城市水环境治理生物修复技术的研究

袁向平

摘要：当前城市发展中水环境的整体状况，体现着其生态建设水平。实践中为了保持城市水环境良好的治理效果，则需要加强生物修复技术，增加成熟水环境治理中的技术含量，确保其治理工作落实有效性。在此基础上，有利于保持城市水环境良好的功能特性，促使其治理方面的工作状况可逐渐改善。基于此，文章将对城市水环境治理生物修复技术进行系统阐述，以便满足城市水环境治理方面的多样化需求。

关键词：城市水环境；治理；生物修复技术；建设水平；工作状况

1生物修复技术简介

1.1生物修复技术概念介绍

生物修复技术是一项有效的污染治理工程技术，在上世纪90年代得到了迅速的发展。随着我国社会经济的快速发展，城市水污染越来越成为我国当下面临的一项严重环境问题。截污、清淤、配水等市政工程手段已经完全不能满足解决城市水环境污染的需求，必须采用新的工程技术，于是，生物修复的方法引起了极大的关注。生物修复主要指的是在可调控环境条件下，利用天然存在的或特别培养的微生物以及其它生物，将有毒、有害的污染物转化为无毒物质的处理技术。生物修复是将土壤、水环境、大气和固体废物等作为处理对象，利用微生物、植物、动物等生物种类，达到人为控制生物修复的目的。狭义范围内的生物修复技术主要是指微生物修复，而生物修复技术发展的必然趋势则是生态修复。生物强化技术、生物促生技术、生物通气、土地耕作、生物堆肥、生物反应器等是生物修复的主要的技术手段。从目前情况下来看，土壤生物修复是国外生物修复技术研究的重点方向，而对于城市水环境的生物修复技术研究投入相对较少。

1.2应用于城市水环境治理的生物修复技术

在20世纪50年代中，生物修复技术开始应用于城市水环境治理，国际发达国家面对日益严重的河道污染问题，采用了河道曝气复氧措施。1996年我国也开始了生物修复技术治理水环境的大规模试验，并取得了一定的整治成果，形成了一整套具有中国特色的城市水环境生物修复技术。目前我国虽然生物修复技术得到了快速的发展，但在城市水环境治理过程中仍然存在着一定的问题。第一，片面地追求水体生物修复，而对底泥生物修复重视程度不足。底泥生物修复在城市水环境生物修复和生态恢复中发挥了不可替代的作用，因此，在水环境治理中要有全面缜密的修复计划，充分考虑底泥生物的修复。第二，一味地投放外源微生物，忽略了激活土著微生物。生物促生技术是城市河湖治理的有效手段，土著微生物可以一定程度的分解有机污染，激活土著微生物，充分发挥土著微生物的分解作用，可以有效提高水环境的净化能力。第三，重单一手段而忽视系统化处理。依靠某种单一的治理手段，如投放某种微生物制剂、或者单纯的人工增氧措施，不具备有效治理城市水环境的现实性，只有多方面协作，进行多层次的规划才能完善地解决城市水环境污染问题。第四，水环境生态恢复重视程度有待提高。事实证明，生物和生态方法对于水环境生态系统功能的恢复具有重要的作用，水环境中生物的多样性得到了提高，强化了水环境的自净能力。

2生态修复技术的种类与应用

2.1人工湿地与生物氧化塘

人工湿地是由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的池塘。被污染的水体进入湿地后，沿水平或竖直的方向流动。在微生物、水生植物、水生动物和底泥的作用下以过滤、吸附、植物吸收、动物吸收、微生物分解的协同方式实现水体的净化。人工湿地不仅具有去除悬浮物和有机污染物的功能，还可以通过人工强化手段实现水体中微生物与植物根系的协同脱氮作用和对水体中磷元素的吸收。这极大程度上拓展了其适用范围。在实际运营中发现，人工湿地具有形式多样、能够因地制宜地建造、建造成本低廉、操作简单、管理方便、对常规污染物处理效果较好、能耗低和运行费用低等优点，但也存在占地面积大、个别季节有异味影响感官等缺陷。类似于人工湿地，生物氧化塘也是一种利用微生物天然净化能力来实现水体净化的系统。其独特之处在于，生物氧化塘可借由人工曝气、投加高效菌种、培育合适的水生生物等措施进行功能强化。在净化水体时，生物氧化塘内部的食物链得到延长，微生物、水生动植物可以构成生物多样性的生态系统促进微生物、水生动植物的相互协作。

2.2水体人工增氧技术

相比于自然水体，城市水体具有静止或流动性差、水体容量小、极易受到污染和自净能力差等特点。如果外界环境中的外源性污染加劇，则极易出现由于溶解氧降低而造成的水体黑臭现象。针对上述问题所提出的水体人工曝气就是通过提高水中溶解氧浓度的方式来恢复水生态环境。曝气可以为水中生物提供呼吸所需要的氧，从而加速微生物对污染物的降解。并实现水体由缺氧状态转化为好氧状态，增强水体的净化能力。此外，针对富营养化水体上层好氧而下层缺氧的特点，人工增氧还可以在短期内通过加速硝化反应速度的方式减缓富营养化现象，见效速度快、处理效果好。故人工增氧是目前城市水环境生物修复的重要技术手段，并被广泛应用于城市水环境生态治理。

2.3生物强化技术

生物强化技术是指通过向水环境中引入具有特定功能的微生物，以增强水体对降解有机物的能力，并改善和促进原有微生物去除效能。其本质上而言是一种外源微生物投放技术。生物强化技术最早应用于治理高浓度有机废水，有毒、有害难降解污染物的治理和强化废水中油脂的液化和降解等领域。随着功能性细菌的广泛发现、筛选和应用，生物强化技术逐步拓展至江河湖泊与地下水生物的修复中来，并取得了一定的治理效果。但需注意的是，外源性菌群一般都存在对当地环境的适应性问题。同时，外源微生物作为“外来物种”也可能会对本地生态环境造成影响并产生相关的环境安全问题。

2.4生态浮床

生态浮床又称为人工浮床、生态浮岛等，是人工浮岛的一种。生态浮床是由绿化技术与漂浮技术结合衍生发展出来的。常见的生态浮床一般由水生植被、植物浮床、浮岛框架和水下固定装置所组成。生态浮床一般以水生植物为主体，利用无土栽培技术，以轻质材料为载体或基质，应用动植物物种间的协同共生关系，在充分利用水体空间的基础上，建立高效人工生态系统，以达到削减水体中的污染负荷，提供生物栖息之所和美化环境的功能。生态浮床的净化机理主要为：一方面利用表面积很大的植物根系网络，过滤吸附水体中大量的悬浮物和溶解性COD；另一方面通过根系吸收水体中的氮、磷等富营养化物质。最后，浮床还可以借由遮光来抑制水体中藻类的光合作用，以防止浮游植物过量生长，使水体透明度大大提高。

2.5生态护岸

生态护岸指的是利用植物或通过植物与土木工程结合的方式，对河道坡面进行防护的一种河道护坡形式。生态护岸的理念是基于最大可能以天然状态下河海岸形式为参照，避免以建筑物的形式去破坏自然生态系统平衡。生态护岸一般具有防洪排涝、生态景观和自净功能，不仅可以维持河岸边坡的稳定，还可以使河水与土壤相互渗透，增强水体与周边的物质交换。生态护岸的修复机理主要为，为水体中的生物提供合适的栖息地和构建水陆缓冲带，通过依附在其周边的水生动植物来实现对水体的净化作用。生态护岸一般可分为固化技术护岸、扦插抛石联合技术护岸、直立式生态护岸、自嵌式植生挡土墙护岸和格宾柔性护岸。其结构材料通常以植被、干砌石或原木等柔性材料为主，也可以在上述材料的基础上加入混凝土、钢筋等材料来强化坡面的稳定性。

2.6底泥生物氧化技术

底泥生物修复是通过原位微生物定向扩增的手段繁殖大量本地化的微生物。利用增殖的微生物和底物组合生产出药物，通过靶向给药的方式将药物直接注射入底泥表层，促进底泥中有机物的快速氧化和底泥表层生物降解能力，加速黑臭底泥的生物氧化进程以抑制黑臭现象。底泥生物氧化的同时还能抑制底泥中营养盐的释放，缓解水体中富营养化的发生。水环境底泥的生物修复可以有效减少水体的内源性污染，防止底泥中的污染物向水体中扩散与释放，有助于建立水体良好的生态系统，提升自净能力。

2.7生态修复技术

生态修复是通过人工强化或干预的方式来加速生态演替和多样化的过程。狭义上的生态修复是指水生植物修复；广义上的生态修复是指水生生态恢复技术。水生植物修复一般是在河滨周边建立起水生植被带，利用水生植物的根系来吸收水体中的氮、磷等营养物质，实现抑制藻类大量繁殖和净化水体的功能。水生植物修复与构建一般包括创造水生植物适宜的生存条件，通过行定植、扩增、优化配置种群的方式进而形成具有沉水植被、挺水植被、浮水植物空间群落结构。

3结束语

生物修复技术在水利工程水环境治理中的重要组成部分，是受污染河流整治技术的重要发展方向。生物修复技术促进了水生态环境系统的和谐稳定，促进了人与自然的和谐发展。因此，该技术具有很高的应用價值，其应用前景十分广阔。

参考文献：

[1]范群杰.生物修复技术在城市水环境治理中的应用.城市道桥与防洪，2018.10.108-111+15.

[2]胡榕.城市水环境治理生物修复技术.智能城市，2018，4.17.119-120.

（作者单位：中国水利水电第七工程局有限公司南方分公司）