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生態(tài)生物水體修復技術(shù)探究
一、概述
對受污染的江河湖庫水體進(jìn)行治理修復?是社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展及生態(tài)環(huán)境建設的迫切需要。特別是南水北調東線(xiàn)沿線(xiàn)的治污工程，量大面廣，需要的投資大，尋找先進(jìn)實(shí)用、造價(jià)低廉的技術(shù)迫在眉睫。
我國的江河湖庫水體污染主要包括氮磷等營(yíng)養物和有機物污染兩方面。另外，湖泊水庫藍藻及赤潮給水域生態(tài)、人體健康也造成了嚴重危害。對于富營(yíng)養化的控制，發(fā)達國家以控制營(yíng)養鹽為主，大多采取“高強度治污－自然生態(tài)恢復”的技術(shù)路線(xiàn)，即控制外源磷污染負荷并配合生態(tài)恢復措施，在這方面已經(jīng)取得較大成效。
去除藻類(lèi)與控制其生長(cháng)是湖泊水庫水體恢復與保護的難題，目前國際上采用的技術(shù)主要有三類(lèi)：①化學(xué)方法：如加入化學(xué)藥劑殺藻、加入鐵鹽促進(jìn)磷的沉淀、加入石灰脫氮等，但是易造成二次污染；②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；③生態(tài)—生物方法：是國外近年來(lái)發(fā)展很快的一種新技術(shù)，水體生態(tài)—生物修復技術(shù)是按照自然界自身規律去恢復自然界的本來(lái)面貌，強化自然界自身的自?xún)裟芰θブ卫肀晃廴舅w，這是人與自然和諧相處的合乎邏輯的治污思路，也是一條創(chuàng )新的技術(shù)路線(xiàn)。
生態(tài)—生物污水處理技術(shù)，是利用培育的植物或培養、接種的微生物的生命活動(dòng)，對水中污染物進(jìn)行轉移、轉化及降解作用，從而使水體得到凈化的技術(shù)，具有處理效果好、工程造價(jià)相對較低、不需耗能或低耗能、運行成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。另外，這種處理技術(shù)不向水體投放藥劑，不會(huì )形成二次污染。還可以與綠化環(huán)境及景觀(guān)改善相結合，在治理區建設休閑和體育設施，創(chuàng )造人與自然相融合的優(yōu)美環(huán)境。所以，這種廉價(jià)實(shí)用技術(shù)預計適用我國江河湖庫大范圍的污水治理。
二、主要處理工藝方法
生物處理技術(shù)包括好氧處理、厭氧處理、厭氧—好氧組合處理，利用細菌、藻類(lèi)、微型動(dòng)物的生物處理，利用濕地、土壤、河湖等自然凈化能力處理等。以下重點(diǎn)介紹幾種針對江河湖庫污染大水體的修復技術(shù)。
1.生物膜法處理技術(shù)
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(zhù)表面，有利于加強對污染物的降解作用。其反應過(guò)程是：①基質(zhì)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(fā)生化學(xué)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，對于受有機物及氨氮輕度污染水體有明顯的效果。它的有機負荷較高，接觸停留時(shí)間短，減少占地面積，節省投資。此外，運行管理時(shí)沒(méi)有污泥膨脹和污泥回流問(wèn)題，且耐沖擊負荷。日本、韓國等都有對江河大水體修復的工程實(shí)例。
2.人工濕地處理技術(shù)
人工濕地的原理是利用自然生態(tài)系統中物理、化學(xué)和生物的三重共同作用來(lái)實(shí)現對污水的凈化。這種濕地系統是在一定長(cháng)寬比及底面有坡度的洼地中，由土壤和填料（如卵石等）混合組成填料床，污染水可以在床體的填料縫隙中曲折地流動(dòng)，或在床體表面流動(dòng)。在床體的表面種植具有處理性能好、成活率高的水生植物（如蘆葦等），形成一個(gè)獨特的動(dòng)植物生態(tài)環(huán)境，對污染水進(jìn)行處理。
人工濕地的顯著(zhù)特點(diǎn)之一是其對有機污染物有較強的降解能力。廢水中的不溶性有機物通過(guò)濕地的沉淀、過(guò)濾作用，可以很快地被截留進(jìn)而被微生物利用；廢水中可溶性有機物則可通過(guò)植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代謝降解過(guò)程而被分解去除。隨著(zhù)處理過(guò)程的不斷進(jìn)行，濕地床中的微生物也繁殖生長(cháng)，通過(guò)對濕地床填料的定期更換及對濕地植物的收割而將新生的有機體從系統中去除。由于這種處理系統的出水質(zhì)量好，適合于處理飲用水源，或結合景觀(guān)設計，種植觀(guān)賞植物改善風(fēng)景區的水質(zhì)狀況。其造價(jià)及運行費遠低于常規處理技術(shù)。這種技術(shù)已經(jīng)成為提高大型水體水質(zhì)的有效方法。英、美、日、韓等國都已建成一批規模不等的人工濕地。
3.土地處理技術(shù)
土地處理技術(shù)是一種古老、但行之有效的水處理技術(shù)。它是以土地為處理設施，利用土壤—植物系統的吸附、過(guò)濾及凈化作用和自我調控功能，達到某種程度對水的凈化的目的。土地處理系統可分為快速滲濾、慢速滲濾、地表漫流、濕地處理等幾種形式。國外的實(shí)踐經(jīng)驗表明，土地處理系統對于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(jīng)驗。
三、國外工程實(shí)例
1.日本坂川古崎凈化場(chǎng)
位于日本江戶(hù)川支流坂川古崎凈化場(chǎng)，是采用生態(tài)—生物方法對河道大水體進(jìn)行修復的典型工程，從1993年投入運行至今已有8年的運行歷史，觀(guān)測結果表明，河道污染水體的水質(zhì)有了明顯改善。
江戶(hù)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(yè)、工業(yè)供水，其中城市供水占60%�？拷瓚�(hù)川下游的金町、古崎和栗山三個(gè)水廠(chǎng)為630萬(wàn)人供水。坂川是江戶(hù)川的一條支流，在金町等三個(gè)水廠(chǎng)上游附近匯入江戶(hù)川。由于坂川河道治理不力，大量生活污水排入坂川，致使水質(zhì)惡化，BOD等指標嚴重超標，同時(shí)浮游植物繁殖迅速。坂川水質(zhì)惡化，直接對金町等三個(gè)水廠(chǎng)構成威脅，居民對飲用水味道不佳多有怨言。為治理坂川，采取工程設施將坂川改道，先流入古崎凈化場(chǎng)。經(jīng)過(guò)古崎凈化場(chǎng)后，坂川的污染減少了60%～70%，處理過(guò)的河水流入稱(chēng)為松戶(hù)川的新開(kāi)人工渠道，然后注入江戶(hù)川。 坂川的河水經(jīng)改道注入古崎凈化場(chǎng)后，清潔的水流入新開(kāi)的人工渠道——松戶(hù)川。其設計理念頗有新意，它一改傳統設計形式，不采用混凝土或塊石襯砌的直線(xiàn)渠道，而以微彎曲的河道形態(tài)，岸坡間有大小卵石，植有繁茂的蘆葦和其他植物，適于鯽魚(yú)、?魚(yú)等魚(yú)類(lèi)生長(cháng)，兩岸種植樹(shù)木，適于鳥(niǎo)類(lèi)棲息。這種環(huán)境不但可以為居民提供一個(gè)與自然相融合的休閑環(huán)境，而且對水體也能起進(jìn)一步的凈化作用。松戶(hù)川注入江戶(hù)川后，大大緩解了江戶(hù)川的環(huán)境壓力。
2.日本渡良瀨蓄水池的人工濕地
渡良瀨蓄水池位于日本櫪木縣，是一座人工挖掘的平原水庫，總庫容2640萬(wàn)m3，水面面積4.5km2水深6.5m左右。平時(shí)為茨城縣等6縣市64萬(wàn)人口供水，日供水量21.6萬(wàn)m3。蓄水池周?chē)嵌闪紴|川的滯洪區，汛期蓄水池能提供1000萬(wàn)m3的調洪庫容。
隨著(zhù)近年來(lái)上游用水造成生活污水以及含氮、磷的水流入，渡良瀨蓄水池出現霉臭等水質(zhì)問(wèn)題。為保護蓄水池的水質(zhì)，自1993年起在蓄水池一側滯洪洼地上建人工濕地，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，通過(guò)吸附、沉淀及吸收作用，去除水中的氮、磷及浮游植物，達到對水體進(jìn)行自然凈化的目的。這種凈化過(guò)程循環(huán)進(jìn)行，確保蓄水池水質(zhì)潔凈，類(lèi)似醫學(xué)上的對病人血液體外透析處理。蘆葦具有很好的凈化功能，污染物與其莖部接觸產(chǎn)生沉淀作用，蘆葦的根部與莖部可吸收某些污染物。另外，附著(zhù)在莖部上的微生物可對污染物產(chǎn)生吸附分解作用。 為凈化渡良瀨蓄水池的水體，還在蓄水池中部建一批人工生態(tài)浮島，種植蘆葦等植物，其根系附著(zhù)微生物，可提供充足氧氣，并通過(guò)遷移、轉化水中的氮、磷等物質(zhì)，降解水中有機質(zhì)。浮島還設置為魚(yú)類(lèi)產(chǎn)卵用的產(chǎn)卵床，也為小魚(yú)設有棲身地，水中的浮游植物成了魚(yú)餌。人工生態(tài)浮島保證了蓄水池水質(zhì)的潔凈。
3.韓國良才川水質(zhì)生態(tài)—生物修復設施
良才川是漢江的一條支流，位于漢城的江南區。由于河流地處住宅區，加之治理不善，良才川的水質(zhì)受到較大污染，也影響了漢江的水質(zhì)。1995年起主要采用生態(tài)—生物方法治理良才川。 除接觸氧化槽以外，良才川的環(huán)境治理工程還包括恢復河流自然生態(tài)的方法，即用石塊、木樁、蘆葦、柳樹(shù)等天然材料進(jìn)行護岸，形成類(lèi)似野生的自然環(huán)境，同時(shí)種植菖蒲等植物，恢復魚(yú)類(lèi)棲息環(huán)境，適于鱖魚(yú)等魚(yú)類(lèi)生長(cháng)，也為白鷺、野鴨等禽類(lèi)群落生存創(chuàng )造條件，又開(kāi)辟散步、騎自行車(chē)小路和木橋等，為居民提供與水親近的自然環(huán)境。
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