生態生物水體修復技術探究
一、概述
對受汙染的江河湖庫水體進行治理修復?是社會經濟發展及生態環境建設的迫切需要。特別是南水北調東線沿線的治汙工程，量大面廣，需要的投資大，尋找先進實用、造價低廉的技術迫在眉睫。
我國的江河湖庫水體汙染主要包括氮磷等營養物和有機物汙染兩方面。另外，湖泊水庫藍藻及赤潮給水域生態、人體健康也造成了嚴重危害。對於富營養化的控制，發達國家以控制營養鹽為主，大多采取“高強度治汙－自然生態恢復”的技術路線，即控制外源磷汙染負荷並配合生態恢復措施，在這方面已經取得較大成效。
去除藻類與控制其生長是湖泊水庫水體恢復與保護的難題，目前國際上採用的技術主要有三類：①化學方法：如加入化學藥劑殺藻、加入鐵鹽促進磷的沉澱、加入石灰脫氮等，但是易造成二次汙染；②物理方法：疏挖底泥、機械除藻、引水衝淤等，但往往治標不治本；③生態—生物方法：是國外近年來發展很快的一種新技術，水體生態—生物修復技術是按照自然界自身規律去恢復自然界的本來面貌，強化自然界自身的自淨能力去治理被汙染水體，這是人與自然和諧相處的合乎邏輯的治汙思路，也是一條創新的技術路線。
生態—生物汙水處理技術，是利用培育的植物或培養、接種的微生物的生命活動，對水中汙染物進行轉移、轉化及降解作用，從而使水體得到淨化的技術，具有處理效果好、工程造價相對較低、不需耗能或低耗能、執行成本低廉等優點。另外，這種處理技術不向水體投放藥劑，不會形成二次汙染。還可以與綠化環境及景觀改善相結合，在治理區建設休閒和體育設施，創造人與自然相融合的優美環境。所以，這種廉價實用技術預計適用我國江河湖庫大範圍的汙水治理。
二、主要處理工藝方法
生物處理技術包括好氧處理、厭氧處理、厭氧—好氧組合處理，利用細菌、藻類、微型動物的生物處理，利用溼地、土壤、河湖等自然淨化能力處理等。以下重點介紹幾種針對江河湖庫汙染大水體的修復技術。
1.生物膜法處理技術
生物膜法是指用天然材料（如卵石）、合成材料（如纖維）為載體，在其表面形成一種特殊的生物膜，生物膜表面積大，可為微生物提供較大的附著表面，有利於加強對汙染物的降解作用。其反應過程是：①基質向生物膜表面擴散，②在生物膜內部擴散，③微生物分泌的酵素與催化劑發生化學反應，④代謝生成物排出生物膜。
生物膜法主要工藝方法有生物廊道、生物濾池、生物接觸氧化池等。生物膜法具有較高的處理效率，對於受有機物及氨氮輕度汙染水體有明顯的效果。它的有機負荷較高，接觸停留時間短，減少佔地面積，節省投資。此外，執行管理時沒有汙泥膨脹和汙泥迴流問題，且耐衝擊負荷。日本、韓國等都有對江河大水體修復的工程例項。
2.人工溼地處理技術
人工溼地的原理是利用自然生態系統中物理、化學和生物的三重共同作用來實現對汙水的淨化。這種溼地系統是在一定長寬比及底面有坡度的窪地中，由土壤和填料（如卵石等）混合組成填料床，汙染水可以在床體的填料縫隙中曲折地流動，或在床體表面流動。在床體的表面種植具有處理效能好、成活率高的水生植物（如蘆葦等），形成一個獨特的動植物生態環境，對汙染水進行處理。
人工溼地的顯著特點之一是其對有機汙染物有較強的降解能力。廢水中的不溶性有機物透過溼地的沉澱、過濾作用，可以很快地被截留進而被微生物利用；廢水中可溶性有機物則可透過植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代謝降解過程而被分解去除。隨著處理過程的不斷進行，溼地床中的微生物也繁殖生長，透過對溼地床填料的定期更換及對溼地植物的收割而將新生的有機體從系統中去除。由於這種處理系統的出水質量好，適合於處理飲用水源，或結合景觀設計，種植觀賞植物改善風景區的'水質狀況。其造價及執行費遠低於常規處理技術。這種技術已經成為提高大型水體水質的有效方法。英、美、日、韓等國都已建成一批規模不等的人工溼地。
3.土地處理技術
土地處理技術是一種古老、但行之有效的水處理技術。它是以土地為處理設施，利用土壤—植物系統的吸附、過濾及淨化作用和自我調控功能，達到某種程度對水的淨化的目的。土地處理系統可分為快速滲濾、慢速滲濾、地表漫流、溼地處理等幾種形式。國外的實踐經驗表明，土地處理系統對於有機化合物尤其是有機氯和氨氮等有較好的去除效果。德、法、荷等國均有成功的經驗。
三、國外工程例項
1.日本坂川古崎淨化場
位於日本江戶川支流坂川古崎淨化場，是採用生態—生物方法對河道大水體進行修復的典型工程，從1993年投入執行至今已有8年的執行歷史，觀測結果表明，河道汙染水體的水質有了明顯改善。
江戶川是日本東京都和千葉縣附近的主要河流，從河道中引出70m3/s的流量為該地區城市、農業、工業供水，其中城市供水佔60%。靠江戶川下游的金町、古崎和慄山三個水廠為630萬人供水。坂川是江戶川的一條支流，在金町等三個水廠上游附近匯入江戶川。由於坂川河道治理不力，大量生活汙水排入坂川，致使水質惡化，BOD等指標嚴重超標，同時浮游植物繁殖迅速。坂川水質惡化，直接對金町等三個水廠構成威脅，居民對飲用水味道不佳多有怨言。為治理坂川，採取工程設施將坂川改道，先流入古崎淨化場。經過古崎淨化場後，坂川的汙染減少了60%～70%，處理過的河水流入稱為松戶川的新開人工渠道，然後注入江戶川。 坂川的河水經改道注入古崎淨化場後，清潔的水流入新開的人工渠道——松戶川。其設計理念頗有新意，它一改傳統設計形式，不採用混凝土或塊石襯砌的直線渠道，而以微彎曲的河道形態，岸坡間有大小卵石，植有繁茂的蘆葦和其他植物，適於鯽魚、?魚等魚類生長，兩岸種植樹木，適於鳥類棲息。這種環境不但可以為居民提供一個與自然相融合的休閒環境，而且對水體也能起進一步的淨化作用。松戶川注入江戶川后，大大緩解了江戶川的環境壓力。
2.日本渡良瀨蓄水池的人工溼地
渡良瀨蓄水池位於日本櫪木縣，是一座人工挖掘的平原水庫，總庫容2640萬m3，水面面積4.5km2水深6.5m左右。平時為茨城縣等6縣市64萬人口供水，日供水量21.6萬m3。蓄水池周圍是渡良瀨川的滯洪區，汛期蓄水池能提供1000萬m3的調洪庫容。
隨著近年來上游用水造成生活汙水以及含氮、磷的水流入，渡良瀨蓄水池出現黴臭等水質問題。為保護蓄水池的水質，自1993年起在蓄水池一側滯洪窪地上建人工溼地，這是一座設有人工設施的蘆葦蕩。將蓄水池的水引到蘆葦蕩，透過吸附、沉澱及吸收作用，去除水中的氮、磷及浮游植物，達到對水體進行自然淨化的目的。這種淨化過程迴圈進行，確保蓄水池水質潔淨，類似醫學上的對病人血液體外透析處理。蘆葦具有很好的淨化功能，汙染物與其莖部接觸產生沉澱作用，蘆葦的根部與莖部可吸收某些汙染物。另外，附著在莖部上的微生物可對汙染物產生吸附分解作用。 為淨化渡良瀨蓄水池的水體，還在蓄水池中部建一批人工生態浮島，種植蘆葦等植物，其根系附著微生物，可提供充足氧氣，並透過遷移、轉化水中的氮、磷等物質，降解水中有機質。浮島還設定為魚類產卵用的產卵床，也為小魚設有棲身地，水中的浮游植物成了魚餌。人工生態浮島保證了蓄水池水質的潔淨。
3.韓國良才川水質生態—生物修復設施
良才川是漢江的一條支流，位於漢城的江南區。由於河流地處住宅區，加之治理不善，良才川的水質受到較大汙染，也影響了漢江的水質。1995年起主要採用生態—生物方法治理良才川。 除接觸氧化槽以外，良才川的環境治理工程還包括恢復河流自然生態的方法，即用石塊、木樁、蘆葦、柳樹等天然材料進行護岸，形成類似野生的自然環境，同時種植菖蒲等植物，恢復魚類棲息環境，適於鱖魚等魚類生長，也為白鷺、野鴨等禽類群落生存創造條件，又開闢散步、騎腳踏車小路和木橋等，為居民提供與水親近的自然環境。
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