城市湖泊富营养生态修复技术研究与应用

万瑜

（杭州市西湖水域管理处 浙江杭州 310000）

最近几年，对富营养化水体治理技术按照治理手段进行分类，可以分为物理处理、生态恢复处理及化学处理等。另外，水体生态修复技术又包括生物修复技术、微生物制剂技术、生物膜法处理技术、人工湿地技术、人工浮岛技术等。对于生态修复处理措施，其不仅能够原位净化水质，还可以促使水体中的水生生态结构的恢复，且其具备运行成本低的特点，以及可以有效提升水体的自净能力，二次污染环境的概率较小，这也是近年来水体生态修复技术能快速发展起来的主要原因。

1 富营养化水体生态修复技术概述

水生态系统修复实际上指的是采取一系列保护措施以使能够将已退化的水生生态系统恢复至比较稳定的水平，提高水生生态系统的生态忍受性。修复水生生态系统的终极目的是企图借助一个比较自然的、能够自我调节且所在区域完全整合的系统，以尽可能地降低水生生态系统退化的概率，将系统恢复至比较稳定的状态［1］。

2 富营养化水体生态修复技术及其应用

2.1 生物膜法处理技术

在纯天然河床上面附着生物膜具有过滤或者净化效用。其是借助人工来填充滤料及载体，某些微生物群体附着于一些载体表面并且呈现出膜状，可与污水发生接触，且生物膜上的微生物能够摄取污水当中的有机物当作营养物质将其吸收后同化，使用滤料与载体大于表面积，同时具备附着生物种类繁多且数量大等特点，以此能够提升河流的自净能力（如图1所示）。这种技术凭借着自身超强的降解能力，实际接触的时间也较短，同时又因占地面积比较小且投资少而被广泛应用。

图1 富营养化水体修复反应流程

近几年，此技术被大范围应用，甚至一些学者研究得出以蜂窝陶瓷作为载体生成生物膜反应器能有效地借助缺氧生物修复城市受污河道水体，此间水中的氨氮去除率达40%～60%，总氮去除率则可达40%～45%，换言之，可以同步去除氨氮和总氮，而且又不会积累亚硝酸盐。为有效提升微污染水体生物膜修复系统中的生物量及去除效果，人们陆续开发出各种新的生物载体，如丝竹填料、淀粉基等，可用于降解载体（见图2）。比如，有学者就使用丝竹生物膜反应器来处理低污染景观水体，并对反应器去除原水浊度、高锰酸盐、氨氮指数的效果等进行研究，最终依据实验结果得出，利用竹丝生物膜反应器去除景观水体中氨氮、浊度、高锰酸盐指数的概率分别为19.99%～100%、15.9%～59%、10.60%～74.34%，即证明丝竹生物膜反应器特别适合修复低污染景观水体［2］。

图2 基于WoS 核心库和基于C N KI的富营养化水体生态修复技术研究区域分布图

2.2 微生物制剂技术

择育高效菌株研制微生物复合制剂来处理污染水体，处理过程主要以酶促反应为基础，借以生物体内生成的特殊蛋白质当作催化剂，进一步净化污水并分解淤泥，后再将恶臭消除。总体而言，较之成功的微生物修复流程应该具备以下条件。（1）需保证目标化合物可以被微生物利用，污染场地不含有能够抑制降解菌种效用的物质。（2）一定要存在具备代谢性的微生物，且必须保证这些微生物在发生降解及转化化合物的过程中要维持一定的速率，同时又不会生成有毒物质。（3）必须保证污染场地及生物反应器的环境和条件一定要是对微生物的生长有利且保持活性的。（4）应该尽可能地保证技术费用低［3］。

有学者曾经使用Clear-Flo 1200菌剂处理富营养化水体，为期3个月，处理结果显示：NH4+-N由0.02mg/L 下降到了0，COD 降低了84%，BOD5则下降了74%。也有相关研究人员发现，人工湿地修复系统在处理过程中，其污水当中BOD5的去除率紧密地关联湿地微生物总数，另外也和氨氮去除率及硝化细菌、反硝化细菌的数量紧密关联。另外，又有相关研究人员借助“液可清”曾对受污染的昆明市西南部西坝河实行了修复，修复结果显示：在加入液可清制剂3周之后，被修复河段BOD5、总氮及总磷各自浊度下降了43.9%、46.3%、25.5%、43.6%。如此可见，微生物制剂能有效缓解水体BOD5、总磷、总氮、NH4

+-N及浊度污染［4］。

2.3 人工湿地处理技术

顾名思义，人工湿地技术就是采用人工实施定是经纯天然湿地发展而来的，同时其又是以砾石、砂、土壤等作为主要介质，然后结合特定植物（高经济价值、高成活率、美观、长生长周期、强耐水渍性、高去污性等）共同组成比较复杂且独特的生态系统，与此同时，由其实践中表现出来的净化富营养化水体的效用也往往是综合湿地自然生态系统中的物理、生物、化学等多重作用完成的。论及人工湿地系统中的除氮技术时，这种技术的实践主要凭借微生物分解转化、植物吸收同化完成，且去磷的过程又覆盖了介质吸收过滤、微生物去除以及植物吸收等环节。比如，德国就曾经运用水平流和垂直流湿地芦苇床系统最终完成了富营养化水体中营养物质的处理工作，最终的处理结果显示，超90%的有机污染物和N、P 等元素都被除去了；而在美国田纳西州的人工湿地系统试验过程中，遵循差异化水力负荷作用下针对氨氮和氮的去除规律进行处理，最终的实验结果同样显示出，二级系统氨氮去除率相较于一级系统要高于20%～50%。

此技术近几年在国内被大范围应用，例如，官厅水库潜流人工湿地处理系统在2002年就实行了官厅水库的受污染水体的处理工作，处理结果显示：在夏季，系统显示COD 及NH4+-N 的去除率分别高达50%、70%。此外，人工湿地水污染处理技术同样在实际控制工作中处于迅速发展期，但是对于人工湿地净化机理而言，其对应的相关研究也比较落后，同时此技术当前也存在类似其基质内部的根系难以去除，又存在设计运行参数欠缺准确性、占地面积大等问题，对此，将来的研究工作内容依然有很多［5-6］。

2.4 生物栅修复技术

生物栅属于综合生物膜技术和水生植物后用来扩大生物附着表面积的新型污染物净化技术，此技术是在植物、水生动物、底栖动物及微生物等众多生态要素协同作用下实现生态修复功能的有效发挥。

近几年，湖泊富营养化水体生物栅修复技术同样被广泛应用，相关研究人员针对生物栅处理受污景观水体的效果和机制进行了研究，结果显示：当维持水力停留时间为72h时，生物栅针对于TOC、COD、TN及TP各自的去除率分别可以达到52.2%、57.6%、60.9%、82.4%。另外一些研究人员借助组合填料生物栅净化富营养化水体进行实验时，发现针对CODcr、SS、TN、TP 的去除率分别为41%、79%、93%、7%、28%、17%、44%。

3 结语

综上所述，城市湖泊富营养化污染水体的修复工作具有明显的复杂性和系统性特点，且其修复周期也比较长，即便当前人们对其在修复理论及方法方面作出了一些研究，但因尚未形成既有的水体生态修复理论技术体系，故而在相应的技术机理与实践应用方面都欠缺比较系统的研究。事实上，水体富营养化的形成并非单一因素所致，如果想要彻底地消除我国城市湖泊水体富营养化的问题，除了要制定相应的法律法规及技术条例进行约束以外，还必须要在技术应用方面不断创新，且能够保证在后续的水体生态修复技术应用研究过程中，可以适当地与国外一些技术先进的国家积极进行交流，以便能够有效修复我国污染水体。