生物修復技術在水體污染治理中的應用
摘 要: 從水污染治理角度出發, 綜述了生物修復技術概況及其在水體污染治理中的應用, 總結了生物修復技術的特點, 展望了其發展方向。
關鍵詞: 水體污染; 生物修復; 綜述
近年來, 隨著科技的發展、社會的進步, 人們在享受科技工業、設施農業給生活帶來的便利與品質的同時, 賴以生存的環境也遭受到污染與破壞。“工業三廢”的排放, 農藥、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間內去除。故人們開始研究化學、物理及生物方面的處理辦法,以達到去除污染、保護環境的目的。大量實驗證明, 許多污染物在進行了化學處理后還會生成更難降解的有毒有害物質, 對環境造成二次污染, 物理方法卻只治標不治本。而生物修復技術由于克服了化學方法和物理方法的種種缺陷, 被普遍認為是在大面積的污染治理領域中有效、經濟和極具生態性的高新環境技術。
1 生物修復技術概況
生物修復又稱生物改良, 是指利用生物的生命代謝活動, 來減少污染環境中的有毒有害物質的濃度或使其無害化, 從而污染了的環境能夠部分或完全地恢復到原始狀態的過程[ 1 ] 。生物修復根據不同的分類條件有不同的種類: 根據其所利用的生物種類, 可以分為微生物修復、植物修復、動物修復; 根據被修復的污染環境, 可以分為土壤生物修復、水體生物修復和大氣生物修復; 根據生物修復的實施方法, 可分為原位生物修復和異位生物修復。
生物修復始于20世紀70年代, 在20世紀90年代得到迅速發展。歐洲各發達國家從20世紀80年代中期就對生物修復進行了初步研究, 并完成了一些實際的處理工程。美國也于1991年開始實施龐大的土壤、地下水、海灘等環境危險污染物的治理項目[ 2 ] 。
我國的生物修復較發達國家晚, 處于剛剛起步階段, 并從20世紀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化、地下水系污染等環境修復工程中廣泛應用生物修復技術, 而其經濟、高效、生態性等優勢也使其在環境污染的治理中發揮著更為重要的作用。
2 主要的生物修復技術方法
由于水體污染問題產生的原因不同、區域不同及污染對象不同, 生物修復技術在水污染治理方面的應用也有很大的區別。目前, 在水污染治理中常用的生物修復技術方法主要包括以下幾個方面:
(1) 投菌法: 直接向污染環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, 從而達到降解污染物、凈化環境的目的。
(2) 生物培養法: 為了滿足污染環境中已經存在的降解菌的需要而定期地向污染環境中投加過氧化氫和營養, 以便使污染環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, 凈化環境。
(3) 植物修復法: 在污染環境中栽種對污染物吸收力高、耐受性強的植物, 利用植物的生物吸收及根區修復機理達到從污染環境中去除污染物或將污染物予以固定的目的, 凈化環境。
3 生物修復技術在水體污染治理中的應用
我國的江、河、湖、庫水體污染主要包括氮磷等營養物和有機物污染兩個方面。利用生物方法以及構建人工濕地等對污染水體進行修復較加入化學藥劑殺藻等的化學方法及底泥疏浚等的物理方法而言有更大的優勢。水體的生物修復技術具有效果好、工程造價低、低耗能、不會形成二次污染等優點[ 9 ] , 因而生物修復技術已成為當前水環境技術的研究開發熱點。對污染水體進行生物修復, 其原理是利用培育的生物或培養、接種的微生物的生命活動對水中污染物進行轉移、轉化及降解作用, 從而使水體得到恢復。如將生物修復技術與綠化環境及景觀改善相結合, 不僅能治理污染, 還能創造良好的生態環境, 實現人與自然協調發展。
利用生物修復技術對污染水體進行修復的主要方法包括河道曝氣復氧、生物膜法、生物修復法、土地處理法、水生植物凈化法等[ 10 ] 。
河道曝氣技術。人工曝氣復氧是指向處于缺氧狀態的河道進行人工充氧而增強河道的自凈能力,改善水質, 改善河道生態環境的方法。目前我國已開展的一些實驗表明: 人工曝氣復氧是治理河流污染的一種有效的工程措施[ 11 ] 。例如張明旭等對蘇州河進行的實驗室人工曝氣復氧研究和動力學分析結果表明: 即使嚴重黑臭的水體, 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。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物作為營養物質吸收并同化, 從而達到凈化污水的目的。生物膜表面積大, 可為微生物提供較大的附著表面, 有利于加強對污染物的降解作用, 從而凈化效果更佳。其反應過程是: ①基質向生物膜表面擴散; ②在生物膜內部擴散; ③微生物分泌的酵素與催化劑發生化學反應; ④代謝生成物排出生物膜[ 9 ] 。據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。生物修復技術。
生物修復是指利用生物的生命代謝活動減少存在于環境中有害物質的濃度或使其完全無害化。其機理是利用特定的生物(植物、微生物或原生動物) 降解、吸收、轉化或轉移環境中的污染物, 目標是減少或最終消除環境污染,實現環境凈化、生態效應恢復。用于污染水體治理的生物修復技術主要有兩類[ 10 ] , 一類是直接向污染水體投加經過培養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。據曾宇等的研究表明, 將光和細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90%以上。
土地處理技術。土地處理技術是以土地為處理設施, 利用土壤—植物系統的吸附、過濾及凈化作用和自我調控功能, 達到某種程度對水進行凈化的目的, 是一種傳統而有效的生物- 生態處理技術[ 16 ] 。
水生植物凈化技術。水生植物凈化技術是利用適合相應水體環境的水生植物及其共生的微環境, 來去除水體中的污染物質, 其充分利用了水生植物的自然凈化機能。若人為地創造所需的條件,構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境, 改善水生生態系統的生物多樣性[ 17 ] 。
4 結論和展望
大量的實驗與例證可證明生物修復的效果明顯優于物理、化學方法。利用生物修復技術具有以下特點:
(1) 投資成本低, 處理效果好。許多例子證明, 生物修復這種利用動、植物等的代謝活動所進行的環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、化學方法治理污染具有更高的經濟性、成功性和安全性。
(2) 無二次污染, 環境安全性高。生物修復技術是利用特定的生物(植物、微生物或原生動物)降解、吸收、轉化或轉移環境中的污染物。利用生物修復技術治理環境不僅不會對環境造成二次污染, 還可以將被污染環境已經失衡的生態系統重新調動起來, 通過環境因子、生物因子、營養成分等的改變, 讓生態系統實現自我修復, 保障系統安全, 提高治污效果。
生物修復技術與傳統修復方法相比, 雖然有許多優點, 但也存在一些不足, 如: 有毒物質(如重金屬) 對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轉化成有毒的代謝產物等。若能將生物修復技術與其他技術相結合, 將生物修復技術滲透到基因工程、酶工程、細胞工程等先進技術領域里, 形成聯合的修復技術體系, 必將為人類有效地解決環境問題做出更加巨大的貢獻。
參考文獻:
[ 1 ] 楊秀敏, 胡桂娟, 楊秀紅, 等. 生物修復技術的應用與發展[ J ]. 中國礦業, 2007, 16 (12) .
[ 2 ] 朱遐. 生物修復的研究和應用現狀及發展前景[ J ]. 生物技術通報, 2006, (5) .
[ 3 ] 由文輝, 劉淑媛, 錢曉燕. 水生經濟植物凈化受污染水體研究[ J ]. 華東師范大學學報, 2000, (1) .
[ 4 ] 陳金霞, 徐王華, 張小莉. 生物修復技術在污染治理中的應生物修復技術在水體污染治理中的應用用[ J ]. 環境保護, 2000, (9) .
[ 5 ] 顧繼東. 國外環境生物技術的發展和展望[ J ]. 生物技術通報, 1999, (6) .
[ 6 ] 龍華. 水環境及其保護與生態修復[ J ]. 湖北農學院學報,2004, 24 (4) .
[ 7 ] 朱宛華. 水環境污染的修復技術[ J ]. 地學前緣, 2001, 8(1) .
[ 8 ] 夏會龍, 吳良歡, 陶勤南. 鳳眼蓮植物修復水溶液中甲基對硫磷的效果與機理研究[ J ]. 環境科學學報, 2002, 22 (3) .
[ 9 ] 董哲仁, 劉倩, 曾向輝. 受污染水體的生物- 生態修復技術[ J ]. 水利水電技術, 2002, 33 (2) .
[ 10 ] 張捷鑫, 吳純德, 陳維平, 等. 污染河道治理技術研究進展[ J ]. 生態科學, 2005, 24 (2) .
[ 11 ] 周杰, 章永泰, 楊賢智. 人工曝氣復氧治理黑臭河流[ J ].中國給水排水, 2001, 17 (4) .
[ 12 ] 陳偉, 葉舜濤, 張明旭. 蘇州河河道曝氣復氧探討[ J ]. 中國給水排水, 2001, 27 (4) .
[ 13 ] 田偉君, 翟金波. 生物膜技術在污染河道治理中的應用[ J ]. 環境保護, 2003, (8) .
[ 14 ] 孟睿, 何連生, 胡翔, 等. 生態修復技術處理水產養殖廢水[ J ]. 中國水產, 2008, (10) .
[ 15 ] 曾宇, 秦松. 光合細菌法在水處理中的應用[ J ]. 城市環境與城市生態, 2000, 13 (6) .
[ 16 ] 邢廣彥, 萬曉丹. 水體富營養化及其生物—生態修復技術[ J ]. 黃河水利職業技術學院學報, 2007, 19 (1) .
[ 17 ] 李大成, 呂錫武, 紀榮平. 受污染湖泊的生態修復[ J ]. 電力環境保護, 2006, 22 (1) .
[ 18 ] 楊秀敏, 胡桂娟, 楊秀紅, 等. 生物修復技術的應用及發展[ J ]. 中國礦業, 2007, 16 (12) .
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
