湖泊富營(yíng)養(yǎng)化生物—生態(tài)修復(fù)的理論和實(shí)踐
來(lái)源： 閱讀：5752 更新時(shí)間：2011-11-14 15:02一、綜述：
1.我國(guó)湖泊污染狀況
我國(guó)大部分湖泊水體水質(zhì)下降，生態(tài)系統(tǒng)退化，藍(lán)藻水華頻繁爆發(fā)，湖泊富營(yíng)養(yǎng)化呈現(xiàn)迅猛發(fā)展的趨勢(shì)。國(guó)家環(huán)抱總局2005年一月地表水水質(zhì)報(bào)告顯示；包括太湖、巢湖、滇池在內(nèi)的我國(guó)大中型湖泊富營(yíng)養(yǎng)化形式十分嚴(yán)峻。據(jù)水利部最新的全國(guó)淡水資源質(zhì)量評(píng)價(jià)，我國(guó)131個(gè)大型湖泊中，達(dá)富營(yíng)養(yǎng)化程度的湖泊67個(gè)。城市近郊水體富營(yíng)養(yǎng)化程度普遍偏高，如杭州西湖、南京玄武湖、云南滇池、合肥巢湖及武漢東湖等均達(dá)到高度富營(yíng)養(yǎng)化程度。而有關(guān)部門近年對(duì)100余座水庫(kù)的水質(zhì)評(píng)價(jià)表明，13座水庫(kù)為富營(yíng)養(yǎng)性，22座水庫(kù)受不同程度污染，這些受污染的水庫(kù)往往是城市供水的重要水源。
2.湖泊富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象描述
（1）在富營(yíng)養(yǎng)階段，水中藻類的種類減少而個(gè)體數(shù)猛增，(如曾測(cè)得水華銅綠微囊藻及水華束絲藻數(shù)達(dá)13.6 X 10 5 / mL。)
（2）由於優(yōu)勢(shì)種類所含色素不同，使水體呈藍(lán)、紅、棕、乳白等不同顏色。
（3）富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象多發(fā)生在一些水體交換率較低之處，如湖泊或海灣等處，在內(nèi)陸湖泊中發(fā)生者，稱為水華(水花，water bloom)在海洋則稱為赤潮(紅潮，red tide)。
3.湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的危害
（1）水體外觀顏色改變，變濁，影響景觀。如海水富營(yíng)養(yǎng)化時(shí)，有時(shí)會(huì)呈現(xiàn)紅色。
（2）水中散發(fā)不良味道。
（3）溶氧量下降。
（4）水生生物大量死亡，原因可能為缺氧或阻礙呼吸。
（5）有些藻類會(huì)產(chǎn)生毒素，可能直接危害人體健康。
（6）導(dǎo)致水處理上之困難，并使水質(zhì)品質(zhì)下降。
4.湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的各項(xiàng)指標(biāo)
目前一般采用的富營(yíng)養(yǎng)化指標(biāo)是：
（1）水體含氮量大於0.2 - 0.3 mg /L。
（2）含磷量大於0.01 - 0.02 mg/L。
（3）生化需養(yǎng)量大於10 mg /L。
（4）細(xì)菌總數(shù)(淡水中)達(dá)10萬(wàn)個(gè)/mL。
（5）葉綠素a(藻類生長(zhǎng)的標(biāo)志)大於10 μg/L。
二、湖泊污染的對(duì)策
1.湖泊污染治理的難點(diǎn)
湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的實(shí)質(zhì)是活性氮磷元素不斷從污染源進(jìn)入水體，且未被清除或轉(zhuǎn)化為非活性物質(zhì)。污染源主要是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中富含氮磷農(nóng)田排水與地表水及人類生活和工業(yè)污水，此外還有湖底淤泥中氮磷的不斷釋放。目前，包括太湖滇池在內(nèi)的眾多湖泊，當(dāng)?shù)卣块T都在采取積極措施控制污染源，這為對(duì)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化水體進(jìn)行治理，恢復(fù)水體功能創(chuàng)造了條件。但是，如何治理富營(yíng)養(yǎng)化，恢復(fù)湖泊水體功能是個(gè)世界難題。在過(guò)去幾十年中，世界各國(guó)科學(xué)家嘗試了包括物理、化學(xué)、生物三大類幾十種方法，或工程費(fèi)用昂貴，或二次污染嚴(yán)重，或治標(biāo)不治本，或治理速度緩慢，效果不盡人意。
2.湖泊治理的對(duì)策
從湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的定義出發(fā)，去除氮、磷的污染是湖泊治理首先要解決的問(wèn)題，排除湖泊由于特殊原因造成的污染，從一般意義上說(shuō)，湖泊污染就是水體的富營(yíng)養(yǎng)化。對(duì)氮、磷的去除采用物理化學(xué)方法是很不理想的（物理化學(xué)方法包括：機(jī)械過(guò)濾、臭氧、電化學(xué)），原因很簡(jiǎn)單：從機(jī)理上說(shuō)，氮、磷在受污染的湖泊中的存在形態(tài)多為有機(jī)態(tài)，機(jī)械過(guò)濾對(duì)于這種狀態(tài)污染物的去除效果不佳；而臭氧和電化學(xué)即便有很強(qiáng)的氧化能力，但是由于投資過(guò)高，對(duì)于治理湖泊富營(yíng)養(yǎng)化而言是不切實(shí)際的。
以現(xiàn)在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的可行性而言，生物法無(wú)疑是湖泊治理最好的選擇。其中生物法可以分為幾個(gè)部分，城市污水的生物處理工藝、生物修復(fù)和生態(tài)修復(fù)。就湖泊本身而言，污染物的來(lái)源也是湖泊治理需要考慮的重要因素。在湖泊富營(yíng)養(yǎng)化水體的控制措施中，減少外源性污染物質(zhì)尤其是外源性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入湖泊，是控制湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)鍵措施之一。
3.生物處理技術(shù)和生物修復(fù)技術(shù)
生物處理技術(shù)、生物修復(fù)技術(shù)和生態(tài)修復(fù)技術(shù)都是屬于生物技術(shù)。它們之間有很明顯的區(qū)別也有相同的地方。以下以河流流域的的各種生物工藝為例對(duì)這幾種技術(shù)進(jìn)行比較：
表一：河流生物修復(fù)工程與城鎮(zhèn)污水處理廠的異同
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內(nèi)容
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河流生物修復(fù)工程
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城鎮(zhèn)污水處理廠
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相同點(diǎn)
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利用微生物凈化污水的特點(diǎn)和規(guī)律，對(duì)受污染水體（河流）進(jìn)行凈化處理的技術(shù)
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利用微生物凈化污水的特點(diǎn)和規(guī)律，對(duì)用管道收集到的社區(qū)污水進(jìn)行凈化處理的技術(shù)
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不同點(diǎn)
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處理過(guò)的河水一般必須重新流入河道
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出水可排入河流，也可用作市政回用、沖廁、農(nóng)灌
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水質(zhì)量
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河水濃度相對(duì)較低、變幅很大
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進(jìn)水污染物濃度高、變化小
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從表中可以看出，生物修復(fù)技術(shù)和城鎮(zhèn)污水處理廠的原來(lái)上是一樣的，都是利用微生物凈化污水的特點(diǎn)和規(guī)律，所不同的是出水以及進(jìn)水水質(zhì)。就湖泊而言，從生物處理技術(shù)的角度出發(fā)，用城鎮(zhèn)污水處理廠的原理對(duì)湖泊進(jìn)行治理是不可行的。最主要的原因在于成本上，從技術(shù)上說(shuō)是完全可行的，如下圖所示：
水從湖泊中由泵抽出引入處理工藝以后，再由泵回流到湖泊中。泵的大小和處理工藝的流量要由湖泊本身的大小和受污染程度而定。由于是要對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化的湖泊進(jìn)行治理，所以處理工藝一般采用生物處理工藝。這里有很多的可選擇性，如：SBR、UASB、AF、活性污泥等工藝。這些工藝各有其優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)，可以針對(duì)脫氮除磷進(jìn)行組合和改進(jìn)。問(wèn)題是，從湖泊富營(yíng)養(yǎng)化治理的本質(zhì)出發(fā)，是要恢復(fù)湖泊本身的生態(tài)功能，如果生物水處理工藝處理的量大于湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的速度，在經(jīng)處理過(guò)的湖泊水回流到湖泊時(shí)，處理后的水可以稀釋湖泊中的水，以達(dá)到降低富營(yíng)養(yǎng)化的效果，可以想象，這是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，從設(shè)備運(yùn)行和維護(hù)方面來(lái)講并非一種行之有效的方法。所以從純處理工藝的角度對(duì)湖泊進(jìn)行改造的可行性并不大。所以考慮從生物修復(fù)技術(shù)和生態(tài)修復(fù)技術(shù)來(lái)研究。
4.生物修復(fù)技術(shù)和生態(tài)修復(fù)技術(shù)
生物修復(fù)技術(shù)和生態(tài)修復(fù)技術(shù)并非一個(gè)概念，即便是采用的原理和需要達(dá)到的目的也有很大的區(qū)別，要采用這兩種技術(shù)就必須對(duì)這兩種技術(shù)有足夠的認(rèn)識(shí)。下面同樣以河流治理為例用一張表格將這兩種技術(shù)進(jìn)行比較：
表二 生物修復(fù)技術(shù)和生態(tài)修復(fù)技術(shù)
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內(nèi)容
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河流生物修復(fù)
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河流生態(tài)修復(fù)
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目標(biāo)
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水質(zhì)
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水生生物生存和發(fā)展的整個(gè)環(huán)境
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對(duì)象
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改善河流水生生物生存、生活和繁衍、發(fā)展的水質(zhì)條件
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為水生生物或特有的生物種群提供良好的生存和發(fā)展環(huán)境。
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技術(shù)
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技術(shù)核心是微生物及微生物使用和利用
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核心技術(shù)是生態(tài)工程學(xué)和生物、生命科學(xué)
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共同點(diǎn)
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生態(tài)修復(fù)可以包含生物修復(fù)，生物修復(fù)可以是生態(tài)修復(fù)的一個(gè)部分或一項(xiàng)主要內(nèi)容；兩者的共同點(diǎn)或共同目標(biāo)都是改善或改良生物的生存和發(fā)展環(huán)境。
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不同點(diǎn)
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生物修復(fù)是針對(duì)水體污染的修復(fù)
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生態(tài)修復(fù)是針對(duì)水生生物及其生存環(huán)境的整體修復(fù)
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生物修復(fù)技術(shù)
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是受污染水源的生物修復(fù)技術(shù)利用水體中生息的微生物或向水體中投加的特定微生物，在人為促進(jìn)工程化條件下，分解污染物，修復(fù)受污染的環(huán)境。所以，技術(shù)的關(guān)鍵在于工程菌的培養(yǎng)。實(shí)際上生物修復(fù)技術(shù)就是一種生物強(qiáng)化技術(shù)。微生物降解有機(jī)化合物的能力是生物修復(fù)的技術(shù)關(guān)鍵。水體中存在著各種各樣的微生物，在遭受污染后，自然就存在著一個(gè)培養(yǎng)和馴化選擇的過(guò)程，一些特異的微生物在污染物的誘導(dǎo)下產(chǎn)生分解污染物的酶系，進(jìn)而將污染物降解。但在許多條件下，土著微生物菌群馴化時(shí)間長(zhǎng)、生長(zhǎng)速度慢、代謝活性不高，再則，由于許多污染物如多環(huán)芳烴（PAHs）、重金屬等具有生物毒性，要實(shí)現(xiàn)污染水體的生物修復(fù)，必須篩選、培養(yǎng)和馴化出能夠降解污染物的高效工程菌。工程菌通常從受污染的土壤或水體中篩選，對(duì)其的培養(yǎng)和馴化可采用異步培養(yǎng)法、同步培養(yǎng)法和接種培養(yǎng)法。異步培養(yǎng)是先將篩選出工程菌在適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)基上加以培養(yǎng)，然后在培養(yǎng)基中逐漸提高污染物的濃度，使能夠分解污染物的菌種得到繁殖和發(fā)展，不適應(yīng)的菌種則逐漸淘汰。同步培養(yǎng)是在培養(yǎng)的初期就在培養(yǎng)基中添加污染物并逐漸提高其濃度，該方法可縮短培養(yǎng)和馴化的時(shí)間。而接種培養(yǎng)則直接從污染狀況相同的生物修復(fù)工程中獲得工程菌，能進(jìn)一步縮短培養(yǎng)和馴化的時(shí)間，提高馴化效果。
以下用幾個(gè)實(shí)例說(shuō)明生物修復(fù)技術(shù)的可行性：
例一：徐亞同等人對(duì)上海上澳塘水體進(jìn)行了生物修復(fù)性試驗(yàn)（試驗(yàn)規(guī)模為3600－5000m3/d，結(jié)果表明，生物修復(fù)可以消除水體黑臭，可將水中的BOD5從20mg/L降低到3mg/L，CODcr從60-70mg/L降低到30mg/L，溶解氧含量從進(jìn)水的0.5mg/L左右到出水時(shí)的7.8mg/L。透明度由進(jìn)水時(shí)的十幾厘米到出水時(shí)的40厘米左右。
例二：新涇港地處長(zhǎng)寧區(qū)，為蘇州河六大支流之一，也是對(duì)蘇州河污染貢獻(xiàn)率最大的支流之一，此河完全呈嚴(yán)重富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，黑臭十分嚴(yán)重。該項(xiàng)目在市領(lǐng)導(dǎo)的批準(zhǔn)下，利用生物修復(fù)技術(shù)，將留學(xué)生企業(yè)“上海玉壘環(huán)境生物技術(shù)有限公司”的產(chǎn)品YL活性生物復(fù)合劑（含分子篩）H15按0.36kg／m2（LD 50＞400mg／L）劑量，投入新涇港試驗(yàn)段的膠狀污泥中；此次試驗(yàn)YL劑－H15（含分子篩）單位面積費(fèi)用52.00元／m2，歷時(shí)七個(gè)月試驗(yàn)段底泥有機(jī)污染降解率達(dá)到30%以上；其中底泥有機(jī)質(zhì)去除率2.04%～62.5%、TN去除率2.1%～66.1%、TP去除率3.91%～40.8%；底泥滲出液COD去除率20%～86.4%、底泥滲出液TN去除率13.3%～80.5%、底泥滲出液TP去除率33.8%～91%；底泥黑臭明顯減弱，色澤由黑轉(zhuǎn)褐，趨向礦化過(guò)程；底泥中H15菌劑回收，存活狀況良好。
從兩例可以看出，針對(duì)不同程度污染的湖泊，需要培養(yǎng)特定的菌群進(jìn)行生物強(qiáng)化，通過(guò)投加環(huán)境有益微生物，強(qiáng)化湖泊中的優(yōu)勢(shì)微生物，可有效抑制有害微生物和有害藻類的生長(zhǎng)繁殖，促進(jìn)微生物對(duì)湖泊營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收與消減等，氮素在微生物的作用下，經(jīng)硝化和反硝化作用脫氮。富營(yíng)養(yǎng)化湖泊微生物修復(fù)，不破壞水生態(tài)平衡，不污染環(huán)境，而且微生物還可作為魚(yú)類、蝦和蟹等的餌料。當(dāng)湖泊中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被微生物消減到一定程度時(shí)，其生長(zhǎng)因缺乏營(yíng)養(yǎng)受到抑制，因此不會(huì)造成微生物的大量繁殖。
研究人員應(yīng)用優(yōu)勢(shì)菌劑處理城市湖泊水體的試驗(yàn)表明，投加光合菌、硝化菌、復(fù)合菌的混合液對(duì)水中的濁度、葉綠素a有明顯的去除效果。應(yīng)用EM有效微生物群菌劑，對(duì)已重度富營(yíng)養(yǎng)化的人工湖修復(fù)試驗(yàn)表明，有效微生物菌群對(duì)水體的透明度、葉綠素a含量的改善有明顯效果，可有效抑制藻類的生長(zhǎng)，防止水華的發(fā)生，改善景觀。
生態(tài)修復(fù)技術(shù)
生態(tài)恢復(fù)——根據(jù)生態(tài)學(xué)原理，通過(guò)一定的生物，生態(tài)以及工程的技術(shù)與方法,人為地改變和切斷生態(tài)系統(tǒng)退化的主導(dǎo)因子或過(guò)程，調(diào)整、配置和優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)部及其外界的物質(zhì)，能量和信息的流動(dòng)過(guò)程和時(shí)空次序，使生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，功能和生態(tài)學(xué)潛力盡快成功地恢復(fù)到一定的或原有乃至更高的水平。
恢復(fù)生態(tài)學(xué)——研究生態(tài)系統(tǒng)退化的原因,退化生態(tài)恢復(fù)與重建的技術(shù)與方法,生態(tài)學(xué)過(guò)程與機(jī)理,是一門理論性與實(shí)踐性都很強(qiáng)的學(xué)科。
從生態(tài)概念看富營(yíng)養(yǎng)化湖泊應(yīng)該為：人為干擾和影響——藻類大量增生——水生植被衰退——生物多樣性下降——水質(zhì)迅速惡化——湖泊功能下降。
①修復(fù)措施從修復(fù)性質(zhì)來(lái)說(shuō)可以分為點(diǎn)源和面源
點(diǎn)源：環(huán)境技術(shù)——用水處理技術(shù)消除進(jìn)入湖泊水體中的N、P和有機(jī)污染物等。
面源：生態(tài)技術(shù)——改善生態(tài)系統(tǒng)和周圍環(huán)境，減少不利理化因素(N、P和有機(jī)污染物)和生物因素。
②修復(fù)措施從機(jī)理上講可以從以下幾個(gè)方面論述
恢復(fù)水生植被——根據(jù)湖泊水生植被自身的演替規(guī)律和水生植物的生理生態(tài)特征，選擇耐污性強(qiáng)的植物作為先鋒種類，然后逐步對(duì)水生植被的結(jié)構(gòu)加以優(yōu)化。
優(yōu)化水產(chǎn)養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)，恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)平衡——在湖泊富營(yíng)養(yǎng)化過(guò)程中，水生植被本身也發(fā)生演替變化,以適應(yīng)不同的營(yíng)養(yǎng)水平和水環(huán)境條件。
從以上的分析可以看出，生態(tài)修復(fù)的出發(fā)點(diǎn)是使生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和生態(tài)學(xué)潛力盡快成功地恢復(fù)到一定的或原有乃至更高的水平。就湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的治理而言，水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)無(wú)論從處理效果或是從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看都是一個(gè)很好的方法，因此選定方法為生態(tài)修復(fù)法中的人工濕地法。
三 人工濕地治理湖泊富營(yíng)養(yǎng)化
1.人工濕地技術(shù)的基本類型
人工濕地技術(shù)由天然濕地發(fā)展而來(lái)，是由特定介質(zhì)（按一定比例設(shè)計(jì)的填料，如土壤、砂、或礫石等），特定的植物（去污性能好、成活率高、耐水潰性強(qiáng)、生長(zhǎng)期長(zhǎng)、美觀且有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的水生或濕生植物）所組成的復(fù)雜、獨(dú)特的生態(tài)系統(tǒng)。它改變了濕地的傳統(tǒng)形態(tài)，通過(guò)科學(xué)的設(shè)計(jì)和改造，用自然生態(tài)系統(tǒng)中的物理、化學(xué)和生物的三重協(xié)同作用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)水體的凈化。
按污水在人工濕地中流動(dòng)的方式，一般可降人工濕地分為三種類型：表面濕地、潛流濕地和垂直流濕地。
2.人工濕地去除營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的機(jī)理
人工濕地有著獨(dú)特的吸附、降解去除水中多種污染物的功能。在這一過(guò)程中主要包括復(fù)雜界面的過(guò)濾過(guò)程和生存于其間的多樣性生物群落與其環(huán)境間的相互作用過(guò)程。氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度的提高是導(dǎo)致湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)鍵因素。人工濕地系統(tǒng)中氮的去除主要依靠微生物的分解轉(zhuǎn)化作用和植物的吸收同化作用完成的。進(jìn)入濕地系統(tǒng)中的氮主要以有機(jī)氮和氨氮的形式存在。在人工濕地系統(tǒng)內(nèi)，植物光合作用過(guò)程中降氧通過(guò)植株—根系向濕地床輸送，使得系統(tǒng)內(nèi)部存在許多好氧、缺氧和厭氧微環(huán)境，為微生物的硝化和反硝化作用創(chuàng)造了良好條件。首先，水中的有機(jī)氮被異養(yǎng)微生物轉(zhuǎn)化為氨氮，而后硝化細(xì)菌在好氧環(huán)境下降氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮，最后通過(guò)反硝化微生物的脫氧作用以及植物根系的吸收作用降無(wú)機(jī)氮從水中去除。人工濕地對(duì)磷的去除作用包括介質(zhì)的吸收和過(guò)濾、植物吸收、微生物去除等。無(wú)機(jī)磷的吸收和過(guò)濾去除作用因濕地床的填料不同而存在差異。植物生長(zhǎng)過(guò)程中因濕地床的填料不同而存在差異。植物生長(zhǎng)過(guò)程中通過(guò)同化作用降無(wú)機(jī)磷變成植物體的組成部分，最后通過(guò)收割去除。微生物對(duì)磷去除包括對(duì)磷的正常吸收和對(duì)磷的過(guò)量積累，不同含氧狀態(tài)對(duì)磷的正常吸收和對(duì)磷的過(guò)量積累，不同含氧狀態(tài)的人工濕地根區(qū)類似于污水脫氮除磷系統(tǒng)的A-A-O處理單元，使某些細(xì)菌在厭氧條件下吸收低分子的有機(jī)物（如脂肪酸），同時(shí)降細(xì)胞原生質(zhì)中聚合磷酸鹽異染粒的磷釋放出來(lái)（釋磷），并提供必須的能量以便它們?cè)诤醚鯒l件下從水中吸收超過(guò)其生長(zhǎng)所需的磷（聚磷），并以聚磷酸鹽的形式的形式成為微生物細(xì)胞的內(nèi)含物而被貯存起來(lái)，因此人工濕地有較高的除磷效果。
3.人工濕地應(yīng)用實(shí)例
國(guó)外應(yīng)用人工濕地凈化污染水質(zhì)方面已有許多成功的實(shí)例。德國(guó)利用水平流和垂直流濕地蘆葦床系統(tǒng)處理富營(yíng)養(yǎng)化水體中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（N、P等），并進(jìn)行比較，結(jié)果表明，超過(guò)90%的有機(jī)污染和N、P等污染被去除。美國(guó)田納西州人工濕地系統(tǒng)試驗(yàn)在不同水力負(fù)荷下對(duì)氨氮、總氮的去除規(guī)律，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，二級(jí)系統(tǒng)氨氮去除率較一級(jí)系統(tǒng)高20%~50%，周期性落干可提高氨氮的去除率，水力停留時(shí)間的增長(zhǎng)可以改善總氮的去除效果。加拿大潛流蘆葦床濕地系統(tǒng)在植物生長(zhǎng)旺季中的TN平均去除率為60%、TN為53%、TP為73%，磷酸鹽平均去除率為94%。英國(guó)蘆葦床垂直流中試系統(tǒng)用語(yǔ)處理高氨氮污水，平均去除率可達(dá)93.4%。
我國(guó)進(jìn)行人工濕地處理系統(tǒng)研究開(kāi)始于“七五”期間，起步較晚，應(yīng)用也較少，主要有天津蘆葦濕地工程、北京昌平自由表面流人工濕地和深圳白泥坑人工濕地等。“八五”期間我國(guó)進(jìn)行了全國(guó)范圍的土地處理系統(tǒng)研究，但對(duì)人工濕地技術(shù)的研究還相對(duì)落后，應(yīng)用范圍較窄，主要集中在小試和中試規(guī)模的機(jī)理研究上，隨著人工濕地技術(shù)認(rèn)識(shí)的不斷進(jìn)步，人工濕地在我國(guó)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，目前已有許多人工濕地工程投入運(yùn)行，并達(dá)到了良好的效果。沈陽(yáng)滿堂河生態(tài)悟水處理示范廠采用以人工濕地處理為主，浮動(dòng)生物床預(yù)處理為輔的組合工藝，主要處理污染較重的滿堂河水及沿岸的重點(diǎn)生活污染源排水，其出水水質(zhì)達(dá)到了回用于景觀的水質(zhì)要求。深圳洪湖人工濕地采用復(fù)合垂直流濕地系統(tǒng)，將污染較重的布吉河水通過(guò)濕地凈化為洪湖補(bǔ)充清潔水，其出水水質(zhì)參數(shù)中非離子氨和BOD能達(dá)到Ⅰ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，COD能達(dá)到Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，TN和TP能到到湖泊水庫(kù)Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)；處理出水DO大大增加，各項(xiàng)污染指標(biāo)的去除率均在80%以上。
近年來(lái)，我國(guó)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化日益嚴(yán)重，人工濕地在富營(yíng)養(yǎng)化外源控制中的作用也逐步受到重視，但利用人工濕地技術(shù)控制技術(shù)控制湖泊富營(yíng)養(yǎng)化外源污染的研究在我國(guó)剛剛起步，目前大多數(shù)研究和應(yīng)用都集中在富營(yíng)養(yǎng)化水體的治理方面。1994年，我國(guó)在滇池建立的人工濕地系統(tǒng)用以處理滇池流域農(nóng)業(yè)面源污染，根據(jù)14個(gè)月運(yùn)行檢測(cè)，該濕地系統(tǒng)對(duì)TN平均去除率為35.5%~60%左右，對(duì)TP平均去除率為24.4%~47.8%。2002年，中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所和云南玉溪市環(huán)科所設(shè)計(jì)的撫仙湖人工構(gòu)造濕地開(kāi)始投入運(yùn)行，檢測(cè)結(jié)果表明對(duì)各項(xiàng)污染指標(biāo)的去除率分別達(dá)到：COD 87.8%、BOD 68.7%、SS 96.3%、TP 32.4%、TN 36.0%，出水水質(zhì)也由處理前的Ⅳ類水質(zhì)提高到Ⅲ類水質(zhì)。2002年官?gòu)d水庫(kù)潛流人工濕地處理系統(tǒng)，對(duì)官?gòu)d水庫(kù)受污染水進(jìn)行處理，結(jié)果表明當(dāng)進(jìn)水中的TN和TP濃度分別在5.0~9.0mg/L和0.65~0.85mg/L之間波動(dòng)時(shí)，潛流人工濕地對(duì)它們的去除率分別為50%和40%左右，在夏季，系統(tǒng)對(duì)COD和NH4-N的去除率可達(dá)50%到70%。
4.生物修復(fù)工藝和人工濕地工藝結(jié)合（自適應(yīng)生物反應(yīng)器）
該項(xiàng)組合技術(shù)將低能耗生物反應(yīng)器與酶促生態(tài)系統(tǒng)等污水處理單元通過(guò)技術(shù)集成和優(yōu)化組合，形成城市污水處理與回用的高效率、低能耗的生物/生態(tài)組合工藝。
低能耗生物反應(yīng)器：一體化自響應(yīng)節(jié)能生物反應(yīng)器由多功能區(qū)（根據(jù)不同運(yùn)行模式可分別按厭氧、補(bǔ)氧及強(qiáng)化絮凝三種功能運(yùn)行）、生化反應(yīng)區(qū)（根據(jù)不同運(yùn)行模式可按缺氧、好氧或兼性反應(yīng)運(yùn)行）和沉淀區(qū)三部分構(gòu)成？筛鶕(jù)進(jìn)水水質(zhì)、水溫等因素的變化以及處理水排放或回用要求，通過(guò)進(jìn)出水、回流污泥的閘門切換，在同一反應(yīng)器內(nèi)分別變換三種不同的運(yùn)行模式。生化反應(yīng)區(qū)內(nèi)植高密人工馴化、選育適宜于常溫低濃度污水的優(yōu)勢(shì)厭氧與兼氧菌混合微生態(tài)群體，反應(yīng)與傳質(zhì)基于細(xì)胞尺度，微生物處于高活性反應(yīng)區(qū)間；反應(yīng)區(qū)內(nèi)存在隱吸環(huán)流混合與高生物量反應(yīng)；以低壓高速流體激波強(qiáng)烈切割厭氧生物絮體，增大比表面積和加速底物的傳質(zhì)與生物氧化過(guò)程，大幅度提高厭氧微生物的反應(yīng)速率，縮短反應(yīng)時(shí)間使厭氧反應(yīng)池內(nèi)的HRT＝8h左右，減小反應(yīng)區(qū)容積，節(jié)省工程造價(jià)，節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用。其COD去除率達(dá)70~80％，使厭氧段的BOD5去除達(dá)到接二級(jí)處理水平。
酶促生態(tài)系統(tǒng)深度凈化技術(shù)：酶促生態(tài)系統(tǒng)是基于人工濕地(Constructed Wetlands)的基本原理的深化應(yīng)用，它綜合了表面流濕地(Surface Flow Wetlands)和潛流濕地(Subsurface Flow Wetlands)的特點(diǎn)，與傳統(tǒng)的生物處理工藝相比其作用機(jī)制及處理系統(tǒng)中物質(zhì)的變化過(guò)程有較大差異。污水進(jìn)入酶促生態(tài)系統(tǒng)，酶促生態(tài)系統(tǒng)系統(tǒng)中的填料表面和植物根系中生長(zhǎng)了大量的微生物形成生物膜，污水流經(jīng)酶促生態(tài)系統(tǒng)時(shí)大量的懸浮物（包括不溶性有機(jī)物）被截流而沉淀在基質(zhì)中，有機(jī)質(zhì)通過(guò)生物膜的吸附生物降解與植物的吸收得以去除；濕地床層中，植物根系具有較強(qiáng)的輸氧作用，可使根系周圍的微生態(tài)環(huán)境中保持較高的溶解氧，并依次形成好氧、缺氧和厭氧環(huán)境，保證了污水中的N、P不僅能被植物及微生物作為營(yíng)養(yǎng)成份直接吸收，還可以通過(guò)硝化、反硝化作用及微生物對(duì)磷的過(guò)量積累作用而從污水中去除，最后通過(guò)濕地基質(zhì)的定期更換或載培植物的收割而最終使污染物質(zhì)從系統(tǒng)中去除。濕地表面種植優(yōu)選根系發(fā)達(dá)、成活率高、生長(zhǎng)周期長(zhǎng)的植被，確保其處理性能好且具有景觀及經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
技術(shù)特點(diǎn)
與相同處理級(jí)別的現(xiàn)行工藝相比，工程建設(shè)投資節(jié)省20%以上；運(yùn)行成本降低40%以上，處理總能耗節(jié)約30%以上；產(chǎn)生的污泥量少60%；管理要求低。
技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
技術(shù)指標(biāo)
本工藝處理城市污水，能經(jīng)濟(jì)有效地達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)和市政、綠化雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。 經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 采用生物/生態(tài)工藝處理城市污水不含折舊費(fèi)的直接運(yùn)行成本為：達(dá)一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)0.25元/、達(dá)回用標(biāo)準(zhǔn)0.32元/。 建設(shè)污水處理廠單位投資約為900元/天左右。
四 結(jié)論和總結(jié)
本文論述了湖泊污染的最直接現(xiàn)象富營(yíng)養(yǎng)化，從它的危害入手，到其起源、判斷標(biāo)準(zhǔn)，最后到它的治理方法，而治理方法中主要闡述了生物法，在生物法中分別對(duì)生物處理技術(shù)，生物修復(fù)技術(shù)和生態(tài)修復(fù)技術(shù)進(jìn)行了比較，并且討論了其可行性。
生物處理技術(shù)在理論上是可行的，但在造價(jià)和資金投入方面考慮，不如生物修復(fù)技術(shù)和生態(tài)修復(fù)技術(shù)。而生物修復(fù)技術(shù)具有見(jiàn)效快，效果好，無(wú)二次污染等各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，因此在湖泊富營(yíng)養(yǎng)化治理方面是可行的，也有很多成功的實(shí)例。但就從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度和可持續(xù)發(fā)展的角度而言，生態(tài)法才是最具生命力和經(jīng)濟(jì)價(jià)值最高的方法，所以本文對(duì)生態(tài)法中的人工濕地做了比較詳細(xì)的論述，來(lái)探討生態(tài)修復(fù)技術(shù)在湖泊富營(yíng)養(yǎng)化治理方面的可行性，最后用大量的實(shí)例論證了此法是行之有效的。
