮及總磷各自濁度下降了43.9%、46.3%、25.5%、43.6%。如此可見，微生物制劑能有效緩解水體BOD5、總磷、總氮、NH4

+-N及濁度污染［4］。

2.3 人工濕地處理技術(shù)

顧名思義，人工濕地技術(shù)就是采用人工實(shí)施定是經(jīng)純天然濕地發(fā)展而來的，同時(shí)其又是以礫石、砂、土壤等作為主要介質(zhì)，然后結(jié)合特定植物（高經(jīng)濟(jì)價(jià)值、高成活率、美觀、長生長周期、強(qiáng)耐水漬性、高去污性等）共同組成比較復(fù)雜且獨(dú)特的生態(tài)系統(tǒng)，與此同時(shí)，由其實(shí)踐中表現(xiàn)出來的凈化富營養(yǎng)化水體的效用也往往是綜合濕地自然生態(tài)系統(tǒng)中的物理、生物、化學(xué)等多重作用完成的。論及人工濕地系統(tǒng)中的除氮技術(shù)時(shí)，這種技術(shù)的實(shí)踐主要憑借微生物分解轉(zhuǎn)化、植物吸收同化完成，且去磷的過程又覆蓋了介質(zhì)吸收過濾、微生物去除以及植物吸收等環(huán)節(jié)。比如，德國就曾經(jīng)運(yùn)用水平流和垂直流濕地蘆葦床系統(tǒng)最終完成了富營養(yǎng)化水體中營養(yǎng)物質(zhì)的處理工作，最終的處理結(jié)果顯示，超90%的有機(jī)污染物和N、P 等元素都被除去了；而在美國田納西州的人工濕地系統(tǒng)試驗(yàn)過程中，遵循差異化水力負(fù)荷作用下針對氨氮和氮的去除規(guī)律進(jìn)行處理，最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果同樣顯示出，二級(jí)系統(tǒng)氨氮去除率相較于一級(jí)系統(tǒng)要高于20%～50%。

此技術(shù)近幾年在國內(nèi)被大范圍應(yīng)用，例如，官廳水庫潛流人工濕地處理系統(tǒng)在2002年就實(shí)行了官廳水庫的受污染水體的處理工作，處理結(jié)果顯示：在夏季，系統(tǒng)顯示COD 及NH4+-N 的去除率分別高達(dá)50%、70%。此外，人工濕地水污染處理技術(shù)同樣在實(shí)際控制工作中處于迅速發(fā)展期，但是對于人工濕地凈化機(jī)理而言，其對應(yīng)的相關(guān)研究也比較落后，同時(shí)此技術(shù)當(dāng)前也存在類似其基質(zhì)內(nèi)部的根系難以去除，又存在設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù)欠缺準(zhǔn)確性、占地面積大等問題，對此，將來的研究工作內(nèi)容依然有很多［5-6］。

2.4 生物柵修復(fù)技術(shù)

生物柵屬于綜合生物膜技術(shù)和水生植物后用來擴(kuò)大生物附著表面積的新型污染物凈化技術(shù)，此技術(shù)是在植物、水生動(dòng)物、底棲動(dòng)物及微生物等眾多生態(tài)要素協(xié)同作用下實(shí)現(xiàn)生態(tài)修復(fù)功能的有效發(fā)揮。

近幾年，湖泊富營養(yǎng)化水體生物柵修復(fù)技術(shù)同樣被廣泛應(yīng)用，相關(guān)研究人員針對生物柵處理受污景觀水體的效果和機(jī)制進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示：當(dāng)維持水力停留時(shí)間為72h時(shí)，生物柵針對于TOC、COD、TN及TP各自的去除率分別可以達(dá)到52.2%、57.6%、60.9%、82.4%。另外一些研究人員借助組合填料生物柵凈化富營養(yǎng)化水體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)針對CODcr、SS、TN、TP 的去除率分別為41%、79%、93%、7%、28%、17%、44%。

3 結(jié)語

綜上所述，城市湖泊富營養(yǎng)化污染水體的修復(fù)工作具有明顯的復(fù)雜性和系統(tǒng)性特點(diǎn)，且其修復(fù)周期也比較長，即便當(dāng)前人們對其在修復(fù)理論及方法方面作出了一些研究，但因尚未形成既有的水體生態(tài)修復(fù)理論技術(shù)體系，故而在相應(yīng)的技術(shù)機(jī)理與實(shí)踐應(yīng)用方面都欠缺比較系統(tǒng)的研究。事實(shí)上，水體富營養(yǎng)化的形成并非單一因素所致，如果想要徹底地消除我國城市湖泊水體富營養(yǎng)化的問題，除了要制定相應(yīng)的法律法規(guī)及技術(shù)條例進(jìn)行約束以外，還必須要在技術(shù)應(yīng)用方面不斷創(chuàng)新，且能夠保證在后續(xù)的水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)應(yīng)用研究過程中，可以適當(dāng)?shù)嘏c國外一些技術(shù)先進(jìn)的國家積極進(jìn)行交流，以便能夠有效修復(fù)我國污染水體。