施韶暉，樊 浦，臧力永

（江蘇省水文水資源勘測局宿遷分局，江蘇宿遷 223800）

1 生物修復技術概述

起源于20世紀80年代興起于90年代的生物修復技術，其主要是利用天然存在或者經(jīng)過特別培養(yǎng)植物、動物、微生物或其他生物等的特性對大氣、土壤、水環(huán)境、固體廢物等作為處理對象，將其中有毒、有害物質(zhì)轉化成無公害物質(zhì)的處理技術。生物修復技術借助的是動植物和微生物等生物所具有的自我修復能力，比如通過土地耕作、生物堆肥、生物通氣生物反應器、生物促進技術等進行原位修復、異位修復，如通過微生物的機理性能來吸收污染物質(zhì)，從而起到凈化水環(huán)境的作用。當前現(xiàn)代常用的水環(huán)境生物修復技術主要有水生動物修復技術、水生植物修復技術、微生物修復技術、土地處理技術、生物膜法處理技術等。生物修復技術主要是利用動植物和微生物所形成的生態(tài)系統(tǒng)自我修復能力，因此在投入成本上較為經(jīng)濟實惠、操作上方便安全、效果上實用有效，因此被廣泛應用在城市水環(huán)境治理當中。目前城市水環(huán)境治理中大多采用以大型水生植物為主的水處理和水體修復技術。

2 生物修復技術的作用機理

2.1 植物修復

生物修復技術中的植物修復主要是利用水生植物對水污染的超強吸收、吸附、降解和富集等能力。水生植物的根系發(fā)達，可以直接對水中污染物進行吸收，再經(jīng)轉化、輸送將營養(yǎng)物質(zhì)、酶等分泌到水體中，其中所輸送的單糖、氨基酸、脂肪族化合物等可以釋放到根系周圍、莖葉周圍和水中沉積物當中，這對水體的生化活性起到改變作用，有利于提高城市水環(huán)境的生物修復能力。另一方面，水生植物將水體中污染物以非植物性毒素方式積累在本體中，根系分泌物又為水中微生物提供營養(yǎng)物質(zhì)，微生物的活躍又提高了對有毒物質(zhì)的降解能力。這樣一種共生共榮的生物循環(huán)利用，有效提高了水環(huán)境的生物修復能力。

2.2 動物修復

動物修復主要是利用水中生物如魚蝦類、底棲動物類、浮游動物類等習性進行水質(zhì)修復。水污染會使藻類過度繁殖，所產(chǎn)生的氮、磷等會嚴重污染水域并造成水體缺氧。針對這種情況一般采用投放食草魚種，如鰱魚、鳙魚、草魚等以浮游動植物為食的魚類。此外，魚蝦、水蚤和底棲動物如河蚌、螺類等也可以消耗浮游動植物、藻類，可以有效地對浮游動植物的生物量進行限制，有效降低水體的氮磷含量和pH。

2.3 微生物修復

廢污水對水環(huán)境的污染會使水體里的各種有機磷、有機酸、有機汞、重金屬、氰化物、蛋白質(zhì)、醛醇以及酚類物質(zhì)等含量超標，而微生物群體可以利用自身細胞壁滲透和反滲透的功能對這些超標物質(zhì)進行吸收、消化，從而產(chǎn)生新的代謝物質(zhì)，新的物質(zhì)又繼續(xù)為其他微生物提供養(yǎng)料。這種循環(huán)往復的生物鏈功能可以有效地分解、凈化廢污水中的有害有機物，使水環(huán)境得到有效修復。

3 城市水環(huán)境治理中生物修復技術應用存在問題

3.1 底泥生物修復工作不夠重視

城市水環(huán)境中的底泥通常是由泥沙、黏土、有機物及多種礦物等混合組成，經(jīng)過廢污水、垃圾等污染和長時間物理、化學和其他生物經(jīng)水體傳輸沉積的作用，底泥會滋生大量的污染物質(zhì)，所形成的黑臭水嚴重污染水環(huán)境和空氣。但在城市水環(huán)境治理工作中，如何借用外緣微生物和生物促生劑來對底泥進行生物修復，相關部門還沒有形成整體性的認知和高度重視，從而使底泥生物修復工作開展不夠全面，相應技術應用不夠深入。

3.2 生物修復技術缺乏科學、合理的多樣化應用

城市水環(huán)境治理所需要應用的技術是多種多樣的，但部分城市的水環(huán)境污染治理方法單一，比如多為借助微生物投放劑、人工增氧等。微生物投放劑技術主要是利用微生物細胞的吸附原理。微生物細胞的比表面積很大，對水中的有機顆粒、溶解性有機物、膠體物質(zhì)等特別是有毒有害的有機污染物具有超強的吸附處理能力。但在修復中只單純應用微生物修復技術，沒有采取其他相應技術處理被吸附去除的有機物，這些有機物會不斷累積在剩余污泥中，造成二次污染。因此，城市水環(huán)境污染治理需要科學合理地應用融合多種科學領域的知識和技術，涵蓋環(huán)境工程學、微生物學、水文地質(zhì)學等，如此才能使修復工作效果顯著。

3.3 忽視水生態(tài)系統(tǒng)的自我恢復和調(diào)節(jié)能力

水生態(tài)系統(tǒng)的多樣性、結構的復雜性、水體流動性和物質(zhì)循環(huán)途徑的多重性，使其具有強大的自動調(diào)節(jié)能力，這種自動調(diào)節(jié)能力和恢復能力和水生系統(tǒng)的組成多樣化呈正比例關系，因此具有自限性。當前城市水環(huán)境污染治理中，清淤、駁岸等方式一定程度上能緩解河道水體的污染，但經(jīng)過處理后的底泥如果不加以其他技術的利用，依然還是會釋放無機物、營養(yǎng)鹽，導致清淤駁岸后的有機污染物去除效果不明顯。因此必須在清淤駁岸的基礎上多樣化地采用生物修復技術，使水環(huán)境的水體生物鏈得以延長，提高水生態(tài)環(huán)境的自我修復和調(diào)節(jié)能力。

4 生物修復技術在城市水環(huán)境治理中的應用

4.1 在脫氮除磷方面運用生物修復技術

城市水環(huán)境被污染的判定標準的重要指標之一就是水中氮、磷的含量超標。過高的氮、磷會造成水體富營養(yǎng)化，導致藻類迅速繁殖、大量生長，會大量消耗水中氧氣，造成其他水生物如魚蝦、蚌螺等因缺氧死亡?；蛘叽罅吭孱惙敝乘纬傻某喑爆F(xiàn)象，赤潮消退時所造成的相關生物大量死亡和分解所產(chǎn)生的有害氣體也會嚴重污染空氣和水環(huán)境，危害人類健康。氮、磷作為植物生長的關鍵因素，通過生物修復技術對城市富營養(yǎng)污水中的氮、磷等物質(zhì)進行除污處理非常必要。水生植物中的浮游植物、挺水植物、沉水植物在進行水體污染處理時具有不同的功能。挺水植物如美人蕉、荊三棱、香根草等主要是通過根系和葉面的光合作用進行二氧化碳、氨氮、總磷等吸收、氧氣釋放，最后通過收割過剩的挺水植物并移除水體，達到水體脫氮、除磷的目的，從而促進水環(huán)境生態(tài)環(huán)境的有效循環(huán)。浮游植物主要是對水體表面污染物進行吸附、吸收和富集。沉水植物則是通過對水體中的營養(yǎng)鹽進行吸收和吸附，使水體營養(yǎng)鹽含量實現(xiàn)合理控制，達到成分平衡。利用水生植物進行脫氮除磷處理，需要結合科學合理的相關生物修復技術預處理方式來進行。目前人工濕地污水凈化系統(tǒng)是城市水環(huán)境治理中應用較多的脫氮除磷的技術之一。

人工濕地污水凈化系統(tǒng)在去除污水中的氮磷物質(zhì)上具有顯著優(yōu)勢，它通過模仿天然濕地系統(tǒng)的功能、結構，利用人工基質(zhì)、微生物、高等維管植物、微型動物等所組成的生態(tài)系統(tǒng)功能進行污水處理。人工濕地污水凈化系統(tǒng)主要針對城市污水處理或與城市污水類似的污水處理、經(jīng)過一二級處理后的污水深度處理。在應用此技術前，首先要做好相關調(diào)研、預處理工作。如應首先認真研究該人工濕地的水域水力負荷、污染物負荷比；其次根據(jù)季節(jié)變化和地質(zhì)特點做好植物種類的選擇和合理配置安排；最后要認真考慮人工濕地底部防滲、防堵塞等措施安排等。由于人工濕地污水凈化系統(tǒng)主要是針對重金屬、有機物、氮磷等物質(zhì)進行凈化處理，特別是通過植物吸附、吸收和富集等功能來進行污水處理，所以應加強對污水處理功能效果好的植物篩選工作。經(jīng)多次研究實踐證明，污水處理效果好的植物有菖蒲、香蒲、蘆葦?shù)?。在城市水環(huán)境處理中，特別是針對處于閑置狀態(tài)的資源如沒有農(nóng)業(yè)利用價值的魚塘、荒地、廢棄的河灘、河道以及難以截污治理的湖泊、城郊河道等，都可以將其改造為人工濕地進行污水處理，這樣不僅投資少、經(jīng)濟實惠，而且能耗低、應用價值高、環(huán)保效率顯著。

4.2 生物修復技術在降解有機污染物方面的運用

城市水治理中有機物污染是很常見的問題，生物修復技術中的生物強化技術是一種較為新型的技術，即通過在污水中投放外源型微生物制劑如高效菌等來對活性污泥進行污水處理，以達到去污凈化的效果。生物強化技術的操作較為簡單，主要是在污水中投入微生物制劑，如硝化細菌、光合細菌（PSB）、日本EM等。通過相關的生物強化技術實驗對比，如將高效菌放入活性污泥處理系統(tǒng)中，處理焦化廢水中的揮發(fā)酚效果最佳的狀態(tài)是：持續(xù)進水需水力停留為15j、高效菌劑投放量比例為0.3%，控制活性污泥的SV30為30%。達到如此條件下的焦化廢水揮發(fā)酚的處理效果可以達到99.94%，處理后水中揮發(fā)酚的含量低于0.5mg/L，完全符合《鋼鐵工業(yè)水污染物排放標準》對一級處理水的要求。同時，經(jīng)實驗證明，在活性污泥處理系統(tǒng)中投入X4菌，比未投入高效菌劑的COD去除處理效果有明顯提升。當投入X4菌的比例符合相關條件時，24h可降解97%的油脂。在對丙烯腈和總氰等有機物降解中，利用特效菌種可以使降解率分別達到98.7%和84%。因此，使用生物強化技術進行有機污染物降解，比傳統(tǒng)老舊單一的治理技術更具優(yōu)勢，不僅設備投入成本少，而且技術操作簡便、安全，所取得的效果顯著。此外，在降解有機污染物上還有生物促進技術。生物促進技術是通過在水環(huán)境中添入具有污染物降解能力的土著微生物，以此構建一個具有更完整、更高效的自然降解功能的生態(tài)環(huán)境，一般通過在污染水源當中投放解毒劑或者具有促使污染物降解的營養(yǎng)物質(zhì)，如常量元素、酶、有機酸、維生素等，以此促進土著微生物的繁殖和增長速度，建立更好的好氧微生物區(qū)系，提高污染環(huán)境中微生物的競爭性抑制水平，促進水環(huán)境中污染物質(zhì)的降解。

4.3 在去除重金屬污染中應用生物修復技術

重金屬污染是當前水環(huán)境污染問題中嚴重問題之一，污水中所含的汞、鎘、鋁等重金屬嚴重超標會對引發(fā)人類很難治愈甚至死亡的疾病，危害極大，因此采用化學、物理等多種方法進行重金屬廢水處理成為當前水環(huán)境治理的主要方式。生物修復技術在去除重金屬污染中具有顯著優(yōu)勢，通過利用微生物、植物、動物等生命體的生命活動代謝、吸附、降解、改變其形態(tài)等方法來對重金屬廢水進行處理，成本投入較少、處理效率高，且不會產(chǎn)生二次污染，有利于生態(tài)環(huán)境保護。利用生物修復技術去除重金屬污染，主要利用微生物修復技術和植物修復技術。

微生物修復技術和降解有機污染物的原理基本一致，通過在活性污泥中投放外源型微生物、高效菌種等方式來對重金屬進行吸附。首先要對活性污泥進行分離、純化和篩選，對于篩選獲取的霉菌進行實驗對比，如藤黃微球菌、產(chǎn)堿假單胞菌對Cu2+、Pb2+等具有高強度的吸附性。因此在進行微生物修復時，可以有針對性地根據(jù)廢水中重金屬含量的比例選擇相對應的優(yōu)勢菌種，以此提高微生物對金屬離子的吸附效率。

植物修復技術去除重金屬污染主要是利用植物根系對水體內(nèi)部重金屬污染物進行吸收、吸附、固定、揮發(fā)、去除，從而降低重金屬污染物在水環(huán)境中的含量，達到修復水體、治理水環(huán)境的目的。水中植物對重金屬如鋅、鉛、鎘、銅等具有良好的去除效果，如水鱉科植物、龍須菜等。此外，通過水生動物進行重金屬去除也效果顯著。水生動物中的甲殼類動物如螺、貝類如牡蠣以及環(huán)節(jié)動物等對重金屬具有高強度的富集作用，可以去除水中將近80%的重金屬元素。因此通過綜合利用動植物修復技術可以取得更為經(jīng)濟實惠的治理效果。

5 在城市水環(huán)境治理中應用生物修復技術中的注意要點

5.1 充分做好水環(huán)境調(diào)查工作

為了有針對性地選擇合理的生物修復技術，提高技術應用和水環(huán)境治理效率，應對需要治理的水域進行深入、全面的調(diào)查。應針對河、湖等水體以及底泥中的各種生物學、理化指標如TP、NH3-N、TOC、水體pH、BOD5、底棲動物、高等動植物群落、浮游生物群落及底泥TOC、pH、NH3-N等進行全面調(diào)查。此外，對河湖的地理特征、水文特征分布情況、河岸植被和生物帶分布情況、污染物排放量、排放規(guī)律、排污口分布情況、污染物種類數(shù)量等都需要進行詳細調(diào)查，并制定全面、真實的調(diào)查報告。然后根據(jù)調(diào)研報告開展相應的模擬試驗，在此基礎上選擇最佳的水環(huán)境生物修復技術，并最終形成實施方案。

5.2 做好底泥生物修復工作，啟動河湖生態(tài)系統(tǒng) 功能

河湖的底泥需要提高其“無機化”功能，通過實施底泥生物氧化，使底泥的有機碳含量降低，提高底泥氧化還原電位，消減泥層的厚度，加強底泥分解上覆水體有機污染物方面的能力，使底泥營養(yǎng)鹽釋放的能力得以提升，進而使底泥的生物修復能力得以恢復。同時，要加強底泥或水環(huán)境當中土著微生物活性的激活力度。相關部門應加強水環(huán)境中底泥土著微生物的激活工作，通過有針對性的篩選、試驗，使底泥中的土著微生物得以大量繁殖，構建具有良好競爭性的好氧微生物區(qū)系，提高有機污染物的降解效率，使水體生物得以有效修復。通過水體生物的有效修復，使水體溶解氧增加，再聯(lián)合曝氣復氧等措施，可以高效消除水體黑臭問題，從而構建高效完整循環(huán)的河湖生態(tài)系統(tǒng)。

6 結束語

生物修復技術在城市水環(huán)境治理當中有著高效、實用、環(huán)保等優(yōu)點，但同時也需要多方面綜合辯證，有針對性地選取合適技術種類進行應用，才能在城市水環(huán)境治理當中取得事半功倍的效果。