生物技術(shù)在水體富營養(yǎng)化治理的應(yīng)用
1.水體的富營養(yǎng)化
所謂水體富營養(yǎng)化，是指工業(yè)廢水、生活污水和含氮、磷等營養(yǎng)元索的農(nóng)業(yè)退水大量進(jìn)人湖泊、水庫、海灣等封閉性或半封閉性水體以及某些河流水體內(nèi)，導(dǎo)致氮、磷等營養(yǎng)元素富集，某些特征性藻類尤其是微囊鑲(Microcptis)魚腥藻(Anabaem)、束絲藻(Aphonimmenon)、額藻(Oarillatorin)等異常增殖，使水質(zhì)惡化的過程。一般認(rèn)為總磷(TP)和無機(jī)氮分別超過20mg/m和200一300mg/m時(shí)，水體就處于富營養(yǎng)化狀態(tài).水體嚴(yán)重富營養(yǎng)化時(shí)，水面藻類增殖，成片或成團(tuán)地覆蓋在水體表面，形成“水華”或“赤潮”。我國的水華主要是由藍(lán)藻的泛濫所引起。水華的結(jié)果是破壞了水資源環(huán)境，限制了人類對(duì)飲用、工業(yè)、農(nóng)業(yè)和景觀、娛樂等用水需要。
2.生物技術(shù)與富營養(yǎng)化水體治理
2.1利用藻類植物治理富營養(yǎng)化水體
藻類植物是植物界中原始低等的類群，它的每個(gè)細(xì)胞都能繁殖，且非常迅速，并能消耗大量的營養(yǎng)物質(zhì);含葉綠素a等光合色素，能進(jìn)行光合作用，釋放氧氣;它的分布又很廣，絕大多數(shù)在水中，浮游、底棲或固著在水中各種物體上，又具有分解、氧化，過濾、吸附等作用。所以可以利用藻類植物的這些特性治理富營養(yǎng)化水體。
2.1.1控制外源過多營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)人自然水體
一方面可以利用藻菌共生系統(tǒng)用生物膜和活性污泥處理污水，其中藻類植物進(jìn)行光合作用，放出氧氣并分解一部分污染物，細(xì)菌主要起分解,氧化作用。另一方面也可以利用藻類、細(xì)菌、高等水生植物等組成的共生系統(tǒng)。另外常有浮游動(dòng)物甚至大型水生動(dòng)物(如河蛙、魚類等)的參與，共同維持一個(gè)適合于生長且達(dá)到生態(tài)平衡的環(huán)境。
2.1.2用藻類植物在水體自凈中的作用
水體自凈包括稀釋、揮發(fā)、沉淀、吸附、氧化和分解等作用，而藻類植物是自然水體水質(zhì)自凈作用的一個(gè)重要組成部分。藻類的作用主要是排除由于細(xì)菌作用產(chǎn)生的CO，并且重新供給水中O，使需氧細(xì)菌的分解成為可能.特別是一些底棲藻類，與細(xì)菌及其它小生物共同生活在土壤上、石頭上和水中物體上，呈薄膠質(zhì)層，如活性污泥沉淀池一樣，表現(xiàn)極大吸附能力，保留膠狀的溶解有機(jī)質(zhì)和柔軟分散的有機(jī)質(zhì)，并將其轉(zhuǎn)送到水中，有機(jī)質(zhì)會(huì)很快被降解。所以我們可以利用這種自凈作用，對(duì)富營養(yǎng)化水體采用換流的方式，用足夠的水使水體沖淡，帶動(dòng)氧化帶的開始，進(jìn)人自凈過程.例如杭州西湖引錢塘江水沖刷，取得了較好效果。
2.1.3抑制藻類植物過量繁殖，建立生態(tài)平衡系統(tǒng)
利用藻類植物可以消除水體中過量的營養(yǎng)物質(zhì)，但是藻類植物特別是引起水華的有害藻類的數(shù)量過剩也是水體污染的重要指標(biāo)。所以，抑制藻類植物的過量繁殖，維持水體生態(tài)平衡是防治水體污染的又一個(gè)重要因素。
2.1.4利用基因工程控制藻類
近十年來，藍(lán)藻的分子遺傳學(xué)進(jìn)展很大，在基因運(yùn)載構(gòu)建、基因定位、墓因轉(zhuǎn)移、表達(dá)、功能分析等方面都取得了顯著進(jìn)展.利用基因工程，我們可以培植一批經(jīng)濟(jì)價(jià)值高、有自凈化功能的藻類植物用于污水處理，也可以培植威性藻類的竟?fàn)幧铮种颇切┨卣餍栽孱惖纳L，或者直接利用生物生產(chǎn)除藻劑。相信在不久的將來，基因工程在防治水體富營養(yǎng)化方面應(yīng)用會(huì)很廣泛。
2.2利用微生物治理富營養(yǎng)化水體
有些水體中污染物高效降解菌很少（如景觀水體）。景觀水體多為靜止或流動(dòng)性差的封閉緩流水體，一般具有水域面積小、易污染、水環(huán)境容量小、水體自凈能力低等特點(diǎn)，加上居民生活和水系中魚類的影響，極易造成水中懸浮物增多、濁度增大，有機(jī)物、細(xì)菌和大腸桿菌的含量都增高。在溫度較高時(shí)，富含N,P等營養(yǎng)元素的水體中還會(huì)滋長藻類，藻類的異常繁殖會(huì)破壞環(huán)境的生態(tài)平衡，湖水呈現(xiàn)明顯的綠色，水體色度較高，一般可達(dá)幾十度甚至上百度，并伴有明顯的魚腥味，有時(shí)甚至造成水體發(fā)黑發(fā)臭，喪失了景觀水體的功能。這時(shí)通過補(bǔ)充有益微生物和促進(jìn)其生長的營養(yǎng)劑可加速水體中污染物的降解，也有助于加快底泥中污染物的分解轉(zhuǎn)化。采用投加菌種方法進(jìn)行景觀水體的生物修復(fù)近年來成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，如日本、韓國、澳大利亞等國采用定期向水中投放光合細(xì)菌，由于光合細(xì)菌能利用光能和氧將微污染水或廢水中的無機(jī)和有機(jī)碳源及其它營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為菌體，從而能起到凈化水質(zhì)的作用。曹式芳等應(yīng)用高效微生物光合細(xì)菌、硝化細(xì)菌及復(fù)合細(xì)菌，采用投菌法降解水中污染物。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:有利于有機(jī)物與葉綠素的去除，其去除率分別達(dá)到60%和90%，含氮化合物的去除率達(dá)到50%以上，而且投人微生物可使水體DO值由1mg/L增加到7mg/L，向富營養(yǎng)化的城市湖泊水體投加微生物以凈化水質(zhì)的方法是可行的。用這種方法凈化水體具有工藝簡單、無需建構(gòu)筑物、基建省等特點(diǎn)。
2.3水生生物治理富營養(yǎng)化水體
水生生物法是以生態(tài)學(xué)原理為指導(dǎo)，人工養(yǎng)殖抗污染和強(qiáng)凈化功能的水生動(dòng)、植物，利用生物間的相克作用修飾水質(zhì)，利用食物鏈關(guān)系有效地回收和利用資源，取得水質(zhì)的凈化、資源化和景觀效果等綜合效益。
2.3.1水生植物處理法
水體中的有機(jī)污染物被微生物分解后，除了有機(jī)碳轉(zhuǎn)化為CO從水體中逸出外，有機(jī)氮、磷等都轉(zhuǎn)變?yōu)闊o機(jī)營養(yǎng)鹽類，仍滯留在水體中。這些營養(yǎng)鹽如長期累積，就會(huì)造成水體的富營養(yǎng)化，導(dǎo)致藻類泛濫。通過種植水生植物，利用植物對(duì)無機(jī)營養(yǎng)鹽類的吸收、轉(zhuǎn)化和積累，并經(jīng)人工定期打撈回收，可以有效去除水體中的氮、磷營養(yǎng)鹽，達(dá)到凈化水質(zhì)、抑制藻類生長的目的。南京莫愁湖通過種植蓮藕，年產(chǎn)蓮藕25萬kg，帶出的氮有60多t，磷達(dá)1t多，浮萍在1個(gè)月內(nèi)能將污水中的磷去除90%。
2.3.2水生動(dòng)物處理法
水生動(dòng)物包括浮游動(dòng)物、游泳動(dòng)物和底棲動(dòng)物，它們以水體中的游離細(xì)菌、浮游藻類、有機(jī)碎屑等為食，可以有效減少水體中的懸浮物，提高水體的透明度。投放數(shù)量合適，物種配比合理的水生動(dòng)物，對(duì)于延長生態(tài)系統(tǒng)食物鏈、提高生物凈化效果有明顯作用。通過定期對(duì)游泳動(dòng)物和底棲動(dòng)物進(jìn)行打撈，可以防止其過量繁殖造成的內(nèi)源污染，同時(shí)也將已轉(zhuǎn)化成生物有機(jī)體的有機(jī)質(zhì)和氮磷等營養(yǎng)鹽從水體中徹底輸出。武漢東湖富營養(yǎng)化水體中引人50g/m的鰱或鳙，使微囊藻水華得到有效抑制。
3.結(jié)語
利用生物技術(shù)來治理富營養(yǎng)化水體，控制水華具有工藝簡單、無需建構(gòu)筑物、基建省，投資少等特點(diǎn)，同時(shí)生物技術(shù)旨在修復(fù)生態(tài)平衡已遭破壞的水體，從生態(tài)本身入手對(duì)水體進(jìn)行治理修復(fù)，已逐漸成為國內(nèi)外治理富營養(yǎng)化水體的熱點(diǎn)技術(shù)。但是由于生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性，這種技術(shù)還很不成熟，隨著基因工程與生態(tài)工程逐漸結(jié)合運(yùn)用，有望通過生物技術(shù)的運(yùn)用使富營養(yǎng)化的水體得到較好的修復(fù)，并且可以通過該技術(shù)使水生生態(tài)環(huán)境得到良好的控制，防止修復(fù)后的水體出現(xiàn)富營養(yǎng)化和水華。
參考文獻(xiàn)
1劉霞、杜桂森,藻類植物與水體富營養(yǎng)化控制,首都師范人學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),第23卷第4期2002年12月
2周明、董金榮、趙開弘,藍(lán)藻水華生物防治與藍(lán)藻生物技術(shù),國外建材科技,2002年第23卷第4期
3郭迎慶,城市景觀水體的污染控制和修復(fù)技術(shù),環(huán)境科學(xué)與技術(shù),第28卷增刊2005年6月
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