摘　要: 從水污染治理角度出發(fā), 綜述了生物修復(fù)技術(shù)概況及其在水體污染治理中的應(yīng)用, 總結(jié)了生物修復(fù)技術(shù)的特點(diǎn), 展望了其發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞: 水體污染; 生物修復(fù); 綜述

近年來, 隨著科技的發(fā)展、社會(huì)的進(jìn)步, 人們?cè)谙硎芸萍脊I(yè)、設(shè)施農(nóng)業(yè)給生活帶來的便利與品質(zhì)的同時(shí), 賴以生存的環(huán)境也遭受到污染與破壞。“工業(yè)三廢”的排放, 農(nóng)藥、化肥等的不合理使用與排放以及石油泄漏和污染物不合理處置等, 使得不同類型的水體均受到一定程度污染, 很多污染物僅靠水體自身的自凈能力很難在短時(shí)間內(nèi)去除。故人們開始研究化學(xué)、物理及生物方面的處理辦法,以達(dá)到去除污染、保護(hù)環(huán)境的目的。大量實(shí)驗(yàn)證明, 許多污染物在進(jìn)行了化學(xué)處理后還會(huì)生成更難降解的有毒有害物質(zhì), 對(duì)環(huán)境造成二次污染, 物理方法卻只治標(biāo)不治本。而生物修復(fù)技術(shù)由于克服了化學(xué)方法和物理方法的種種缺陷, 被普遍認(rèn)為是在大面積的污染治理領(lǐng)域中有效、經(jīng)濟(jì)和極具生態(tài)性的高新環(huán)境技術(shù)。

1　生物修復(fù)技術(shù)概況

生物修復(fù)又稱生物改良, 是指利用生物的生命代謝活動(dòng), 來減少污染環(huán)境中的有毒有害物質(zhì)的濃度或使其無害化, 從而污染了的環(huán)境能夠部分或完全地恢復(fù)到原始狀態(tài)的過程[ 1 ] 。生物修復(fù)根據(jù)不同的分類條件有不同的種類: 根據(jù)其所利用的生物種類, 可以分為微生物修復(fù)、植物修復(fù)、動(dòng)物修復(fù); 根據(jù)被修復(fù)的污染環(huán)境, 可以分為土壤生物修復(fù)、水體生物修復(fù)和大氣生物修復(fù); 根據(jù)生物修復(fù)的實(shí)施方法, 可分為原位生物修復(fù)和異位生物修復(fù)。

生物修復(fù)始于20世紀(jì)70年代, 在20世紀(jì)90年代得到迅速發(fā)展。歐洲各發(fā)達(dá)國家從20世紀(jì)80年代中期就對(duì)生物修復(fù)進(jìn)行了初步研究, 并完成了一些實(shí)際的處理工程。美國也于1991年開始實(shí)施龐大的土壤、地下水、海灘等環(huán)境危險(xiǎn)污染物的治理項(xiàng)目[ 2 ] 。

我國的生物修復(fù)較發(fā)達(dá)國家晚, 處于剛剛起步階段, 并從20世紀(jì)90年代開始顯得尤為重視。目前在海面溢油、河流和湖泊的富營養(yǎng)化、地下水系污染等環(huán)境修復(fù)工程中廣泛應(yīng)用生物修復(fù)技術(shù), 而其經(jīng)濟(jì)、高效、生態(tài)性等優(yōu)勢也使其在環(huán)境污染的治理中發(fā)揮著更為重要的作用。

2　主要的生物修復(fù)技術(shù)方法

由于水體污染問題產(chǎn)生的原因不同、區(qū)域不同及污染對(duì)象不同, 生物修復(fù)技術(shù)在水污染治理方面的應(yīng)用也有很大的區(qū)別。目前, 在水污染治理中常用的生物修復(fù)技術(shù)方法主要包括以下幾個(gè)方面:

(1) 投菌法: 直接向污染環(huán)境中接入外源的污染降解菌, 以及提供這些菌生長所需的營養(yǎng), 從而達(dá)到降解污染物、凈化環(huán)境的目的。

(2) 生物培養(yǎng)法: 為了滿足污染環(huán)境中已經(jīng)存在的降解菌的需要而定期地向污染環(huán)境中投加過氧化氫和營養(yǎng), 以便使污染環(huán)境中的微生物通過代謝將污染物徹底礦化為二氧化碳和水, 從而消除污染物, 凈化環(huán)境。

(3) 植物修復(fù)法: 在污染環(huán)境中栽種對(duì)污染物吸收力高、耐受性強(qiáng)的植物, 利用植物的生物吸收及根區(qū)修復(fù)機(jī)理達(dá)到從污染環(huán)境中去除污染物或?qū)⑽廴疚镉枰怨潭ǖ哪康? 凈化環(huán)境。

3　生物修復(fù)技術(shù)在水體污染治理中的應(yīng)用

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)物污染兩個(gè)方面。利用生物方法以及構(gòu)建人工濕地等對(duì)污染水體進(jìn)行修復(fù)較加入化學(xué)藥劑殺藻等的化學(xué)方法及底泥疏浚等的物理方法而言有更大的優(yōu)勢。水體的生物修復(fù)技術(shù)具有效果好、工程造價(jià)低、低耗能、不會(huì)形成二次污染等優(yōu)點(diǎn)[ 9 ] , 因而生物修復(fù)技術(shù)已成為當(dāng)前水環(huán)境技術(shù)的研究開發(fā)熱點(diǎn)。對(duì)污染水體進(jìn)行生物修復(fù), 其原理是利用培育的生物或培養(yǎng)、接種的微生物的生命活動(dòng)對(duì)水中污染物進(jìn)行轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化及降解作用, 從而使水體得到恢復(fù)。如將生物修復(fù)技術(shù)與綠化環(huán)境及景觀改善相結(jié)合, 不僅能治理污染, 還能創(chuàng)造良好的生態(tài)環(huán)境, 實(shí)現(xiàn)人與自然協(xié)調(diào)發(fā)展。

利用生物修復(fù)技術(shù)對(duì)污染水體進(jìn)行修復(fù)的主要方法包括河道曝氣復(fù)氧、生物膜法、生物修復(fù)法、土地處理法、水生植物凈化法等[ 10 ] 。

河道曝氣技術(shù)。人工曝氣復(fù)氧是指向處于缺氧狀態(tài)的河道進(jìn)行人工充氧而增強(qiáng)河道的自凈能力,改善水質(zhì), 改善河道生態(tài)環(huán)境的方法。目前我國已開展的一些實(shí)驗(yàn)表明: 人工曝氣復(fù)氧是治理河流污染的一種有效的工程措施[ 11 ] 。例如張明旭等對(duì)蘇州河進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)室人工曝氣復(fù)氧研究和動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果表明: 即使嚴(yán)重黑臭的水體, 在有氧條件下20h后臭味基本消除, 水體顏色明顯改觀。

生物膜技術(shù)。指使微生物群體附著于某些載體的表面上呈膜狀, 其上的微生物攝取污水中的有機(jī)物作為營養(yǎng)物質(zhì)吸收并同化, 從而達(dá)到凈化污水的目的。生物膜表面積大, 可為微生物提供較大的附著表面, 有利于加強(qiáng)對(duì)污染物的降解作用, 從而凈化效果更佳。其反應(yīng)過程是: ①基質(zhì)向生物膜表面擴(kuò)散; ②在生物膜內(nèi)部擴(kuò)散; ③微生物分泌的酵素與催化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng); ④代謝生成物排出生物膜[ 9 ] 。據(jù)田偉君等的研究表明, 目前國外常用于凈化河流的生物膜技術(shù)主要有礫間接觸氧化法、排水溝(渠) 的接觸氧化法、生物活性炭填充柱凈化法、薄層流法和伏流凈化法。生物修復(fù)技術(shù)。

生物修復(fù)是指利用生物的生命代謝活動(dòng)減少存在于環(huán)境中有害物質(zhì)的濃度或使其完全無害化。其機(jī)理是利用特定的生物(植物、微生物或原生動(dòng)物) 降解、吸收、轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移環(huán)境中的污染物, 目標(biāo)是減少或最終消除環(huán)境污染,實(shí)現(xiàn)環(huán)境凈化、生態(tài)效應(yīng)恢復(fù)。用于污染水體治理的生物修復(fù)技術(shù)主要有兩類[ 10 ] , 一類是直接向污染水體投加經(jīng)過培養(yǎng)篩選的一種或多種微生物菌種; 第二類是向污染水體投加微生物促生劑。據(jù)曾宇等的研究表明, 將光和細(xì)菌包埋固定后用于處理府南河水樣, 可大大去除CODCr , 其去除率達(dá)90%以上。

土地處理技術(shù)。土地處理技術(shù)是以土地為處理設(shè)施, 利用土壤—植物系統(tǒng)的吸附、過濾及凈化作用和自我調(diào)控功能, 達(dá)到某種程度對(duì)水進(jìn)行凈化的目的, 是一種傳統(tǒng)而有效的生物- 生態(tài)處理技術(shù)[ 16 ] 。

水生植物凈化技術(shù)。水生植物凈化技術(shù)是利用適合相應(yīng)水體環(huán)境的水生植物及其共生的微環(huán)境, 來去除水體中的污染物質(zhì), 其充分利用了水生植物的自然凈化機(jī)能。若人為地創(chuàng)造所需的條件,構(gòu)建適合水體特征的水生植物群落, 能夠有效降低懸浮物的濃度并提高水體透明度及溶解氧濃度, 為魚類等其他生物提供良好的生存環(huán)境, 改善水生生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性[ 17 ] 。

4　結(jié)論和展望

大量的實(shí)驗(yàn)與例證可證明生物修復(fù)的效果明顯優(yōu)于物理、化學(xué)方法。利用生物修復(fù)技術(shù)具有以下特點(diǎn):

(1) 投資成本低, 處理效果好。許多例子證明, 生物修復(fù)這種利用動(dòng)、植物等的代謝活動(dòng)所進(jìn)行的環(huán)境污染治理方法不僅投資成本低而且處理效果好, 比利用物理、化學(xué)方法治理污染具有更高的經(jīng)濟(jì)性、成功性和安全性。

(2) 無二次污染, 環(huán)境安全性高。生物修復(fù)技術(shù)是利用特定的生物(植物、微生物或原生動(dòng)物)降解、吸收、轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移環(huán)境中的污染物。利用生物修復(fù)技術(shù)治理環(huán)境不僅不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染, 還可以將被污染環(huán)境已經(jīng)失衡的生態(tài)系統(tǒng)重新調(diào)動(dòng)起來, 通過環(huán)境因子、生物因子、營養(yǎng)成分等的改變, 讓生態(tài)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自我修復(fù), 保障系統(tǒng)安全, 提高治污效果。

生物修復(fù)技術(shù)與傳統(tǒng)修復(fù)方法相比, 雖然有許多優(yōu)點(diǎn), 但也存在一些不足, 如: 有毒物質(zhì)(如重金屬) 對(duì)生物降解有抑制作用; 某些污染物不能被生物降解; 有些污染物在降解的過程中會(huì)轉(zhuǎn)化成有毒的代謝產(chǎn)物等。若能將生物修復(fù)技術(shù)與其他技術(shù)相結(jié)合, 將生物修復(fù)技術(shù)滲透到基因工程、酶工程、細(xì)胞工程等先進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域里, 形成聯(lián)合的修復(fù)技術(shù)體系, 必將為人類有效地解決環(huán)境問題做出更加巨大的貢獻(xiàn)。

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