原位生物修复技术范文

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关键词：水体底泥修复;原位修复技术;生物制剂原位修复技术;天然粘土矿物原位除藻技术

Abstract: the rapid development of social economy has brought increasingly serious environmental problems, a great deal of sewage emission to serious water pollution, decomposition of sediment pollutant effects on plants and the great reconstruction of water. In situ remediation technology has been increasingly applied to repair the water sediment, the natural clay minerals in situ removal technology, biological preparation in situ remediation technology to introduce water in-situ sediment remediation technology and its application.

Keywords: water sediment remediation; in situ remediation technology; biological preparation in situ remediation technology; algae removal technology of natural clay minerals in situ

中图分类号：[TU992.3]文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）

1前言

随着社会经济的快速发展，工业化和城镇化的不断推进，工业废水和生活污水的集中大量排放，水体中有机碳污染物、有机氮污染物以及含磷化合物负荷不断加大，水体水质污染日趋严重。水体富营养化也已成为世界性的环境问题，突出表现为蓝藻水华暴发、沉水植物衰退和底泥的高度厌氧。水体底泥是大型沉水植物固着的基础，也是植物生长所需营养物质的重要来源。底泥上污染物的分解会消耗过多的溶解氧而导致底泥和底层水体缺氧，造成植物根系呼吸困难;同时，厌氧分解过程中产生的还原性有毒物质，也可能对植物产生毒害。尤其在一些大型浅水湖泊的湖湾和湖口区，暗黑、发臭的厌氧污泥不仅造成了严重的内源污染，也会影响植物重建和水体修复。本文就水体底泥修复中常用的原位修复技术做一下介绍。

原位生物修复技术是一种有发展潜力、效率高且投资少的环境修复技术。研究原位生物修复技术的过程、效果以及系统的利用率越来越成为人们关注的热点。

所谓原位修复技术就是利用微生物对污染土壤不经搅动、在原位和易残留部位之间进行现场处理。该技术应用于被石油类碳氢化合物所污染约地下水治理己经有多年历史,但是直接用于治理被其它污染物污染的地下水和水体底泥也只是近几年的事。原位修复技术的研究结果一方面加深了我们对该技术使用过程中一些限制因素的理解,同时也为使用其他相关的生物、化学和水力参数等提供了帮助。以下将结合具体的应用来介绍一下水体底泥的原位修复技术。

2天然粘土矿物原位除藻技术

天然粘土矿物原位除藻技术是指采用当地易得的底泥或岸边粘土等经改性处理后，用于凝聚、沉降去除水体中的污染物及有害藻类，因其具有材料廉价易得、安全无毒、操作简单等优点，被认为是目前最具前景的应急除藻技术之一。邹华等提出、发展并应用了改性当地土壤除藻技术，研究了其除藻机理、室内和围隔实验及其对水质改善的作用，实现了应急水华治理、水质底质改善和沉水植物恢复的综合效应。随着当地土壤湖泊修复技术的发展和完善，改性土壤及去除的蓝藻在水-沉积物界面处的变化及该技术长期的生态效应更加引起关注，Pan等提出通过追加喷洒原位土壤覆盖先期絮凝的蓝藻及其所含营养盐实现对沉降蓝藻封藏、对污染底泥覆盖、生境改善和“藻-草”转化的技术。

室内模拟系统中，在高度厌氧底泥上进行土壤和硅藻土原位覆盖修复，约1 cm 的材料能够明显逆转底质和水质条件: 污染厌氧底泥与水体隔绝，表层底质类型改变; 底泥的氧化还原电位大幅上升(分别提高了48. 37%和46. 77%); 水体中的TN、TP释放受到减缓，营养盐含量降低; 相比于对照水体底层溶解氧的明显下降，覆盖材料使水中溶氧维持在初始水平并略有升高。底质覆盖的箱体中，苦草种子萌发并长势良好，而对照箱体中苦草种子萌发后幼苗腐烂死亡，可见土壤和硅藻土原位覆盖有效缓解了不利的环境胁迫，为苦草重建提供了适宜的底质和水质条件。硅藻土箱体中苦草的生物量、叶绿素和根冠比都高于土壤覆盖箱体，因而具多孔结构的硅藻土表层底质更利于植物的生物累积和根系定植。

本技术适用于底层厌氧严重的区域，如湖湾区或较为平静的水体; 然而天然水体经常面临风浪、水生动物等扰动会破坏土壤覆盖层，这也是该技术目前的局限性所在，因而有待开发更多新的覆盖材料以实现更稳固的覆盖和更长期的效果。

3生物制剂原位修复技术

3.1 生物制剂原位修复技术的概念

生物制剂原位修复技术主要是通过向污染水体中投加生物制剂，调控水体中微生物群体组成和数量，优化群落结构，提高水体中有自净能力的微生物对污染物的去除效率，使河水最大程度恢复其原有的自净能力，使污染物就地降解或转化成无害物质。该技术不需要搬运或输送污染水体(包括底泥和岸边受污染的土壤)，而是在受污染区域直接进行原地的水体修复，具有使用安全方便、降解污染物彻底且费用低廉的优点。

3.2 生物制剂的种类和应用现状

用于生物修复的微生物通常是经过反复筛选的、对污染物具有较强降解功能的微生物菌株，也可以是以这些功能性微生物为核心经过进一步开发形成的商品化微生物菌剂。根据污染环境的不同，可以按照微生物生长代谢规律向水体中投加营养物质、无毒表面活性剂或电子受体等来激活水环境中土著微生物的代谢潜能，抑制产生黑臭的菌群生理活性。通过以上几种手段强化微生物对污染物的降解效能，从而达到水体原位修复的目的。以下对组成生物制剂的微生物菌剂、生物促生剂以及基质竞争抑制剂在水体底泥修复的应用逐一进行介绍。

3.2.1 投加复合微生物菌剂

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关键词:原位固定修复;重金属污染;土壤修复技术

中图分类号:X503文献标识码:A文章编号:1009-2374 (2010)13-0031-02

原位固定修复工艺方法从成本和时间上能较好地满足治理土壤中重金属污染的要求。原位固定就是通过往土壤中加入固定剂,调节和改变重金属在土壤中的物理化学性质,使其产生沉淀、吸附、离子交换、腐殖化和氧化-还原等一系列反应,降低其在土壤环境中的生物有效性和可迁移性,从而减少这些重金属元素对动植物的毒性。目前在土壤修复中常用的固定剂包括无机固定剂、有机固定剂和有机-无机复合固定剂。该方法的优点是成本低,对重金属的固定时间长,对于大面积的面源污染有很好的修复前景。然而,固定剂使用不当,也会带来一系列的问题。本文对重金属污染土壤的原位固定修复进行了研究。

一、重金属污染土壤的原位固定治理技术

(一)原位固定治理技术的提出

重金属原位固定修复的研究开始于20世纪50年代,所制备的吸附剂最早来固定水体中不同重金属。后来,人们发现了重金属的毒性与其在土壤中的赋存形态有密切的相关性。一些基于降低重金属生物有效性的物质如沸石、水泥和石灰等被应用于固定土壤和沉积物中的重金属。原位修复技术才逐渐被应用到土壤重金属的吸附固定中。20世纪80年代以后,许多固定物质,如人工合成的沸石、生物固体、污泥和磷酸盐衍生物等应用于重金属污染土壤的原位固定中。随着人们对土壤中重金属存在形态的进一步研究,发现了重金属的毒性与其在土壤中存在的各种形态密切相关,植物吸收重金属的量取决于土壤中有效态重金属含量,而不是土壤中重金属的全量。

原位固定技术是指通过往土壤中加入固定剂,调节和改变重金属在土壤中的物理化学性质,使其产生沉淀、吸附、离子交换、腐殖化和氧化-还原等一系列反应,降低其在土壤环境中的生物有效性和可迁移性,从而减少这些重金属元素对动植物的毒性。由于其成本低廉、操作方便、效果快速,使其在对污染土壤的治理中得到广泛应用,尤其对耕作土壤中的面源污染的治理。

(二)原位固定治理技术应用的主要限制因素

目前,原位修复技术在应用中仍然存在一些困难:其一,每个固定剂都有其适用的土壤,土壤的成土母质、粘粒含量、pH等理化性质直接影响固定剂的修复效果。环境条件的改变,特别是降水多少等,也会影响固定剂对重金属的固定作用。因此,每一种固定剂应用于实践,都要有科学的技术参数作支撑。其二,化学合成的有机-无机复合体应用于重金属污染土壤修复,不仅治理成本过高,且有相当的环境风险。有些固定剂在土壤中还会引起土壤理化性质的改变,对植被造成不良影响。为此,我们提出用天然的有机、无机材料制备出有机-无机复合体,杜绝二次污染,并发展与之相应的有机-无机复合体原位钝化技术。其三,虽然吸附剂能将重金属固定住,但金属离子依然还存留在土壤环境中,并可能随着环境条件的改变,生物有效性也可能变化。所以,探寻将重金属从土壤中彻底取出的方法是非常必要的。

二、固定剂对土壤中重金属活性的影响

固定剂可分为有机、无机和有机-无机复合体三种类型。无机材料通过其对重金属的吸附、氧化还原、拮抗或沉淀作用,以降低重金属的生物有效性。由于土壤化学性质和作物吸收关系复杂,这种效果具有地带性。有机物料对土壤中重金属的影响极其复杂,也有文章报道低分子有机物通过螯合作用活化土壤中重金属。有机-无机复合体对重金属的吸附、沉淀、凝聚、络合等能力大于单一的有机物或无机物。

(一)无机固定剂对土壤中重金属活性的影响

无机固定剂主要包括三种:(1)石灰、钢渣、高炉渣、粉煤灰等碱性物质,通过对重金属的吸附、氧化还原、拮抗或沉淀作用降低土壤中重金属的生物有效性;(2)羟基磷灰石、磷矿粉、磷酸氢钙等磷酸盐,可增加离子吸附和沉降,减少水溶态含量及生物毒性;(3)天然、天然改性或人工合成的沸石、膨润土等矿物亦可提高固定效果。

但采用无机固定剂进行土壤改良往往需要较大的施入量,在某些情况下,可能诱发新的环境问题。如磷灰石的大量施用会使土壤累积较多的磷,对周围水体造成潜在的威胁。在一些修复过程中由于土壤过度石灰化,会使土壤中重金属离子浓度长期升高并导致农作物减产。在土壤中添加沸石或沸石类似的硅酸盐物质,可导致土壤溶液中可溶性有机碳(DOC)升高,最后是土壤中镉和锌的淋溶性加大。

(二)有机固定剂对土壤中重金属活性的影响

有机固体废物按其来源不同可分为第一性生产废弃物(作物秸秆、枯枝落叶等)、第二性生产废弃物(畜禽粪便等)、工副业有机废料(农畜产品加工废弃物)和人类生活废弃物(城乡生活垃圾、人粪尿等)4类。它们具有的活性基团(如:COO-、-NH、=NH、=PO4、-S-、-O-等),很容易作为配位体与重金属元素Zn、Mn、Cu、Fe等络合或螯合,钝化土壤中的重金属。

有机材料因其对提高土壤肥力具有十分重要的意义,且取材方便、经济,因此在土壤重金属污染修复中得到了广泛应用。有机材料可能通过几种途径降低土壤重金属的有效性:提高土壤pH,增加土壤固相有机质对重金属的吸附;有机分解产物与重金属形成难溶性沉淀(如硫化物);水溶性有机物与重金属结合形成不易被植物吸收的形态等。

但有机物料对土壤中重金属的影响极其复杂,也有文章报道低分子有机物通过螯合作用活化土壤中重金属。有研究表明,有机物料在后茬作物中促进了重金属的生物积累和毒性。王新等认为有机肥料选择不当不但起不到应有的效果,甚至还会有副作用。

(三)有机-无机复合固定剂对土壤中重金属活性的影响

有机-无机复合体包括城市固体废弃物、黄酸盐吸附剂、污水污泥、石灰化生物固体等,人工合成的大都是以天然粘土矿物和有机化学试剂合成有机-无机复合体。有机-无机复合体对重金属的吸附、沉淀、凝聚、络合等能力大于单一的有机物或无机物已被大量的研究所证实。

三、固定剂在治理重金属污染中的应用

(一)固定剂在水处理中的应用

固定剂在污水处理中的应用已经相当广泛。已有大量的研究表明,膨润土和沸石等固定剂及它们的改性产品能有效地治理含氮、磷、重金属离子废水及有机废水,为废水处理行业低成本、高效率的运转提供了一条行之有效的新途径。杭瑚等利用膨润土处理污水中的重金属离子,发现加入0.04%膨润土和0.006%的PAC可使低浓度污水中Pb2+脱除93.1%。还有研究发现,经过改性的有机膨润土对含50mg/L的Cr6+废水的去除率达到95%。

(二)固定剂在修复重金属污染土壤中的应用

固定剂原位修复重金属污染土壤因其易于实施性和成本低廉性,已经得到广泛应用。当然在使用过程中,也存在着一定的局限性和潜在风险。其改良效果也有很大程度的差异。无机和有机改良剂的修复效果不仅与重金属离子的种类有关,而且还受作物、土壤类型及环境因子的制约。

有机物质因其取材方便价格低廉,又对提高土壤肥力具有十分重要的意义,因此在土壤重金属污染改良中得到了广泛应用。李剑超等指出,在盆栽试验中,猪粪和泥炭均降低了潮土中水溶性Cu的含量,却没有降低红壤中水溶性Cu的含量。

武玫玲等研究表明,土壤中重金属离子浓度较低时,Fe 、Mn氧化物对重金属离子的专性吸附随pH增大而升高,但是不同重金属离子开始吸附的pH值和达到最高吸附量的pH明显不同。氧化物和有机质对于控制土壤溶液中Cu的浓度所起的作用,远较粘土矿物重要,当土壤中Cu浓度低时,主要与游离氧化铁和有机质结合,呈现紧结合态,而当Cu浓度高时,则又出现大量的松结合态,这部分Cu主要是与水云母、高岭石等粘土矿物结合。因此含游离氧化铁和有机质高的土壤对外来铜的缓冲能力相对较强。因此从理论上来说,在修复Cu污染的土壤方面,固定剂施用在含游离氧化铁和有机质低的土壤中会表现出更显著的修复效果。

四、结语

纵观国内外研究发现:(1)重金属污染土壤钝化修复技术的研究已取得了一系列重要进展,无论是分别施用无机钝化剂、有机钝化剂,还是有机、无机钝化剂混合使用,都有成功的实例,但在不同的土壤类型、不同污染程度、不同重金属种类的研究结果各异;(2)钝化剂的需用量较大,尤其是无机钝化剂一般用量在5%左右时,钝化效果才较明显;(3)利用有机试剂和天然粘土矿物预制备的有机-无机复合体,能显著提高对重金属的吸附量,但多在水处理中的应用研究,应用于土壤污染修复,不仅成本过高,且可能诱发新的环境问题;(4)无论施用哪种钝化剂,最终被吸附钝化的重金属都留在土壤中,存在着潜在的环境风险。

参考文献

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[2]杨苏才,南忠仁,等.土壤重金属污染现状与治理途径研究进展[J].安徽农业科学,2006,34(3).

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关键词：黑臭水体；生物修复；生物促生剂

中图分类号：X172 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）13-3027-04

城市内湖泊、河道等景观水体是城市居民生活环境中的重要组成部分。由于过量生活污水排入、未雨污分流等原因导致水体污染，造成了水体严重缺氧而呈黑臭状态[1，2]，严重影响居民生活、城市形象和生态环境，已成为我国许多大、中城市共同存在的污染问题。如何解决城市内河水体的黑臭问题也是当前城市环境改善的热点问题。

目前，黑臭水体的修复技术主要有物理修复技术、化学修复技术和生物修复技术等，而生物修复技术具有环境友好、生态节能的优点，是最具发展前景的主体修复技术[3，4]。生物修复技术主要有两类[5，6]：一类是接种微生物技术[7]，直接向黑臭河道投加外来微生物菌剂，降解水体中的污染物，从而修复水体；另一类是培养土著微生物技术[8]，向黑臭河道投加微生物促生剂和营养剂等，促进土著微生物的生长，充分发挥土著微生物对污染物的降解，从而达到水体修复的目的。

投加微生物菌种进行的黑臭水体原位修复，外来菌种可能会与水体中的土著微生物之间存在生存竞争，会导致菌种生物量和降解活性的降低，影响水体的修复效果[9]，因此采用微生物激活剂，依靠环境中土著微生物的激活技术对黑臭水体进行修复则更具现实意义。土著微生物激活技术则具有安全、高效、经济的优势，使用此技术能有效避免引进外源微生物所引起的生物竞争等生态问题，不破坏原有生态系统。唐玉斌等[10]研究了投加葡萄糖和生物激活剂对生物膜修复污染河水效果的影响。张丽等[11]研究了在底泥中投加生物促生剂对改善河道水质效果的影响。本研究在曝气条件下，利用投加生物促生剂、葡萄糖、氨基酸等物质修复黑臭水体，从而研究水体修复过程中水质的变化情况，旨在为黑臭河流的原位生物修复提供参考和依据。

1 材料与方法

1.1 试验水体概况

选取南京南湖片区北河黑臭水体为研究对象，由于此片区长期未实现雨污分流，生活污水直接入河，导致水体黑臭现象严重，水体呈黑绿色且散发恶臭气味，水质条件极差，恶臭气味对此片区两岸居民的生活也造成了严重的影响。

通过监测南湖北河水体水质可知，溶解氧低于0.7 mg/L，化学需氧量（COD）、总氮（TN）、总磷（TP）达到100.0、30.0、2.8 mg/L。引用黑臭多因子加权指数[12]（WI）方法评价，当黑臭指数WI≥15时水体黑臭，根据模型计算污染水体的WI值为100.3，黑臭现象严重。

1.2 试验设计

试验装置为50 cm×35 cm×30 cm有机玻璃盒，底层铺满5 cm厚北河河道底泥，上层加入北河河道水体，试验模拟静态河道，温度为实验室室内温度。

试验分4组进行，第一组为空白试验，保持静置不曝气状态，第二组投加生物促生剂BE（上海普罗生物技术有限公司生产），第三组投加葡萄糖，第四组投加氨基酸。药品投加及曝气方案如表1所示。

1.3 分析方法

试验检测选取的水质指标为臭阈值、硫酸盐、ORP、CODCr、氨氮（NH3-N）、TN和TP，其中ORP采用数字式ORP计测定，硫酸盐采用铬酸钡分光光度法，臭阈值采用臭阈值法，COD采用重铬酸钾氧化法，NH3-N采用纳氏试剂比色法，TN采用过硫酸钾氧化法，TP采用钼锑抗分光光度法，分析步骤参照文献[13]进行。

2 结果与分析

2.1 水体臭阈值变化情况

臭是检验污染原水的必测项目之一，检验臭对评价水处理效果也有意义。试验期内水体的臭阈值变化情况（表2）。由表2可知，BE、葡萄糖、氨基酸组水体臭阈值变化明显，试验第2天臭阈值下降至2以下，第3天臭味消失；而空白组的臭阈值则变化缓慢，第9天臭味才基本消失。

2.2 水体COD变化情况

化学耗氧量是表示水质污染度的重要指标，水体中的还原性物质有各种有机物、亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐等，COD又往往作为衡量水中有机物质含量多少的指标，间接反映水体中有机物污染程度，COD值越大，说明水体中有机污染物污染越严重[14]。水体COD变化情况如图1所示。

由图1可知，BE、葡萄糖、氨基酸组COD含量在1～25 d内一直下降，降至50 mg/L 左右，25～40 d处于平缓期，40 d以后继续下降，BE、葡萄糖、氨基酸组最终COD含量为32.6、34.6、38.1 mg/L，去除率为69.7%、64.4%、61.7% ，由此可见，45 d后3种物质均能有效地促进水体COD的降解，水体COD指标由劣Ⅴ类提升为Ⅴ类水标准。

2.3 水体氮的变化情况

过量的氮进人水体会给水体带来污染与危害，氮超标也是目前许多城市黑臭河道治理过程中急需解决的突出问题[15]。水体氨氮、总氮的变化情况如图2所示。由图2可知，BE、葡萄糖、氨基酸组的水体总氮含量一直呈平缓下降趋势，最终去除率为77.9%、72.5%、50.7%；BE、葡萄糖、氨基酸组的水体氨氮含量在1～38 d一直呈下降趋势，到38 d后趋于平缓， BE、葡萄糖、氨基酸组的水体氨氮含量最终值为2.1、2.3、6.9 mg/L，去除率为92.76%、92.05%、76.64%，前两者水体氨氮最终含量由劣Ⅴ类提升到Ⅴ类水标准。

2.4 水体ORP以及硫酸盐情况的变化情况

ORP是用来表征水体氧化还原特性的基本参数，能一定程度上从宏观上显示水体污染程度，ORP值越大，水体氧化能力越强；ORP值越小，水体还原能力越强[16]，ORP值能一定程度上从宏观上显示水体污染程度。水体中元素硫的存在状态与氧化还原电位有关，如果氧化还原电位升高，硫化物就会转化成硫酸根[17]。水体ORP及硫酸盐变化情况如图3所示。

由图3可知，BE、葡萄糖、氨基酸组水体中氧化还原电位一直处于持续升高阶段，明显高于空白组；BE、葡萄糖、氨基酸组硫酸盐浓度在1～35 d处于平缓上升阶段，35 d以后处于急剧上升阶段，由此可见，3种物质能够提升水体的氧化还原电位，并能提高硫酸盐含量。

2.5 不同室温下水体的修复情况

由于水体修复过程中微生物活性易受到温度的影响[18]，为考察温度对水体修复的影响程度，所以在6～7月、10～11月不同时间段，采用投加BE试验组，在不同室温条件下进行，观察不同室温对水体修复效果的影响，也为黑臭河道原位微生物修复提供参考。不同室温下水体修复情况如图4所示。

由图4可知，高、低温条件下COD最终含量为26.4、32.6 mg/L；总磷最终含量为0.07、0.20 mg/L；总氮最终含量为2.9、10.0 mg/L；氨氮最终含量为0.3、2.1 mg/L。高温条件下COD、总磷、总氮和氨氮的变化曲线都低于低温条件下，并且高温条件下COD、总磷含量在修复过程中先于低温条件下到达Ⅴ类水标准。由此可见，在高温下投加BE对水体的修复效果好于低温情况下，对总氮、总磷的去除效果影响较大，但对COD、氨氮的去除效果影响不大。

3 结论

通过投加生物促生剂BE、葡萄糖、氨基酸修复黑臭水体的研究，得出以下结论：

1）曝气条件下，通过对黑臭水体投加BE、葡萄糖和氨基酸可以看出，3种物质能够改善水质，有效去除水体中的COD、氨氮、总氮，效果明显，COD去除率分别为69.7%、64.4%、61.7%，氨氮去除率分别为92.7%、92.1%、76.6%，总氮的去除率分别为77.9%、72.5%、50.7%，水质由劣Ⅴ类提升到Ⅴ类水标准，水体中ORP以及硫酸盐含量明显提高；对于投加3种物质修复黑臭水体的效果对比，可以看出，投加BE去除效果最为显著。

2）在不同温度条件下投加BE进行水体修复，通过此试验发现，在高温条件下，投加BE能够更有效地去除水体中的COD、总磷、氨氮、总氮，水质更早由劣Ⅴ类提升到Ⅴ类水标准，水体修复效果明显优于低温条件下，也为黑臭河道原位修复提供了一定的参考依据。

参考文献：

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关键词：水环境修复；河流；湖泊水库；地下水

水环境是流域内储存、传输和提供水资源的水体，是水生生物生存与繁衍的空间，也是各种污染物的最终归宿。根据水的地理位置，将流域中的水环境分为地表水环境和地下水环境。地表水环境指河流、湖泊、水库、海洋、沼泽、冰川等以暴露在地面的水为主的水域；地下水环境指泉水、浅层地下水、深层地下水等存在于包气带以下底层空隙的水域[1]。

人类不合理的生产和生活方式对水环境造成了不同程度的损害，世界水资源委员会指出，全世界有50%以上的水域已被污染，水域生态系统遭到严重破坏。我国水环境受损也比较严重，超过60% 的河流、湖泊和湿地生态系统的结构与功能遭到不同程度的破坏[2]。

水环境修复，就是利用生态系统原理，采取各种技术手段，提高水体质量，修复生态系统结构，使流域生态系统实现整体协调、自我维持和自我演替的良性循环[3-5]。

随着水环境恢复理论地不断完善和深入，近年来水环境恢复研究发展较快。美国有关受损水环境的修复研究，自1970 年起由clean lake program（clp）组织实施，投入经费逐年增加[6]。欧洲一些国家也从20 世纪70 年代开始水环境治理和修复工作。如荷兰在1990 年对aldefeane 地区水环境进行修复，成效显著[7]。20 世纪80 年代，我国开始了对水环境恢复的研究工作，并在巢湖、太湖等不同地区开展了水环境恢复的研究与实践[8-10]，取得了许多成功的经验。

为了保证人类的可持续发展，开发切实可行的技术对受损水环境进行修复，成为了环境科学与技术领域的研究热点之一。水环境修复的对象不仅包括水体，还有水体相关的生物地理环境。而不同的水域形式，因其物理环境、化学环境以及生物环境的不同，需要不同的修复技术体系。河流、湖泊水库和地下水是与人类生产生活密切相关的水环境，本文将从这3个方面，综述其最新的水环境修复技术，为水环境修复技术的研究提供基础。

1 河流修复技术

河流修复是指使河流生态系统恢复到未被破坏前的近似状态，且能够自我维持动态均衡的复杂过程[11]。河流修复技术多种多样，①物理技术：河道引水技术、生态防渗技术、底泥疏浚与物理覆盖技术、人工增氧技术等[12-15]；②化学技术：投加絮凝剂促进污染物沉淀、加石灰脱氮、投加化学药剂除藻、调节ph值对重金属进行化学固定、原位化学反应技术等[16]；③生物-生态技术：微生物修复技术、水生动植物修复技术[17-19]、人工湿地技术以及多自然型河流构建技术等。

本文将重点介绍以下方法：河道引水技术、原位化学反应技术和水生植物修复技术。

1.1 河道引水技术

河道引水技术是指引进外部清洁水源来改善河道水质[20]，在水源允许的情况下，引进外部清洁的水源，增加河水水量，不仅可以人为地缩短水在河道中的停留时间，增加浮游植物的生物量[21]，使污染河水不易黑臭，同时水体复氧量也会增加，提高河道自净能力。利用调水改善河道水质是一种投资少、成本低、见效快的处理工程。

1.2 水生植物修复技术

水生植物在水环境修复中的作用方式主要包括物理过程、吸收作用、协同作用和化感作用[22]。水生植物修复技术利用水生植物及其共生的微环境去除水体中的污染物质并恢复永生生态系统[16]。水生物修复技术的核心是将植物漂浮种植到水面上，利用植物生长从水体中吸收利用大量污染物[23]。生物浮床是其典型的技术应用之一。

1.3 原位化学反应技术

原位化学反应技术是指通过化学反应和生物反应（氧化、还原、吸附、沉淀、有机金属络合等），在受污染的地点，原地使重金属离子固定下来的方法。常用的物质包括石灰[ca（oh）2]、灰烬（koh）硫化钠na2s）等。此外，化学氧化可以将有机物转化为无毒或者毒性比较小的化合物，常用的氧化剂为二氧化氯、次氯酸钠或者次氯酸钙和臭氧等[3]。

2 湖泊水库修复技术

湖泊水库水质恶化主要有2 个原因：一是外界输人的大量营养物质在水体中富集，二是内

源性负荷。因此湖泊水库修复可从外源性污染物质的控制和内源性污染物质的控制2方面展开。外源性污染物的控制技术主要有：清洁生产、退耕还林、改变消费模式[4]、废水集中处理技术[3]等；内源性污染物的控制技术主要有稀释和冲刷、底泥疏浚和覆盖、水力调度技术、气体抽提技术、空气吹脱技术、投加石灰法、水生植物修复技术、生物调控技术、生物膜技术、微生物修复技术、仿生植物净化技术、土地处理技术、深水曝气技术等[3]。外源性污染物控制技术中清洁生产是一项有效技术，内源性污染物控制技术中底泥疏浚是修复湖泊水库的一项有效技术，这不同于河流的修复。

2.1 清洁生产

清洁生产是指通过原材料和能源的调整替代、工艺技术的改进、设备装备的改进、过程控制的改进、废弃物的回收利用、产品的调整变更等措施，达到污染物的源头削减、过程控制、提高资源利用效率的目的，减少或者避免生产和产品使用过程中污染物的产生和排放，以减轻或者消除对人类健康和环境危害的技术[24]。清洁生产技术主要包括源头控制、过程减排和末端循环3类技术。源头削减应尽量采用无污染、少污染的能源和原材料；过程减量应尽量采用消耗少、效率高、无污染、少污染的工艺和设备；末端循环时对必须排放的污染物，采用回收、循环利用技术，回收其中有利用价值的资源。清洁生产可以产生环境和经济双重效益，使得汇入湖泊水库中的外源性污染物浓度大大减少，达到修复的目的。 　2.2 底泥疏浚

底泥是湖泊水库中的内污染源，有大量的污染物质积累在底泥中，包括营养盐、难降解的有毒有害有机物、重金属离子等[3]。底泥中的有害物质释放到水体中会使水质急剧恶化。底泥疏浚可以彻底去除其中的有害物质。一般有2 种形式的疏挖，一种是把水抽干，然后用推土机和刮泥机进行疏挖，另一种是采用带水作业。第1 种方法存在一定的技术限制，第2 种方法应用性更强。带水疏挖可以采用机械式疏挖，也可以采用水力式疏挖。疏浚技术主要包括确定疏挖底泥体积、选择挖泥机、计算压头和功率、设计底泥堆放场以及底泥利用几个部分。疏浚时应注意防止底泥泛起以及底泥的合理处置，避免二次污染。欧洲多国均采用过该技术对湖泊水库进行修复，并且效果显著。例如瑞典的trummen 湖，清除表层1 m 厚的底泥后，水深增加1.1～1.7 m，tp 浓度迅速下降，这种状态维持了18 年[25]。

3 地下水修复技术

地下水具有多种功能，与人类生活密切相关。随着工农业的快速发展和人民生活水平的提高，地下水受到了严重污染。因此，对受污染的地下水环境修复变得越来越重要，其修复技术的研究已引起国外学者的广泛关注[26]。

根据其主要工作原理地下水修复技术可大致归并为4 类，即物理技术、化学技术、生物技术和复合技术[27]。物理技术包括水动力控制法、流线控制法、屏蔽法、被动收集法、水力破裂处理法等[27]；化学技术包括有机粘土法[28]和电化学动力修复技术[29]；生物技术包括原位生物修复技术例如bs 技术，和异位生物修复技术例如堆肥式处理法、预制床法、厌氧处理法、生物反应器法等；复合技术包括渗透性反应屏法、抽出处理法、注气～土壤气相抽提（sev）法[27]。复合法修复技术兼有以上2 种或多种技术属性，例如抽出处理法同时使用了物理修复技术、化学修复技术和生物修复技术，综合各种技术有点，在修复地下水时更加有效。抽出处理技术，简称b&t 技术，是最常规的污染地下水治理方法。该方法采用水泵将含水层中地下水面附近的地下水抽取出来，把水中的有机污染物质带回地表，然后在地面用地面污水处理技术对其进行净化处理，最后将处理好的水重新注入地下或排入地表水体，以防止地面沉降，或海水人侵，并且可以加速地下水的循环流动。地面污水处理技术方法很多，最常用的包括以下7 种：沉淀、膜分离、交换树脂、活性炭吸附、空气吹脱、化学氧化和生物降解[30]。由于液体的物理化学性质各异，p&t 技术只对有机污染物中的轻非水相液体去除效果很明显，而对于重非水相液体来说，治理耗时长而且效果不明显[27]。

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关键词：淡水池塘 养殖 环境问题 解决途径

目前，淡水养殖业是我国渔业发展中的重点，其产量在水产养殖中逐年呈上升比率，淡水养殖作为水产养殖中的重点，过去传统的密集型养殖方式暴露了诸多弊端，限制了淡水养殖产业的升级，因此，分析和解决目前淡水池塘养殖中所面临的环境问题，寻求更好的解决措施吗，推进淡水池塘养殖业的健康、快速发展是我们需要密切关注的问题。下面我们针对传统淡水养殖中的环境问题略作分析，并结合最近产业研究成果原位修复技术和异位修复技术来分析下其解决之道。

1.淡水吃糖养殖环境问题分析

从目前淡水养殖的局面来看，传统养殖的高密集型所造成的弊端与水体富营养化、氮失衡是造成环境问题的三大主凶之一。

传统淡水养殖采用高密度、高投饵率、高换水率进行养殖，对于环境的危害是巨大的，同时近年因饲料投放问题造成的水体富营养化也是限制淡水池塘养殖行业发展的瓶颈。虽然养殖水平随着技术研究的突破不断提升，单位水体的鱼载力也在提升，但是鱼类代谢与饲料投放的力度也在增加，养殖的高换水率必然会导致污染加重，最终限制行业本身的深入发展。我国以围网养殖和围栏养殖为主要方式对于水体环境的污染是很严重的，近些年来国家一直在不断加强对水体环境污染的治理，实施“退鱼还湖”等政策，这些必然会继续加重淡水池塘养殖的比率，按照池塘养殖在我国淡水养殖业中的比重来看，这种潜在的对环境的污染风险是巨大的，因此，做好淡水池塘养殖问题的环境污染治理，保护好水体资源与鱼类资源，也是淡水池塘养殖业必须解决的关键问题。

作为池塘养殖面临的严峻环境问题之一，氮失衡已经成为了限制池塘养殖发展的瓶颈。目前，淡水池塘水体中的含氮量与含磷量都已经超出了警戒线指标，但是能够支持初级生物循环的有效磷含量却极低，以上两种富营养化的物质无法溶解于水体，只能吸附在淤泥或被重金属络合，这将加重水体负担，加重污染，尤其是现在池塘饲养饵料多使用含氮量较高的有机肥，因此，氮失衡已经成为了必须面对的重要池塘环境问题。氮失衡所带来的危害是内外两个层面的。在内部污染方面，会造成鱼类体内排泄系统和代谢系统失衡，造成过量活动或失去平衡，极易发生昏迷或死亡现象，这对于依靠产量取胜的淡水池塘养殖来说可谓是致命打击。在外部污染上，由于高换水率所排放出来的富营养化水体和氮失衡水体，排放到江河湖海中将会加剧大范围内的水体污染，成为大环境内环境污染的主因，同时对于工农业生产和群众生活造成长期的恶劣影响。因此面对以上这些淡水池塘养殖环境问题，养殖环境生态修复技术成为了近些年来的研究热点与重点。

2.淡水池塘养殖问题解决之道

目前，关于淡水池塘生态环境的修复研究主要集中在两个方面，分别是原位修复技术和异位修复技术。原位修复技术也成成为立体修复，主要是通过在水体环境中营造立体养殖空间实现对超积累物质的吸收和净化，加强淡水池塘环境内的硝化作用，通过水生植物、蔬菜与细菌的立体分布和作用优化水体内的生物循环，同时还能有实现对多种资源的优化利用，达到产业升级，降低排污系数的目的。异位修复技术的重点主要是对养殖水体的净化处理，提升水体利用和循环率，降低污染。

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生态修复是自从20世纪80年代以来，随着城市化进程的加快和城市生态环境的一步步恶化，慢慢的成为生态学一个重要的研究分支。目前，生态修复依然是国内外各国一个重要的研究热点，许多国家都近年来由于水体富营养化问题的日益严重，大水面围网养殖、围栏养殖等的取缔及“退鱼还湖”等政策的执行，使得池塘养殖在中国淡水养殖业中占有极其重要的地位(Caoetal．，2007)。据《2010年中国渔业统计年鉴》数据，池塘养殖面积占淡水养殖面积(还包括湖泊、水库、河沟、稻田及其他养殖面积)的43%(农业部渔业局，2010)，这一数据随着中国环境保护政策执行力度的加强将会得到大幅度的提高。然而，传统的池塘养殖本身也不可避免地对周围环境产生污染(Peteretal．，1997)。中国的池塘养殖模式发展于20世纪70年代，至今仍以“进水渠+养殖池塘+排水渠”为主要形式。随着养殖水平的不断提高，单位水体的渔获量也随之增加，但是大量的饲料投入和鱼类代谢产物的积累导致池塘内源性污染加重，养殖废水的排放也大大加剧了周围水体的富营养化程度。因此，池塘养殖的环境问题已成为制约中国淡水养殖发展的重要因素之一(胡庚东等，2011)，池塘养殖环境生态修复技术的研究日益受到重视。

目前，池塘养殖环境生态修复技术主要分为两类，一个是原位修复技术(邴旭文等，2001;Lietal．，2007;陈家长等，2010;宋超等，2011)，也可称为立体修复。其原理主要是在养殖池塘水体上层通过生物浮床栽种水生蔬菜或其他超积累植物，在水体中层投放生物刷为能够进行硝化作用的有益微生物提供固着场所，促其大量繁殖，从而进一步增强养殖水体的氮循环，在水体下层投放螺丝、贝类等水生动物，促进池塘营养物质的多级利用等，这些方法的主要目的是为池塘水体中多余的营养物质提供新的归趋，使池塘水质得以稳定，并进一步降低养殖的产排污系数。另一个是异位修复技术(陈家长等，2007;武俊梅等，2010)，亦可称为平面修复。其原理主要是把养殖废水排出养殖池塘，引入净化单元对其进行净化处理，处理后的水也可被循环用来养鱼。就中国目前的池塘养殖生态修复技术的研究进展来看，原位修复技术主要以鱼-菜共生养殖模式为代表(吴伟等，2008;陈家长等，2010;李文祥等，2011;宋超等，2011)，异位修复技术主要以循环水养殖模式为代表(刘兴国等，2010;胡庚东等，2011;Zhangetal．，2011)。本文从池塘水体富营养化的角度，以池塘水体的氮循环为切入点，评述了这两种养殖池塘环境生态修复模式。

1池塘养殖的内部污染与外部污染氮失衡是池塘环境问题之一。池塘养殖产生污染主要来源于残饵和鱼体排泄物，根据池塘养殖水体的氮循环过程(图1)可以看出，由于硝化细菌硝化速度很低，而使亚硝酸盐、铵氮浓度过高;另一方面，浮游生物生长所需要的硝酸盐含量较少。因此养殖中后期池塘水质状况相对于前期较差。氮失衡对池塘养殖造成内部污染和外部污染的影响也是不同的。池塘水体内部污染问题主要集中在铵氮和亚硝酸盐氮，一般在9、10月时浓度达到一个养殖周期的最高值(宋超等，2011)。水体中浓度过高的氨对鱼虾体内酶的催化作用和细胞膜的稳定性产生严重影响，并破坏排泄系统和渗透平衡，导致鱼类极度活跃或抽搐，失去平衡，无生气或昏迷等(Spenceetal．，2001;Randalletal．，2002)。而过高浓度的亚硝酸盐会导致鱼虾血液中的亚铁血红蛋白被氧化成高铁血红蛋白，而后者不能运载氧气，从而抑制血液的载氧能力，造成组织缺氧，鱼类摄食能力低甚至死亡(Jensenetal．，2003;Kroupovaetal．，2005)。因此通过加快水体中氮的硝化作用，促进硝酸盐氮的生成是解决此问题的方法之一。国外的工厂化循环水系统(recirculatingaquaculturesystem，RAS)中生物过滤器的设置正是基于此原理，即将氮循环中硝化作用的模块引入生物过滤器中进行。虽然总氮无法清除，但硝酸盐氮对鱼类的毒性远小于前两者(Martinsetal．，2010)。在可控制的生态风险范围内(Constableetal．，2003)，池塘养殖对外界环境造成的污染主要是总氮、总磷等富营养化物质的排放。据第一次全国污染源普查公报的数据显示，水产养殖业总氮和总磷的排放量分别为8.21万t和1.56万t，分别占总污染源的1.74%和3.69%，占农业污染源的3.04%和5.48%，而渔业产值占农业总产值的9.32%。因此，渔业单位产值造成的污染相对来讲是较低的。

2原位修复技术“鱼-菜共生模式”与生物絮团技术的比较鱼-菜共生模式是近几年来池塘原位修复技术发展较为成功的例子之一。其原理正是为池塘水体的氮循环找到了一个新的归趋(图2)，即水生蔬菜。与此原理相似的，还有生物絮团技术(图3)(Crabetal．，2007)，该技术将附加的碳源和过剩的氮转化为生物絮团，并选择性地为养殖生物提供了新的蛋白来源，提高了饲料的转化效率。比较这两种原位修复技术，前者比后者的操作更加简单，且经济效益更好。更重要的是，由于土地资源匮乏，中国的农业生产面临生态与资源的双重危机，“鱼-菜共生”这项综合效益较高的有机耕作模式，使种植业和水产业在减排和节约资源的目标下得到了有机的配合与统一(陈家长等，2010)。

3异位修复技术———循环水养殖模式与综合养鱼模式的比较以循环水养殖模式为代表的异位修复技术的结构应包括两部分，一是养殖池塘，另一个是净化单元(图4)。养殖池塘基本类似，只是具有养殖品种的差异。而净化单元各有不同，可以是构建的人工湿地(吴振斌等，2006;陈家长等，2007a，2007b;于涛等，2008;武俊梅等，2010a，2010b;胡庚东等，2011)，可以是现有的稻田(陈柏湘，2009)、藕塘(李谷，2010)，也可以是工程化的生物过滤器及其他净化部件(Crabetal．，2007;Martinsetal．，2010)。该模式基于物质循环理论实现了水资源的循环利用和养殖废水的零排放，但也区别于综合养鱼模式(图5)(蒋高中，2008)。综合养鱼是以养鱼为主，渔农牧综合经营及综合利用的生产形式，具体形式是以牧草作饲料(对于草食性鱼类)，以畜禽粪肥水，增加池塘初级生产力，以塘泥作牧草及其他经济作物的基肥，在物质循环中得到综合养殖经济效益的最大化。而生态修复模式更加侧重于氮磷的富营养化物质的最终去向。以鱼的生长和减排为最终目的。两者均基于营养物质的多级利用和循环利用。但后者以经济效益为导向，而前者以环境修复为导向。#p#分页标题#e#

4“鱼-菜共生”模式和循环水养殖模式的比较作为一项实用技术的研究，还需要考虑其可应用性。对于循环水养殖模式，在土地面积、水域面积匮乏的现状下，很难有大面积的净化配置。需要对效益进行分析，最终经济效益能否达到对生态效益的补偿，是否有现实意义和经济可操作性，否则不具有现实操作性。而对于“鱼-菜共生”模式，养殖与种植的结合虽然增加了额外的经济效益，也在蔬菜生物量增加的过程中实现了生态收入，但该模式也很难实现养殖池塘产排污系数的绝对为零，也就无法实现单个养殖池塘废水的零污染排放，生态支出是不可避免要产生的，所以如何实现总体上的生态收入与生态支出的平衡是关键，以期在“鱼-菜共生”模式下达到池塘养殖生态补偿的平衡点。因此，两种模式均存在一个面积配置问题，即在循环水养殖模式下的养殖面积与净化面积的配置关系，以及在“鱼-菜共生”模式下的水上栽种面积。前者面积配置关系的研究是为了实现经济支出的最小化，使得经济效益能够与生态效益达到平衡，而后者面积配置关系的研究是为了找到生态补偿的平衡点。

5循环水养殖模式中养殖面积与净化面积的合适比例以构建人工湿地为例。净化单元或池塘的设计要求应满足养殖模块中在若干池塘同时换水的情况下水体存放的要求，而水体污染物的净化程度应满足养殖池塘用水的需要，即达到《渔业水质标准》(GB11607-89)的要求。结合淡水池塘养殖过程中的水质管理的一般规律，如果每次换水0.3m，有1/3的养殖池塘需要换水，净化池塘的水深设计为1.5m，则666.7m2净化池塘可以净化10000m2养殖池塘，也就是养殖池塘和净化池塘的面积比为15:1。这应当是最基本的物理比例。按养殖池塘所排放的污染物浓度计算。以总氮为例，一般需将其从5mg•L－1降到2.5mg•L－1，则水草对总氮的吸收量应为2.5mg•L－1;如果人工湿地中水草的覆盖率为50%，而水生植物对污染物的吸收值大约为30g•m－2(陈家长等，2010);养殖期间，以基本养殖管理经验，15d换水一次，换水0.3m，有1/3的养殖池塘换水;水生植物的生长周期为4个月，以水生植物的吸收量等于养殖池塘排放的污染物的量为计算标准，则1m2净化池塘可以净化7.5m2养殖池塘。该计算结果只考虑了水生植物对污染物的净化作用，而没有考虑净化池塘中的微生物、藻类，以及净化池塘的沉降和过滤等作用。按养殖鱼类的产排污系数计算。以养殖草鱼为例，还是以水生植物对总氮的去除为目的。以基本养殖管理经验，草鱼的养殖周期为200d，养殖池塘水深2m，净化池塘水草覆盖率为50%，一般情况下，养殖池塘亩产1500kg;按水产养殖污染源普查结果，草鱼的产排污系数为10g•kg－1，以水生植物的吸收量等于养殖鱼类所产生的污染物的量为计算标准，则1m2净化池塘可以净化27.5m2养殖池塘。上述给出的3个池塘循环水生态养殖模式净化池塘和养殖池塘面积之间的关系式在实际应用中可以相互参照使用。首先从物理上考虑，净化池塘所能承接的水首先必须满足养殖池塘的一次集中换水量;其次是较为客观地反映了净化池塘和养殖池塘面积之间的关系;而最后一个结果全面地反映净化池塘和养殖池塘二者之间的制约关系，不同的养殖产量、不同的养殖品种都会影响到净化池塘和养殖池塘面积比例，而提高净化池塘的净化能力则可以减少净化池塘的使用面积，从而提高养殖效益。

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作者简介：张文（1985―），女，河北正定人，博士研究生，工程师，主要从事污染场地修复技术研究。中图分类号：S15文献标识码：A文章编号：16749944（2014）01001803

1引言

目前，出于产业结构调整和城市环境改善的需要，国内许多城市实施了功能布局优化战略，大量处在城区的工业企业纷纷关停或搬迁，其中一些化工、冶金等污染企业的退役场地并未纳入相应管理程序，不经适当处置便进行土地用途变更，存在极大的环境安全隐患[1]。正如中国土壤学专家潘根兴所说：“目前我国土壤污染出现了有毒化工和重金属污染由工业向农业转移、由城区向农村转移、由地表向地下转移、由上游向下游转移、由水土污染向食品链转移的趋势，逐步积累的污染正在演变成污染事故的频繁爆发”。

2013年1月28日，国务院办公厅公开[2013]7号文《近期土壤环境保护和综合治理工作安排》，文件指出，已被污染地块改变用途或变更使用权人的，应按照有关规定开展土壤环境风险评估，并对土壤环境进行治理修复，未开展风险评估或土壤环境质量不能满足建设用地要求的，有关部门不得核发土地使用证和施工许可证。经评估认定对人体健康有严重影响的污染地块，要采取措施防止污染扩散，治理达标前不得用于住宅开发。该文件的颁发，为我国土壤修复工作指明了方向。

我国土壤修复行业还处于起步阶段，本论文基于[2013]7号文件，主要从修复技术、修复资金、修复标准等方向阐明了目前我国在土壤修复行业刚刚起步阶段所面临的主要问题。另外，根据我国土壤修复行业现状，本论文还提出了土壤修复企业的发展方向，以推动该行业的良性发展。

2土壤修复行业现状浅析

2.1修复技术的局限性及发展方向

根据是否移动污染土壤，土壤修复技术的技术路线分为异位修复和原位修复。异位修复是国外早期常用的方法之一，它是将受污染的土壤挖掘之后使用化学、物理方法清洗、水泥窑焚烧处理及生物反应器或预制床等多种方法治理。原位修复技术指在保持现场条件下采用原位气相抽取技术、原位生物修复技术等直接修复污染的土壤，针对原位修复方法，最近几年还发展起来原位土壤冲洗技术、原位电磁波频率加热技术等。与原位修复技术相比，异位修复技术面临土壤修复技术的场地选址、污染土壤运输和场地管理以及二次污染的问题，而原位修复则可避免这些问题，并且修复成本和维护成本较低，但其缺点是修复周期较长，适用于不急于开发的污染地块修复[2～4]。

虽然我国处于实验室中的土壤修复技术储备已超过10年，技术种类近百种，其中植物修复、生物修复、焚烧、气提修复技术研发比较活跃，但这些技术大部分还停留在技术研发阶段，很少有技术能够满足工程应用的要求。目前，由于房地产开放商拿地后不堪开发周期压力，留给场地修复企业的时间一般只有数月或1～2年，相比国外类似污染地块的修复周期短了数年，因此，在这种现状下，为了缩短修复周期，国内的场地污染通常都是采用异位处理技术，这种处理方式成本较高，且挖掘填埋只是考虑到了土壤的挖掘、运输和填埋费用，并没有考虑到污染情况跟踪和环境风险监测等这些昂贵的后续监测成本问题。

因此在上述技术背景下，为了加强我国土壤修复行业技术实力，丰富技术储备，探索适合我国国情技术发展道路，[2013]7号文件指出，以大中城市周边、重污染工矿企业、集中污染治理设施周边、重金属污染防治重点区域、集中式饮用水水源地周边、废弃物堆存场地等为重点，开展土壤污染治理与修复试点示范。在长江三角洲、珠江三角洲、西南、中南、辽中南等地区，选择被污染地块集中分布的典型区域，实施土壤污染综合治理；有关地方要在2013年年底前完成综合治理方案的编制工作并开始实施。今后的污染土壤修复工程并不局限于单一的某种修复技术，可针对污染场地的土壤和污染物的特殊性采用多种方法联合的工程技术示范，从而为污染物成分、污染土壤特性、环境背景条件相近的场地修复提供技术储备，积累工程经验，从而在保证修复效果的前提下缩短修复时间，降低修复成本。选择被污染地块集中分布的典型区域编制综合治理方案，实施土壤污染综合治理，可集中有效、充足的市场资源，完善土壤综合治理技术。

2.2修复资金短缺及筹措可行性

在我国，毒地治理的资金问题也同样也决定着土壤修复行业命运。在国外，如美国、荷兰等发达国家，长期实行的是“污染者付费”政策，企业和土地所有者分别承担着不同数额、比例的修复资金。而在我国，“退二进三”退出城市的大都是老国企，首先，这些企业在开办与运营过程中没有相应的环保付费政策，后期治理资金未得到积累，无法承担高额的治理费用；另外，这些企业在搬迁时绝大多数处于经营困难或濒临破产状态，难以实现利用其运营利润来支付治理费用，且向土地管理部门出让地块所获得的收益也基本用于支付职工安置费用与企业搬迁工程费用。因此，“谁污染、谁治理”原则在我国具有一定的局限性，只能针对经营状况良好的国有企业采用这样的模式。

在这样的背景下，“谁投资、谁受益”策略筹集资金便成为最可行的途径了[2， 5]。对于城市内部的污染地块再利用大致有两种可能，一种是用于绿地等无利润公益性地块建设，一种是用于有利润的经营性地块建设，如商业及住宅用地建设。对于公益性地块建设，其受益者是公众，费用来源只能是公共财政，从另一层面来说，造成毒地污染的国企在历史上其利税都上缴给国家或地方政府财政且并没有积累治理资金，因此公共财政也有责任来承担当前的治理费用。用于经营性用途的污染场地再利用，由于有了直接的利润获得者，如地方土地储备部门、房地产开发商等，其费用由污染场地开发后受益方支付是较合理可行的。具体的支付方式有两种：一种是体现在土地出让金中，由政府的土地储备部门承担治理职能，未来即将出让的地块不仅要场地净、权利净、还要污染净；一种是开发企业的开发成本，政府将未治理的毒地出让，企业竞争获得土地后由其开展治理，达到环保标准经过验收后再进行开发建设。对于土地归属于国土部门或者经营状况良好的国有企业，一般采取第一种支付方式，如重庆、苏州等城市利用国有融资平台，争取国家、地方财政专项资金支持或企业自筹部分资金对其储备的土地采用先行治理再进行出让，这种方式要求政府或经营状况良好的国有企业承担更多的资金压力，但是可以缩短开发周期，提高市场效率。北京、山东等城市一些国有、私营房地产开发商拿到污染地块后，自筹资金进行场地修复待相关部门验收后进行环评及开发建设，这样的出让后治理方式增加了开发程序，延长了开发时间，造成了开发企业的经济损失，同时也给某些企业的囤地行为提供了新的借口[1]。

[2013]7号文件指出：“为了健全投入机制，按照'谁污染、谁治理'的原则，督促企业落实土壤污染治理资金；按照“谁投资、谁受益”的原则，充分利用市场机制，引导和鼓励社会资金投入土壤环境保护和综合治理。中央财政对土壤环境保护工程中符合条件的重点项目予以适当支持”。笔者认为政府治理后出让土地更符合我国的国情，基于我国现行的行政管理职能设置。国土资源部门应联合环境保护部门、工业和信息化部门、住房和城乡建设部门，尽快完善毒地排查及登记并结合具体污染类型与严重程度进行合理的利用规划，否则开发利用之后再进行修复的成本会大大提高，更重要的是环境风险不容忽视。另外，在当前我国的土地储备与出让制度下，国土资源部门应发挥重要作用，积极筹措资金，组织实施污染场地修复工作。

2.3标准体系与法律法规亟需健全

污染场地修复产业刚刚兴起，城市化进程的加快和对环境友好型城市的要求对开展专门的污染场地管理提出了迫切的需求。除了技术局限和资金短缺问题，政策与责任的不明晰也是制约场地修复行业发展的另一大瓶颈。尽管相继提出的国发[2011]35号文件、环发[2012]140号文件及[2013]7号文件均规定“被污染场地再次进行开发利用的，应进行环境评估和无害化治理”，但由于石化、钢铁等易造成环境污染的行业背景及污染场地本底情况复杂，环境评估标准值、土壤修复标准值等尚未完善。环保部于2004年和2008年先后了《关于切实做好企业搬迁过程中环境污染防治工作的意见》和《关于加强土壤污染防治工作的意见》，明确了土壤污染防治的指导原则、基本原则、主要目标和重点领域，提出要把建立健全土壤污染防治法律法规和标准体系作为重点领域之一，但这一法律法规和标准体系至今未能建立起来。除目前已和正在征求意见的场地调查、风险评估、场地修复、监测等技术规范外，还有诸如修复过程控制、施工管理等一系列的规范和政策也需要编制。目前我国已经开展修复的省市如北京、武汉、沈阳、重庆、和江浙一带遵循的都是地方环保部门出台的标准，国家层面也需要出台统一标准以便加强行业管理。

3国内修复企业面临的风险及挑战

3.1市场机遇及挑战

近年来土壤修复行业受到国家和地方政府越来越多的重视，相关政策的提出和中央资金支持的力度使其具有良好的发展前景，国外有着丰富经验的外资公司纷纷进入到中国市场，但出于污染场地修复行业特殊的数据敏感性，主流市场活跃的仍是国内科研院所或修复企业[6]。此外，从国外引进的技术和设备存在本土化适应性不高且成本较高的问题，目前也缺少较为成功的案例。作为国内修复企业，应自主研发适用于本土市场的技术和设备，基于拥有的完善的营销网络和丰富的工程管理经验，对其技术和设备产品面向市场推广。遵循优势互补、核心能力增强的原则，有选择地进行战略并购或合资合作，从而提高市场影响力与占有率。同时还应积极开展国际交流与合作，引进国外先进的技术与设备，学习并借鉴国外先进的污染场地修复企业丰富的市场运营及施工建设经验。

3.2技术风险及挑战

自主技术易被同行业仿制，同时随着污染场地治理技术领域的不断更新，会产生多种新的技术手段，将给企业的技术创新提出更高的要求，对此，需要修复企业在现有技术的基础上不断进行探索与创新。针对同类技术和产品的挑战，根据污染场地的不同土壤和污染物特性，以及治理要求细化修复技术方案，研发和储备各种处理工艺，提高污染土壤治理设备的加工能力，通过成套技术的研发改进，实现污染土壤的全程无害化处理。在有效实现多种复杂场地一站式修复的同时，降低治理成本。针对有可能会出现的新的技术挑战，提出并完善以市场为导向的技术创新体系，加强技术中心与战略市场部门的互动，充分发挥技术集成业务对市场开拓的拉动作用，进一步加大各类技术型、管理型人才的引进和培育，打造一支专业化和高层次的科技人才队伍。另外，进一步加强与国内外科研院所及国际知名环保企业的密切技术合作，通过不断引入先进的技术手段完善企业的技术体系，不断提高企业创新技术的应用能力，保持企业在污染场地治理行业的技术领先优势。

3.3经营风险及挑战

污染场地修复行业属于朝阳产业，未来市场经营格局的改变，也将给国内修复企业带来管理模式、经营思路的挑战。努力创造吸引和留住优秀人才的良好环境，进一步提高核心技术人才的薪酬和福利待遇，用股票期权等长期激励形式，保持和培养一支国际一流的研发与技术人才队伍。通过签署技术保密协议、建立知识管理系统等方式持续提高技术创新能力的同时，有效地减少人才流失所导致的技术风险。

4结语

篇8

【关键词】人工浮岛，主动式人工浮岛，治理，污染水体，水体修复

1 人工浮岛概述

人工浮岛又称人工浮床、生态浮床、生态浮岛，是一种由人工设计建造的漂浮在水面上供植物、动物和微生物生长、栖息、繁衍的生物生态设施[l]。通过植物根系的过滤、吸收、吸附作用和根系生态系统的物质转化途径，削减水体中的氮、磷、有机物等营养物质，并以收获植物体的形式将其搬离水体，从而达到净化水质的效果，同时又为生物（鸟类、鱼类）创造了生息空间从而增加物种多样性，又可以营造水上景观。

人工浮岛是一种具有净化污染、修复生境、恢复生态、改善景观等多种功能的原位生态修复技术，而且还具有施工简单、工期短、造价低、不耗能、运行管理容易等优势，在污染水体的综合治理中具有良好的推广应用前景。

2 人工浮岛技术原理

人工浮岛对水体的生态修复技术原理有以下几点：

（1） 对有机污染物的去除。主要有以下3个途径：Ⅰ.较大的不溶性有机颗粒团经植物根系截留，可部分被微生物降解；Ⅱ.污水中的可溶性有机物可被植物根系表面的生物膜吸附、吸收和代谢作用降解；Ⅲ.通过对植物收割将新的有机体从水体中去除。系统中有机物的去除主要是微生物的好氧降解作用，即浮岛系统的水生植物通过茎和根向其根区输送氧气，从而使根区附近变为好氧环境，有利于微生物对水体中有机物的好氧分解，以达到降低水体化学需氧量（COD），生化需氧量（BOD）的目的。

（2） 对氮、磷的去除。氮的去除主要是经过系统中微生物的硝化与反硝化作用后成为气态化合物进入大气；也有一部分无机氮作为植物生长过程中不可缺少的物质被植物吸收摄取，并同化为自身的结构组成物质（蛋白质和核酸等）。磷也是植物必需的营养元素，磷的去除主要是植物的吸收和微生物的同化以及聚磷菌的过量摄磷作用。

（3） 对重金属的去除。环境中的重金属和一些有机物并非是植物生长所需要的，达到一定程度后具有毒害作用，对于此类化合物，一些植物也演化出了特定的生理机制使其脱毒，并能对重金属进行吸收、富集，从而具有一定的去除水体重金属污染功能。通常是通过鳌合和区室化等作用[2]来耐受并吸收富集环境中的重金属，这种机制也存在于许多水生植物中，使许多水生植物可大量富集水中的重金属[3]。

（4） 抑制藻类的生长。高等水生植物和藻类在营养物质和光能的利用上是竞争者，前者个体大，生命周期长，吸收贮存营养物质的能力强，因此与藻类竞争吸收水体中的氮磷物质时处于优势地位，从而使藻类缺少营养而死亡。有些植物通过根部向水体中释放化感物质，通过化感作用或克藻效应抑制有害水藻的生长，从而净化水环境，可有效防止水华或者赤潮的发生。

3 主动式人工浮岛技术

微生物对有机物的降解主要是好氧降解，可见系统中溶解氧含量与有机物的去除密切相关。另外，系统中氧含量也是影响氮和磷净化效果的关键因素。由于系统中植物根系周围形成了许多好氧、缺氧、厌氧小区，使得硝化和反硝化作用同时进行。硝化作用是在好氧条件下进行的，反硝化作用则在厌氧条件下进行，而且硝化作用是反硝化作用进行的前提和基础，增加溶解氧有利于系统对氮的去除。增加植物根系附近介质中的溶解氧，可以有效地增强根系微生物的代谢作用，使嗜磷菌的呼吸代谢活动加强，对磷的降解吸收起到一定的促进作用。所以提高系统中溶解氧含量，能提高系统的净化效能。

水生植物的根系虽然很多，但在修复较深水体时却有些不足。水生植物根系仅能达到较浅区域，并对较浅区域进行较好的修复作用，而对深层水体中污染物的净化效果较慢，所以生态浮床在修复较深水体时可能会出现污染物分区现象。运用水体循环技术，使浅层水体和深层水体形成环流，有利于提高水体深层污染物的净化效果。

针对人工浮岛以上的问题，提出了一个解决方案--主动式人工浮岛技术，将人工浮岛与水体充氧和水体循环技术相结合，人工营造一个水生植物、水生动物、微生物良好的生长环境，大大提高人工浮岛的水质净化能力，将水质净化与水面的人工浮岛有机结合。

3.1主动式人工浮岛技术特点

采用人工曝气的方式向水体充氧，加速水体复氧过程，以提高水体中溶解氧含量，增强水体中好氧微生物的活力，使水体中的污染物质得到净化，以改善水质。另一方面直接利用曝气制造循环流，搅动水流，加快水体传质，提高水体液面更新速率，提供充氧效率，从而改善微生物生长环境，实现高效的原位生物降解；曝气形成环流，有利于净化后水体与污染水体的交换，有利于浅层水体与深层水体的交换，扩大系统有效的净化面积。

传统的机械曝气方法如固定的充氧站、水下设置曝气充氧机[4]等，能有效控制和延缓水体富营养化。但曝气设施存在能耗高、充氧效率低、运行费用高等问题。同时，近年太阳能等绿色能源的应用快速发展，大部分自然水体表面水域开阔，阳光照射条件良好，非常适合于利用太阳能光伏发电进行能源供给。通过悬浮载体将太阳能发电系统利用于人工浮岛中，直接将太阳能转化为电能为曝气系统供电，无需外界能源输入，无二次污染，节能降耗，提高能源利用效率，在能源自给的同时实现水体修复的目标。

3.2主动式人工浮岛的组成

主动式人工浮岛由人工浮岛降解系统，曝气充氧循环系统和太阳能发电系统三大部分组成。

3.2.1 人工浮岛降解系统

人工浮岛降解系统由浮岛单元拼接组合而成，浮岛单元内部种植水生植物，浮岛单元水下部分增加填料，整体环绕于曝气充氧循环系统，通过植物和微生物的共同作用，实现水体修复目的。

3.2.2 曝气充氧循环系统

曝气充氧循环系统由空气泵、曝气盘、导流装置等部分造成。浮岛系统为曝气充氧循环系统提供浮力。空气泵压缩的空气通过导气管进入曝气盘，然后以微小气泡的形式释放到深层水体中，与其混合，增加水体溶氧量，水气混合后的液体因密度减少而在导流筒内垂直上升到达浅层水体，同时深层水体因导流筒内的压力减少而被不断吸入到导流筒内，形成一个以压力差为动力的循环流，提高供氧效率和水体净化效果。

3.2.3 太阳能发电系统

太阳能发电系统由太阳能电池板、控制器、蓄电池、支架等部分组成，为曝气充氧循环系统提供电力支持。浮岛系统承载太阳能发电系统，电池板安装在浮岛面上。阳光充足的白天，太阳能电池板通过控制器向蓄电池供电并带动空气泵工作，夜间或阴雨天则蓄电池放电带动空气泵工作。另外还可以利用时间控制器控制曝气充氧循环系统的运行状态。有效维持水体溶解氧水平，促进微生物代谢，强化水体净化能力效果。

4 结语

主动式人工浮岛基于水体原位修复的概念，通过集约化组合的方式构建立体式的生物体系，使污染水体在植物、动物、微生物的协同作用下，实现水体快速修复，利用太阳能供能强化曝气和水体循环，大大提高人工浮岛的水质净化效率。该设备能直接安置于需要治理的水体上、结构简洁、安装简便、自动运行、造价低、无需外界能源供给，运行成本低、无二次污染，与水体景观和谐共处，技术经济优势明显。

参考文献：

[1] 谷勇峰，李梅，陈淑芬，刘连江，王翠彦.城市河道生态修复技术研究进展[J].环境科学与管理，2013，38（4）：25-29.

[2] 王剑虹，麻密.植物修复的生物学机制[J].植物学通报，2000，17（6）：504-512.

篇9

1背景

目前，许多疾病都会导致患者的脏器衰竭，但可移植的器官源却异常稀缺，世界上等待器官捐献的患者数以百万计。仅仅在中国，肾脏移植的需求量就达到了十万的数量级，肝脏移植的市场需求量更是达到了百万级，其它器官的需求也较大，但是真正获得所需器官移植的患者少之又少。当前，器官移植的主要对策是从一个生命体转向另一个生命体，很多情况下往往因免疫排异反应造成不可用；另一种方法是使用动物脏器，但是往往涉及到伦理问题。生物技术行业敏锐地意识到生物3D打印技术的潜力，快速增长的3D打印机有望在未来全面解决器官移植供求严重失衡的问题。在不久的将来，也许在患者床边就能打印出仿生耳或者是人体的简单器官，无需等待，即刻修复自我。那些在漫长地等候着器官移植的患者名单将彻底消除。

2概念

生物3D打印机是一种基于电脑编程技术的，精确控制生物材料、细胞以及其他生物因子在3D骨架上的分布、相互作用以及分化等生理过程的生物组织打印技术，最终创造出在功能上可以替代生物器官与组织的具备生物活性的有机体。目前，生物3D打印的应用平台主要有镭射(Laser-based)，喷绘(Inkjet-based)和挤制(Extrusion-based)这三种平台。通过整合医学、工程学、电子信息学、生物学等多个学科的相关知识，生物3D打印技术已能打印出可完全代替人体器官或组织的可移植的生物制品。

3行业最新进展

4技术条件

利用3D打印技术人工创造可正常工作的器官需要三个必要的条件：细胞(cell)、支架(scaffold)以及诱导条件(induction)。

(1)细胞

这是生物3D打印的前提条件，必需在保证细胞生物活性的同时，精准地从打印机喷头中滴出包裹细胞的液滴。细胞的分布密度和位置对于生物3D打印机成功打印生物组织至关重要，另外还要保证无菌环境。

(2)支架

支架模拟了目标器官的骨架，细胞通过依附支架而准确分布并最终构成三维立体的生物器官或组织。该支架必须是无毒的、可生物降解的、不引起并发症的且适宜细胞增殖的生物制品。支架的密度、细胞排布机理等问题都亟待解决。

(3)精准诱导条件

该条件的确定是打印器官的最大难点。众所周知，组织器官都由多种功能细胞构成且一直处于动态变化中。将一些细胞固定到支架上构成器官没有生物意义，成熟细胞不能重新编程获得新功能。因而目前的生物3D打印机多构建干细胞支架。随之而来的问题是干细胞分化的诱导问题。该问题复杂、涉及面广，细胞受临近干扰、细胞环境、化学信号、物理信号等多种因素的影响。

5技术难题

成功将生物3D打印技术应用到医疗行业必须克服以下几个技术难题：

(1)细胞技术

不同的组织器官由多种不同的且功能特异的细胞构成。该细胞的体外分离培养至关重要，必需保证所有组成细胞都能在生物3D打印机中维持自身良好的生物活性。细胞分离、培养以及增殖等基础技术的提高有助于生物3D打印技术的发展。

(2)生物材料

人体不同的组织器官有其独特的物理学特性。例如皮肤柔软，而骨组织坚硬。因此，对于不同组织的3D打印需要选择与组织特性相对应的生物材料，并且这些材料不能干扰所选择细胞的生物活性和功能。同时所选材料必须能通过生物3D打印系统进行操控。

(3)血管系统

大部分组织器官都通过血管系统提供营养物质并排除废弃物，只有足够的新鲜血液才能使器官保持良好的生命活力。然而当前的生物3D打印技术还不能打印出与哺乳动物血管系统功能相当的替代品，也没有实现血管系统融入3D打印的机体中。

(4)诱导技术

人体器官是一个动态平衡的有机生物体，它不断地发生新老细胞的替换，机体却始终维持相同的外形与功能。那么用于3D打印器官的干细胞，在细胞喷洒和分化上需要特定的诱导条件，如何设定该条件是急需解决的问题。

(5)原位生物

3D打印技术该技术是一种基于三维扫描技术研发的在患者伤口原位处直接打印细胞的3D打印技术。该技术的核心是精确地三维扫描技术、编程技术以及防污染技术。如何能快速精确地扫描患者伤口同时不造成伤口污染是目前难以解决的问题。

6 3D生物打印行业的产品

(1)打印生物有机物

标准喷墨打印机的液滴大小基本与人类细胞大小相当，利用打印机，使用生物元素分子作为打印使用的油墨，人们可以快速打印出一系列的生物有机物。

(2)打印血管系统

随着医疗影像云平台、生物油墨技术以及水性生物纸技术的进一步的革新以及“生物砖”技术的发明，人们利用生物3D打印技术实现了血管系统的打印。该系统主要含三种成分，胶原蛋白构成的支架、心肌细胞和内皮细胞。无论是器官还是组织都离不开血管系统，该成果极大地促进了器官打印时代的到来。

(3)打印可再生骨架与骨骼

打印人类骨骼的生物3D打印机为骨质坏损患者带来了希望。骨骼打印机主要含有包裹组织细胞的生物墨水以及由纤维蛋白和胶原蛋白水凝胶组成的支持支架。该打印机还可以打印出新的生物材料，例如可生物降解的聚合物、人体骨骼、牙齿，并应用于牙齿和骨的修复中。

(4)打印人类软骨

3D打印机成功打印人类软骨。据统计，8000-10000个孩子中会出现一名耳朵畸形的儿童。小耳畸形是一种先天性畸形病，其耳朵没有完全发育。生物3D打印技术可以为患该疾病的儿童量身定做耳朵。

(5)打印人工肾脏

迷你肾脏研发成功。本质上，它是一种透析设备，可以模拟肾脏的功能，可排出人体中的代谢废物、水和无机盐。该脏器仅易拉罐大小，由外壳、微芯片控制的过滤器，以及活体肾脏细胞组成。该迷你肾脏含有15个芯片，控制物质过滤进程，肾脏细胞可直接利用患者体内的营养物质。

(6)打印皮肤组织

3D打印机未来实现皮肤修复。该疗法利用原位生物3D打印技术在病人伤口处直接打印皮肤组织以达到完美修复的目的。利用三维成像技术扫描患者伤口，并形成3D空间图像，利用设计程序，控制喷洒到伤口上的皮肤细胞、凝固剂以及胶原蛋白这三者的比例、密度以及位置等条件。

7市场价值

据industryarc的研究报告提示(2014)，在全球医疗保健行业中，3D打印技术的市场价值为4.87亿美元。该市场预计年增长率将达到18.3%。

3D打印技术越来越受到全球医疗市场的倾慕。自2014年开始，欧美医疗行业越来越多地应用3D打印技术。欧美地区对该技术的投资也逐年增加，欧美生物3D打印市场处于高速增长期。欧美政府部门也看好该技术的发展。近年来，亚太地区对于该技术的投资也有显著的增长。

8发展前景

(1)缩短手术时间

生物3D打印技术可以打印出模拟人类真实组织和器官的替代品，医生手术前可以利用该替代品反复练习手术，选择更为准确的工具并不断排除各种突况，从而促进手术的成功，并缩短手术时间。

(2)再生医学的光明

生物3D打印技术将开启新的医疗时代。器官移植无需等待，生物3D打印技术为病人提供新的专有的脏器以替换旧的病变的器官，从而使整个身体返老还童、治疗重大疾病。这一技术极大的助益于慢性器官衰竭患者的治疗，减少了排斥反应，并解决了供体器官短缺问题。协同纳米技术、基因工程技术，生物3D打印技术将无限延长生命寿命。

(3)整容行业的应用

生物3D打印技术在整容产业有巨大的应用潜力。例如，对于皮肤烧伤损坏的病人可通过原位打印技术进行伤口修复；人们可以从网络上下载一个面部扫描图并把它打印到自己脸部以实现整容的目的；人们还可以将自己不同年轻时的照片存储下来，任何时候都可以将自己年轻的面孔打印下来，永葆青春不再是一个不可实现的美梦。

(4)生物3D打印技术将成为未来医疗行业的主流技术

3D在人体器官方面的治疗和修复方面，如再生医学，移植手术，手术规划，将会占据重要的位置。可以打印带血管的组织，低成本的义肢，药物，量身定做的传感器，骨骼，心脏膜瓣，耳朵软骨，医疗器械，头盖骨，肿瘤模型，眼睛，合成皮肤，器官等。

(5)生物3D打印技术将改革药物开发临床途径

有了生物3D打印技术，研发药物的药效检测以及毒性检测不再需要实验动物，可以使用打印的器官或组织代替。该方法更为精确的检测药物的效力与影响，完全可以模拟药物在人体内部的情况，且减少了实验动物的使用，有利于动物保护。

篇10

【关键词】微生物；污水处理；污泥减量

前言

水环境问题是全球的热点问题之一，　污水污泥处理则是改善水环境的核心任务。　随着人们对生态环境重视程度的提高，　使用微生物修复的方法治理污水污泥越来越受到人们的关注。

一、关于微生物种群研究

1、除磷细菌。污水污泥中磷含量的多少是衡量其污染程度的主要指标，　除磷细菌则可实现生物除磷，　从而净化污水污泥。

2、硝化细菌。借助异养微生物，污水污泥通过氨化作用产生氨，之后由硝化细菌、亚硝化细菌氧化成亚硝酸、硝酸形成硝酸盐，从而起到了“解毒作用”。硝化细菌在污水处理、农业等领域具有极其重要的作用，成为近年来世界研究的热点，其中变形杆菌的　亚纲几乎已经成为微生物生态学的模式系统。

3、丝状细菌

丝状细菌作为污泥絮体的骨架，表面附着菌胶团细菌，形成结构紧密、沉降性能良好的污泥絮体，具较高的净化效率；另一方面，絮体尺寸增大到某一临界值后，丝状菌伸展出来，显著影响絮状活性污泥的沉降性（污泥膨胀）或引起生物量变化和泡沫形成（污泥发泡），从而严重影响活性污泥的处理效率。

4、白腐真菌。白腐真菌为生物界中一类奇特的丝状真菌，腐生在树木或木材上，能够降解木质素而导致木质腐烂，一定程度上排除了地球生物圈中碳素循环的障碍。白腐真菌能够通过产生胞外氧化酶------木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶和漆酶等，直接参与各种难降解有机污染物和毒性物质的降解。这种独特的降解能力和降解机制，多年来一直受到世界各国科学界以及工业界的高度重视。

二、有关机理研究

1、一般机理。微生物对各种污染物的降解在污水处理系统中起着非常重要的作用，微生物对有机污染物的降解归根结底是通过其分泌的酶来完成的，直接采用酶进行有机污染物的降解比微生物修复更具优势。从自然界筛选驯化获得的土著菌，其降解污染物的酶活性往往有限，酶作用的专一性使得微生物对有机污染的降解局限于一种或结构相似的几种化合物。依照目前的科学水平，仅能分离出极少部分的环境微生物；同时，污染物在自然环境中的生物降解，多数不是由单一微生物所能完成的，需要微生物生态系统的协同合作。因此，研究微生物基因表达的差异与特征，有助于进一步完善对生物修复机理的研究。

2、微生物除磷机理。在污水微生物除磷过程中，几乎不产生磷酸钙沉淀。污水除磷的本质是通过除磷菌过量摄取废水中的磷，以聚磷酸盐的形式积累于胞内，然后，作为剩余污泥排出。微生物除磷工艺分为连续式和间歇式（序批式）二类，所采用的方法大多为活性污泥法。

3、微生物脱氮机理。在氮的去除过程中，硝化和反硝化是微生物的主要去除机制，通过氨氮的挥发作用去除氮素是一个次要机理。微生物脱氮是指污水中的含氮有机物，在微生物处理过程中被异养型微生物氧化分解，转为氨氮，然后由自养型硝化细菌将其转化为NO3-并进一步还原转化为N2，从而达到脱氮的目的。

三、有关措施研究

1、投加微生物进行水体修复。投加微生物修复可分为原位生物修复和异位生物修复。原位生物修复是指污染水体不经输送，在其原位进行处理。其主要处理方法有：一是投加菌种强化生物修复。该技术直接向遭受污染的水体接入外源的污染物降解菌，同时提供这些细菌生长所需的营养。在水体中加入微生物其实是对自然界恢复能力和自净能力的一种强化，当水体中缺乏有效降解吸收污染物的物质时，加入的菌种恰好能加强水体污染物的去除效果。二是添加营养物激活剂或无毒表面活性剂强化水体修复。水体中的营养物缺乏时会严重限制水体环境中微生物污染物的降解，而向水体投加营养盐可以提高微生物的代谢能力，使微生物更好地发挥作用。异位生物修复则需将被污染物质通过某种途径从污染现场运走，便于对修复过程进行控制。因此，异位生物修复有调控和优化处理的特点，但这种运输可能会增加费用，导致修复成本提高。目前异位生物修复治理多用在黑臭河水的净化处理上，即将黑臭河水用泵输入置于河边的生物反应器中进行净化处理，然后再将处理后的水送回河道。

2、生物膜修复。生物膜修复是依靠附着在固体表面滤料介质上生长繁殖的微生物来净化有机物的好氧处理方法。微生物能附着在固体介质表面上，对水质变化适应性强，并且处理效率高（因为附在上面的微生物种类较多），降解产物污泥量少。与传统的活性污泥法相比，生物膜法具有操作方便、剩余污泥少、抗冲击负荷和适用于小型污水处理等特点，但也存在不足，如需要较多的填料和支撑结构，容易产生厌氧等。

3、生物捕食的污泥减量化。微生物在城市污泥处理中的利用主要是污泥前置减量微生物处理。其方法是通过增加微生物在反应池中的浓度，利用原生动物和后生动物的捕食作用减少污泥量；在复杂的污水处理系统中有种群丰富的微生物，通过发展高级生物形成较长的食物链，使能量从低级生物（细菌）传递到高级生物（原生动物和后生动物），通过生物间的不完全转化，微生物数量、能量得以减少，使得产生的污泥量减少。

4、微生物减量工艺改革技术。一是OSA（好氧沉淀缺氧）工艺。OSA工艺是将二沉池的污泥经过一个污泥厌氧池后，全部回流进入污水处理前端的好氧池，这样不仅增加了好氧池中的微生物浓度，提高出水质量，同时极大地减少了剩余污泥的产生量。在OSA工艺中，一般是将膜生物反应器（MBR）和OSA工艺结合使用。通过对膜进行曝气，增加膜附近的扰动度和物质的传递，利用膜的阻截代替传统重力沉降，使微生物群滞留和分离，并且有效控制污泥的稳定性。因此，水力停留时间（HRT）和固体停留时间（SRT）完全分离，延长了污泥龄，得到低剩余污泥产量和高可溶性污染物去除效率，污泥产量可以减少28%～68%。OSA还可以硝化-反硝化脱氮，若在沉淀池中加入絮凝剂还能同时除磷。污泥衰解可以认为是在OSA系统中，保持厌氧区较低的低氧化还原电位（ORP）有助于污泥的自腐解，不但能够使污泥衰解达到减量化，而且也可以使COD的去除率和污泥的沉淀性能大大改善。二是Cannibal工艺。这项工艺技术利用侧向交换生物反应器，使在好氧反应器和厌氧反应器的液体混合。在侧沟，受到低DO的限制，液体中兼氧菌占主导，它们降解和代谢好氧菌的残留物和副产物。当液体返回到好氧区，好氧菌分解兼氧菌，好氧和兼氧微生物交替作用，将活性污泥破坏，减少活性污泥污水处理系统所产生的污泥量，部分回流污泥直接进入侧向交换生物反应器，同时系统不断选择低繁殖细菌来分解生物固体，直到固体被完全分解。

四、结语

不同的气候带，由于温度、湿度、水中溶解氧等差异造成微生物分解差异大。一是温度、降水变化影响微生物的生长速率，二是气候变化影响微生物酶活性从而改变污水污泥中有机物的降解速率。当前国内外对这方面的研究报道尚少，因此，为了更为广泛有效地应用微生物处理污水污泥，有必要进一步对微生物在不同时空尺度的作用机制进行研究。

参考文献：