生物修复技术在水环境治理中的应用与发展

2024-07-09王玮

大众科学 2024年5期

王玮

摘要：在城市不断扩张、工业生产规模日益增长的今天，水体污染问题变得越来越普遍，对人类生存与发展带来严重的负面影响。在此之间加强对水体污染的治理修复工作变得越来越关键，从中合理运用生物修复技术是当前环境保护管理工作的重心。简要分析生物修复技术原理的基础上，针对水环境治理中生物修复技术的应用方法进行探究分析，以期为实际工作形成参考支持。

关键词：生物修复技术原理分析应用方法环境治理

中图分类号： X32文献标识码： A文章编号： 1679-3567（2024）05-0052-03

Application and Development of Bioremediation Technology in Water Environment Treatment

WANG Wei

Guangping County Branch， Handan Ecology and Environment Bureau， Handan， Hebei Province， 057650 China

Abstract： With the continuous expansion of cities and the increasing scale of industrial production today， water pollution is becoming increasingly common， which has a serious negative impacts on human survival and develop‐ment. Therefore， it is becoming increasingly crucial to strengthen the treatment and remediation of water pollution， and the rational use of bioremediation technology is the current focus of environmental protection management. Based on a brief analysis of the principles of bioremediation technology， this article explores and analyzes the appli‐cation methods of bioremediation technology in water environment treatment， in order to provide reference support for practical work.

Key Words： Bioremediation technology； Principle analysis； Application method； Environmental governance

我国经济在快速增长的过程中，对环境资源的开发应用程度也在不断加深，尤其在水环境质量方面已经出现了各种水体污染问题，对国民健康生活和经济可持续发展具有十分重要的影响。

相关研究显示，通过在水环境治理工作中科学合理运用生物修复技术，有利于进一步改善水体污染问题，提高对水体质量的净化效果，在避免破坏水体平衡稳定的前提下，为人类生活的可持续发展形成有效支持。其中，深入了解生物修复技术的应用原理和方法尤为关键，是提高技术应用成效的重要前提条件。

1 生物修复技术原理分析

生物修复技术是20世纪70年代左右所兴起的新型环境治理技术，通过应用生物学原理，体现出较高环境治理效益且成本较低的应用优势。该技术应用原理在于借助某些特定微生物或植物，促进污染物的降解与转化，以实现净化环境的目的。技术核心思想在于借助生物代谢活动，使有机物、无机物以及重金属等污染物转化为无机化合物以及其他无害物质，从而实现修复水体环境、改善污染问题的目的。结合修复微生物类型和作用方式的差异，目前广泛应用的生物修复技术分为生物吸附技术、生物降解技术、生物转化技术三种类型[1]。

2 水环境治理中对生物修复技术的应用方法探究

2.1 微生物净化法

该净化技术属于生物修复技术中比较常用的应用种类，修复能力十分强，且见效速度十分快。在治理水体环境质量中，一般可以通过以下几种类型进行应用。

2.1.1 微生物投放法

前期需要做好对水体污染状况的监测工作。结合监测取得的相关数据信息进行分析，掌握污染水体环境的污染源信息，再结合相应污染源类型，针对性地选择适宜的微生物菌种，所选择的微生物菌种在污染源净化能力方面应当体现出较强的技术应用优势。在科学合理选择适宜的微生物菌种后，开展人为培育工作，以提高菌种活力水平与抵抗力状况；在人工培育结束后将其投放于水体污染环境当中。其中所常用的微生物菌种有硝化细菌、光合细菌等，这类修复技术在水产养殖区域的水体污染环境中应用广泛[2]。

2.1.2 促生剂净化法

在采用促生剂净化法修复污染水体时，关键在于监测水体微生物的种类和数量，并选择合适的促生剂。这有助于提高微生物的质量和繁殖效率，进而增强其分解污染物质的能力，提升治理效果。然而，该方法在实际应用中面临一些挑战，如促生剂选择的局限性和潜在的二次污染风险，限制了其广泛应用。

2.1.3 生物膜处理法

运用生物膜处理法以净化水体环境，是对水体污染进行自我净化的治理修复过程，可以有效清理受到污染的水体环境中的胶状物以及其他有机污染物，通过运用生物滤池、生物转盘、生物接触氧化设备以及生物流化床等相关技术设施治理修复水体环境，图1为生物处理法的应用原理[3]。

该技术可以有效清理水体环境中的无机盐和重金属等有害物质、具有优良的水体环境改善效果，生物膜处理法也被划分为砾间接触氧化法、排水沟接触氧化法、生物活性炭填充柱净化法等三种类型。

（1）砾间接触氧化法是一种河床生物膜技术，用于净化河水。该技术通过在河床中填充砾石作为人工介质，以增加生物膜与河水的接触面积。随着河水的流动，砾石表面的生物膜与水中的污染物进行有效接触和摩擦，促使污染物沉积在生物膜上。随后，生物膜通过吸收和分解作用，达到净化水体中污染物质的目的。

（2）排水沟接触氧化法通过在沟渠内外安装净化设备，使用不同大小的颗粒状砾石或塑料作为基础材料，以增加与水体的接触面积。这些材料因其较大的接触面积和高孔隙率，易于生物膜的形成。当河流污水流经这些净化装置时，生物膜能够吸附污染物，进而通过微生物的作用实现污染物的沉淀和分解，有效减少河流中的污染物质，提升水质。

（3）生物活性炭填充柱净化法利用活性炭作为净化介质，其表面粗糙多孔的特性使其具有优异的微生物吸附能力。在应用过程中，该技术结合了微生物在水体中分解有机物的生物膜效应、活性炭的生物再生能力以及其吸附作用，共同促进水体污染的改善和修复。

2.2 水生植物净化法

在诸多生物修复技术中，水生植物净化法的应用具有较为优良的绿色环保应用价值，可以将水生植物净化法划分为生态浮岛法、人工湿地法以及底泥生物氧化法等三种类型。

2.2.1 生态浮岛法

生态浮岛法，亦称生态浮床法，通过在特制的浮床（浮岛）上种植水生植物来净化水质。这些植物能有效吸收并降解水体中的污染物质，从而达到净化水源的目的。在应用生态浮岛法治理水体污染时，选择合适的水生植物和充分利用水质资源至关重要，这有助于提升微生物的活性，增强污染治理的效果。

为了提高治理效率，应优先选择根系发达的水生植物，因为它们对污染物质，尤其是氮磷化合物，具有更强的吸附能力。在实际操作中，需要分析水体的污染成分，精心设计浮床结构，并合理控制日照时间，以减少藻类过度繁殖导致的水质恶化，从而有效管理并提高水体的清澈度[4]。

2.2.2 人工湿地法

在采用人工湿地法进行水体污染治理和修复时，首先需人工构建池塘并引入受污染的水体。通过利用微生物、植物和化学物质的综合作用，实现水体环境的净化。由于不同人工池塘的结构和功能各异，实际应用中需根据具体情况合理选择净化策略，具体分类如表1所示。根据表1可知，在实施人工湿地法净化水体的过程中，工艺流程主要分为阶梯式、折流式和复合式三种类型，每种类型都有其独特的应用优势和条件。

由于各种工艺流程和布水方式特点不同，在治理修复水体污染过程中，要结合受污染水质状况，合理地选择工艺流程和布水方式，从而取得更好的水体污染修复治理效果。

2.2.3 底泥生物氧化法

该技术通过促进水体底泥中微生物的繁殖，有效增加了微生物的种类与数量，有助于控制底泥中营养盐的释放，减缓水体富营养化。此外，该技术在管理水体富营养化方面表现出色，能够促进微生物与底泥中物质的有效结合，不仅增强了底泥的生物氧化速度和物质降解效率，还提高了黑臭物质的氧化速率，有效抑制了由底泥引起的水体黑臭现象，从而显著提升了水体环境的整体质量。

2.3 水体人工增氧法

水体人工增氧法是一种通过人为手段提高水体中溶解氧含量的技术，它对于增强水体中微生物的代谢活动具有显著作用。通过增加溶解氧，该技术不仅促进了微生物的生长速率，还显著提升了它们对污水中有机污染物的吸收和分解能力。

这一技术在城市水体环境的修复与治理中扮演着重要角色。城市水体由于受到周边建筑的压迫、河流的阻断等因素的影响，经常会出现流动性减弱、水体自净能力下降的问题。这些水体通常较为狭窄且浅，导致其容量有限，容易受到严重污染。此外，城市水体的含盐量往往较高，自我净化能力较弱，这进一步加剧了水质恶化的风险。

针对这些问题，人工增氧技术的应用可以有效提升水体中微生物的活性，使水体中的溶解氧保持在一个较为饱和的状态。这一变化不仅有助于提高水体的自净能力，还能有效改善和预防富营养化现象，即水体中营养物质过剩导致藻类过度繁殖的问题。通过增加溶解氧，人工增氧技术还能促进硝化细菌的活动，从而加快将亚硝酸盐转化为硝酸盐的硝化反应，进一步提升水体的自净效率。

2.4 生态护岸法

生态护岸法是一种利用河流两岸植被来净化水体的环境治理技术，广泛应用于水体环境的修复工作中。通过在河道两侧坡面上种植适量的生物植被，这种方法不仅增强了水体的自然净化和自我修复能力，而且通过植被的呼吸作用增加了水体中的溶解氧，从而促进了有害气体的分解，提高了水体净化的效率。

此外，通过建立水陆缓冲带，可以减少污染物直接进入水体，有效防止城市垃圾污染河流。缓冲带能够拦截大部分废弃物，限制其进入河流，从而降低水体污染的风险，进一步提升水体治理和修复的整体效果[5]。