陳 亮

中電建水環(huán)境治理技術(shù)有限公司，廣東深圳 518000

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來一系列環(huán)境問題，尤其是城市水環(huán)境問題。近年來，城市工業(yè)發(fā)展迅速，人口分布越來越密集，人們生產(chǎn)生活對(duì)城市水環(huán)境造成很大破壞，嚴(yán)重降低了城市水域的自凈能力。水環(huán)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(zhì)。城市水環(huán)境是一項(xiàng)綜合性概念，涉及到生物生存所需要的水環(huán)境、水資源、水質(zhì)等多方面內(nèi)容，因此修復(fù)工作也并非簡單污染治理，而要在可持續(xù)發(fā)展理念指導(dǎo)下，充分運(yùn)用生物修復(fù)技術(shù)，有效恢復(fù)城市水環(huán)境原有功能，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益與社會(huì)效益的共同提升。文章主要探討城市水環(huán)境治理中生物修復(fù)技術(shù)。

1 生物修復(fù)技術(shù)的作用機(jī)理

1.1 微生物修復(fù)

廢污水中包含各種重金屬、有機(jī)汞、氰化物、有機(jī)磷、有機(jī)酸、蛋白質(zhì)、醛醇以及酚類物質(zhì)等，成分比較復(fù)雜。運(yùn)用生物修復(fù)技術(shù)除去廢污水中有機(jī)物，主要是通過微生物新陳代謝實(shí)現(xiàn)。廢污水中有機(jī)物被微生物群體細(xì)胞壁吸收、消化，在此過程中會(huì)有代謝物質(zhì)產(chǎn)生，為其他微生物提供養(yǎng)料，如此循環(huán)往復(fù)，直到完全分解廢污水中的有機(jī)物。

1.2 植物修復(fù)

對(duì)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(qiáng)、污染物吸收能力強(qiáng)的植物種植在污染水體中，能夠?qū)ξ廴疚镞M(jìn)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(dá)到修復(fù)水體的目的。植物對(duì)水中污染物能起到直接吸收作用，再經(jīng)過轉(zhuǎn)化、輸送等環(huán)節(jié)，水體中污染物會(huì)以非植物性毒素方式積累下來。不僅如此，植物能夠?qū)I養(yǎng)物質(zhì)、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(shí)植物吸收并向根部傳遞氧氣，對(duì)根系周圍微生物的生長起到刺激作用，實(shí)現(xiàn)水體生化活性改變，提高城市水環(huán)境生物修復(fù)能力。研究顯示，植物根系分泌物質(zhì)既能為微生物生長提供營養(yǎng)物質(zhì)，又能通過誘導(dǎo)作用，提高微生物對(duì)有毒物質(zhì)的降解能力。水生植物能夠?qū)⒀鯕?、營養(yǎng)物質(zhì)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(nèi)部的微生物活性、礦化能力均有明顯提升[2]。

1.3 動(dòng)物修復(fù)

在治理和修復(fù)城市污染水體時(shí)，對(duì)水上養(yǎng)殖進(jìn)行科學(xué)合理的規(guī)劃，對(duì)于氮磷污染比較嚴(yán)重的水域，可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)多投放食草魚種，對(duì)過度繁殖的藻類進(jìn)行有效控制，改善區(qū)域水質(zhì)。在動(dòng)物修復(fù)中，魚類是關(guān)鍵參與者之一，以浮游動(dòng)植物為食的魚種包括鳙魚、鰱魚等。同時(shí)，水蚤主要食物包括有機(jī)腐屑、藻類等，能夠?qū)λ性孱愡M(jìn)行消耗，同時(shí)水蚤又可作為其他水生動(dòng)物的食物。底棲動(dòng)物如蚌、螺等能夠消耗藻類，魚蝦則以浮游動(dòng)植物為食，對(duì)浮游植物的生物量進(jìn)行限制，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)水體PH值、含氮量的有效降低。

2 生物修復(fù)技術(shù)在城市水環(huán)境治理中的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 脫氮除磷

要想對(duì)富營養(yǎng)化污水進(jìn)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(yǎng)化的最佳治理方式。目前在河流水質(zhì)改善方面，相關(guān)專家研究了荊三棱、香根草及美人蕉等植物，發(fā)現(xiàn)這些植物能夠降解水中污染物，尤其是荊三棱。數(shù)據(jù)顯示，在水中種植荊三棱，整個(gè)實(shí)驗(yàn)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(huán)境治理工作中，人工濕地污水凈化系統(tǒng)是生物修復(fù)技術(shù)之一。該系統(tǒng)通過對(duì)天然濕地系統(tǒng)的功能、結(jié)構(gòu)進(jìn)行模仿，在此基礎(chǔ)上處理受污染水體。主要構(gòu)成包括人工基質(zhì)、微生物、高等維管植物與微型動(dòng)物等。一旦污染水體進(jìn)入到人工濕地系統(tǒng)，其中的微生物、植物等會(huì)通過一系列物理、化學(xué)、生物反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物的凈化處理?，F(xiàn)階段，人工濕地污水凈化系統(tǒng)主要應(yīng)用于以下方面：城市污水處理、與城市污水性質(zhì)類似的污水處理、經(jīng)過一二級(jí)處理后的污水深度處理。值得注意的是，在應(yīng)用這一技術(shù)時(shí)，植物種類選擇及合理配置、底部防滲措施等是需要重點(diǎn)關(guān)注的。在構(gòu)建人工濕地系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)當(dāng)認(rèn)真研究該水域水力負(fù)荷、污染物負(fù)荷比，對(duì)植物在不同季節(jié)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(tǒng)主要針對(duì)重金屬、有機(jī)物、氮磷等物質(zhì)進(jìn)行凈化處理[3]。

去除污水中氮磷物質(zhì)是人工濕地系統(tǒng)重要功能之一。在處理水體污染物時(shí)，主要是通過植物吸附、吸收與富集等功能實(shí)現(xiàn)的。在某次實(shí)驗(yàn)中，相關(guān)專家對(duì)幾種春季濕地植物的污水處理效果進(jìn)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(jī)污染物

在城市水環(huán)境治理中，生物強(qiáng)化技術(shù)是一種新型高效技術(shù)，作用機(jī)理是將優(yōu)勢高效菌種加入到污水中，提升系統(tǒng)污水處理能力，在污水治理工作中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。專家利用生物強(qiáng)化技術(shù)進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，將高效菌劑加入到活性污泥處理系統(tǒng)中，研究了該系統(tǒng)對(duì)焦化廢水的最佳控制參數(shù)及處理效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：在連續(xù)進(jìn)水情況下，當(dāng)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(shí)，活性污泥處理系統(tǒng)可除去99.94%揮發(fā)酚，處理后水中揮發(fā)酚含量低于0.5mg/L，能夠滿足《鋼鐵工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)一級(jí)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(tǒng)，投入后的系統(tǒng)對(duì)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(tǒng)中，能夠有效處理含油脂廢水，實(shí)現(xiàn)油脂去除率的提升。相關(guān)試驗(yàn)表明，投入X4菌活性污泥處理系統(tǒng)，24h內(nèi)可降解78%油脂。在投菌量為43%條件下，24h內(nèi)可降解97%油脂。現(xiàn)階段，相關(guān)專家對(duì)生物強(qiáng)化技術(shù)研究有了新進(jìn)展，通過對(duì)廢水進(jìn)行篩選、分離，獲取其中降解丙烯腈與總氰，利用特效菌種對(duì)這兩種物質(zhì)降解率分別高達(dá)98.7%和84%。

2.3 去除重金屬污染

第一，對(duì)重金屬污染水體進(jìn)行微生物修復(fù)。通過微生物對(duì)水體中金屬離子、金屬原子形態(tài)進(jìn)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(duì)金屬離子的價(jià)態(tài)進(jìn)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(zhì)。相關(guān)專家對(duì)活性污泥進(jìn)行分離、純化和篩選，獲取的霉菌能夠?qū)λ蠧r（Ⅵ）、Cd（Ⅱ）離子進(jìn)行吸附；通過研究藤黃微球菌、產(chǎn)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(duì)這些金屬離子的吸附量在3min內(nèi)達(dá)到總量的75%，之后吸附速度慢慢減小。

第二，對(duì)重金屬污染水體進(jìn)行植物修復(fù)。該方法是利用植物根系對(duì)水體內(nèi)部重金屬污染物進(jìn)行去除、揮發(fā)或者固定，將水中重金屬污染物毒性降低，實(shí)現(xiàn)治理水環(huán)境、修復(fù)水體的目標(biāo)。調(diào)查研究顯示，水中植物對(duì)污染物具有吸收、過濾、揮發(fā)、穩(wěn)定及降解等多種作用，能夠有效凈化水體環(huán)境。植物修復(fù)技術(shù)屬于一項(xiàng)綠色技術(shù)，既不會(huì)引發(fā)二次污染、對(duì)生態(tài)環(huán)境造成破壞，而且成本低廉，經(jīng)濟(jì)合理。相關(guān)專家研究分析了8種水生植物對(duì)水中重金屬的富集能力，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Cu、Pb、Cd、Zn含量最高的植物為水鱉科。對(duì)于重金屬污染水體中鉛、鎘物質(zhì)，龍須眼子菜具有良好的去除效果；對(duì)于水中鋅、鉛、鎘、銅等物質(zhì)，利用豌豆、向日葵及蓖麻幼苗能夠進(jìn)行處理[4]。

第三，對(duì)重金屬污染水體進(jìn)行動(dòng)物修復(fù)。對(duì)水體中重金屬起到富集作用的水生動(dòng)物包括甲殼類動(dòng)物、貝類以及環(huán)節(jié)動(dòng)物。通過半靜態(tài)雙箱模型進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)牡蠣重金屬富集作用進(jìn)行模擬得知，對(duì)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(jié)語

綜上所述，隨著城市化進(jìn)程的步伐越來越快，城市經(jīng)濟(jì)得到了迅速發(fā)展，與此同時(shí)，城市環(huán)境問題也愈加嚴(yán)重，尤其是水環(huán)境問題。要想實(shí)現(xiàn)城市經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，必須認(rèn)真研究城市水環(huán)境治理工作，加快生物修復(fù)技術(shù)在水體治理中的應(yīng)用和推廣。通過研究國際水環(huán)境治理趨勢得知，目前應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)研究高效生物物種的篩選、分離及培育，對(duì)生物修復(fù)技術(shù)作用機(jī)理進(jìn)行深入研究，從生理學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)以及生態(tài)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域研究這一技術(shù)，使其更好地應(yīng)用于城市水環(huán)境治理與修復(fù)工作中。不僅如此，專家學(xué)者還要加強(qiáng)綜合技術(shù)的研發(fā)，與生物修復(fù)技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來，不斷提高城市水污染治理水平，推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。