河流湖泊水體生物_生態(tài)修復(fù)技術(shù)述評(píng)

1、 收稿日期 :20040616基金項(xiàng)目 :江蘇省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目 (BK 2002066作者簡(jiǎn)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(yīng)用研究 . 河流湖泊水體生物 -生態(tài)修復(fù)技術(shù)述評(píng)朱 亮 1, 苗偉紅 1, 嚴(yán) 瑩 2(1. 河海大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 , 江蘇 南京 210098;2. 江蘇廣播電視大學(xué)建筑工程學(xué)院 , 江蘇 南京 210017摘要 :生態(tài)修復(fù)技術(shù) , 生態(tài)修復(fù) 技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn) . 分析表明 :、 耗能少 、 處 理效果好且能實(shí)現(xiàn)資源回收利用等特點(diǎn) ; 會(huì)產(chǎn)生二次污染 .關(guān)鍵詞 :湖泊 ; 生物 ; 中圖分類(lèi)號(hào) 文章編號(hào) :

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(dòng)性小 , 自凈能力弱 , 破壞更為嚴(yán)重 . 據(jù)近年來(lái)全國(guó)水域的水環(huán)境質(zhì)量調(diào)查統(tǒng)計(jì) , 在流經(jīng)全國(guó) 42個(gè)大中城市的 44條河流中 , 有 93%的河段被污染 , 其中嚴(yán)重污染和中度污染的河段占 79%, 64%的城市河段為 類(lèi)或 類(lèi)水質(zhì) ,50%的重點(diǎn)水源地不符合飲用水標(biāo)準(zhǔn) 1. 湖泊的水質(zhì)也普遍較差 ,75%以上的湖泊富營(yíng)養(yǎng)化加劇 , 許多湖泊已達(dá)不到 類(lèi)水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) , 部分湖泊甚至成為納污水體 .脫氮除磷及去除藻類(lèi)是河流湖泊水體恢復(fù)與保護(hù)的難題 ,

3、 目前國(guó)際上采用的技術(shù)主要有 3類(lèi) :(a 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 . (b 物理方法 . 疏挖底泥 、 機(jī)械除藻 、 引水沖淤等 , 但往往治標(biāo)不治本 . (c 生態(tài)方法 . 水體的生物 生態(tài)修復(fù)技術(shù) , 通過(guò)強(qiáng)化自然界自身的自凈能力和物質(zhì)循環(huán)規(guī)律去治理被污染水體 , 是實(shí) 現(xiàn)人與自然和諧相處的治污途徑 2. 該技術(shù)是一項(xiàng)清潔環(huán)境的低投資 、 高效益 、 便于運(yùn)行 、 發(fā)展?jié)摿^大的技 術(shù) . 許多發(fā)達(dá)國(guó)家如日本 、 美國(guó)等已用于工程實(shí)踐 . 生態(tài)修 復(fù)技術(shù)進(jìn)行述評(píng) .1 脫氮除磷技術(shù)一般來(lái)說(shuō) , 當(dāng)天然水體中

4、總磷濃度大于 0102mg/L 、 無(wú)機(jī)氮濃度大于 013mg/L 時(shí) , 就可認(rèn)為水體處于富營(yíng) 養(yǎng)化狀態(tài) 3. 富營(yíng)養(yǎng)化水體中的氮 、 磷促使水中的藻類(lèi)急劇生長(zhǎng) , 大量藻類(lèi)的生長(zhǎng)消耗了水中的氧 , 使魚(yú)類(lèi) 、 浮游生物因缺氧而死亡 , 從而它們腐爛的尸體使水質(zhì)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(yíng)養(yǎng)化污水的根本 . 這是因?yàn)楸M管氮 、 磷同為生物的重要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì) , 但藻類(lèi)等水生生物對(duì)磷更為敏 感 , 當(dāng)水體中磷的濃度較低時(shí) , 即使氮的濃度能滿足藻類(lèi)等水生生物的需要 , 其生產(chǎn)能力也會(huì)大受遏制 5.1. 1 日本小型合并污水處理凈化槽技術(shù)該處理裝

5、置為應(yīng)用物理和生物過(guò)程對(duì)生活污水進(jìn)行凈化處理的設(shè)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(shè)備 , 其 7個(gè)工藝步驟在 1個(gè)槽內(nèi)完成 , 各步驟之間用隔板隔開(kāi) , 工藝流 程如圖 1所示 .該裝置采用了好氧反應(yīng)出水循環(huán)到厭氧反應(yīng)的工藝 , 因此有較好的脫氮效率 . 從該裝置的說(shuō)明書(shū)來(lái)看 , 出水 T N 濃度在 20mg/L 以下 . 但根據(jù)生物處理工藝?yán)碚?, 好氧反應(yīng)出水中的硝態(tài)氮應(yīng)在缺氧的情況下被還 原為氮?dú)忉尫?, 而達(dá)到氮的去除 , 至于該裝置中的厭氧反應(yīng)室是否處于缺氧狀態(tài) , 還有待

6、進(jìn)一步研究 . 此外 , 第 33卷第 1期2005年 1月 河 海 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) (自 然 科 學(xué) 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(nèi)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(yīng)槽內(nèi)部進(jìn)行循環(huán) , 得到一定程度的硝化 , 不能硝化而需排出反應(yīng)槽的污泥很少 , 因此 , 無(wú)需專(zhuān)門(mén)設(shè)置污泥處理槽 , 只要待老化污泥在設(shè)備內(nèi)累積到一定量后 , 定期用

7、抽泥裝置將污泥抽出外運(yùn)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(xué)凈化技術(shù)與傳統(tǒng)的化學(xué)方法不同 , 電化學(xué)凈化系統(tǒng)不需投加試劑 . 其流程如圖 2所示 . 圖 2 電化學(xué)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(wú)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(guò)格柵后在氧化池中經(jīng)歷約 15min 的絮凝時(shí)間 , 再經(jīng)還原池后進(jìn)入沉淀池進(jìn)行固液分離 . 氧化池施加低電壓后主要產(chǎn)生活性氧基 , 還原池施以高壓脈沖波后產(chǎn)生氫氧基 . 這一系統(tǒng)的測(cè)試實(shí)驗(yàn)表明 :處理生活污水時(shí) ,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(shí) , 去除率分別為 84%,94%和 92%.該系統(tǒng)處理費(fèi)用約為傳統(tǒng)化學(xué)法

9、的 1/3 .1. 3 無(wú)循環(huán)土渠凈化技術(shù)土渠式污水土地處理技術(shù)也稱(chēng)尼米 (NiM i 系統(tǒng) , 是利用土壤毛細(xì)管浸潤(rùn)擴(kuò)散原理研制成功的一種淺型土壤處理系統(tǒng) 8. 無(wú)循環(huán)土渠污水土地處理技術(shù)工藝流程如圖 3所示 .該系統(tǒng)是利用土壤毛細(xì)的作用 , 土壤的吸附 、 過(guò)濾 、沉淀作用 , 土壤的降解作用以及土壤中生長(zhǎng)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(diǎn) . 驗(yàn)證試驗(yàn)發(fā)現(xiàn) ,3套連接在一起的厭氧濾床和土渠 , 在沒(méi)有循環(huán)及動(dòng)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(jí) 、 二 級(jí) 、 三級(jí)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(shù)大部分水生高等植物都有發(fā)達(dá)的根系 , 能吸收大量水體污染物 , 同時(shí)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(chǎng)所并提供了豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì) , 而根系微生物在功能上的協(xié)同效應(yīng)加 速了水體中污染物的凈化 , 故在富營(yíng)養(yǎng)化湖泊河流治理中 , 選擇在本地區(qū)適應(yīng)性較好的現(xiàn)有或原有水生植 物 , 對(duì)氮 、 磷等營(yíng)養(yǎng)性污染物具有較強(qiáng)去除能力的物種 , 以及具有用途廣或經(jīng)濟(jì)價(jià)值高的生物物種 , 是恢復(fù)水 體功能 、 維持生

11、態(tài)平衡的重要技術(shù)手段 10. 我國(guó)也曾開(kāi)展過(guò)利用水生植物凈化水體的試驗(yàn)研究 11, 但在資 源恢復(fù)和循環(huán)上存在許多不足 . 日本開(kāi)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(guò) 06河 海 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) (自 然 科 學(xué) 版 第 33卷種植可食用的水生植物凈化水體 , 同時(shí)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(qiáng)水體的透明度 , 并具有較高的食用價(jià)值 . 此外 , 該系統(tǒng)凈化能力很高 , 幾乎是蘆葦?shù)?10倍 . 目前 , 這一系 統(tǒng)在我國(guó)的應(yīng)用尚處于試驗(yàn)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(shù)傳統(tǒng)的除磷技術(shù)主要包括物理化學(xué)除磷技術(shù)和生物代謝除磷技術(shù) . 前者通過(guò)向水體中投加陽(yáng)離子絮凝 劑形成磷的沉淀物 , 再經(jīng)過(guò)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(xiàn)象來(lái)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(diǎn) , 日本開(kāi)發(fā)了如下兩 套物理化學(xué)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(dāng)鐵屑浸入水中時(shí) , Fe -C 微原電池 , 純鐵為陽(yáng)極 , 碳化鐵為陰極 , :陽(yáng)極 Fe -2e Fe 2+陰極 2H +2 該反應(yīng)在酸性溶液中易進(jìn)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(qiáng)的吸附性能 , 能達(dá)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(nóng)用復(fù)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(xiàng)技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn) :(a 出水水質(zhì)達(dá)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(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化 , 但它也是工業(yè) 、 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(méi)有磷礦源 , 其磷完全依靠進(jìn)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(yīng)器中 , 反應(yīng)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(gè)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(shí)現(xiàn)了磷資源的回收利用 . 2 除 藻 技 術(shù)傳統(tǒng)的藻類(lèi)去除方法主要為物理法和化學(xué)法 . 物理方法對(duì)環(huán)境影響較小 , 但去除率較低 . 化學(xué)方法可以有 效地抑制和殺滅藻類(lèi) , 但投加藥劑可能會(huì)給水體帶來(lái)負(fù)面影響 15. 于是 , 近年來(lái)又發(fā)展了以下幾種除藻技術(shù) .2. 1 超聲波藍(lán)綠藻去除技術(shù)超聲波除藻系統(tǒng)利用超聲波輻

16、射破壞藻類(lèi)的液胞 , 從而使它們沉入湖底而被細(xì)菌分解 . 該系統(tǒng)適用于發(fā) 生水華或富營(yíng)養(yǎng)化的中小型湖泊 . 我國(guó)已利用了該項(xiàng)技術(shù) . 例如 , 在北京什剎海生態(tài)修復(fù)試驗(yàn)中就利用了臭 氧 /超聲波除藻技術(shù) . 試驗(yàn)證明 , 該項(xiàng)技術(shù)具有明顯的除藻效果 16. 此外還有利用密度流分解技術(shù)去除藻類(lèi) 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(jìn)水中懸浮物的好氧分解 .2. 2 利用有益微生物去除絲狀藍(lán)綠藻技術(shù)絲狀藍(lán)綠藻不但會(huì)增加湖水的 C OD 值及濁度 , 還能產(chǎn)生一種降低絮凝效果的物質(zhì) , 從而會(huì)阻礙固液分 離的實(shí)現(xiàn) . 為此 , 日本研發(fā)了一種生物過(guò)濾器 . 這種

17、生物過(guò)濾器內(nèi)部填充了大量的有益微生物 , 當(dāng)污水流經(jīng)該 過(guò)濾器時(shí)有益微生物能捕食和分解絲狀藍(lán)綠藻 , 從而可達(dá)到凈化水質(zhì)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(fù)技術(shù)述評(píng)較低 , 故較適用于發(fā)展中國(guó)家 . 我國(guó)也有相關(guān)研究 , 李雪梅等 17將 E M 應(yīng)用于中國(guó)科學(xué)院華南植物園人工湖 內(nèi)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(shù)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(lèi)生長(zhǎng)的技術(shù)目前已有人分離出侵噬藍(lán)藻的病毒 (稱(chēng)為藍(lán)藻噬菌體 . 實(shí)驗(yàn)證明 , 藍(lán)藻接種

18、該病毒后 , 藻體數(shù)量明顯降 低 , 藻類(lèi)生長(zhǎng)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(xué)方法 . 研究表 明 18, 該方法對(duì)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(shí)驗(yàn) 室 , 需解決對(duì)循環(huán)水中的細(xì)菌或藻類(lèi)敏感的噬菌體及循環(huán)水流速 、 溫度對(duì)噬菌體影響的問(wèn)題 .3 結(jié) 語(yǔ)生物 生態(tài)修復(fù)技術(shù)包括脫氮除磷和去除藻類(lèi)兩種技術(shù) ,本小型合并污水處理凈化槽技術(shù) 、資源回收技術(shù) , ; 在除藻方面 , 國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的技術(shù) , 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(xiàn) :1許木啟 , 黃玉瑤 . 受損水域生態(tài)系統(tǒng)

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