生态修复在水污染控制中的应用

生态修复在水污染控制中的应用

摘要阐述了水污染的原因及污染物的类型，并说明了对生态工程和生态修复在水污染解决中的作用，以及对生态修复在水污染控制中的应用形式做了简要介绍。

关键词水污染生态修复生态工程

引言

随着经济的发展，水污染问题已经逐渐演变成为我国所面临的重大环境问题之一。水污染的防治与治理，也成为亟待解决的问题。水污染的原因主要是向水体排放大量未经处理的工业废水、生活污水和各种废弃物,造成水质恶化,这属于人为污染。而污染物的来源主要有以下几种类型（1）病原体污染，生活污水、医院污水、畜禽饲养场污水中常含有病原体,如病毒、病菌和寄生虫（2）需氧型污染，生活用水,造纸和食品工业污水中,含有蛋白质、油脂、碳水化合物、木质素等有机物。（3）植物营养污染物，造纸、皮革、食品、炼油、合成洗涤剂等工业污水和生活污水以及施用磷肥、氮肥的农田水,含有氮、磷、钾等营养物,如果大量的这类污水排入水体,使营养物质增多,引起藻类及其它浮游生物暴发性繁殖。（4）油类污染物,（5）剧毒污染物,（6）感官污染[1]。除了上述污染类型外,还有酸碱污染物、热污染等其他污染物[1]。目前常用的废水净化处理技术主要有三类，即物理处理法，化学处理法和生物处理法(在实际应用中这几种方法往往综合起来采用)[2]。它们都是通过一系列工艺流程以及各种物理作用、化学作用和生物作用将废水中的有毒有害物质分离出去，或将其转化为无害而稳定的物质，从而实现对水体的净化[2]。然而，这几种常规水处理方法虽然具有净化效率高，周期较短等优点，但也有投资大，成本高，工艺复杂等缺点，对于人口众多，经济水平相对落后，用地紧张，尤其是城镇建设用地紧张，而且许多地区缺乏具有一定操作、管理和技术水平的系统管理操作人员，要大面积推广普及这些废水处理技术还尚待时日，且一般难以进行深度的脱氮除磷。因此，开发高效节能、清洁、符合我国国情的可持续发展的污水处理新方法以解决我国日益严重的水污

染问题，是目前乃至今后很长一段时间城市污水处理技术研究的重点和必然趋势。

1 生态修复与生态工程

利用生物将土壤、地表及地下水或海洋水中的危险性污染物现场去除或降解的工程技术系统称为生物修复，生物修复主要利用生物（天然的或接种的），并通过工程措施为生物生长与繁殖提供必要条件，从而加速污染物的讲解与去除[3]。生态工程一般指人工设计的、以生物种群为主要结构组分、具有一定功能的、宏观的、人为参与调控的工程系统[3]。生态工程可以是人工设计的一个群落，一个生态系统或一个更为宏观的地域性的生态空间。由于生态工程主要是以生物种群、生物群落、生态系统为构成的组分，所以生态学的基本原理是生态工程构建和运行的主要理论依据。生态修复有些是以土壤为基础，有些是水生植物处理系统。这些自然生态系统主要是通过慢速处理、快速渗滤、表面径流、人工湿地等对污水进行净化处理。

2主要应用形式

2.1氧化塘

生物氧化塘，又称稳定塘，是利用藻类和细菌两类生物间功能上的协同作用处理污水的一种生态系统[3]。由藻类的光合作用产生的氧以及空气中的氧来维持好气状态，使池塘内的废水中有机物在微生物作用下进行生物降解。其主要的净化原理是利用细菌与藻类的共生关系，来分解有机污染物的水处理系统，细菌主要利用藻类产生的氧，分解流入塘内的有机物；分解产物中的CO

、N、P等无机

2

物，以及一部分小分子有机物有成为藻类的营养源。增殖的菌体与藻类细胞又为微型动物所捕食。氧化塘内的转化过程实际上是一个连续进入废水、生物循环过程，基本的损失仅限于气体的逸出、飞虫的离去、候鸟及过往动物的迁移、植物的收获以及出水的排放。氧化塘的特点是构筑物简单，能源消耗少，运转管理方便。起初，氧化塘仅限于生活污水处理，现已逐渐推广到食品、制革、造纸、石油化工、农药等各种废水的处理[3]。

2.2利用水生高等植物控制水体营养盐及浮游植物

许多国家用大型水生植物污水处理系统净化富营养化的水体。大型水生植物

有凤眼莲、芦苇、狭叶香蒲等许多种类，可根据不同的气候条件和污染物的性质进行适宜的选栽。净化原理是植物和根区微生物共生，产生协同效应，净化水质。经过植物直接吸收、微生物转化、物理吸附和沉降作用除去氮、磷和悬浮颗粒，同时对重金属分子也有降解效果[4]。水生植物一般生长快，收割后经处理可作为燃料、饲料，或经发酵产生沼气。但由于富营养化水体透明度低，下光照不足，水生高等植物尤其是沉水植物无法获得足够的光能生长；此外，藻类亦可抑制水生高等植物生长，特别是蓝藻水华对水生高等植物往往有致命伤害作用。水生高等植物种群的稳定性也是相对的，如洪涝引起湖泊水位升高，沉水植物往往因得不到充足的光照而大面积烂死在湖底，同时引起与沉水植物共栖的鱼虾蟹类大量死亡，造成大规模的环境灾害。因此，需要加强生态系统的防御能力，如何恢复水生高等植物、如何使新建的种群适应环境变化以及环境灾变并逐步趋于稳定，这是水生高等植物恢复的关键[3]。目前说来，此法是国内外治理湖泊水体富营养化的重要措施。

2.3以浮游动物、鱼类控制浮游植物

生物调控主要有以下途径：一是先向水体中投放适当密度的鲢、鳙鱼，藻类吸收水体中的氮磷→放养鱼类摄食含氮磷的藻类→捕捞成鱼带出氮磷→遏制水华、减轻水体富营养化；二是放养食鱼性鱼类如鳜鱼等→抑制野杂鱼（食用浮游动物）→增加浮游动物生物量（食用浮游植物）→减少浮游植物等现存量→提高水体透明度→增加水体自净能力；三是放养滤食性双壳类，即蚌类（滤食能力极强）→从而使其食物——浮游植物、细菌、腐屑和小型浮游动物减少→增加水体透明度，提高水体的自净能力。较典型的生物调控是用于小而浅的、相对封闭的湖泊系统，在营养盐管理已经失败的富营养化湖泊中，生物调控已显示出明显的治理效果，且费用低。但生物调控的稳定性不够，往往仅短期有效，因此其有效性仍存在很大的争议[4]。而且，就技术本身而言也存在一些问题，例如难以保证有足够数量的食鱼性鱼类来控制食植物性鱼类种群。在富营养化藻型湖泊中，不存在食鱼动物产卵及栖息场所，食鱼动物、浮游动物种群并不稳定。因此，生物调控技术也有待发展和完善。国内应用较多的是放养鲢、鳙鱼，每平方米水体放养鲢、鳙鱼40-50克，可以有效控制水华，该方法在东湖、滇池、巢湖的水华治理中得到实际应用[4]。

2.3人工湿地

人工湿地系统是利用天然湿地净化污水能力的人为建设的生态工程措施，是人为地将石、砂、土壤、煤渣等材料按一定的比例组成基质，并栽种经过选择的水生、湿生植物，组成类似于自然湿地状态的工程化湿地状态系统[5]。湿生植物吸收水体和基质中的氮、磷进行生长，通过收割去除氮磷。基质能吸附磷，同时在基质中还存在着好氧、缺氧和厌氧的环境，微生物可以通过进行硝化和反硝化作用，达到去除氮磷的目的。人工湿地具有低成本、低能耗及高效的氮、磷去除率，适合于对进入湖泊的大量污水以及湖泊富营养水体进行净化，但其脱氮除磷效率相对较低。所以应该改善基质和提高人工湿地水生植物的净化功能，合理搭配植物，建立优化的植物群落[5]。尽量使用本地物种，以减少外来物种的侵害。风车草在我国南北各地均有栽培，全年保持生长，有很强的吸收污染物及氮、磷能力，可应用于人工湿地。红树林湿地也能有效减少流入水体中的氮、磷的含量。香蒲湿地生态系统对化学需氧量、固体悬浮物和重金属有很高的去除率，香蒲与微生物相配合形成水、土和植物复合处理系统，能够高效去除氮磷。

2.4 生物浮床技术

生物浮床技术是按照自然规律,在已富营养化水体的水面种植粮食、蔬菜、花卉或各种适宜的绿色陆生植物。通过植物根部的吸收、吸附作用,削减、富集水体中氮、磷及有害物质,从而达到净化水质的效果,同时又可收获农产品,美化绿化水域景观。

结论

生态工程是生态恢复的最佳工具，因地制宜地将生态工程与环境工程、生物工程相结合，可以修复受损生态系统、提高水体自净能力、改善受污染水源水质[6]。还有生物法和其他物理化学方法的结合等等，很多联合技术也有待开发来更有效地水污染。总之，水污染应充分认识其危害、成因，对其治理措施采取预防和治理相结合的方法，主要从污染源头上着手，采取生态学的长远方法，才能取得良好的成效。在治理过程中必须从系统论的思想出发，综合考虑削减工业、农业污染负荷，控制新增污染，建设污水，妥善处理底泥，建设水体人工复氧系统，推广使用生物生态技术等各种治理措施及其相互配套，使我们赖以生存和发展的

水资源环境得到有效保护。

参考文献

[1]周桔，庄绪亮，杨萍.中国科学院水污染研究现状与展望[J].科技与社会2009，5（24）：505-510.

[2]许云峰,杨涛,兰微.现代生物技术在水污染控制中的应用[J].环境科学2008，11：33.

[3]孔繁翔.环境生物学[M].北京：高等教育出版社.2000.

[4]刘宾，李泽琴，蔡建华.水污染的防治对策及控制优化规划研究[J].环境科学与管理2009，11（34）：183-186.

[5]江小林，朱磊.人工湿地在水污染处理中的应用[J].科技信息2003，5：6-9.

[6]马宇宏，王忠强.水污染与水域生态系统的保护[J].中国环境管理2009，9：16-19.