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水利工程論文-水體的生物修復(fù)摘要:當(dāng)前,對受污染的江河湖庫水體進(jìn)行修復(fù),已是社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展及生態(tài)環(huán)境建設(shè)的迫切需要。目前,對水體修復(fù)的方法主要有化學(xué)方法,物理方法和生物方法。關(guān)鍵詞:污染物生物修復(fù)生態(tài)塘人工濕地1概述對受污染的江河湖庫水體進(jìn)行修復(fù),已是社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展及生態(tài)環(huán)境建設(shè)的迫切需要,特別是南水北調(diào)東線沿線的治污工程,量大面廣,尋找先進(jìn)實(shí)用、造價低廉的技術(shù)迫在眉睫。我國的江河湖庫水體污染主要包括氮磷等營養(yǎng)物和有機(jī)物污染兩方面。另外,湖泊水庫藍(lán)藻及赤潮給水域生態(tài)、人體健康也造成了嚴(yán)重的危害。對于富營養(yǎng)化的控制,發(fā)達(dá)國家以控制營養(yǎng)鹽為主,大多采取“高強(qiáng)度治污,自然生態(tài)恢復(fù)”的技術(shù)路線,即控制外源磷污染負(fù)荷并配合生態(tài)恢復(fù)措施。去除藻類與控制其生長是湖泊水庫水體恢復(fù)與保護(hù)的難題。目前國際上采用的技術(shù)主要有三類:(1)化學(xué)方法,如加入化學(xué)藥劑殺藻、加入鐵鹽促進(jìn)磷的沉淀、加入石灰脫氮等,但是易造成二次污染;(2)物理方法,疏挖底泥、機(jī)械除藻、引水沖淤等,但往往治標(biāo)不治本;(3)生物方法,如放養(yǎng)控藻型生物、構(gòu)建人工濕地和水生植被,開發(fā)水體生物修復(fù)技術(shù),是當(dāng)前水環(huán)境技術(shù)的研究開發(fā)熱點(diǎn)。生物修復(fù),可以解釋為:生物特別是微生物催化降解有機(jī)污染物,從而去處或消除環(huán)境污染的一個受控的過程,即利用培育的植物或培養(yǎng)、接種的微生物的生命活動,對水中污染物進(jìn)行轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化及降解,從而使水體得到凈化的技術(shù)。與傳統(tǒng)的化學(xué)、物理處理方法相比,生物修復(fù)技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn):污染物在原地被降解;修復(fù)時間較短;就地處理操作簡便,對周圍環(huán)境干擾少;較少的修復(fù)金費(fèi),僅為傳統(tǒng)化學(xué)、物理修復(fù)金費(fèi)的30%50%;人類直接暴露在這些污染物下的機(jī)會減少;不產(chǎn)生二次污染,遺留問題少。2生物修復(fù)的原理21生物修復(fù)的分類目前,生物修復(fù)技術(shù)被劃分原位微生物修復(fù)和異位生物修復(fù)兩種。所謂元微生物修復(fù)是指對受污染的介質(zhì)(土壤、水體)不作搬運(yùn)或輸送而在原位污染地進(jìn)行的生物修復(fù)處理,其修復(fù)過程主要依賴于被污染地自身微生物的自然降解能力和人為創(chuàng)造的合適降解條件。異位生物修復(fù)是植被污染介質(zhì)(土壤、水體)搬動或輸送到它處進(jìn)行測生物修復(fù)處理。但這里的搬動和輸送是低限底的,而且更強(qiáng)調(diào)人為控制和創(chuàng)造更加優(yōu)化的降解環(huán)境。在處理位置上,前者強(qiáng)調(diào)污染物存在的初始空間分布,后者則稍作遷移;處理過程中,后者有更多的人為調(diào)控和優(yōu)化處理?,F(xiàn)在所說的生物修復(fù)主要是原位修復(fù)。22水體生物修復(fù)過程中生物的作用挺水植物通過對水流的阻尼和減小風(fēng)浪擾動使懸移質(zhì)沉降,并通過與其共生的生物群落有凈化水質(zhì)的作用。但它主要吸取深部底泥中的營養(yǎng)鹽,通常不或很少直接吸收水中的營養(yǎng)鹽,而其部分殘?bào)w又往往滯留湖底,礦化分解后又會污染水體。所以挺水植物的功能中,有把下層底泥中的營養(yǎng)轉(zhuǎn)移到表層的一面,不利于直接凈化水質(zhì)。加上收割、水位變化對其生長的影響等問題,限制了它們在凈化水質(zhì)中的作用。必須注意管理、收割利用和防止種群退化。浮葉植物在一般淺水湖泊中有良好的凈化水質(zhì)效果,種植和收獲較容易,有經(jīng)濟(jì)效益,和觀賞效益,在一定季節(jié)可以作為重要的支撐系統(tǒng)。需要及時收獲。大型飄浮植物在光照和營養(yǎng)鹽競爭上比浮游植物有優(yōu)勢,有些種群的耐污性很強(qiáng)(如鳳眼蓮,喜旱蓮子草等),已經(jīng)發(fā)展了在大水面大風(fēng)浪條件下種植的技術(shù),是良好的凈化水質(zhì)選擇。浮萍生長快,許多種群能在空氣中固氮,覆蓋水面后與沉水植物在光照等方面有競爭,一般不宜采用。有些飄浮植物和浮體陸生植物(加上浮力支撐后可水培的植物)是很好的觀賞和食用植物,可在一定條件下組合應(yīng)用,既有凈化水質(zhì)作用,又有經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和觀賞效益。著生藻類和浮游藻類生長過程中都有凈化水質(zhì)作用。著生藻類的收集也不難,浮游藻類的收集也已發(fā)展了捕獲技術(shù),在一定條件下也可因勢利導(dǎo)予以利用,一方面凈化水質(zhì),另一方面作為資源取出。各種沉水植物是健康水生態(tài)系統(tǒng)的重要組成,其耐污程度和對水溫、水位、水流、水質(zhì)、底質(zhì)等條件各有差異,要根據(jù)當(dāng)?shù)鼐唧w自然條件因地制宜、因時制宜在時間空間上予以鑲嵌優(yōu)化組合,使各種種群在整體上互補(bǔ)共生適應(yīng)季節(jié)變化和環(huán)境災(zāi)變。沉水植物和湖底水生植被的存在可吸附儲存生物碎屑于植物根部,增加底泥表層溶氧,遏制磷的釋放,阻止上層水體動力擾動向湖底的傳輸,減少湖底水動力交換系數(shù),從而有效地遏制底泥營養(yǎng)鹽向水體的釋放。螺、蚌等底棲動物可過濾懸移質(zhì),攝食生物碎屑,其分泌物有絮凝作用,螺有刮食著生藻類功能,蝦和若干種類魚類可攝食藻類、碎屑、浮游動物等。這些動物,作為健康水生態(tài)系統(tǒng)的補(bǔ)充組成,也有重要作用。微生物,特別是氮循環(huán)細(xì)菌在水體自凈能力中具有不可忽視的作用。有機(jī)物的礦化分解,氮素的氣化,磷鹽的沉降和固定在湖底等都與細(xì)菌的作用分不開。自然界的水生植物附近共生有多種遠(yuǎn)比自由水體中豐富的細(xì)菌群落。飄浮植物容易種植,采用耐污性強(qiáng),生長快的飄浮植物作為先鋒植物,不僅有植物直接吸收營養(yǎng)鹽的作用,而且更重要的是有與其共生的細(xì)菌的作用??梢院芸煸黾铀耐该鞫?,改善水質(zhì)。飄浮植物作為細(xì)菌的載體極為重要。但飄浮植物受氣候條件影響,在有些季節(jié)難以發(fā)揮作用。因此研制人工載體和優(yōu)選高效細(xì)菌種群極為重要。利用優(yōu)化的人工載體培養(yǎng)優(yōu)化的氮循環(huán)細(xì)菌,釋放到自然水體,以自然生物載體、其它人工載體和底泥為二級載體,水中懸浮物為三級載體,將原來荒漠化水域中以水土界面為主的好氧-厭氧,硝化-反硝化條件擴(kuò)大到水面和水體并加強(qiáng)細(xì)菌濃度,從而增加系統(tǒng)凈化能力。3水體修復(fù)的主要處理方法水體修復(fù)技術(shù)包括以微生物為處理功能核心的生物處理技術(shù)、具有復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)塘處理技術(shù)、以植物和微生物為主要處理功能體的濕地處理技術(shù)、土壤處理技術(shù)和河湖等自然凈化能力的處理等。31生物處理技術(shù)生物處理技術(shù)包括好氧處理、厭氧處理、厭氧好氧組合處理。其主要原理是人工馴化、培養(yǎng)適合于降解某種污染物的微生物,通過控制室和微生物生長的環(huán)境以穩(wěn)定和加速污染物的降解。由于生物處理技術(shù)起步較早,現(xiàn)在已有很多成熟的工藝,比如SBR、UASB、氧化溝等。這些工藝一般要輔助結(jié)合其他一些處理方法,例如物理處理法(如吸附法、重力法、離心法和引力法等)、化學(xué)處理法(如凝絮法、提取法、氧化法、離子交換法和沉淀法等)。32生態(tài)塘處理法生態(tài)塘是以太陽能為初始能源,通過在塘中種植水生作物,進(jìn)行水產(chǎn)和水禽養(yǎng)殖,形成人工生態(tài)系統(tǒng)。在太陽能(日光輻射提供能量)的推動下,通過生態(tài)塘中多條食物鏈的物質(zhì)遷移、轉(zhuǎn)化和能量的逐級傳遞、轉(zhuǎn)化,將進(jìn)入塘中污水中的有機(jī)污染物進(jìn)行降解和轉(zhuǎn)化,最后不僅去除了污染物,而且以水生作物、水產(chǎn)的形式作為資源回收,凈化的污水也作為再生水資源予以回收再用,使污水處理與利用結(jié)合起來,實(shí)現(xiàn)了污水處理資源化。人工生態(tài)系統(tǒng)利用種植水生植物、養(yǎng)魚、養(yǎng)鴨、養(yǎng)鵝等形成多條食物鏈。其中不僅有分解者生物、生產(chǎn)者生物,還有消費(fèi)者生物,三者分工協(xié)作,對污水中的污染物進(jìn)行更有效的處理與利用,并由此可形成許多條食物鏈,構(gòu)成縱橫交錯的食物網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)。如果在各營養(yǎng)級之間保持適宜的數(shù)量比和能量比,就可建立良好的生態(tài)平衡系統(tǒng)。污水進(jìn)入這種生態(tài)塘中,其中的有機(jī)污染物不僅被細(xì)菌和真菌降解凈化,而其降解的最終產(chǎn)物,一些無機(jī)化合物作為碳源、氮源和磷源,以太陽能為初始能源,參與食物網(wǎng)中的新陳代謝過程,并從低營養(yǎng)級到高營養(yǎng)級逐級遷移轉(zhuǎn)化,最后轉(zhuǎn)變成水生作物、魚、蝦、蚌、鵝、鴨等產(chǎn)物,從而獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。33人工濕地處理技術(shù)人工濕地是近年來迅速發(fā)展的水體生物生態(tài)修復(fù)技術(shù),可處理多種工業(yè)廢水,包括化工、石油化工、紙漿、紡織印染、重金屬冶煉等各類廢水,后又推廣應(yīng)用為雨水處理。這種技術(shù)已
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