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原位生态修复技术范文1
关键词：淡水池塘 养殖 环境问题 解决途径
目前，淡水养殖业是我国渔业发展中的重点，其产量在水产养殖中逐年呈上升比率，淡水养殖作为水产养殖中的重点，过去传统的密集型养殖方式暴露了诸多弊端，限制了淡水养殖产业的升级，因此，分析和解决目前淡水池塘养殖中所面临的环境问题，寻求更好的解决措施吗，推进淡水池塘养殖业的健康、快速发展是我们需要密切关注的问题。下面我们针对传统淡水养殖中的环境问题略作分析，并结合最近产业研究成果原位修复技术和异位修复技术来分析下其解决之道。
1.淡水吃糖养殖环境问题分析
从目前淡水养殖的局面来看，传统养殖的高密集型所造成的弊端与水体富营养化、氮失衡是造成环境问题的三大主凶之一。
传统淡水养殖采用高密度、高投饵率、高换水率进行养殖，对于环境的危害是巨大的，同时近年因饲料投放问题造成的水体富营养化也是限制淡水池塘养殖行业发展的瓶颈。虽然养殖水平随着技术研究的突破不断提升，单位水体的鱼载力也在提升，但是鱼类代谢与饲料投放的力度也在增加，养殖的高换水率必然会导致污染加重，最终限制行业本身的深入发展。我国以围网养殖和围栏养殖为主要方式对于水体环境的污染是很严重的，近些年来国家一直在不断加强对水体环境污染的治理，实施“退鱼还湖”等政策，这些必然会继续加重淡水池塘养殖的比率，按照池塘养殖在我国淡水养殖业中的比重来看，这种潜在的对环境的污染风险是巨大的，因此，做好淡水池塘养殖问题的环境污染治理，保护好水体资源与鱼类资源，也是淡水池塘养殖业必须解决的关键问题。
作为池塘养殖面临的严峻环境问题之一，氮失衡已经成为了限制池塘养殖发展的瓶颈。目前，淡水池塘水体中的含氮量与含磷量都已经超出了警戒线指标，但是能够支持初级生物循环的有效磷含量却极低，以上两种富营养化的物质无法溶解于水体，只能吸附在淤泥或被重金属络合，这将加重水体负担，加重污染，尤其是现在池塘饲养饵料多使用含氮量较高的有机肥，因此，氮失衡已经成为了必须面对的重要池塘环境问题。氮失衡所带来的危害是内外两个层面的。在内部污染方面，会造成鱼类体内排泄系统和代谢系统失衡，造成过量活动或失去平衡，极易发生昏迷或死亡现象，这对于依靠产量取胜的淡水池塘养殖来说可谓是致命打击。在外部污染上，由于高换水率所排放出来的富营养化水体和氮失衡水体，排放到江河湖海中将会加剧大范围内的水体污染，成为大环境内环境污染的主因，同时对于工农业生产和群众生活造成长期的恶劣影响。因此面对以上这些淡水池塘养殖环境问题，养殖环境生态修复技术成为了近些年来的研究热点与重点。
2.淡水池塘养殖问题解决之道
目前，关于淡水池塘生态环境的修复研究主要集中在两个方面，分别是原位修复技术和异位修复技术。原位修复技术也成成为立体修复，主要是通过在水体环境中营造立体养殖空间实现对超积累物质的吸收和净化，加强淡水池塘环境内的硝化作用，通过水生植物、蔬菜与细菌的立体分布和作用优化水体内的生物循环，同时还能有实现对多种资源的优化利用，达到产业升级，降低排污系数的目的。异位修复技术的重点主要是对养殖水体的净化处理，提升水体利用和循环率，降低污染。
原位生态修复技术范文2
关键词：水体底泥修复;原位修复技术;生物制剂原位修复技术;天然粘土矿物原位除藻技术
Abstract: the rapid development of social economy has brought increasingly serious environmental problems, a great deal of sewage emission to serious water pollution, decomposition of sediment pollutant effects on plants and the great reconstruction of water. In situ remediation technology has been increasingly applied to repair the water sediment, the natural clay minerals in situ removal technology, biological preparation in situ remediation technology to introduce water in-situ sediment remediation technology and its application.
Keywords: water sediment remediation; in situ remediation technology; biological preparation in situ remediation technology; algae removal technology of natural clay minerals in situ
中图分类号：[TU992.3]文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）
1前言
随着社会经济的快速发展，工业化和城镇化的不断推进，工业废水和生活污水的集中大量排放，水体中有机碳污染物、有机氮污染物以及含磷化合物负荷不断加大，水体水质污染日趋严重。水体富营养化也已成为世界性的环境问题，突出表现为蓝藻水华暴发、沉水植物衰退和底泥的高度厌氧。水体底泥是大型沉水植物固着的基础，也是植物生长所需营养物质的重要来源。底泥上污染物的分解会消耗过多的溶解氧而导致底泥和底层水体缺氧，造成植物根系呼吸困难;同时，厌氧分解过程中产生的还原性有毒物质，也可能对植物产生毒害。尤其在一些大型浅水湖泊的湖湾和湖口区，暗黑、发臭的厌氧污泥不仅造成了严重的内源污染，也会影响植物重建和水体修复。本文就水体底泥修复中常用的原位修复技术做一下介绍。
原位生物修复技术是一种有发展潜力、效率高且投资少的环境修复技术。研究原位生物修复技术的过程、效果以及系统的利用率越来越成为人们关注的热点。
所谓原位修复技术就是利用微生物对污染土壤不经搅动、在原位和易残留部位之间进行现场处理。该技术应用于被石油类碳氢化合物所污染约地下水治理己经有多年历史,但是直接用于治理被其它污染物污染的地下水和水体底泥也只是近几年的事。原位修复技术的研究结果一方面加深了我们对该技术使用过程中一些限制因素的理解,同时也为使用其他相关的生物、化学和水力参数等提供了帮助。以下将结合具体的应用来介绍一下水体底泥的原位修复技术。
2天然粘土矿物原位除藻技术
天然粘土矿物原位除藻技术是指采用当地易得的底泥或岸边粘土等经改性处理后，用于凝聚、沉降去除水体中的污染物及有害藻类，因其具有材料廉价易得、安全无毒、操作简单等优点，被认为是目前最具前景的应急除藻技术之一。邹华等提出、发展并应用了改性当地土壤除藻技术，研究了其除藻机理、室内和围隔实验及其对水质改善的作用，实现了应急水华治理、水质底质改善和沉水植物恢复的综合效应。随着当地土壤湖泊修复技术的发展和完善，改性土壤及去除的蓝藻在水-沉积物界面处的变化及该技术长期的生态效应更加引起关注，Pan等提出通过追加喷洒原位土壤覆盖先期絮凝的蓝藻及其所含营养盐实现对沉降蓝藻封藏、对污染底泥覆盖、生境改善和“藻-草”转化的技术。
室内模拟系统中，在高度厌氧底泥上进行土壤和硅藻土原位覆盖修复，约1 cm 的材料能够明显逆转底质和水质条件: 污染厌氧底泥与水体隔绝，表层底质类型改变; 底泥的氧化还原电位大幅上升(分别提高了48. 37%和46. 77%); 水体中的TN、TP释放受到减缓，营养盐含量降低; 相比于对照水体底层溶解氧的明显下降，覆盖材料使水中溶氧维持在初始水平并略有升高。底质覆盖的箱体中，苦草种子萌发并长势良好，而对照箱体中苦草种子萌发后幼苗腐烂死亡，可见土壤和硅藻土原位覆盖有效缓解了不利的环境胁迫，为苦草重建提供了适宜的底质和水质条件。硅藻土箱体中苦草的生物量、叶绿素和根冠比都高于土壤覆盖箱体，因而具多孔结构的硅藻土表层底质更利于植物的生物累积和根系定植。
本技术适用于底层厌氧严重的区域，如湖湾区或较为平静的水体; 然而天然水体经常面临风浪、水生动物等扰动会破坏土壤覆盖层，这也是该技术目前的局限性所在，因而有待开发更多新的覆盖材料以实现更稳固的覆盖和更长期的效果。
3生物制剂原位修复技术
3.1 生物制剂原位修复技术的概念
生物制剂原位修复技术主要是通过向污染水体中投加生物制剂，调控水体中微生物群体组成和数量，优化群落结构，提高水体中有自净能力的微生物对污染物的去除效率，使河水最大程度恢复其原有的自净能力，使污染物就地降解或转化成无害物质。该技术不需要搬运或输送污染水体(包括底泥和岸边受污染的土壤)，而是在受污染区域直接进行原地的水体修复，具有使用安全方便、降解污染物彻底且费用低廉的优点。
3.2 生物制剂的种类和应用现状
用于生物修复的微生物通常是经过反复筛选的、对污染物具有较强降解功能的微生物菌株，也可以是以这些功能性微生物为核心经过进一步开发形成的商品化微生物菌剂。根据污染环境的不同，可以按照微生物生长代谢规律向水体中投加营养物质、无毒表面活性剂或电子受体等来激活水环境中土著微生物的代谢潜能，抑制产生黑臭的菌群生理活性。通过以上几种手段强化微生物对污染物的降解效能，从而达到水体原位修复的目的。以下对组成生物制剂的微生物菌剂、生物促生剂以及基质竞争抑制剂在水体底泥修复的应用逐一进行介绍。
3.2.1 投加复合微生物菌剂
原位生态修复技术范文3
关键词：地下水；修复技术；研究进展
1 引言
随着社会经济的发展和人类对自然资源开发利用活动的日益加强，大量污染物（如重金属、持久性有机物等）通过不同途径进入土壤系统中，进而通过迁移、扩散和渗透作用进入地下水环境，对土壤和地下水环境造成污染，破坏了其原有的生态平衡。这些污染物还可以通过饮用水或地下水-土壤-植物系统，经食物链进入人体，因此也影响到人类的健康。鉴于地下水污染的严重性，国内外学者已广泛开展对地下水污染修复技术的研究，同时地下水污染修复技术在大量实践应用中得到了不断地改进和创新。
2 基本概念
2.1 地下水的定义。
地下水是指埋藏在地面以下，存在于岩石和土壤孔隙中可流动的水体 [1] ，狭义上是指浅层地下水，即第一个隔水层以上的重力水，即地下水资源。地下水是自然界水体的组成部分，并参与自然的水循环，又是水资源的重要组成部分。
2.2 地下水污染的主要原因。
过度开采地下水，引起地下水位下降，沿海地区海水倒灌；农业生产中大量使用化肥、农药以及污水灌溉等，污染物渗入地下水中；受污染的地面水体或废水渠、废水池、废水渗井等连续渗漏。地下水一经污染后，总矿化度、总硬度升高，硝酸盐、氯化物含量升高，有毒物质增加，溶解氧下降，有时还会出现病原体。
地下水污染不易被发现，难以治理和恢复，影响供水水质，加剧水资源短缺，应限制开发，合理使用，从而保护地下水资源。
2.3 地下水污染的来源。
向水体排放或释放污染物的来源和场所都称为水体污染源，这是造成水体污染的罪魁祸首。各种水体及其循环过程中涉及到许多类型复杂的污染源，从不同的角度可将水体污染分为多种不同的类型，就地下水污染而言，其根源有以下几种：
（1）沿海地区海水入侵和倒灌。
（2）工业“三废”。
（3）农业污染。
（4）城市生活污染。
3 地下水的主要修复技术
3.1 渗透性反应墙（PRB）。
PRB是一种原位被动修复技术，由透水的反应介质组成，一般安装于地下水污染羽状体的下游，通常与地下水水流相垂直，并且它也可以作为污染地下水的地面处理设施。当地下水在自身水力梯度作用下通过活性渗滤墙时，污染物与墙体材料发生各种反应而被去除，从而达到地下水修复的目的 [2] 。
3.1.1 PRB概念与结构。
（1）概念。
美国环保署定义：PRB是一种为达到一定环境污染治理目标而将特定反应介质安装在地面以下的污染处理系统，它能够阻断污染带、将其中的污染物转化为环境可接受的形式，但不破坏地下水流动性 [3] 。
（2）结构。PRB有两种基本结构：①隔水漏斗导水门式结构。此种结构适用于埋藏浅的大型的地下水污染羽状体，地下水通过比较小的渗透反应门，优点是反应介质的装填量减少，缺点是干扰了天然地下水的流场；②连续墙式的结构。用于地下水污染的羽状体较小时，墙体垂直于污染羽状体的迁移途径，横切整个羽状体的宽度和深度，优点是对天然地下水流场干扰小，易于设计 [4] 。
3.1.2 PRB反应机理。
（1）无机离子去除机理。
含高价重金属的无机离子，是地下水中的重要污染物之一，其中工业废物、尾矿和核废料污染的地下水中浓度很高。金属铁与无机离子发生氧化还原反应，将重金属以不溶性化合物或单质的形式从水溶液中析出。 [5] 研究表明，PRB能够将无处处理厂排出的含硝氮90mg/L的水迅速降解到饮用水标准10mg/L以下 [6] 。
（2）脱卤反应去除卤代有机物机理。
在脱卤降解反应中，金属铁提供电子，发生氧化反应，而有机污染物为电子受体。Fe0修复有机污染物的地下水，主要是对氯代烃类进行还原脱氯。例如PCE（C 2Cl 4）的脱氯过程有两条路径：
一是C 2Cl 4C 2HCl 3C 2H 2Cl 2C 2H 4C 2H 6
二是C 2C 14 C 2HCl 3C 2H 2C 2H 4C 2H 6
路径为连续的氢解作用，其中间产物C 2H 2Cl 2的降解速度比C 2HCl 3慢，而第二条路径的中间产物C 2HCl能很快地还原为C 2H 2。因此，第二条路径的还原速度较快于第一条 [7] 。
（3）微生物修复机理。
微生物的活动可影响氮、硫、铁、锰等元素的循环。微生物可直接用于硝酸盐、硫酸盐的去除以及通过形成硫化物来沉淀金属离子。
（4）催化降解反应机理。
采用比铁活性大的金属作为墙体材料，比铁具有更强的还原性，容易提供电子，铝硅酸盐可以作为缓冲溶液使pH值能保持在较低值（7～8），使金属铁更易被氧化 [8] 。试验证明，金属铁中加入铝硅酸盐时，Cr 6+ 的半衰期比铁和石英砂混合物作为反应材料减少一个数量级，比单纯铁作反应材料减少两个数量级。
3.1.3 PRB的应用案例。
在北美和欧洲等国，已进行了大量该方法的工程研究和商业应用，目前全世界有200多座PRB，其中Fe0-PRB120多座，取得了良好的治理效果。部分应用见表1。
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厌氧生物反应墙修复某地挥发性有机氯化物的深度污染案例：
在一家化学清洗厂旧址，四氯乙烯的肆意排放造成了当地土壤严重污染。这家化学清洗厂曾在此地连续开办了75年，污染范围将近75000m2，深度在地下50m。
2001年，有关方面对表层污染源进行了挖掘，随后采用原位生物降解的方式对被污染的土壤进行修复，采取这种方式的原因是此处的污染物正在发生自燃降解。他们在自燃降解的基础上采取了注入含碳物质的办法，对四氯乙烯和三氯乙烯等污染物进行厌氧还原脱氯。这是一种临时性的土壤修复措施，持续了一年左右的时间，大大缓解了当地严重的土壤污染。大约一年后，这一临时性土壤修复措施停止执行。这时，对地下水中的挥发性有机氯化物进行降解的条件已经具备。他们利用前段时间积累的经验，在此地建起了大规模的还原脱氯设施，这套设施包括若干厌氧性生物反应墙，从三个地点对这片污染区域进行“围堵”。建立这些生物反应器的目的不仅仅是控制污染，而是对被污染的土壤和地下水进行修复，以便彻底消除这一地区的污染。由于此地属于高度城市化地带，这些生物反应墙都建在街道附近，这样便于向栅内注入反应物。作为反应物的含碳物质须定期注入栅内，三年一般应注入10～15次。
此外，临时性修复措施的实施提高了地下水中产甲烷菌的含量，为挥发性有机氯化物的降解提供了良好的条件。修复前污染源下游一带每升地下水中含有数万微克的四氯乙烯和三氯乙烯，而现在这些物质的含量仅为10μg或者更低；顺式1，2-二氯乙烯和氯乙烯的含量曾一度有所上升，随后又下降到每升几十微克，最后分解为乙烯、乙烷等对环境无害的物质。
污染区的中心位于生物反应墙附近（75m左右），目前这里仍能监测到顺式1，2-二氯乙烯和氯乙烯等污染物的存在，但乙烯和乙烷的稳定增长以及监测管中大量产甲烷菌的存在表明这一带微生物活动活跃，污染物正在进行彻底地还原脱氯过程。上述情形证明，生物反应墙的下游确实是化学反应十分强烈的区域。监测管显示，某些位置的顺式1，2-二氯乙烯和氯乙烯含量有所上升；发生这一现象的原因是由于微生物活动导致的吸附反应增强。目前他们在污染修复方面已经实现了每1.5～2年降低污染物60%的目标。
3.1.4 PRB存在的问题。
（1）去除污染物的机理方面尚存在一些未能明晰的方面。
（2）在PRB实际应用中将会出现沉淀产生介质的阻塞、反应材料失活或者双金属系统可能引起地下水二次污染等不良影响。
（3）因为受到地下水流和开沟槽的深度限制，目前该技术多用于有地下水流的饱和污染层的修复。
（4）需要进一步研究可同时去除多种并存污染组分的技术。
3.2 原位曝气修复技术（AS）。
原位曝气修复技术最大程度减少了对土壤介质和周围环境的扰动，主要用于处理可挥发性有机物（VOCs）造成的地下水污染。一般与土壤气相抽提技术（SVE）联合使用 [9] 。不会造成环境的二次污染，与其他修复技术相比具有经济、高效的显著优势 [10] 。该技术被认为是去除地下水挥发性有机物的最有效方法。C.D.Johnston等 [11] 将原位曝气法和土壤蒸气抽提法相结合，去除砂质地下含水层中的石油烃，结果表明与单独使用土壤蒸气抽提法比较，28天后石油烃去除量提高1.9倍，同时原位曝气还为地下水中残留的NAPL（非水相液体）的去除创造了更有利条件。曝入的空气能为地下水中的好氧微生物提供足够氧气，促进土著微生物的降解作用 [12] 。该技术在可接受的成本范围内，能够处理较多的受污染地下水，系统容易安装和转移，容易与其他技术组合使用。但是对既不容易挥发又不易生物降解的污染物处理效果不佳，并且对土壤和地质结构的要求比较高 [13] 。
3.3 原位生物修复方法。
原位生物修复是利用生物的代谢活动减少现场环境中有毒有害化合物的工程技术系统 [14] 。用于原位生物修复的微生物一般有三类：土著微生物、外来微生物和基因工程菌 [15] 。目前地下水有机物原位生物修复方法主要包括生物注射法、有机粘土法、抽提地下水系统和回注系统相组合法等 [16] 。
原位生物修复技术有其独特的优势，表现在：①现场进行，从而减少运输费用和人类直接接触污染物的机会；②以原位方式进行，可使对污染位点的干扰或破坏达到最小；③使有机物分解为二氧化碳和水，可永久地消除污染物和长期的隐患，无二次污染，不会使污染物转移；④可与其他处理技术结合使用，处理复合污染；⑤降解过程迅速、费用低，费用仅为传统物理、化学修复法的30%～50% [17] 。
目前有人将原位生物修复和旋转电动力学——太阳能技术相结合，形成新型的修复技术。电动力学技术是将电极插入受污染的地下水区域，在施加低压直流电后，形成直流电场。由于土坡颗粒表面具有双电层，孔隙水中粒子或顺粒带有电荷，引起水中的离子和顺粒物质沿电场方向进行定向运动。
4 展望
随着地下水污染修复技术研究的深入开展以及各修复技术的逐渐成熟，各种修复技术将会更广泛地应用于现场地下水污染修复工作中。针对我国地下水以石油烃类、TCE、氯苯、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮和重金属的污染最为严重的实际情况，PRB技术是一个较好的选择。
未来利用基因工程技术培养纯化特效降解菌，从而提高修复效率以及如何解决反应墙生物淤堵问题以延长反应墙体的使用寿命等，都将成为重要的研究方向 [18] 。
参考文献
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原位生态修复技术范文4
【关键词】生态修复技术 技术比较 技术展望
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1.引言
作为城市系统中自然地理因素之一的城区河道，它具有供应水源、提供绿地、保护环境和开展旅游等一系列的生态功能，对城市生态建设具有十分重要的意义，可为城市的生活和生产就近提供水源，减弱城市热岛效应和洪涝灾害，为城市绿地建设提供基地，丰富城市景观多样性和城市物种多样性，为市民创造文体娱乐与亲近自然的空间。河流独特的形象功能具有不可估量的社会经济意义，世界上有许多著名城市中河流及两岸景观，已成为该城市的标志，如巴黎的塞纳河，伦敦的泰晤士河等。城市河流作为城市生态系统的重要因素，越来越为城市建设者所关注，其生态功能的应用，也逐渐被引人到生态城市的建设中。
2.城市河道底泥处理技术比较
城市河流水体底泥污染已经成为世界范围内的一个环境问题。污染物主要是通过大气沉降、废水排放以及雨水淋溶和冲刷进人水体，最后沉积到底泥中并逐渐富集，使底泥受到严重污染。
底泥的污染归根结底是对水体的污染和底栖生物的危害。如果能消除其对水体和底栖生物的作用，则就能有效降低污染底泥的环境影响。因而，底泥污染的控制既可采用固定的方法阻止污染物在生态系统中的迁移，也可采用各种处理方法降低或消除污染物的毒性，以减小其危害。由于有些城区河道底泥淤积严重，开展底泥修复工作是提高河道排洪能力和促进河水水质改善的必要措施。底泥修复技术主要有两种，即物理修复和生物一生态修复。
2.1物理修复
物理修复是借助工程技术措施，消除底泥污染的一种方法，主要有疏浚、引水、填沙掩蔽等措施。其中疏浚是最常见的方法。物理修复最大的优点是见效快。当底泥中污染物的浓度高出本底值2一3倍时，即认为对人类及水生生态系统有潜在危害，则要考虑进行疏浚。
目前国内最常用的疏浚清淤机型式主要有抓斗式、链斗式、反铲式、耙吸式和绞吸式等。但是这些机型基本上都是庞然大物，适合大型水体，而城区河道一般宽度不是很大，而且桥梁较多，净高净宽都小，而且难以抛锚，所以这些庞然大物并不适合城区河道进行疏浚作业。
通过相关研究和技术应用来看，物理疏浚技术在一定程度上取得了效果较为明显，但是从总体来说还是存在以下几个问题:
(1)成本比较高。疏浚的成本受到许多因素影响，其中主要包括设备类型、项目大小、堆放场、底泥密度、输送距离、底泥的综合利用等。也有人作过相应的预算，机械清淤lhm2时底泥约需9.9一24.7万美元。
(2)疏浚过深将会破坏原有的生态系统。底泥疏浚可能会去除底栖生物，破坏鱼类的食物链。如果底泥被完全疏挖，可能需要2一3年的时间才能重新建立底栖生物群落。如果底泥疏挖不彻底，底栖生物群落的恢复相对比较快。因此采取疏浚方法时，必须加强实验研究和科学决策，慎重考虑投入效益比。
(3)城市河道清淤疏浚工作不同于湖泊，湖泊水面开阔，方便疏浚船进行水上作业。而城区河道断面一般较小，且河道中长年有水流动，这给疏浚作业带来了困难。特别是有些需要清淤的河道靠近闹市区，疏浚工作必须安排在夜间进行，这也会给施工带来一定的不便。
(4)疏浚底泥的处理是环境保护的选择。疏浚底泥以其量大、污染物成分复杂、含水率高而使其处理困难。目前国内多采用农田施用和填埋处理，污泥的利用价值低，处理不彻底，又极易造成二次污染。
2.2生物一生态修复
城市河道接纳的主要污染物是生活污染源，所以底泥中有机物含量高，可生化性强，而且城区河道水条件稳定，适合采用生物一生态修复技术。底泥的生物一生态修复技术，是指利用培育的植物或培养、接种的微生物的生命活动，对底泥中的污染物进行转移、转化及降解，从而达到底泥修复的目的。近年来生物一生态修复技术已经得到各国广泛的重视。
城市河道底泥的生物一生态修复技术包括原位修复技术和异位修复技术。原位修复技术就是指底泥不疏浚直接采用生物一生态技术对实进行修复。异位修复是指对疏浚后的底泥进行进一步的生物一生态修复。
2.2.1原位修复技术对有机污染的底泥，最实用的办法就是不疏浚，而是采用生物一生态修复技术在原地直接吸收、降解污染物。这样不但可以节省大量疏浚费用，而且还能减少疏浚带来的环境影响。
自然的河道中有大量的植物和微生物，它们都有降解污染有机物的作用。植物还可以向水里补充氧气，有利于防止污染。河道生物一生态修复包括微生物修复和水生生物修复两大部分，两者弃一不可，只有互相配合，才能获取总体治理效果。有研究表明，运用水生植物和微生物共同组成的生态系统能有效地去除多环芳烃的污染，高等水生植物可提供微生物生长的所需碳源和能源，根系周围好氧菌数量多，使得水溶性差的芳香烃，如菲、蕙以及三氯乙烯在根系旁能被迅速降解。根周围渗出液的存在，能提供降解微生物的活性。种植的水生植物的根茎能控制底泥中营养物的释放，而在生长后期又能较方便的去除，带走部分营养物。城区河道由于其特殊的地理位置，采用生物一生态修复技术时所选用的植物不但要满足净化水体的要求，而且还应该满足美化环境的要求。
使用生物一生态修复技术，可以使河道整治由环境水利向生态水利转化。但该修复技术在应用中也暴露出以下主要缺点:
(1)在城市河道底泥修复过程中，生物—生态修复速度是十分缓慢的，相对于河道底泥疏浚，底泥修复其实是一个十分缓慢的过程。而且生物一生态修复过程中的水生植物的生长是与季节有关，微生物的生长活性与温度、pH、溶解氧等诸多因素有关。
(2)河流水质变化是随机性，因为河流水质一般与进人河流的污染源排放特性相关，与河流周围居民的生活特性和工厂生产周期相关。所以河道接纳的污染物的不确定性对所选取修复的生物种类提出了很高的要求。
(3)在以水生植物修复时，必须及时将其清除，从而避免植物在枯萎后产生腐败分解，重新污染水体。
2.2.2异位修复
异位修复技术是与底泥疏浚同时进行使用的。此技术融合了疏浚和生物一生态修复技术的优点于一身，在今后一段时间内就有着很好的应用前景。疏浚底泥在很多时候是一种必需的选择，但疏浚后的底泥处理则是一个环境保护的难题。目前国内多采用农田施用和填埋处理，污泥的利用价值低，处理不彻底，又极易造成二次污染。因此，建议采用生物处理方法加强对疏浚底泥的处理力度，利用人工反应器对疏浚污泥进行处理，先使其达到无害化，然后用作它用。比如用作建筑材料或路基材料，以代替粘土。底泥具有颗粒细、可塑性高、结合力强、收缩率大等特点，所生产的砖瓦质量高，而且不损坏耕地。这样一方面可节省粘土的用量，减少对土地资源的破坏，另一方面又充分利用了污泥，减少了处置费用，节约用地，一举多得。而且建筑材料需求量大，完全有可能大量接纳疏浚污泥，使疏浚污泥变废为宝。
3.结语
相对于我国来说，各种水体都受到了不同程度的污染，其中，城市河道的污染最为严重，如果采用国外投入大量资金用于疏浚和污泥处理来达到修复底泥的目的，这是不现实。综合考虑经费投入和处理效果，大力发展生物一生态修复技术，如高等植物对底泥中重金属的累积，特异微生物对有机物的分解等，在我国是一条切实可行的途径。我国河流污染大都较为严重，单纯使用物理修复疏浚所需经费太大，而单纯使用生物处理又难以达到理想的效果，今后在城区的河道修复中应以发展疏浚和生物处理相结合的方法为主，实现底泥的资源再优化。
参考文献
1李正最.吴雅琴.河流与城市生态系统〔J〕.水电站设计，2001.17(4).18一20
原位生态修复技术范文5
关键词：富营养化；生物修复；生态浮床；微生物强化技术
中图分类号：X52；X172文献标识码：A文章编号：0439－8114（2012）04－0660-04
近年来，我国农业、工业和城镇化建设加快，大量含有氮、磷元素营养物质的工业、生活和农业废水以点源和面源形式不断排入河流、湖泊中，使水体中藻类大量繁殖，形成恶性循环，加剧了水质下降及富营养化进程，水体中化学耗氧量（CODcr）、总氮、总磷、氨氮等主要富营养化污染指标普遍劣于相应标准1～2类［1，2］。
水体富营养化后，首先危害水产养殖业，水体透明度降低，藻类大量繁殖，水中溶解氧降低，导致鱼、虾、贝类大量死亡；再者，水体生态系统严重退化产生的过量亚硝酸盐和硝酸盐、藻类致病毒素对人体健康产生很大的威胁，水体散发的腥臭味更影响到周边水环境和人文景观［3，4］。所以解决城市水体富营养化现象，恢复河流湖泊的生态和社会功能问题，日益成为城市可持续发展的关键乃至限制性因素。
1水体富营养化控制的方法
消除富营养化的关键在于削减水体中氮、磷的负荷，从而消除水体藻类疯长的基础，达到降低水体中藻类生物量、提高水体透明度的目的，实践中采用多种方法进行综合防治。
1．1外源性营养物质控制
通过减少或者截断外部输入的营养物质，使水体失去营养物质富集的可能性。实践证明，对工业废水、农业生产及生活污水的有效控制是控制水体富营养化的关键措施之一［4］。
1．2内源性营养物质控制
外源性营养物质减少后，对内源性营养物质的控制是消除富营养化、恢复生态系统的关键［5，6］。目前常用的方法有工程性措施、物理化学措施、生物措施等。
工程性措施如底泥疏浚、引水置换和底泥覆盖等，存在的主要问题是工程量巨大，成本高，因此一般仅适用于小型水体［7］。
物理化学措施如利用湖底深层曝气、絮凝沉淀、化学药剂杀藻等达到减氮除磷杀藻的目的，主要的问题是短期内使用易造成二次污染，生态系统不能有效恢复。
相对于传统的工程、物理化学处理方法，生物措施则成本低廉、综合效益高、不易造成二次污染，在消除富营养化及生态修复方面优势明显，越来越受到人们的重视，主要是利用水生生物通过代谢活动去除水体营养物质、抑制藻类生长，研究应用集中在水生植物修复技术［8，9］、微生物强化技术［10］等方面。
水生植物修复技术机理是植物和根区微生物共存，产生协同效应，经过植物吸收、微生物转化、物理吸附和沉降作用，一方面对营养元素的吸收净化可有效削减营养物质负荷，另一方面对浮游植物产生竞争抑制，同时沉水植物能够促使悬浮或溶解在湖水中的污染物向底泥转移，澄清和净化水质，在生态系统恢复中起到了关键作用［11］。其中，人工湿地处理技术和生态浮床技术（也称人工浮岛、生物浮岛）在工程实践中应用广泛。人工湿地利用基质－微生物－植物这个复合的生态系统，实现对废水中有害物质的去除［12］，国内学者开展了潜流人工湿地系统净化，总氮、总磷去除等方面的研究［13，14］。而生态浮床技术利用植物在生长过程中对水体中氮、磷等元素的吸收及植物根系微生物和浮床基质对水体中悬浮物的吸附，富集水体中的有害物质，国内外在浮床植物的筛选、浮床的机理、浮床材料应用等方面开展了大量研究。
微生物强化技术主要利用微生物作为生态系统中的分解者，通过氨化、硝化、反硝化作用将氮转化成气体，加快水体中氮的循环；参与有机磷的分解作用，促进水生植物的吸收利用，使磷元素从水体中去除。国内学者在脱氮菌、去磷菌、复合光合细菌、有效微生物群（EM）、溶藻菌以及固定化微生物技术、微生物制剂等的应用上做了许多研究。
2生态浮床研究动态
生态浮床是近年来一种新型的水体生物修复方法之一，特点是不需要搬运或输送污染水体（包括底泥和岸边受污染的土壤），直接利用水生植物、微生物对水体中氮、磷元素进行有效吸附、转化和降解，在受污染区域进行原位处理，最具经济和技术合理性，所以运用的也最为广泛。
2．1浮床植物的筛选
目前已用于或可用于人工生态浮床净化水体的植物主要有：美人蕉、芦苇、荻、多花黑麦草、稗草、水稻、香根草、牛筋草、香蒲、葛蒲、石菖蒲、水浮莲、凤眼莲、水芹菜、水蕹菜、芝麻花、灯心草等［15－22］。在提高浮床植物应用效果的研究上，郭沛涌等［23，24］对冬春季不同植物盖度的浮床研究发现，在黑麦草覆盖率为30％时，系统对NH3－N、TN和TP的去除率都达到最高。周晓红等［25］通过水培试验发现，重度刈割有利于黑麦草生物量的累积，且能有效提高系统对TN、TP等的去除能力。
2．2浮床的机理
林东教等［26］研究发现，浮床净化是一个漂浮植物、微生物、水体及植物根区生理生态特性相互作用的结果；周小平等［27］的研究表明，植物组织累积的N、P量分别占各自系统去除量的40．32％、63．87％，其吸收同化作用是其去除的主要途径；浮床在一定程度上调控了受污染河道中浮游藻类群落种群结构和生物量，明显改变不同水层中的细菌和真菌的数量，提高了水体的自净功能［28，29］。
2．3浮床材料
浮床材料的应用大致经历了几个阶段的发展：第一阶段，是植物水上种植的一种方式，材料以泡沫塑料板、竹排、椰壳、渔用网片、玻璃钢等为材料，无论材料和水生植物都易造成二次污染；第二阶段，重视了成本和材料两个方面，但在耐腐蚀、牢固性及氧的传输功能等方面严重不足；现阶段，浮床制作大多有气体交换区，提高了水体的表面复氧作用，通过水生动物、根际微生物等来提高植物的水质净化能力。
2．4生态浮床应用
国外生态浮床在城市暴雨污水、生活污水、工农业废水的净化上都有应用。我国生态浮床方面的研究从20世纪90年代初逐渐增多，在工农业废水以及河道、湖泊污水治理中都有应用，如应用于北京永定河引渠罗道庄河道、杭州南应加河道、上海华漕杨树湾河道、无锡五里湖工程、上海七宝宝华小区河道、上海青浦区府前河道、巢湖湖水、合肥环城河水、苏州重污染河道、太湖五里湖示范区等，均取得了良好效果［30－33］。
3微生物强化修复污染水体研究进展
3．1微生物修复污染水体
微生物作为生态系统中的分解者，对污染物的去除和养分的循环起着不可忽视的作用，已有的研究表明，通过对氮的氨化、硝化、反硝化作用，脱氮菌（主要包括硝化菌和反硝化菌）驱动着水体中氮的生物地球化学循环，其中硝化作用是指氨经过硝化细菌氧化为亚硝酸和硝酸的过程，是脱氮中的关键环节，但自然界中的硝化细菌是一类好氧化能自养的细菌，特点是自养、好氧和生长速度慢，在高有机物浓度条件下很难形成优势菌种，严重影响其硝化能力，因此高效异养硝化菌、好氧反硝化菌、高效氨氮降解菌等新型脱氮菌群成为最新研究的热点［34，35］。
磷元素对水体环境富营养化程度改善和恶化的影响往往比氮元素更大，微生物参与着有机磷的分解作用，可以促进水生植物的吸收利用，已有研究主要通过植物过滤、吸附、共沉和各种絮凝微生物絮凝沉淀作用，去除效率低下，有研究利用反硝化聚磷菌在好氧条件下摄取磷合成聚磷酸盐而储存于细胞内来达到除磷目的，解决传统利用物理絮凝作用去除磷效率低下的问题［36］。
光合细菌、复合光合细菌可去除富营养化水体的有机质和氨氮［37］；有效微生物群（EM）由筛选出的优势乳酸菌、酵母菌、放线菌及光合细菌等功能性菌株组成，具有广泛的应用价值，研究表明可显著抑制“水华”藻类生长，去除水体富营养化［38］，采用溶藻菌控制蓝藻［39］。
3．2固定化微生物技术
固定化微生物技术是用化学或物理手段将游离微生物定位于限定的空间区域内，并使其保持活性、反复利用的方法，能够提高微生物密度、稳定性、耐毒害和抗冲击能力等，被广泛应用。
在氮循环菌中，硝化菌为自养细菌，其生长缓慢，易受外界环境影响，对低温异常敏感，固定化硝化菌能够提高硝化菌群浓度，增加硝化菌对温度的抵抗力和有毒物质的耐受性，取得较好的硝化效果［40］。如张爽等［41］采用聚乙烯醇－硼酸包埋法固定经常温富集培养的含耐冷菌的硝化污泥，处理常温和低温生活污水，10 ℃以下氨氮去除率可稳定在80.00％左右。应用固定化氮循环细菌技术（NICB）对富营养化水体原位修复，并在镇江金山湖进行湖泊水体氮污染净化实践，结果表明，总氮和氨氮去除效果明显［42，43］。常会庆等［44］用伊乐藻和固定化细菌共同作用研究表明，对水体中的几种形式的氮素都有不同程度的降低作用。蔡昌凤等［45］在传统的PVA固定化方法中加入麦秸粉末，混合固定硝化细菌和反硝化细菌，对厌氧酸化后的焦化废水进行脱氮，经过12 h的曝气处理后，氨氮浓度去除率高达94．30％，COD去除率为63．15％。
固定化技术除磷研究主要是利用固定化聚磷菌除磷，采用固定化技术，可以提供厌氧和好氧交替的环境，使聚磷菌成为优势菌群，达到除磷的目的［46］。
3．3微生物制剂修复富营养化
近些年兴起的微生物制剂作为以改善环境状况和强化处理系统稳定、高效为目标，通过菌群构建等科学方法得到的具有特殊功能的生物制品［47］，在水体修复领域已得到广泛应用。如美国Alken－Murry公司开发的系列微生物制剂Clear－Flo，除了用于修复污染河流外，也用于修复富营养化的湖泊，在国内也有应用［48］。美国生态实验室研发的液可清是一种由32种专性活菌构成的混合微生物制剂，已获得美国环保局、卫生部和农业部的认证，在我国云南昆明城市西南部西坝河进行的水体修复中有应用，3周后，修复河段内的BOD5、总氮、总磷和浊度分别有不同程度的下降［49］。
在富营养化水体的生物修复中，以植物－微生物为基础的原位生物修复体系不但可以降低水体中的营养盐水平；而且还可同步实现生态系统结构的改善与经济效益的获得，被越来越多地应用于实践中。
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原位生态修复技术范文6
关键词大型水生植物；水污染治理；降解
中图分类号X52文献标识码A文章编号 1007-5739（2013）12-0194-01
大型水生植物指在江河湖泊中常见的各种高等植物群体，常被应用于湿地和水塘中的污水处理。大型水生植物的自身代谢既能降解一些污染物，还能促进微生物的降解，这些生态功能使得它们在水污染治理中具有重要地位[1]。大量的试验和研究证明，以大型水生植物为主的水污染处理系统耗能低、投资小，是一项价值很高的绿色技术，也已成为环境领域的一项新研究热点。
大型水生植物在水污染治理中可以发挥多种作用：一是通过自身的生长代谢可以大量吸收氮、磷等水体中的营养物质，有些种类还可以富集不同类型的重金属或吸收降解某些有机污染物；二是通过促进微生物的生长代谢，可以使水中大部分生物可降解有机物（BOD）降解；三是可以通过抑制低等藻类的生长，控制富营养化的表现形式等。根据不同的生活型特点，利用大型水生植物进行污水处理和水体修复的方式也多种多样，主要包括：以漂浮植物为主的塘系统和以挺水植物为主的人工湿地系统等[2]。该文从生态功能发挥的角度探讨了植物降解污染物的机理，并对以大型水生植物为核心的各种污水处理系统的研究进展与现状进行了阐述，对大型水生植物在水污染处理中的应用做出了具体分析。
1大型水生植物系统的运行方式
水生植物在水污染治理中的方式，按照其植物生活型不同可以分为3类：沉水植物系统、挺水植物系统和漂浮植物系统。而整个污水处理系统的核心正是这些水生植物，植物的光合作用将太阳能转化为系统可以利用的能量；并且这些植物还能在水中创造良好的环境，供其他的动植物生存，这些大型水生植物和这些动植物一起作用，将植物中的污染物进行降解，所以称这种处理系统为人工生态处理系统或者自然处理系统。生态处理系统具有耗能低、成本小并且绿色无副作用的特点，比传统的微生物处理系统更具优势。同时大型水生植物水污染处理系统也具有占地面积大、处理周期长以及容易受到气候影响的缺点[3]。3种处理系统可以单独使用，也可以随意组合形成更有效的处理方式，还可以和其他处理系统联合形成水污染处理系统。这种组合或联合的方式是以水生植物为结合点，协调其他系统的辅助功能和污水处理功能，以更好地发挥系统功能。
2污染物的去除机制
2.1植物吸收
水生植物在水污染中处理的污染物主要有2类：第1类是一些危害水生植物生长的有机物和重金属。第2类是氮、磷等对植物有益的营养物质。第1类污染物被植物直接吸收后即而被植物降解，脱毒后则储存在植物体内。第2类污染物被植物直接吸收，并形成植物自身的结构。氮磷是蛋白质和核酸的组成元素，而大型水生植物能够直接吸收底泥和水层中的氮磷，因此可以将其转化为自身的结构。植物的生长速度、水体环境的营养物水平是水生植物同化氮磷速度的直接影响因素，在营养丰富的环境中，水生植物会通过营养增殖来积累大量的氮磷物质，这些对植物的生长非常重要，因此大型水生植物吸收氮磷的效果非常好。相比于普通的藻类植物，大型水生植物的生命周期长，而体内吸收的氮磷直到死亡才会被释放，因此，大型水生植物储存氮磷的能力要强于藻类植物。在污染水源中若检测到氮磷的含量较高，则可以通过大型水生植物来很好地降解吸收氮磷，例如漂浮类植物浮萍和凤眼莲，因其生长速度快而被广泛应用。
2.2微生物降解
微生物降解在大型水生植物水污染处理系统中具有重要意义，微生物降解对污染物的降解对系统的污水处理起着重要的作用。微生物的自身代谢活动可以降解污水中的一些有机物；而除了大型水生植物对氮的吸收，微生物的硝化作用和反硝化作用对氮的吸收也占据主要作用。微生物代谢所需要的微环境主要是系统中水生植物的根部区域，这是因为水生植物会利用体内的发达的呼吸系统来给水下的根部提供充足的氧气，根部呼吸所消耗的多余氧气就在根部周围区域形成了有氧环境。微生物在此区域进行代谢活动也就有更好的降解作用。对于好氧微生物，一方面植物根系会分解一些有机物来促进微生物的代谢，另一方面也会吸引很多微生物在植物根系上附着。对于厌氧微生物，一般会选择在植物根系以外的区域，通过硝化作用和反硝化作用进行降解。由此可见，微生物对污染物的降解作用非常重要，但是很大程度上也离不开大型水生植物的作用，它们之间有着直接的联系。
2.3物理化学作用
物理和化学作用在水污染处理中也具有一定作用，通过吸附、挥发和沉降等物理作用，去除水中的一些污染物。水污染处理系统中，植物的作用远远大于物理化学作用，这在以前的研究中较少关注。在今后的水污染处理研究中，应该加强大型水生植物的研究，这不仅是由于水生植物的自（下转第198页）
（上接第194页）
身降污功能，也由于植物对微生物降解的作用，二者都将大大提高水污染治理的效率。
底泥生物修复可分为原位生物修复、异位生物修复以及联合生物修复。原位生物修复（in-site remediation），指在基本不破坏水体底泥自然环境条件下，对受污染的环境对象不做搬运或运输，而在原场所进行修复。原位生物修复又分为原位工程修复和原位自然修复。在原位工程修复中经常加入微生物生长所需营养来提高生物活性或添加实验室培养的具有特殊亲合性的微生物来加快环境修复。
3水污染处理系统中植物种类选择与搭配
植物种类的选择主要根据水污染处理系统中植物所发挥的作用来决定。对于需要大量吸收氮磷、BOD和重金属的系统，应该选择生长速度快、富集吸收能力好的植物种类；对于需要大量吸收BOD和N的系统，应该选择根系庞大和传氧能力强的植物，这样可以为微生物的降解提供足够的附着空间；对于水中污染物种类多且都需要去除的系统，应该选择生态功能多样的植物种类，也可以选择用不同的植物相互搭配来处理，才能有效发挥水污染处理作用。此外，水污染处理系统中植物的选择还应该考虑植物对气候的适应、对病虫害的抵抗能力、植物的抗逆性和植物管理的难易程度。通过试验，研究人员发现凤眼莲、芦苇等植物能在各种水污染系统中发挥高效作用，因而被广泛应用于人工湿地和氧化塘等环境中。目前，对植物根部区域微生物降解的作用研究较多，缺少对植物自身作用来处理污水的研究和应用，主要表现在研究者对植物在吸收污染物后对生物量的资源化利用以及自身生长规律2个方面没有深入的研究。
4结语
总之，大型水生植物在水污染处理中，利用的是植物光合作用吸收的太阳能，既能较好地处理水污染，而且没有有毒副作用，不需要任何化学品，还能够固定能源和回收有用资源。而其他的污水处理系统，不仅前期需要大量的投资费用，而且运行过程中产生大量耗能费用，经济损失较大。因此，以大型水生植物为主的水污染处理系统，是一项绿色技术，在今后的研究和推广中，将具有更加广阔的前景[4]。
5参考文献
[1] 郭慧，吴小松.富营养化水体生物净化中水生维管束植物的应用[J].科技风，2010（22）：220.
[2] 张广柱，刘均洪，刘婵婵.利用水生大型植物改善水质研究进展[J].天津化工，2009，23（2）：18-21.
