污染水体生态修复的技术和方法(1)

生物修复的机理

1.2.1水生植物的作用机制

1.2.1.1物理作用水生植物可以减小水流速度和风浪扰动,有利于植物残体和悬浮物沉降、淀积,而且使污水中不溶性胶体、附着于根系的细菌黏附于植物叶片或根系上,有助于减少沉积物中磷的释放[3,4]。

1.2.1.2生物化学作用水生植物通过光合作用,一方面由于自身的分泌物和水体中离子交换作用对一些矿质元素起到螯合沉积;另一方面通过自身输导组织和根部呼吸作用将氧释放到沉积物和水体中,从而影响根际周围的pH值,提高氧化还原电位,有利于植物对矿质元素的吸收,从而促进水体生态系统的生物地化循环[5]。另外,植物分泌物可促进氮细菌和嗜磷菌的生长,在一定程度上削减水体的营养负荷[6]。

1.2.1.3协同与竞争作用水生植物的生长可有效增加空间生态位、增加水体生态系统的生物多样性,而且可以大大提高物种的多样性,有利于保持系统的稳定性,从而使得水生植物之间的协同性增强[7];同时,水生植物与藻类之间存在竞争作用,包括对营养物质的吸收和对光能的利用,某些水生植物根系分泌出抑藻素,达到抑制浮游藻类生长的目的[8]。

1.2.2微生物的作用机制微生物的作用主要有两个方面:其一是投加生物促进剂,以提高可有效降解有机污染物的土著微生物的活性,促使其在污染水体中得到大量生长繁殖,从而达到去除污染物的目的;如向上海市上澳塘黑臭水体投加生物促进剂Bio-Energizer,3个月后水体的有机污染降解50%以上[9]。其二是投加高效复合菌种,即选择适合于净化各不同污染水体的微生物,如硝化菌、光合细菌和其他菌种,将其直接投放到水体中或水中的载体上,以对水体中的污染物进行去除。将美国微生物药剂WT-FG应用于上海的槽滨河,治理后河道的黑臭消除、河床的有机污泥得到有效消除,主要指标达到地表水Ⅳ～Ⅴ类标准,2～3个月内河流的生态系统逐渐恢复,河中溶解氧达到3～5mg/L[10]。

1.3人力的诱导分析人力的诱导是指通过人工的措施,使得水体的功能得到恢复。在水体的修复过程中,通常需要多种生态修复措施的集成,并综合水体的特征加以人力的生态措施来对水体的污染物进行外源性控制和对其内源进行消除,如构建多自然型河流、前置库技术、人工增氧、引水工程及底泥疏浚等。

2生态修复的措施

由于各水体环境条件、污染特征等因素的差异,在实施水体修复时,必须因地而异、因时制宜,并将多种技术、方法进行集成,提出切实可行的生态修复的措施,以实现水体的良性发展。2.1政策调控污染水体的生态修复需要政府综合决策和建立一套完整的可持续发展的政策体系以及制定一些产业政策去实现行政上的管理。按照世界银行推荐的方法,即采用可持续发展的政策与手段见表1。表1资源开发与环境管理的政策矩阵[11]利用市场创建市场实施环境法规鼓励公众参与减少补贴产权/分散权利制定标准公众参与环境税可交易的许

可证/权利禁令信息公开使用费国际补偿制度许可证和配额押金、返还制度专项补贴由表1可以看出,水体的生态修复需要将政策手段和经济措施有效的结合起来,通过市场调节(环境税、补偿制度等)、政策干预(相应的法律法规体系)等手段,以及加强全民的环境教育,吸引全民参与来实现。2.2外源控制性措施“控源截污”是降低水中营养盐的重要手段,也是实施水体生态修复的重要措施之一。

2.2.1植被缓冲带技术植被缓冲带是一个位于水生和陆生之间的过渡地带,一方面阻止水体的波浪和洪水对岸线的侵蚀;另一方面,在径流进入水体以前过滤其中的多种有害物质,同时还提供了水生昆虫、微生物、鱼类和其他动物的栖息地,从而维持水生生态系统的平衡,以及增强了水体的美学价值和湖滨带的地产价值[12]。美国Iowa州的试验表明,植被缓冲带在用于农业面源污染治理方面,主要体现在减少农田土壤的流失、增加了地表径流的入渗、净化了农田径流中的污染物、稳定了堤岸、促进了生物多样性,而且使农产品多样化,并具有

较好的环境效益和经济效益[13]。

2.2.2稳定塘技术稳定塘是利用细菌、藻类、底栖生物、水生植物及其他水生动物等进行共同作用处理污水的自然生物处理技术,但其受进水水质、温度、光照、蒸发量和降雨量等因素的影响。稳定塘通常利用河边或入湖口处的洼地构建,其形式按照塘中微生物活性特征、供氧方式可分为好氧塘、兼性塘、厌氧塘以及综合生物塘[14,15]。

2.2.3人工湿地技术人工湿地近年来在世界各地得到了广泛的应用和推广,其对污染物质的去除涉及物理、化学和生物三者的协同作用,通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对污水的净化,同时通过水分和营养物质的生物地球化学循环,促进湿地植物生长,以实现废水的资源化和无害化[16]。目前,人工湿地已有许多成功的范例。德国利用水平流和垂直流湿地芦苇床系统处理富营养化水体中的营养物质(如N、P等),并进行比较,结果表明:超过90%的有机污染和N、P等污染被去除[17]。我国云南抚仙湖人工湿地自运行后,监测结果表明:对COD、BOD、SS、TP、TN的去除率分别达到87.8%、68.7%、96.3%、32.4%、36.0%;出水水质由处理前的Ⅳ类水质提高到Ⅲ类[18]。

2.3内源削减措施水体的内源控制是在有效控制外源污染输入的前提下,根据退化水体的实际情况,通过人工措施强化净化过程。如屠清瑛等在什刹海基底修复试验使用的是微生物无机化减量技术,使什刹海后海底泥有机质平均去除率达15%左右,其中总氮11%、氨氮14%、总磷21%[19]。此外,通过疏浚底泥控制内源磷释放;在水资源较充裕的地方引入清洁的水体,以水治水,在短期内效果明显,但有一定的局限性;对恶臭水体曝气复氧可以有效提高水体下层溶解氧浓度,使水体中的藻类明显减少;通过机械和臭氧、超声波等除藻,可以减轻水体中氮磷含量,并增加水下光补偿强度,以利于沉水植物的恢复,从而控制和消除内源污染。