中国西部科技２０１１年０８月（中旬）第１０卷第２３期 总 第２５６期浅议生物－生态修复技术 在水环境治理中的应用朴栋海１戴术霞２朴粉善１（１．吉林省水文水资源局延边分局，吉林 延吉 １３３００１；２．吉林省水文水资源局吉林分局，吉林 吉林 １３２０１３） 摘 要：本文通过对水环境治理中经常采用的几种比较可行的生物与生态修复技术的比较，分析了各种修复方法的基 本 原理和适用范围，阐述了水环境治理和修复的新途径。 关键词：生物；生态；修复技术；水环境治理 ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－６３９６．２０１１．２３．００９ 对水环境污染最直接的治理手段通常是采取控制污染 源的方法来进行，然而这种方法受经济社会发展等因素的 制约作用比较明显，往往无法真正达到治理的预期效果， 甚至出现严重反弹现象。大量的研究和实践已经证明，水 环境污染问题实际上是典型的生态问题，因此必须采取生 态学的方法，才能使水环境污染的治理得以根本解决。 １ 生物－生态修复技术的原理 生物修复技术是上世纪８０年代发展起来的一项低投 资，高效益环境治污技术，就是利用特定的生物（主要是 微生物，包括土著或外源微生物）在一定的条件下进行消 除或富集环境污染物，从而达到对污染环境进行治理的生 物过程。 生态修复技术是利用生态工学原理、技术，通过河道 水污染控制、水量和水流态的调节，河道河底和岸坡的形 态结构的生态改造，恢复水体生物多样性，重建水生生态 系统的结构和功能，使之达到良性的自然生态平衡。 生物修复和生态修复是水环境治理技术发展的不同阶 段和不同层次。 生物－生态修复技术是指按照生态系统的原理，利用特 定的生物（植物、微生物或原生动物）吸收、转化、清除 或降解水环境污染物，从而实现水环境净化、生态效应恢 复的措施。生物－生态修复技术可以修复水体生态系统受损 伤的生物群体及结构，重建健康的水生生态系统，修复和 强化水体生态系统的主要功能，使生态系统最终实现整体 协调、自我维持和自我演替。 生物－生态修复技术可以自然、原位地进行，其工程投 资仅为化学法、物理法修复的３０％～５０％。生物－生态修复技 术由于具有安全性、经济性、实用性、系统性等诸多优点 而成为水环境污染治理的主要技术手段。生物－生态修复技 术尊重河湖系统的自然规律，注重对自然生态、自然环境 的恢复和保护，体现了生态治水的全新理念。 ２ 生物－生态修复技术的主要技术手段 ２．１ 污染源的控制方面 从目前的水环境污染源贡献率来看，非点源污染远远收稿日期：２０１１－０６－１２ 修回日期：２０１１－０７－０６ 作者简介：朴栋海（１９７０－），男，高级工程师，主要从事水环境质量监测分析评价工作。大于点源污染，而且较难控制，针对这一点，可以采取控 制氮肥施用量，平衡氮、磷、钾的比例，秸秆等有机肥还 田以及发展微生物菌肥等办法对非点源污染进行控制。 ２．２ 水环境污染的治理方面 （１）水生植物修复技术。利用适合相应水环境的水生 植物及其共生的微环境去除水体中的污染物。水生植物和 浮游藻类在营养物质上和水能的利用上是竞争者，它能有 效抑制浮游藻类的生长，同时将水中的氮、磷等营养物质 吸收在不同部位，达到去除污染物质、加速有机物分解的 作用。 水生植物修复技术包括人工湿地技术、前置库技术、 水生植被恢复技术等，其中较为常用的是人工湿地技术。 人工湿地是近年来迅速发展的生物－生态治污技术，可 处理多种工业废水，包括化工、石油化工、纸浆、纺织印 染、重金属冶炼等各类废水，后又推广应用为雨水处理。 这种技术已经成为提高大型水体水质的有效方法。人工湿 地的原理是利用自然生态系统中物理、化学和生物的三重 共同作用来实现对污水的净化。湿地土壤具有较大的表面 积和表面能，对水中的固体悬浮颗粒具有沉淀、吸附和过 滤作用。 在湿地中水生植物与微生物的共同作用下，污染 物质得以有效降解，其显著特点之一是对有机污染物有较 强的降解能力。 但是，由于水生植物培养成长速度缓慢，处理效果短 期内很难见效，并受气温限制；而且，对一些水质较差的 水体环境来讲，水生植物根本无法生长；水生植物消亡以 后也是一种水污染物，需定期清理。 （２）水生动物修复技术。水生动物包括浮游动物、游 泳动物和底栖动物，它们以水体中的游离细菌、浮游藻 类、有机碎屑等为食，可以有效减少水体中的悬浮物，提 高水体的透明度。但是，过量的繁殖又会造成水体的污 染。 水生动物修复技术利用食物链效应，维持水体中食鱼 性鱼类、食浮游性鱼类、浮游生物之间的食物链平衡，通 过放养食鱼性鱼类来减少食浮游性鱼类的数量，从而保护18
开 发 应 用摄食藻类的浮游生物的数量并最终达到改善水质的目的。 水生动物在水生生态系统中扮演主要消费者的作用，是维 持水体水生生态系统的稳定和发挥其正常生态功能不可缺 少的一部分。 水生动物以水体中的细菌、藻类、有机碎屑等为食 物，可有效地减少水体中的悬浮物、提高其透明度。投放 数量适当、物种配比合理的水生动物，可以延长生态系统 的食物链、提高生物净化效果。通过定期对浮游动物和底 栖动物进行打捞，可以防止其过量繁殖造成的污染，同 时，也可以将已转化成生物有机体的有机质和氮磷等营养 物质从水体中彻底去除。浮游动物在水生生态系统中起着 重要的调控作用，其调控作用主要体现在对初级生产力的 控制、对营养级间生态转换效率的调控、对高层捕食者的 控制作用以及对水层－底栖耦合关系的控制作用。另外，底 栖软体动物也有明显的净化效应。水体底栖动物的一般均 由寡毛类或摇蚊幼虫等组成，通过增加螺蛳、河蚌放养 量，补充底栖软体动物资源数量，增加了系统稳定性，促 进物质能量循环，达到净化水质的目的。 （３）生物膜法处理技术。生物膜法处理技术是指用天 然材料（如卵石）、合成材料（如纤维）为载体，在其表 面形成一种特殊的生物膜，生物膜表面积大，可为微生物 提供较大的附着表面，有利于加强对污染物的降解作用。 其反应过程是：①基质向生物膜表面扩散；②在生物膜内 部扩散；③微生物分泌的酵素与催化剂发生化学反应；④ 代谢生成物排出生物膜。生物膜法具有较高的处理效率， 它的有机负荷较高，接触停留时间短，减少占地面积，节 省投资。此外，运行管理时没有污泥膨胀和污泥回流问 题，且耐冲击负荷。主要工艺方法有生物廊道、生物滤 池、生物接触氧化池等。生物膜法对于受有机物及氨氮轻 度污染水体有明显的效果。采用生物膜法处理技术前，要 进行清淤，水质污染严重时，此技术作用甚微。 （４）生物浮床技术。人工构筑生物浮床为水生植物、 水生动物提供生存环境，按照自然界本身的规律，削减水 中的污染物，从而达到净化水质的效果。生态浮床技术是 以水生植物为主体，运用无土栽培技术原理，以高分子材 料等为载体和基质，应用物种间共生关系和充分利用水体 空间生态位和营养生态位的原则，建立高效的人工生态系 统，以削减水体中的污染负荷。其最大的优点就是直接利 用水体水面面积，不另外占地。生态浮床是绿化技术与漂 浮技术的结合体，一般由四个部分组成，即浮床框架、植 物浮床、水下固定装置以及水生植被。 生态浮床的净化作用原理：一方面，表现在利用表面 积很大的植物根系在水中形成浓密的网，吸附水体中大量 的悬浮物，并逐渐在植物根系表面形成生物膜，膜中微生 物吞噬和代谢水中的污染物，使其成为植物的营养物质， 通过光合作用转化为植物细胞，促进其生长，最后通过收 割浮床植物和捕获鱼虾减少水中营养盐；另一方面，浮床 通过遮挡阳光抑制藻类的光合作用，减少浮游植物生长 量，通过接触沉淀作用促使浮游植物沉降，有效防止“水 华”发生，提高水体的透明度，其作用相对于前者更为明 显，同时浮床上的植物可供鸟类栖息，下部植物根系形成 鱼类和水生昆虫生息环境。生态浮床有净化水质、美化水 面景观、提供水生生物栖息空间及进行环境教育等多种功 能。其优点如下：①浮床浮体可大可小，形状变化多样， 易于制作和搬运；②跟人工湿地相比，植物更容易栽培； ③无需专人管理，只需定期清理，大大减少人工和设备的 投资，降低了维护保养费和设备的运行费用等。 （５）土地处理技术。土地处理技术是一种古老、但行 之有效的水处理技术。它是以土地为处理设施，利用土壤 －植物系统的吸附、过滤及净化作用和自我调控功能，达 到某种程度对水的净化的目的。土地处理系统可分为快速 渗滤、慢速渗滤、地表漫流、湿地处理等几种形式。国外 的实践经验表明，土地处理系统对于有机化合物尤其是有 机氯和氨氮等有较好的去除效果。 ３ 结语 生物修复主要利用环境生物学原理，利用培育的植 物、微生物等生物，特别是微生物的生命活动，对水中污 染物进行转移、转化及降解，从而使水体得到净化；生态 修复则是利用生态工学的原理，通过创造良好而多样化的 水生生态环境，合理引进和配置水生生物群落，促进水环 境向良性生态系统演替。通过生物修复改善水环境质量， 为水生生态修复创造了良好的基础，而生态修复是水环境 污染治理的最高目标，是构建自然环境和人居环境和谐统 一的水环境治理技术体系。参考文献： ［１］ 张锡辉．水环境修复工程学原理与应用［Ｍ］．北京：化学工业出版 社，２００１． ［２］ 李洪远，鞠美庭．生态恢复的原理与实践［Ｍ］．北京：化学工业出 版社，２００５．（上接第２４页） 供电系统专业间接口界面进行了描述，使界 面工程更加清晰，在进行“四电”集成总承包实施时，可 以对接口体系进行详细、缜密的策划，提出和确定接口系 统组成机构、内容和实施要求以及接口管理模式，确保施 工及调试工作质量和工程控制，避免因接口不当、接口重 复或疏漏而产生的经济和时间损失，明确好各专业在接口界面工程责任，以确保工程实施的完整性。参考文献： ［１］ 于万聚．高速电气化铁路接触网工程［Ｍ］．西南交通出版社，２００３． ［２］ 蒋先国．高速铁路四电系统集成［Ｍ］．西南交通出版社，２０１０．19
中国西部科技２０１１年０８月（中旬）第１０卷第２３期 总 第２５６期浅议生物－生态修复技术 在水环境治理中的应用朴栋海１戴术霞２朴粉善１（１．吉林省水文水资源局延边分局，吉林 延吉 １３３００１；２．吉林省水文水资源局吉林分局，吉林 吉林 １３２０１３） 摘 要：本文通过对水环境治理中经常采用的几种比较可行的生物与生态修复技术的比较，分析了各种修复方法的基 本 原理和适用范围，阐述了水环境治理和修复的新途径。 关键词：生物；生态；修复技术；水环境治理 ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－６３９６．２０１１．２３．００９ 对水环境污染最直接的治理手段通常是采取控制污染 源的方法来进行，然而这种方法受经济社会发展等因素的 制约作用比较明显，往往无法真正达到治理的预期效果， 甚至出现严重反弹现象。大量的研究和实践已经证明，水 环境污染问题实际上是典型的生态问题，因此必须采取生 态学的方法，才能使水环境污染的治理得以根本解决。 １ 生物－生态修复技术的原理 生物修复技术是上世纪８０年代发展起来的一项低投 资，高效益环境治污技术，就是利用特定的生物（主要是 微生物，包括土著或外源微生物）在一定的条件下进行消 除或富集环境污染物，从而达到对污染环境进行治理的生 物过程。 生态修复技术是利用生态工学原理、技术，通过河道 水污染控制、水量和水流态的调节，河道河底和岸坡的形 态结构的生态改造，恢复水体生物多样性，重建水生生态 系统的结构和功能，使之达到良性的自然生态平衡。 生物修复和生态修复是水环境治理技术发展的不同阶 段和不同层次。 生物－生态修复技术是指按照生态系统的原理，利用特 定的生物（植物、微生物或原生动物）吸收、转化、清除 或降解水环境污染物，从而实现水环境净化、生态效应恢 复的措施。生物－生态修复技术可以修复水体生态系统受损 伤的生物群体及结构，重建健康的水生生态系统，修复和 强化水体生态系统的主要功能，使生态系统最终实现整体 协调、自我维持和自我演替。 生物－生态修复技术可以自然、原位地进行，其工程投 资仅为化学法、物理法修复的３０％～５０％。生物－生态修复技 术由于具有安全性、经济性、实用性、系统性等诸多优点 而成为水环境污染治理的主要技术手段。生物－生态修复技 术尊重河湖系统的自然规律，注重对自然生态、自然环境 的恢复和保护，体现了生态治水的全新理念。 ２ 生物－生态修复技术的主要技术手段 ２．１ 污染源的控制方面 从目前的水环境污染源贡献率来看，非点源污染远远收稿日期：２０１１－０６－１２ 修回日期：２０１１－０７－０６ 作者简介：朴栋海（１９７０－），男，高级工程师，主要从事水环境质量监测分析评价工作。大于点源污染，而且较难控制，针对这一点，可以采取控 制氮肥施用量，平衡氮、磷、钾的比例，秸秆等有机肥还 田以及发展微生物菌肥等办法对非点源污染进行控制。 ２．２ 水环境污染的治理方面 （１）水生植物修复技术。利用适合相应水环境的水生 植物及其共生的微环境去除水体中的污染物。水生植物和 浮游藻类在营养物质上和水能的利用上是竞争者，它能有 效抑制浮游藻类的生长，同时将水中的氮、磷等营养物质 吸收在不同部位，达到去除污染物质、加速有机物分解的 作用。 水生植物修复技术包括人工湿地技术、前置库技术、 水生植被恢复技术等，其中较为常用的是人工湿地技术。 人工湿地是近年来迅速发展的生物－生态治污技术，可 处理多种工业废水，包括化工、石油化工、纸浆、纺织印 染、重金属冶炼等各类废水，后又推广应用为雨水处理。 这种技术已经成为提高大型水体水质的有效方法。人工湿 地的原理是利用自然生态系统中物理、化学和生物的三重 共同作用来实现对污水的净化。湿地土壤具有较大的表面 积和表面能，对水中的固体悬浮颗粒具有沉淀、吸附和过 滤作用。 在湿地中水生植物与微生物的共同作用下，污染 物质得以有效降解，其显著特点之一是对有机污染物有较 强的降解能力。 但是，由于水生植物培养成长速度缓慢，处理效果短 期内很难见效，并受气温限制；而且，对一些水质较差的 水体环境来讲，水生植物根本无法生长；水生植物消亡以 后也是一种水污染物，需定期清理。 （２）水生动物修复技术。水生动物包括浮游动物、游 泳动物和底栖动物，它们以水体中的游离细菌、浮游藻 类、有机碎屑等为食，可以有效减少水体中的悬浮物，提 高水体的透明度。但是，过量的繁殖又会造成水体的污 染。 水生动物修复技术利用食物链效应，维持水体中食鱼 性鱼类、食浮游性鱼类、浮游生物之间的食物链平衡，通 过放养食鱼性鱼类来减少食浮游性鱼类的数量，从而保护18
开 发 应 用摄食藻类的浮游生物的数量并最终达到改善水质的目的。 水生动物在水生生态系统中扮演主要消费者的作用，是维 持水体水生生态系统的稳定和发挥其正常生态功能不可缺 少的一部分。 水生动物以水体中的细菌、藻类、有机碎屑等为食 物，可有效地减少水体中的悬浮物、提高其透明度。投放 数量适当、物种配比合理的水生动物，可以延长生态系统 的食物链、提高生物净化效果。通过定期对浮游动物和底 栖动物进行打捞，可以防止其过量繁殖造成的污染，同 时，也可以将已转化成生物有机体的有机质和氮磷等营养 物质从水体中彻底去除。浮游动物在水生生态系统中起着 重要的调控作用，其调控作用主要体现在对初级生产力的 控制、对营养级间生态转换效率的调控、对高层捕食者的 控制作用以及对水层－底栖耦合关系的控制作用。另外，底 栖软体动物也有明显的净化效应。水体底栖动物的一般均 由寡毛类或摇蚊幼虫等组成，通过增加螺蛳、河蚌放养 量，补充底栖软体动物资源数量，增加了系统稳定性，促 进物质能量循环，达到净化水质的目的。 （３）生物膜法处理技术。生物膜法处理技术是指用天 然材料（如卵石）、合成材料（如纤维）为载体，在其表 面形成一种特殊的生物膜，生物膜表面积大，可为微生物 提供较大的附着表面，有利于加强对污染物的降解作用。 其反应过程是：①基质向生物膜表面扩散；②在生物膜内 部扩散；③微生物分泌的酵素与催化剂发生化学反应；④ 代谢生成物排出生物膜。生物膜法具有较高的处理效率， 它的有机负荷较高，接触停留时间短，减少占地面积，节 省投资。此外，运行管理时没有污泥膨胀和污泥回流问 题，且耐冲击负荷。主要工艺方法有生物廊道、生物滤 池、生物接触氧化池等。生物膜法对于受有机物及氨氮轻 度污染水体有明显的效果。采用生物膜法处理技术前，要 进行清淤，水质污染严重时，此技术作用甚微。 （４）生物浮床技术。人工构筑生物浮床为水生植物、 水生动物提供生存环境，按照自然界本身的规律，削减水 中的污染物，从而达到净化水质的效果。生态浮床技术是 以水生植物为主体，运用无土栽培技术原理，以高分子材 料等为载体和基质，应用物种间共生关系和充分利用水体 空间生态位和营养生态位的原则，建立高效的人工生态系 统，以削减水体中的污染负荷。其最大的优点就是直接利 用水体水面面积，不另外占地。生态浮床是绿化技术与漂 浮技术的结合体，一般由四个部分组成，即浮床框架、植 物浮床、水下固定装置以及水生植被。 生态浮床的净化作用原理：一方面，表现在利用表面 积很大的植物根系在水中形成浓密的网，吸附水体中大量 的悬浮物，并逐渐在植物根系表面形成生物膜，膜中微生 物吞噬和代谢水中的污染物，使其成为植物的营养物质， 通过光合作用转化为植物细胞，促进其生长，最后通过收 割浮床植物和捕获鱼虾减少水中营养盐；另一方面，浮床 通过遮挡阳光抑制藻类的光合作用，减少浮游植物生长 量，通过接触沉淀作用促使浮游植物沉降，有效防止“水 华”发生，提高水体的透明度，其作用相对于前者更为明 显，同时浮床上的植物可供鸟类栖息，下部植物根系形成 鱼类和水生昆虫生息环境。生态浮床有净化水质、美化水 面景观、提供水生生物栖息空间及进行环境教育等多种功 能。其优点如下：①浮床浮体可大可小，形状变化多样， 易于制作和搬运；②跟人工湿地相比，植物更容易栽培； ③无需专人管理，只需定期清理，大大减少人工和设备的 投资，降低了维护保养费和设备的运行费用等。 （５）土地处理技术。土地处理技术是一种古老、但行 之有效的水处理技术。它是以土地为处理设施，利用土壤 －植物系统的吸附、过滤及净化作用和自我调控功能，达 到某种程度对水的净化的目的。土地处理系统可分为快速 渗滤、慢速渗滤、地表漫流、湿地处理等几种形式。国外 的实践经验表明，土地处理系统对于有机化合物尤其是有 机氯和氨氮等有较好的去除效果。 ３ 结语 生物修复主要利用环境生物学原理，利用培育的植 物、微生物等生物，特别是微生物的生命活动，对水中污 染物进行转移、转化及降解，从而使水体得到净化；生态 修复则是利用生态工学的原理，通过创造良好而多样化的 水生生态环境，合理引进和配置水生生物群落，促进水环 境向良性生态系统演替。通过生物修复改善水环境质量， 为水生生态修复创造了良好的基础，而生态修复是水环境 污染治理的最高目标，是构建自然环境和人居环境和谐统 一的水环境治理技术体系。参考文献： ［１］ 张锡辉．水环境修复工程学原理与应用［Ｍ］．北京：化学工业出版 社，２００１． ［２］ 李洪远，鞠美庭．生态恢复的原理与实践［Ｍ］．北京：化学工业出 版社，２００５．（上接第２４页） 供电系统专业间接口界面进行了描述，使界 面工程更加清晰，在进行“四电”集成总承包实施时，可 以对接口体系进行详细、缜密的策划，提出和确定接口系 统组成机构、内容和实施要求以及接口管理模式，确保施 工及调试工作质量和工程控制，避免因接口不当、接口重 复或疏漏而产生的经济和时间损失，明确好各专业在接口界面工程责任，以确保工程实施的完整性。参考文献： ［１］ 于万聚．高速电气化铁路接触网工程［Ｍ］．西南交通出版社，２００３． ［２］ 蒋先国．高速铁路四电系统集成［Ｍ］．西南交通出版社，２０１０．19