1、 收稿日期 :20040616基金項目 :江蘇省自然科學基金資助項目 (BK 2002066作者簡介 :朱亮 (1963, 男 , 江蘇姜堰人 , 副教授 , 主要從事水污染控制理論及應用研究 . 河流湖泊水體生物 -生態(tài)修復技術述評朱 亮 1, 苗偉紅 1, 嚴 瑩 2(1. 河海大學環(huán)境科學與工程學院 , 江蘇 南京 210098;2. 江蘇廣播電視大學建筑工程學院 , 江蘇 南京 210017摘要 :生態(tài)修復技術 , 生態(tài)修復 技術的優(yōu)缺點 . 分析表明 :、 耗能少 、 處 理效果好且能實現資源回收利用等特點 ; 會產生二次污染 .關鍵詞 :湖泊 ; 生物 ; 中圖分類號 文章編號 :

2、10001980(2005 01005904, 水體的功能和作用不斷被弱化 . 尤其是城市緩流水體 , 由于受城 市發(fā)展的影響較大 , 水體流動性小 , 自凈能力弱 , 破壞更為嚴重 . 據近年來全國水域的水環(huán)境質量調查統(tǒng)計 , 在流經全國 42個大中城市的 44條河流中 , 有 93%的河段被污染 , 其中嚴重污染和中度污染的河段占 79%, 64%的城市河段為 類或 類水質 ,50%的重點水源地不符合飲用水標準 1. 湖泊的水質也普遍較差 ,75%以上的湖泊富營養(yǎng)化加劇 , 許多湖泊已達不到 類水水質標準 , 部分湖泊甚至成為納污水體 .脫氮除磷及去除藻類是河流湖泊水體恢復與保護的難題 ,

3、 目前國際上采用的技術主要有 3類 :(a 化學 方法 . 如加入化學藥劑殺藻 、 加入鐵鹽促進磷的沉淀 、 加入石灰脫氮等 , 但是易造成二次污染 . (b 物理方法 . 疏挖底泥 、 機械除藻 、 引水沖淤等 , 但往往治標不治本 . (c 生態(tài)方法 . 水體的生物 生態(tài)修復技術 , 通過強化自然界自身的自凈能力和物質循環(huán)規(guī)律去治理被污染水體 , 是實 現人與自然和諧相處的治污途徑 2. 該技術是一項清潔環(huán)境的低投資 、 高效益 、 便于運行 、 發(fā)展?jié)摿^大的技 術 . 許多發(fā)達國家如日本 、 美國等已用于工程實踐 . 生態(tài)修 復技術進行述評 .1 脫氮除磷技術一般來說 , 當天然水體中

4、總磷濃度大于 0102mg/L 、 無機氮濃度大于 013mg/L 時 , 就可認為水體處于富營 養(yǎng)化狀態(tài) 3. 富營養(yǎng)化水體中的氮 、 磷促使水中的藻類急劇生長 , 大量藻類的生長消耗了水中的氧 , 使魚類 、 浮游生物因缺氧而死亡 , 從而它們腐爛的尸體使水質受到污染 4. 因此 , 去除水體中大量的氮 、 磷 , 特別是磷 , 是治理富營養(yǎng)化污水的根本 . 這是因為盡管氮 、 磷同為生物的重要營養(yǎng)物質 , 但藻類等水生生物對磷更為敏 感 , 當水體中磷的濃度較低時 , 即使氮的濃度能滿足藻類等水生生物的需要 , 其生產能力也會大受遏制 5.1. 1 日本小型合并污水處理凈化槽技術該處理裝

5、置為應用物理和生物過程對生活污水進行凈化處理的設備 . 合并處理凈化槽可處理糞便污水 、廚房和浴室污水 (即生活污水 , 故又叫 “ 家庭污水處理凈化槽” 6,7.合并處理凈化槽是一種一體化設備 , 其 7個工藝步驟在 1個槽內完成 , 各步驟之間用隔板隔開 , 工藝流 程如圖 1所示 .該裝置采用了好氧反應出水循環(huán)到厭氧反應的工藝 , 因此有較好的脫氮效率 . 從該裝置的說明書來看 , 出水 T N 濃度在 20mg/L 以下 . 但根據生物處理工藝理論 , 好氧反應出水中的硝態(tài)氮應在缺氧的情況下被還 原為氮氣釋放 , 而達到氮的去除 , 至于該裝置中的厭氧反應室是否處于缺氧狀態(tài) , 還有待

6、進一步研究 . 此外 , 第 33卷第 1期2005年 1月 河 海 大 學 學 報 (自 然 科 學 版 Journal of H ohai University (Natural Sciences V ol. 33N o. 1Jan. 2005 圖 1ch of 2of purifing groove該凈化槽也有較好的除磷效果 . 該凈化槽因在好氧池及厭氧池內填充了大量的填料 , 微生物大部分都固著在填料上 , 微生物在反應槽內部進行循環(huán) , 得到一定程度的硝化 , 不能硝化而需排出反應槽的污泥很少 , 因此 , 無需專門設置污泥處理槽 , 只要待老化污泥在設備內累積到一定量后 , 定期用

7、抽泥裝置將污泥抽出外運處置即可 . 該裝置凈化功能和效率較好 , 并能節(jié)省能耗 , 便于管理操作 7.1. 2 電化學凈化技術與傳統(tǒng)的化學方法不同 , 電化學凈化系統(tǒng)不需投加試劑 . 其流程如圖 2所示 . 圖 2 電化學凈化系統(tǒng)Fig. 2 E lectrochemical purification system Im provement of lake water quality using bio 2eco engineering system. The Science and T echnology Prom otion F oundation of I BARAKI. 2003. 2

8、. 圖 3 無循環(huán)厭氧 /好氧土壤處理系統(tǒng)流程 Fig. 3 F low for non 2circulating anaerobic/aerobic soil treatment system 在該系統(tǒng)中 , 廢水通過格柵后在氧化池中經歷約 15min 的絮凝時間 , 再經還原池后進入沉淀池進行固液分離 . 氧化池施加低電壓后主要產生活性氧基 , 還原池施以高壓脈沖波后產生氫氧基 . 這一系統(tǒng)的測試實驗表明 :處理生活污水時 ,T N ,TP 和 C OD 的去除率分別為 83%,97%和 86%, 處理含藻的湖泊水時 , 去除率分別為 84%,94%和 92%.該系統(tǒng)處理費用約為傳統(tǒng)化學法

9、的 1/3 .1. 3 無循環(huán)土渠凈化技術土渠式污水土地處理技術也稱尼米 (NiM i 系統(tǒng) , 是利用土壤毛細管浸潤擴散原理研制成功的一種淺型土壤處理系統(tǒng) 8. 無循環(huán)土渠污水土地處理技術工藝流程如圖 3所示 .該系統(tǒng)是利用土壤毛細的作用 , 土壤的吸附 、 過濾 、沉淀作用 , 土壤的降解作用以及土壤中生長的生物攝取作用凈化污水的 9. 該凈化系統(tǒng)具有耗能少 、 處理效 果好的優(yōu)點 . 驗證試驗發(fā)現 ,3套連接在一起的厭氧濾床和土渠 , 在沒有循環(huán)及動力輸入的情況下 ,BOD ,T N , TP 的出水濃度分別為 10mg/L ,10mg/L ,015mg/L , 且出水被分成 3份并以

10、5 3 2的比例分別回流到一級 、 二 級 、 三級厭氧濾床中 . 由于該系統(tǒng)占地面積較大 , 因此較適用于土地資源豐富的地區(qū) .1. 4 水體養(yǎng)殖生物公園凈化技術大部分水生高等植物都有發(fā)達的根系 , 能吸收大量水體污染物 , 同時也寄居著眾多的異氧微生物 . 水生 植物為根系微生物創(chuàng)造了良好的棲息場所并提供了豐富的營養(yǎng)物質 , 而根系微生物在功能上的協同效應加 速了水體中污染物的凈化 , 故在富營養(yǎng)化湖泊河流治理中 , 選擇在本地區(qū)適應性較好的現有或原有水生植 物 , 對氮 、 磷等營養(yǎng)性污染物具有較強去除能力的物種 , 以及具有用途廣或經濟價值高的生物物種 , 是恢復水 體功能 、 維持生

11、態(tài)平衡的重要技術手段 10. 我國也曾開展過利用水生植物凈化水體的試驗研究 11, 但在資 源恢復和循環(huán)上存在許多不足 . 日本開發(fā)了一種可食用的水生植物凈化系統(tǒng) 水生植物養(yǎng)殖公園 , 即通過 06河 海 大 學 學 報 (自 然 科 學 版 第 33卷種植可食用的水生植物凈化水體 , 同時還在植物的根系地帶養(yǎng)殖了淡水蚌 . 淡水蚌可以捕食水中的懸浮物 , 增強水體的透明度 , 并具有較高的食用價值 . 此外 , 該系統(tǒng)凈化能力很高 , 幾乎是蘆葦的 10倍 . 目前 , 這一系 統(tǒng)在我國的應用尚處于試驗階段 . Im provement of lake water quality using

12、 bio 2eco engineering system. The Science and T echnology Prom otion F oundation of I BARAKI. 2003. 2.1. 5 磷資源回收技術傳統(tǒng)的除磷技術主要包括物理化學除磷技術和生物代謝除磷技術 . 前者通過向水體中投加陽離子絮凝 劑形成磷的沉淀物 , 再經過固液分離將磷從污水中去除 ; 后者利用活性污泥的超量磷吸收現象來去除污水中 的磷 . 以上兩種方法都有較好的除磷效果 , 但不利于磷資源的回收利用 12. 基于這一點 , 日本開發(fā)了如下兩 套物理化學除磷工藝 :圖 4 鐵電解法原理 Fig. 4 P

13、rinciple of iron electrolysis method a. 鐵電解除磷工藝 (圖 4 . 鑄鐵為鐵 , 碳以碳化鐵(Fe 2C 3 顆粒形式分散在鐵中 . 當鐵屑浸入水中時 , Fe -C 微原電池 , 純鐵為陽極 , 碳化鐵為陰極 , :陽極 Fe -2e Fe 2+陰極 2H +2 該反應在酸性溶液中易進行 . , 使Fe 2+(有氧條件下生成 Fe 3+ Fe (OH 2和 Fe (OH 3絮狀沉淀 . Fe OH 2和 Fe (OH 3沉淀物具有更強的吸附性能 , 能達到更好的除磷效果 13,14. 其中沉淀物與剩余污泥一起被排出 . 由于其中含有大量的磷 , 因而

14、還可制成農用復合肥 .圖 5 磷資源循環(huán)利用系統(tǒng) Fig. 5 Sketch of a phosphorus resource recovery system該項技術有如下優(yōu)點 :(a 出水水質達到 (BOD 10mg/L ,(T N 10mg/L , (TP 015mg/L ; (b 鐵電極上析出的鐵離子加速了活性污泥的絮凝 , 提高了固液分離性 .b. 磷吸收載體除磷工藝 . 雖然磷能導致水體富營養(yǎng)化 , 但它也是工業(yè) 、 農業(yè)生產的一種必需的資源 . 磷和石油一樣 , 屬于不可回收的有限資源 . 日本沒有磷礦源 , 其磷完全依靠進口 . 為此 , 日本建立了一種循環(huán)利用磷資源的系統(tǒng) ,

15、如圖 5所示 .該系統(tǒng)中的磷回收裝置用直徑為 017mm 的球形填料填充到柱狀反應器中 , 反應器放置到合并處理凈化槽的后面以吸收污水中的磷 . 每隔 3個月將磷吸收裝置送到磷回收站 , 將填料浸入到 7%的氫氧化鈉溶液中以脫去磷 , 填料可以重新利用 . 這種方法處理效果顯著且實現了磷資源的回收利用 . 2 除 藻 技 術傳統(tǒng)的藻類去除方法主要為物理法和化學法 . 物理方法對環(huán)境影響較小 , 但去除率較低 . 化學方法可以有 效地抑制和殺滅藻類 , 但投加藥劑可能會給水體帶來負面影響 15. 于是 , 近年來又發(fā)展了以下幾種除藻技術 .2. 1 超聲波藍綠藻去除技術超聲波除藻系統(tǒng)利用超聲波輻

16、射破壞藻類的液胞 , 從而使它們沉入湖底而被細菌分解 . 該系統(tǒng)適用于發(fā) 生水華或富營養(yǎng)化的中小型湖泊 . 我國已利用了該項技術 . 例如 , 在北京什剎海生態(tài)修復試驗中就利用了臭 氧 /超聲波除藻技術 . 試驗證明 , 該項技術具有明顯的除藻效果 16. 此外還有利用密度流分解技術去除藻類 的系統(tǒng) . 這種系統(tǒng)能使底泥處于好氧狀態(tài) , 可阻止微囊藻吸取養(yǎng)料 , 促進水中懸浮物的好氧分解 .2. 2 利用有益微生物去除絲狀藍綠藻技術絲狀藍綠藻不但會增加湖水的 C OD 值及濁度 , 還能產生一種降低絮凝效果的物質 , 從而會阻礙固液分 離的實現 . 為此 , 日本研發(fā)了一種生物過濾器 . 這種

17、生物過濾器內部填充了大量的有益微生物 , 當污水流經該 過濾器時有益微生物能捕食和分解絲狀藍綠藻 , 從而可達到凈化水質的目的 . 由于這一系統(tǒng)的成本及能耗都 16第 1期 朱 亮 , 等 河流湖泊水體生物 生態(tài)修復技術述評較低 , 故較適用于發(fā)展中國家 . 我國也有相關研究 , 李雪梅等 17將 E M 應用于中國科學院華南植物園人工湖 內后 , 水表面和水面以下 015m 水體中的葉綠素 a 含量 、 總氮 、 總磷和高錳酸鹽指數下降 , 水中的溶解氧含量 和水體的透明度上升 .2. 3 利用病毒控制藻類生長的技術目前已有人分離出侵噬藍藻的病毒 (稱為藍藻噬菌體 . 實驗證明 , 藍藻接種

18、該病毒后 , 藻體數量明顯降 低 , 藻類生長受到控制 . 利用噬菌體防止和消除冷卻水系統(tǒng)生物黏泥 , 是一種頗具前途的生物學方法 . 研究表 明 18, 該方法對于防止海水冷卻水系統(tǒng)及造紙工業(yè)水系統(tǒng)生物黏泥的形成十分有效 . 但此法尚未走出實驗 室 , 需解決對循環(huán)水中的細菌或藻類敏感的噬菌體及循環(huán)水流速 、 溫度對噬菌體影響的問題 .3 結 語生物 生態(tài)修復技術包括脫氮除磷和去除藻類兩種技術 ,本小型合并污水處理凈化槽技術 、資源回收技術 , ; 在除藻方面 , 國內外先進的技術 , 這些技 , 為發(fā)展新的除藻工藝提供了新的研究方向 .參考文獻 :1許木啟 , 黃玉瑤 . 受損水域生態(tài)系統(tǒng)

19、恢復與重建的研究 J.生態(tài)學報 ,1998,18(5 :547 558.2董哲仁 , 劉倩 , 曾向輝 . 受污染水體的生物 生態(tài)修復技術 J.水利水電技術 ,2002,33(2 :1 4.3唐森本 , 王歡暢 , 葛碧洲 , 等 . 環(huán)境有機污染化學 M.北京 :冶金工業(yè)出版社 ,1995. 21.4劉鴻志 , 任隆江 , 胡明 . 我國湖泊的限 、 禁磷現狀及對策 J.環(huán)境保護 ,1998, (8 :27 28.5邵林廣 , 游映玖 , 陶惠芳 , 等 . 控磷除磷在水體富營養(yǎng)化控制中的作用 J.環(huán)境與開發(fā) ,1999,14(2 :19 20.6閔毅梅 . 日本凈化槽技術在中國的推廣前景

20、J.污染防治技術 ,2003,16(4 :74 76.7康緹 . 日本小型合并處理凈化槽的性能初探 J.貴州環(huán)保科技 ,2002,8(3 :26 31.8史莉 , 張笑一 , 劉春麗 , 等 . 地溝式污水土地處理 +人工濕地中植物對磷的去除效果 J.生態(tài)環(huán)境 ,2003,12(3 :289 291. 9楊星宇 , 彭潤芝 . 地溝式土地處理技術凈化污水的機理及其應用 以貴州省為例 J.貴州師范大學學報 (自然科學 版 ,2002,20(3 :65 68.10許秋瑾 , 李欣瑞 , 蘇東波 . 城市中小型湖泊河道生態(tài)治理的探討 J.自然環(huán)境保護 ,2001, (6 :19 20.11王慶安 ,

21、 任勇 , 錢駿 , 等 . 成都市活水公園人工濕地塘床系統(tǒng)的生物群落 J.重慶環(huán)境科學 ,2001,23(2 :52 55.12顧小紅 , 黃種買 , 虞啟義 . 污水除磷技術的現狀及發(fā)展趨勢 J.再生資源研究 ,2002, (3 :33 3513趙永才 . 微電解法脫除水溶性染料廢水色度的研究 J.環(huán)境污染與防治 ,1994,16(1 :18 21.14吳海鎖 . 微電解工藝在染料廢水治理中的應用 J.環(huán)境導報 ,1999, (2 :18 20.15鄧義敏 . 藻類對供水的影響及去除方法 J.中國給水排水 ,2001,17(7 :5 8.16屠清瑛 , 章永泰 , 楊賢智 . 北京什剎海生

22、態(tài)修復試驗工程 J.湖泊科學 ,2004,16(1 :61 67.17李雪梅 , 楊中藝 . 有效微生物群控制富營養(yǎng)化湖泊藍藻的效應 J.中山大學學報 (自然科學版 ,2000,39(1 :81 85. 18酈和生 . 循環(huán)冷卻水殺生技術的進展 J.工業(yè)水處理 ,1996,16(1 :11 13.Comments on biologic 2ecological rehabilitation techniques for rivers and lakesZHU Liang 1, MIAO Wei 2hong 1, YAN Ying 2(1. College o f Environmental Science and Engineering , Hohai Univ. , Nanjing 210098, China ;2. College o f Construction Engineering , Jiangsu Broadcast and Te