公霞

臨沂市生態(tài)環(huán)境監(jiān)控中心，山東臨沂，276000

0 引言

全球覆蓋面積最廣的資源是水資源，水資源也是人類生存的必備資源。我國的水資源是十分豐富，不僅有海域、江水、湖泊，還有冰川融水和地下水。但是目前我國的水環(huán)境卻不容樂觀。在全國的各大流域中，海河流域的污染指數(shù)最高，被鑒定為中度污染。黃河和松花江流域被鑒定為輕度污染[1]。在對污染物的判別和鑒定中，以總磷、高錳酸鹽、氨氮和重金屬為主要的污染物質(zhì)。水環(huán)境被大量污染不利于人類的可持續(xù)發(fā)展，對于水環(huán)境的治理迫在眉睫。本文提出采用生物修復技術(shù)，希望能夠解決水污染問題，還人類良好的水環(huán)境。

1 生物修復技術(shù)的概念

生物修復技術(shù)主要應用于受到有毒有害物質(zhì)污染的生物群體中，通過生物自身的新陳代謝來實現(xiàn)生物污染凈化的一種技術(shù)。目前，我國的生物修復技術(shù)主要包含生物促生技術(shù)、生物通氣技術(shù)、生物強化技術(shù)和生物堆肥技術(shù)。針對我國的水體富營養(yǎng)化和黑水惡臭等水環(huán)境污染治理，常見的生物修復技術(shù)是使用耦合的新陳代謝，并輔助化學物質(zhì)來控制引起水污染的菌落群體和污染物降解，從而達到治理凈化水體的效果。對于水體污染，最容易治理的是水體表層的治理，可以采用人工濾床技術(shù)和生物氧化塘技術(shù)來進行治理。在治理過程中容易受到水體的流動速度和污水的水體表面清晰可見度的影響，需要合理地控制氧氣的排放量，并在污染的水體中加入微生物[2]。這些微生物的生長和繁殖，能夠吸收或分解受污染水體中的污染物質(zhì)。相對于表層的污水治理，受污染水體的底層更難治理。在底層治理中通常會在底泥中加入微生物含量和氧氣來解決底層污染，必要的時候也可以加入一些化學藥物來輔助治理，從而為水體中生物的生長提供良好的環(huán)境，實現(xiàn)水體污染生物修復。上面只是從表層治理和底層治理兩個維度簡單闡述和應用了生物修復技術(shù)，實際上的生物修復技術(shù)有更多的表現(xiàn)形式和應用，本文也通過理論和實踐的基礎(chǔ)，總結(jié)和分析了生物修復技術(shù)在水環(huán)境治理中的應用，詳情見下文分析，希望能夠促進我國的水環(huán)境良性可持續(xù)發(fā)展。

2 生物修復技術(shù)在水環(huán)境治理中的應用

2.1 微生物凈化法

微生物凈化法是目前最為常見的生物修復技術(shù)，它最大的特點就是見效快且修復能力強。微生物凈化法就是利用微生物的作用來實現(xiàn)水環(huán)境治理的方法，具體可以分為微生物投放法、促生劑凈化法和生物膜法。從微生物投放法來分析，這種方法前期需要投入大量的時間來對水體污染進行監(jiān)測，并參照監(jiān)測的數(shù)據(jù)分析出污染水體的污染源[3]。然后對癥下藥，選擇對污染源凈化能力強的微生物菌種。選定微生物菌種后需要人為地進行培育，提高微生物菌種的活力和抵抗力。最后將培育成功的微生物菌種投放入受污染的水體中。即根據(jù)受污染水體的監(jiān)測分析，預先選定出具有較強凈化功能的微生物菌種，并經(jīng)人工培養(yǎng)、篩選，將其直接投入到受污染水體中。微生物投放法常選擇的微生物菌種主要是Clear-Flo菌劑、光合細菌和硝化細菌，最常使用的污染水體環(huán)境是水產(chǎn)養(yǎng)殖的水域[4]。從促生劑凈化法來分析，這種方法的原理是先對受污染水體現(xiàn)有的微生物進行分析，尋找能夠促進微生物生長的促生劑，并將這個促生劑投入受污染水體，促進微生物的生長和繁殖，從而達到吸收和分解污染物質(zhì)的作用。這種方式的使用能夠有效地實現(xiàn)原有水體的治理，但是存在促生劑難以選擇正確和水體再次污染的問題，建議不到萬不得已的情況下不要使用這種方式來進行水環(huán)境治理。從生物膜法來分析，這種技術(shù)本質(zhì)上就是過濾的原理來進行污染水體的治理。首先是將具有吸附污染物作用的微生物統(tǒng)一都覆蓋在薄膜上面，形成微生物膜。然后將微生物膜放置于水體的流向處，使得水體的污染物在流水的引導下流向微生物膜，并吸附于微生物膜中。如果是相對靜止或者流速緩慢的水域，可以將微生物膜放在固定的一面，再人為地進行驅(qū)趕污染物流向微生物膜。這種方式對原有水體不會產(chǎn)生第二次污染，但是這種方式需要消耗大量的精力，并且水體污染凈化的效果并不徹底。

2.2 水生植物凈化法

水生植物凈化法在生物修復技術(shù)中是最為綠色環(huán)保的一種方法，其具體表現(xiàn)可以分為生態(tài)浮島法、底泥生物氧化法和人工濕地法。從生態(tài)浮島法來分析，這種方法是通過水底安裝固定裝置，讓水生植物能夠固定在水體中，讓水生植物的根系沿著固定裝置四周延展，并通過發(fā)達的根系網(wǎng)絡(luò)來過濾、吸附和溶解水中污染物，從而達到凈化水中污染物的方式。生態(tài)浮島的治理效果十分的明顯，以2016年護倉河的治理前后進行對比。治理前水呈現(xiàn)深綠色，水質(zhì)混濁且污染嚴重，但是使用生態(tài)浮島后的水質(zhì)已經(jīng)沒有那么混濁，河水也沒有那么污染了。

從底泥生物氧化法來分析，這種方法是通過給水體植物種植處的底泥施加一些助生長的藥劑和氧氣，促進水體植物快速氧化和生長，提高底泥生物的降解能力。這種方式使用的好處在于能夠讓底泥生物獲得氧化和生長動力的同時降低底泥中鹽分的散播，降低水體富營養(yǎng)化的風險，減少污染水體的內(nèi)在污染源[5]。從人工濕地法來分析，人工濕地法是通過人工建造池塘，將受污染的水體導入這個人造池塘中，利用池塘里面的植物、微生物和化學物質(zhì)等，將受污染的水體凈化的一種生物修復技術(shù)。人造池塘的結(jié)構(gòu)是多樣的，結(jié)構(gòu)不同其發(fā)揮的作用也就不同，具體見下表1。從表格中可以了解到，人造池塘的工藝流程主要分為階梯式、折流式和復合式三種，每種所具有的特點也不一樣。階梯式工藝流程的特點在于它的去氮去磷效果好，折流式的工藝流程具有吸附水體異味能力強的特點，而復合式的工藝流程則能夠減輕堵塞發(fā)生的概率。人造池塘的布水方式也有潛流和垂直流兩種形式。潛流具有過濾的作用，對污水的去污效果明顯要比垂直流要好，而且垂直流是將水流豎向流入填料底部，這樣的布水池塘修建起來，費用相當?shù)陌嘿F。每種工藝流程和布水方式都有其獨有的特點，選用那種工藝流程和布水方式，需要根據(jù)受污染的水質(zhì)狀況來選擇合適的方式。

表1 人造池塘結(jié)構(gòu)

2.3 水體人工增氧法

水體人工增氧法是通過給水體增加氧氣濃度，從而提高水體微生物的生長速率，提升微生物吸收和分解污水能力的一種生物修復技術(shù)。這種技術(shù)通常應用在城市中的水體。在城市中的水體由于受到城市建筑和河流阻斷的影響，通常會呈現(xiàn)出水體流動性差甚至靜止的狀態(tài)，并且水體的寬度和深度都相對較小，水體容量小。受到水體自身的因素和城市環(huán)境的影響，城市的水體受污染程度高，含氧量低且自我凈化能力低。采用水體人工增氧法，一方面能夠在短時間內(nèi)增加水體中的氧氣含量，加快水體微生物的生長，促進對水體污染物質(zhì)的凈化，將水體的狀態(tài)由含氧量低轉(zhuǎn)變?yōu)檠鯕獬渥愕臓顟B(tài)。另外一方面，水體人工增氧法能夠針對城市水體富營養(yǎng)化導致水體表層氧氣充足、水體底層缺氧的情況，對影響水體富營養(yǎng)化的化學物質(zhì)加速硝化反應速度，從而改善水體富營養(yǎng)化的狀態(tài)，有利于水體的快速修復。

2.4 生態(tài)護岸法

生態(tài)護岸法采用的方式是結(jié)合水體兩岸的植物來實現(xiàn)水體凈化的一種生物修復技術(shù)。許多城鄉(xiāng)都已經(jīng)采用生態(tài)護岸法來保護水環(huán)境。這種方法需要在河道的兩邊坡面修建河流向兩岸過渡的護岸坡，會在護岸坡上種植一些生物植被。生態(tài)護岸法對水環(huán)境的治理和保護是多方面的。首先生態(tài)護岸能夠提高水環(huán)境的自我凈化能力[6]。生態(tài)護岸對水環(huán)境的影響是潛移默化的。在護岸的植被通過呼吸作用，能夠提高水體的氧氣，并能夠分解水體空中的有害氣體，提高水體的凈化。其次生態(tài)護岸法的運用構(gòu)建了水陸緩沖帶，降低水體受污染的程度。水陸緩沖帶的形成，使得由城市或者路人產(chǎn)生的大量廢棄垃圾不容易直接進入到河流中，絕大多數(shù)的廢棄垃圾被滯留于水陸緩沖帶中，從而降低水體被污染的可能。

2.5 生物反應器技術(shù)

生物反應器技術(shù)是升級版生物膜法，它的運用原理與生物膜法類似，但是不同在于這種生物反應器技術(shù)加入了醫(yī)學、食品與化工等現(xiàn)代科學的運用，使得形成的生物膜更為科學、高效且便捷。生物反應器的內(nèi)部就已經(jīng)有足夠大的生物膜載體，這種生物反應器放入水中，能夠快速地依附于微生物，并快速在水體中展開形成生物膜，從而吸附和分解水中的污染物，達到凈化水體的作用。生物反應技術(shù)最早應用于國外，美國、德國、日本等國家都已經(jīng)普遍采用這種技術(shù)來處理污水污染問題，我國在一些發(fā)達的沿海地區(qū)也有研發(fā)和使用這種技術(shù)。生物反應器技術(shù)的優(yōu)點在于使用便捷、污水凈化效果良好和運行費用低，但是它不足的地方是造價相對比較昂貴，所以即使它是污水處理的良好幫手，但是也主要在大型的污水處理廠中使用。

3 生物修復技術(shù)在水環(huán)境治理中的發(fā)展趨勢

3.1 生物反應器的深度研究與發(fā)展

生物反應器的研究和發(fā)展將成為生物修復技術(shù)在水環(huán)境治理中的主要發(fā)展趨勢。這里所指的生物反應器不僅僅是升級版的生物膜的生物反應器，還包括氧氣類型的生物反應器和活性污泥的生物反應器。從研究中我們可以了解到，水體富營養(yǎng)化、水體缺氧以及底泥缺氧水環(huán)境污染的三大主要污染源，對水體的治理也主要從水體微生物、水體增氧和底泥增氧幾個維度來處理污染源。未來發(fā)展的生物反應技術(shù)，在氧氣管理方面，能夠測試水體中的氧氣含量，并根據(jù)水體含氧量不同，對水體充入不同含量的氧氣，提高水體微生物的生長和分解污染物的能力，并提高水體的自身凈化能力。而對于底泥缺氧的處理，不再是簡單地充氧來解決這一問題，而是通過活性污泥的生物反應器技術(shù)來改變底泥的狀態(tài)[7]。生物反應器技術(shù)的研究能夠?qū)⒖茖W力量結(jié)合生物修復的原理，不僅簡便了水環(huán)境治理的方式，而且提高水環(huán)境治理的效率和效益，促進水環(huán)境的治理和可持續(xù)發(fā)展。

3.2 建立各種生物監(jiān)測手段

生物修復技術(shù)的內(nèi)容很多，具體采用哪種生物修復技術(shù)，需要充分考察受污染的水環(huán)境狀態(tài)，所以對水環(huán)境內(nèi)的生物監(jiān)測就顯得十分的重要。因此，建立各種生物的監(jiān)測手段也是未來生物修復技術(shù)在水環(huán)境治理中發(fā)展的重要趨勢。在對水環(huán)境中生物的監(jiān)測，主要依靠于兩種方式。一種方式是對比參照研究。這種方式主要是針對受污染水環(huán)境中的指示種、耐污種和敏感種進行監(jiān)測，從而找到受污染的水環(huán)境治理方法。另一種方式是生物生長監(jiān)測。這種方式主要是針對受污染水環(huán)境中生物所展示的生長形態(tài)變化、遺傳基因突變以及群落多樣性指數(shù)來進行觀察和監(jiān)測。生物的監(jiān)測手段多樣化有助于為生物修復技術(shù)提供更為精準的數(shù)據(jù)和污水治理方向，在水環(huán)境治理中發(fā)揮著不可或缺的作用。

3.3 微生物的生物修復研發(fā)

在河流、濕地和湖泊的生物修復工作逐漸備受重視的背景下，利用微生物進行生物修復的技術(shù)更加得到實操和學術(shù)界的重視，從而研發(fā)出多種微生物制劑。相對于其他簡單的生物修復技術(shù)，微生物制劑來進行生物修復對技術(shù)的考驗更大，這也是未來生物修復技術(shù)在水環(huán)境治理中的發(fā)展必然趨勢。微生物的生物修復技術(shù)主要側(cè)重于培育水環(huán)境污染源的抗體，并將這些抗體通過優(yōu)劣篩選和培育，使它能夠具備抵抗和凈化水環(huán)境污染源的能力。這種微生物制劑的使用，能夠從根本上一次性解決水環(huán)境污染問題，并且能夠防止水環(huán)境再次被污染。

4 結(jié)語

綜上所述，生物修復技術(shù)已經(jīng)在水環(huán)境治理中具有實際的應用實例，并且在使用過程中，其便捷性、快速性和效益性都得到了國內(nèi)外的一致認可。本文中提出的生物修復技術(shù)在水環(huán)境治理中的應用，主要包括微生物凈化法、水生植物凈化法、水體人工增氧法、生態(tài)護岸法以及生物反應器技術(shù)。在這幾項生物修復技術(shù)中，以微生物凈化法和水生植物凈化法使用的頻率最高，也是最為常見的。而生物反應器技術(shù)由于造價較高，且技術(shù)相對不夠成熟，所以只是局部運用。本文從現(xiàn)有的生物修復技術(shù)出發(fā)，以生物反應器的深度研究、各種生物監(jiān)測手段和微生物的生物修復研發(fā)三個維度來探尋未來生物修復技術(shù)在水環(huán)境治理中發(fā)展，相信在生物反應器技術(shù)、微生物技術(shù)以及生物監(jiān)測技術(shù)的通力協(xié)助下，我國未來水環(huán)境治理問題將不會成為困擾各界的難題。