王英麗 陳云思 曾攀

（廣東中大環(huán)?？萍纪顿Y有限公司 廣東廣州 510601）

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，用水量不斷增長(zhǎng)，絕大部分污水未作處理直接排入江河湖泊，造成嚴(yán)重的水體污染?！?012年中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)》顯示2012年全國(guó)地表水國(guó)控?cái)嗝婵傮w為輕度污染；十大流域的國(guó)控?cái)嗝嬷孝簟躅?lèi)水質(zhì)斷面比例為20.9%、劣Ⅴ類(lèi)水質(zhì)斷面比例為10.2%；三大湖中太湖、巢湖均為輕度污染，滇池為重度污染；在32個(gè)重要湖泊中有37.5%是Ⅴ類(lèi)水質(zhì)，18.8%是劣Ⅴ類(lèi)水質(zhì)。

水體修復(fù)技術(shù)經(jīng)歷了若干年的發(fā)展，目前國(guó)際上采用的水體修復(fù)技術(shù)主要有物理法、化學(xué)法和生物-生態(tài)法。隨著我國(guó)對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重視，運(yùn)用生態(tài)技術(shù)修復(fù)水體的方法日漸受到重視。本文綜述了水體修復(fù)技術(shù)及其優(yōu)缺點(diǎn)，旨在更好的了解各種技術(shù)從而更好的將其應(yīng)用的水體修復(fù)中。

1 物理法

包括底泥疏浚、引水換水、污水截留、造流曝氣、機(jī)械除藻等。

1.1 底泥疏浚

底泥疏浚指把污染底泥從水體中清除出去，此方法可以較大程度地削減底泥對(duì)上覆水體的污染貢獻(xiàn)率，從而改善水質(zhì)。在很多情況下，底泥疏浚是一種必需的措施，此法見(jiàn)效快，效果好。例如瑞典的Trummen湖[1]、滇池草海[2]等在疏浚工程實(shí)施后水質(zhì)都有了明顯的好轉(zhuǎn)。

然而，對(duì)于疏浚的效果還存在一些爭(zhēng)議，南京的玄武湖、日本的Suwa湖都是疏浚失敗的例子[3]。疏浚底泥的環(huán)境效果與疏浚方法有關(guān)，疏?？赡軐?duì)生態(tài)修復(fù)產(chǎn)生負(fù)面影響[3]。此外，疏挖底泥費(fèi)用昂貴，對(duì)水體生態(tài)破壞較大，清除的污泥處置困難，容易造成二次污染。底泥疏浚只能作為水體修復(fù)的輔助手段。

1.2 引水換水

引水換水是將外來(lái)清潔水源注入水體，起到稀釋水體污染物的作用，可以降低營(yíng)養(yǎng)鹽濃度，減少藻類(lèi)生長(zhǎng)，對(duì)提高水體透明度有一定作用。但此種方法不僅對(duì)水質(zhì)水量要求高，而且大流量調(diào)水成本高昂。

1.3 污水截流

污水截流即將原本直接排入水體的污水收集到污水廠處理后再排放。污水截流是削減排入受納水體的污染物總量。環(huán)境治理的一個(gè)共識(shí)是源頭治理最重要、過(guò)程治理次之、最后是終端治理。污水截流是源頭治理，是治理水體污染的前提條件。但是污水截流法不能消除內(nèi)源污染、干濕沉降等面源污染，對(duì)于已污染的水體來(lái)講只依靠污水截流很難恢復(fù)其水質(zhì)功能。

1.4 曝氣

曝氣是采用機(jī)械攪拌、壓縮空氣、水泵、噴射泵等方法進(jìn)行曝氣，提高水體溶解氧濃度，抑制水體中藻類(lèi)的爆發(fā)，增強(qiáng)水體自?xún)裟芰?，有效修?fù)受污染水體[4;5]。但是曝氣法存在投資費(fèi)用高、安裝維護(hù)困難、運(yùn)行費(fèi)用高等問(wèn)題，不適宜長(zhǎng)期應(yīng)用。

1.5 機(jī)械除藻

機(jī)械除藻是將藻類(lèi)從水體中移出的一種方式，一般應(yīng)用在藍(lán)藻富集區(qū)，采用固定式除藻設(shè)施和除藻船對(duì)區(qū)域內(nèi)湖水進(jìn)行循環(huán)處理，有效清除浮藻層。能直接大量清除湖面藍(lán)藻水華，可以作為藍(lán)藻大面積爆發(fā)時(shí)的應(yīng)急措施。但是機(jī)械除藻速度遠(yuǎn)比不上藻類(lèi)生長(zhǎng)速度，去除效率低，費(fèi)用高，作用微弱，不能從根本上解決富營(yíng)養(yǎng)化和水體景觀問(wèn)題。除此之外，打撈出的藻類(lèi)的處置也是一大難題。

2 化學(xué)法

2.1 化學(xué)修復(fù)

通過(guò)投加各種化學(xué)藥劑提高水體中的溶解氧量，抑制水體沉積物中污染物的釋放，促進(jìn)污染物的降解、去除。研究表明，CaO2、Ca(NO3)2、聚鋁等都能能抑制沉積物中磷的釋放[6]，CaO2能增加水體的溶解氧[7]。但是化學(xué)藥劑不僅成本高，效果持續(xù)時(shí)間短，而且容易造成二次污染。投加化學(xué)藥劑只適用于應(yīng)急處理。

2.2 化學(xué)除藻

化學(xué)除藻是利用噴灑除藻劑來(lái)去除水體中的藻類(lèi)，是一種工藝簡(jiǎn)單、操作方便的有效殺藻方法。但是化學(xué)除藻劑在抑藻的同時(shí)也造成了二次污染，對(duì)其它水生生物存在毒性?；瘜W(xué)除藻劑未從根本上解決水體富營(yíng)養(yǎng)化的問(wèn)題，一旦停用藻類(lèi)又會(huì)爆發(fā)，化學(xué)除藻法只能用于應(yīng)急處理[8]。

3 生物—生態(tài)法

生物—生態(tài)修復(fù)法是利用培育的植物或培養(yǎng)、接種微生物的生命活動(dòng)對(duì)水中的污染物進(jìn)行遷移、轉(zhuǎn)化和降解，從而使水體得到凈化的技術(shù)。以下重點(diǎn)介紹幾種常用的生物-生態(tài)水體修復(fù)技術(shù)。

3.1 微生物強(qiáng)化法

微生物強(qiáng)化法是通過(guò)向水體中投加人工選育或基因工程培育的修復(fù)菌種，通過(guò)這些高效菌種快速去除水體中的氮、磷營(yíng)養(yǎng)元素和有機(jī)污染物[9;10]。此技術(shù)操作簡(jiǎn)單，管理方便，可快速改善水質(zhì)。但由于水體中缺少微生物的附著基質(zhì)，投加的微生物往往會(huì)隨水流損失，要保持良好的修復(fù)效果就要持續(xù)投加微生物，造成修復(fù)費(fèi)用高昂。

3.2 生物載體法

生物載體法是指用天然材料（如卵石）、合成材料（如纖維）為載體，在其表面形成一種特殊的生物膜，生物膜表面積大，可為微生物提供較大的附著面積，有利于加強(qiáng)對(duì)污染物的降解作用，提高水體自?xún)裟芰Α５壳吧镙d體法還存在以下問(wèn)題[11]：1）實(shí)際應(yīng)用范圍較窄；2）應(yīng)用過(guò)程中對(duì)水域生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和使用功能造成一定影響，如在污染水體中使用的載體會(huì)影響到水域的航運(yùn)和泄洪等功能；3）生物膜技術(shù)在基建及運(yùn)行方面所需費(fèi)用較高。

3.3 水生植物法

水生植物法是利用水生植物及其共生微生物吸收和分解污染物，從而起到凈化水體的作用。水生植物還可以改變湖水與底泥間的物質(zhì)交換平衡，促使懸浮或溶解在水中的污染物向底泥轉(zhuǎn)移，澄清凈化水質(zhì)。植物還可以與浮游藻類(lèi)形成營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)，抑制藻類(lèi)爆發(fā)。據(jù)研究報(bào)道[12;13]，被制成浮床的大榕草、香根草、水芹、水蕹草、多花黑麥草等，對(duì)去除水體N、P和抑制藻類(lèi)孳生均有明顯的作用。通過(guò)對(duì)水生植物收割去除水體中的氮、磷。水生植物法投資成本低，能促進(jìn)水生生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展，提高水體景觀效果。

3.4 生物操縱法

生物操縱理論可分為經(jīng)典和非經(jīng)典生物操縱理論。經(jīng)典生物操縱理論是通過(guò)人工清除水體中濾食魚(yú)類(lèi)或增加肉食魚(yú)類(lèi)的數(shù)量，使浮游動(dòng)物數(shù)量的增加和組成種類(lèi)體型大型化，從而提高浮游動(dòng)物對(duì)浮游植物的攝食效率，降低浮游植物的數(shù)量；非經(jīng)典生物操縱理論是通過(guò)放養(yǎng)濾食性魚(yú)類(lèi)直接控制浮游植物數(shù)量[14]。實(shí)驗(yàn)表明[15]通過(guò)鰱、鳙等的放養(yǎng)有效控制微囊藻和藍(lán)綠藻水華，改善水體的透明度。但由于某些復(fù)雜因素的存在，試驗(yàn)中往往會(huì)出現(xiàn)浮游植物數(shù)量增多[16]，水體缺氧，水生生物死亡等現(xiàn)象[17]。生物操縱理論還存在爭(zhēng)議，應(yīng)用于實(shí)際水體修復(fù)還不現(xiàn)實(shí)。

3.5 人工濕地

人工濕地一般由人工基質(zhì)(多為碎石)和生長(zhǎng)在其上的水生植物(如蘆葦、茳芏等)組成，是一種獨(dú)特的“土壤—植物—微生物”生態(tài)系統(tǒng)。利用濕地基質(zhì)對(duì)污染物進(jìn)行物理吸附、過(guò)濾、微生物降解和植物吸收，能有效可靠的處理廢水。人工濕地最大的問(wèn)題是堵塞，美國(guó)環(huán)境保護(hù)署通過(guò)對(duì)多個(gè)運(yùn)行中的人工濕地調(diào)查發(fā)現(xiàn)有近50%的人工濕地系統(tǒng)在投入使用5年后出現(xiàn)了不同程度的堵塞[18]。人工濕地的植物必須按時(shí)收割，否則容易造成二次污染。填料更換和植物的管理大大增加了人工濕地的維護(hù)成本。

4 構(gòu)建完整生態(tài)系統(tǒng)法

隨著我國(guó)生態(tài)文明建設(shè)進(jìn)程的不斷加速，完整生態(tài)系統(tǒng)的理念也漸漸應(yīng)用到水體修復(fù)中，取得了良好的效果。

4.1 生態(tài)系統(tǒng)完整性?xún)?nèi)涵

生態(tài)系統(tǒng)完整性的內(nèi)涵從生態(tài)系統(tǒng)的系統(tǒng)特性角度闡釋主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面[19]：1）生態(tài)系統(tǒng)健康，即在常規(guī)條件下維持最優(yōu)化運(yùn)作的能力；2）抵抗力及恢復(fù)力，即在不斷變化的條件下抵抗人類(lèi)脅迫和維持最優(yōu)化運(yùn)作的能力；3）自組織能力，即繼續(xù)進(jìn)化和發(fā)展的能力。

4.2 非耗能生態(tài)系統(tǒng)完整性在水體修復(fù)中的應(yīng)用

構(gòu)建完整的水下生態(tài)系統(tǒng)，恢復(fù)水體的自?xún)裟芰εc活力。通過(guò)投加微生物和大型食藻溞，清除水體中原有的藻類(lèi)、腐屑等懸浮物，快速提高水體的透明度，為沉水植物生長(zhǎng)創(chuàng)造條件。在水體種植沉水植物，如苦草、黑藻等；在水體中放養(yǎng)適量的魚(yú)、蝦、螺、貝類(lèi)等水生動(dòng)物。沉水植物的光合作用吸收CO2釋放O2使水體富氧，為水體中的其它生物創(chuàng)造良好的生活環(huán)境。構(gòu)建完整生態(tài)系統(tǒng)法是多種生物—生態(tài)法的有效組合。生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建后，構(gòu)成了具有水下分解者、生產(chǎn)者、消費(fèi)者的完整生態(tài)系統(tǒng)，如圖1所示。

此水下生態(tài)系統(tǒng)具備了完整生態(tài)系統(tǒng)的三個(gè)特性：1）生態(tài)系統(tǒng)健康：系統(tǒng)中的生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者之間的物質(zhì)循環(huán)正常進(jìn)行，水體保持健康狀態(tài)；2）抵抗力及恢復(fù)力：水體具有良好的自?xún)裟芰?，能承載一定量的污染負(fù)荷；3）自組織能力：生態(tài)系統(tǒng)中生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者的種類(lèi)不斷增多，生物多樣性增多，系統(tǒng)的穩(wěn)定性增強(qiáng)。北京圓明園鳳麟洲于2007年9月至11月，方河、鑒碧亭和玉玲瓏3個(gè)景觀湖于2008年4月至6應(yīng)用了構(gòu)建完整生態(tài)系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行水體修復(fù)[20]，修復(fù)后，濁度、COD、TN、TP分別下降了74%～99%、63%～87%、77%～85%、77%～85%，水質(zhì)從V～劣V類(lèi)改善到II～I(xiàn)II類(lèi)，修復(fù)效果持續(xù)至今。此種修復(fù)技術(shù)不是單一的某種生物—生態(tài)修復(fù)，而是構(gòu)建一個(gè)完整的生態(tài)系統(tǒng)，發(fā)揮水體的自?xún)裟芰?。該生態(tài)系統(tǒng)不僅維護(hù)方便、不耗能而且還具有良好的景觀效果。

圖1 水下生態(tài)系統(tǒng)

5 展望

水體修復(fù)的技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，每種技術(shù)各有利弊。河流、湖泊等水體是一個(gè)復(fù)雜、動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)，并不是單一的一種修復(fù)方法就能解決污染問(wèn)題，必須對(duì)其生態(tài)系統(tǒng)深刻了解,才能合理確定其水體修復(fù)方法。生物—生態(tài)修復(fù)技術(shù)是環(huán)境友好的，經(jīng)濟(jì)可行的一類(lèi)技術(shù)，但單一的生物—生態(tài)技術(shù)存在修復(fù)持續(xù)性差、管理困難、影響水體功能（如防洪泄洪等）等問(wèn)題。構(gòu)建完整生態(tài)系統(tǒng)法是將各種生物—生態(tài)法的有機(jī)組合，發(fā)揮各種方法的優(yōu)點(diǎn)，恢復(fù)水體自我修復(fù)功能，具有良好的有效性、經(jīng)濟(jì)型和景觀性性，值得大力研究和推廣。

總而言之，各種修復(fù)方法并不是孤立的，應(yīng)結(jié)合水體自身的現(xiàn)狀綜合運(yùn)用，充分發(fā)揮各種方法的優(yōu)點(diǎn)。

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