生态修复技术的应用范文

导语：如何才能写好一篇生态修复技术的应用，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

关键词：生物 生态 修复技术 内涵 外延 应用

1 概念、定义及主要特点

何谓“生物-生态修复”，它的内涵和外延应该如何确定，以及不同技术措施的作用、效果和联系如何，等等。回答这些问题对推进和实施河流生物-生态修复工作具有重要意义。

1.1 河流生物修复

生物——系指有生命的物体。一般指动物、植物和微生物。有时专指微生物，如生物制剂、生物制品等等。污水生物处理和河流生物修复中的“生物”，一般专指“微生物”，不包括“植物”和“动物”。广义的生物修复也包括“动物”和“植物”修复。

生物修复——是指利用微生物的生命代谢活动减少存于环境中有毒有害物质的浓度或使其完全无害化，使污染了的环境能部分或完全恢复到原始状态的过程。它包括：①污染土壤的生物修复；②污染河流的生物修复；③污染湖泊的生物修复；④污染地下水的生物修复；⑤污染海洋的生物修复；⑥污染大气的生物修复；⑦固体废物污染的生物修复等。

河流生物修复——是指用微生物或微生物菌群来降解河流水体中的有机物或有毒有害物质，如COD、BOD5、有机氮或氨氮、石油类、挥发酚等，或使这类物质变成无毒的、无害的，如二氧化碳、氮气或水等，从而使河流水质得到改善，河流生态得到恢复或修复。生物修复已成功应用于土壤、地下水、河道和近海洋面的污染治理。

河流生物修复工程——是指利用生物修复技术在河道内或河道傍侧修建或实施的旨在改善河流水质、治理河流污染的工程或非工程的技术手段。它包括：河道或水库内，以及坝、陂前的增氧曝气工程，用于改善或处理河流水质的河流傍侧工程、河流底部工程，以及直接向河道内投放特种、高效菌种或利用特种、高效菌种直接净化河流水质的工程技术等。

1.2 河流生态修复

生态——指生物在一定自然环境下生存和发展的状态，也指生物的生理特性和生活习性。此概念下的“生物”，一般不包含“微生物”。

生态修复——是指利用生态工程学或生态平衡、物质循环的原理和技术方法或手段，对受污染或受破坏、受胁迫环境下的生物（包括生物群体，下同）生存和发展状态的改善、改良或恢复、重现。其中包含对生物生存物理、化学环境的改善和对生物生存“邻里”、食物链环境的改善等。

河流生态修复措施主要包含：①工程措施。如：生态河道、生态堤岸、人工湿地和人工产卵场、越冬场、育幼场、回游通道，以及河道内增氧曝气等等；②生物措施。如：植物生态修复措施，动物生态修复措施，生物增殖、放流技术等；③综合措施。如：微生物修复与植物、动物修复的结合，微生物修复与生态河道、生态堤岸的结合，生态、生物修复与保育、管理措施的结合，河道内生态修复与河道外湿地修复的结合，陆地水土保持、生态修复与河流生态修复的结合，等等。

1.3 河流生物修复与河流生态修复的异同

目标和对象不同：河流生物修复的对象是水质；目标是改善河流水生生物生存、生活和繁衍、发展的水质条件。河流生态修复的对象是水生生物生存和发展的整个环境，包括水量、水质、水位、流速、水深、水温、水面宽度，涨水、落水时间，以及产卵场、越冬场、育肥场、回游通道的修复或恢复等等；目标是为水生生物或特有的生物种群提供良好的生和发展环境。

所采用的技术和手段不同：生物修复的技术核心是微生物及微生物使用和利用等。生态修复的核心技术是生态工程学和生物、生命科学等。

两者的共同点和不同点：生态修复可以包含生物修复，生物修复可以是生态修复的一个部分或一项主要内容；两者的共同点或共同目标都是改善或改良生物的生存和发展环境。不同点是：生物修复是针对水体污染的修复，生态修复是针对水生生物及其生存环境的整体修复。

对于污染严重，并有产卵场、育幼场、越冬场或回游通道损伤及破坏的河流，一般应首先采取生物修复技术恢复河流水质，然后采取生态修复措施恢复河流生物栖息地和回游通道等。

1.4 河流生物修复工程与城镇污水处理厂的异同

相同点和不同点：河流生物修复是利用微生物净化污水的特点和规律，对受污染水体（河流）进行净化处理的技术；城镇污水处理厂是利用微生物净化污水的特点和规律，对用管道收集到的社区污水进行净化处理的技术。城镇污水处理厂的出水可排入河流，也可用作市政回用、冲厕、农灌等等；河流生物修复工程处理过的河水一般必须重新流入河道。两者的相同点是技术内涵完全一致，不同点是工作对象的来源和工作成果的服务对象。

由于污水处理厂工程和生物修复工程所处理或针对的水源不同和处理后的水量所服务对象不同，从而导致了污水处理厂工程与河流生态修复工程在建设地点、规模、工艺流程、产品形态、表现形式等诸多方面的差别。一般情况下，城市污水处理厂的进水污染物浓度高、变化小，河流生物修复工程所针对的河水浓度相对较低、变幅很大；在水量方面，河流生物修复工程面临的变化更大。因而，在工艺设计中，一般要求河流生物修复工程具有更强的耐冲击能力和防堵塞能力等。

1.5 河流生物修复与河湖污染直接净化和“就地生物处理”的异同

除了河流生物-生态修复之外，河湖污染直接净化、“就地生物处理”等词语也经常被有关专家推崇和一些学者“炒作”。笔者认为：河湖污染生物修复工程技术与河湖污染生物直接净化工程技术、河湖污染“就地生物处理”工程技术，在内涵和外延方面没有明显的区别，其实质都是利用生物处理技术就地治理河湖水质污染，其表现形式也是相互包含或完全一致的。

1.6 河流生态修复与传统河流整治工程的异同

河流生态修复工程的目标是：修复或恢复受到污染、破坏或工程胁迫的水生生物的生存和繁衍的物理、化学和水文环境，及其“邻里”依存和食物链的关系。传统河流整治工程的目标是：防治洪水决堤、漫溢和确保人类社会、经济和生命财产安全；或者是保证河流的航运能力等经济功能。两者的直接目的和目标虽然相差甚远，但其工作的对象却完全一致，即都是将工程的措施作用于河流或河道。因而两者的设计和实施过程，必然会存在着诸多的不同、对立和矛盾。这种对立和矛盾必须通过目标分析和不同学科人员之间的沟通、协调和共同努力进行解决。因为两者的最终目标都是为了人类自己。

为此，从20世纪70年代开始，发达国家科技界和工程界针对水利工程对河流生态系统的负面影响，开发研究了河流生态恢复的理论和技术。从而，确立了解决这种矛盾和对立的基本方法和规则。河流生态工程在德国称为“河流生态自然工程”，日本称为“多自然型建设工法”，美国称为“自然河道设计技术”。与之相应，一些发达国家在河道整治工程和堤防工程设计、施工规范中增加了河流生态建设的内容，或者颁布了专门的河流生态工程设计导则。依据这些导则和方法，河道水利工程在满足防洪、防灾和经济目标的同时，可以兼顾河流生态修复和恢复需求。 2 不同技术措施的适应性评价及其合理使用

2.1 对受污染河流的适应性

河流污染治理一般应从源头做起。但源头治理能力也是有限的。以深圳河（含深圳湾，下同）的污染治理为例，截止2003年底，该流域已建污水处理厂四座，设计污水处理能力为142万m3/d，比当年实际污水排放量125万m3/d高 16.6%。然而，深圳河水质依然黑臭，常年处于劣Ⅴ类的状态。通过分析认为：污水截流不彻底和深圳河纳污能力过小是主要原因，除此之外，还有城市面源和部分城区尚未截流等原因。一般认为，对于类似深圳市自然环境和社区经济布局的城市，污水截流管网健全，城市污水截流率可以达到90%，最高很难超过95%。深圳市河流枯水期的污水量远远大于径流水量，有10%的未截流污水，加上面源污染等因素，河流依然黑臭，应该是在情理之中的。除此之外，还有城市污水管网收集不到的边缘村镇污水，以及城市污水处理厂对氨氮、总氮、总磷的去处能力十分有限等，也是需要实施河流污染生物-生态修复的主要原因。

河流污染生物-生态修复与城市污水处理厂相比，主要优点在于：①不需要占用城区土地或优质耕地；②不需要高于城市污水厂投资数倍的管道网络及其维护；③距城市居民区一般相对较远，不扰民或者较少扰民等。然而，河流污染生物-生态修复在治理污染方面，仅仅是对城市污水处理厂的补充，而不能代替城市污水处理厂。因为大量、高浓度城市污水采用污水处理厂治理比采用河流生物-生态修复治理经济的多。

在河流生物-生态修复措施中，对于污染相对严重的河流，使用生物（微生物）修复比生态修复工程措施要优越得多。在生物修复工程中，河底工程和河道傍侧工程一般有微生物固定化的措施，比采用没有微生物固定化措施的河中曝气或直接投加微生物的效果好得多。在使用的微生物菌种方面，使用有针对性的高科技微生物菌种，比使用自然微生物菌种的效果好得多。

2.2 对富营养化水体的适应性

湖泊、水库和河口、海湾、近海的富营养化，是人类社会的一个难题。城市污水处理厂和河流生物修复的办法，对有机污染物的治理效果十分显著，但当有机物被氧化、分解和挥发、无害化之后，总是仍有相当部分已经无机化的氮、磷营养物质不能得到去除。对于无机磷污染物，采用化学的办法基本可以得到有效；对于无机氮污染物，目前还没有比较好的处理方法。这些营养物质进入湖泊、水库、河口、海湾、近海等缓流水体后，在适宜的环境条件下，会使水体中某些藻类或植物疯长，产生水华、赤潮和富营养化，从而导致严重的生态灾难和水生生物死亡，以及造成湖泊水面萎缩、甚至消失等。

氮、磷元素是植物生长必需的营养物质。因而，治理氮、磷最好办法是植物生态处理或植物生态修复。对于城市而言，土地是制约植物生态处理和修复的重要因素。充分利用河滩、湖滩、海滩、海湾及其它湿地，以及荒地、林地、草地等治理氮、磷污染是重要的。对专门用于治理氮、磷污染的湿地而言，在海滩、海湾、河口和浅海，以红树林和海带植物比较好；对陆域湿地，以芦苇、茭草、蒲草、茭白等植物比较好。对河、湖、水库、海湾、海岸进行生态修复，必须满足防洪、防潮和景观等要求。

2.3 对水利工程胁迫的适应性

水利工程对河流生态的胁迫主要表现在两方面：一是河道、航道整治使自然河流渠道化，从而破坏水生生物的产卵场、栖息地和河流形态的多样化，以及减弱河流的自然净化能力和破坏岸边生态系统；二是水坝建设使自然河流非连续化，从而淹没生物产卵场、栖息地和阻断鱼类的回游通道，以及降低河流的自然净化能力和破坏河流形态的多样性等等。对此，可采用河道、河型多样化的生态修复措施，设置人工产卵床，建设人工产卵场、栖息地和回游通道，以及人工放流等措施缓解。水利工程对河流生态的胁迫主要是生物生境和生态条件的改变，因而，修复的措施以河流生态水工学和水生生物增殖、放流措施为主。

3 河流生物修复的技术类型及其应用

3.1 河道底部生物处理修复工程

以深圳市大沙河河底式生物处理工程为例。该工程坐落在深圳市南山区大沙河大学城河段，设计污水处理能为4000m3/d，设计水流停留时间4.8h。采用的处理技术为日本 “自然循环方式水处理系统技术”。该技术的创新特点是利用自然土壤和水田对污水净化的原理，不使用任何化学药品，通过使用石头、木炭、塑料球以及经过特殊加工的木炭（生物炭），作为净化过滤材料达到综合净化污水的目的。

该工程的主要设施由6个单元组成，分别为污泥储存单元、水量分流单元、接触沉淀单元、接触曝气单元1、接触曝气单元2和出水整理脱色脱臭单元等。通过这几个单元的组合，可以高度去除污水中的BOD、COD、SS和LAS（阴离子界面活性物质），同时，也能有效去除氨态氮。处理效果见表1。 3.2 河道傍侧生物处理修复工程

北京二道河傍侧生物处理与修复工程。该工程坐落在北京市顺义区首都机场附近，设计日处理污水量1.7万m3/d，采用的处理技术为固定化高效微生物—曝气生物滤池（简称I-BAF）。该工程属实验工程，仅有一个长100m、宽6m、有效水深5.5m的长条形曝气生物滤池，有效池容3300m3，停留时间4.7h。滤池内填装网状悬浮大孔载体，载体高度3.2m。工程的前处理部分仅有一个格栅和一个用堆石坝拦截污水形成的回水区，依次起到稳定取水和沉淀泥沙的目的。处理效果见表2。

另外，日本江户川支流坂川古崎净化场，韩国汉江支流良才川水质净化厂等河道傍侧工程的处理效果也很好。

3.3 河道内曝气和高效微生物处理修复工程

河道水体人工曝气复氧是一种有效的河流生物-生态修复技术。20世纪60年代起，国外已有不少国家应用人工曝气复氧改善河流水质和生态环境。如，德国的鲁尔河、莱茵河，英国的泰晤士河、特伦物河，美国的福克斯河、佛博河及威斯康星河等，均有成功的工程范例。在国内，上海环境科学研究院对苏州河水体进行了实验室研究，结果表明，即使黑臭程度高的河水，在有氧条件下20小时后臭味也可基本去除，水体颜色明显改观，COD、BOD浓度大幅下降。

微生物作为河流生物修复技术的核心，国外的开发研究很多。美国、英国、加拿大、日本、巴西等国家，已有上百种商品化的微生物制剂可供选用。根据实验结果，在处理特种废水方面，高效微生物比普通微生物高几倍到十几倍，而且还能够处理普通生物法不能处理的废水。在城市污水方面，使用高效微生物除具有良好的COD、BOD5去除效果外，还具有良好的脱氮除鳞效果。将高效微生物直接用于河流水质修复，成本较高，容易造成流失和浪费，目前国内使用的不多。但通过微生物固定化技术或生物滤池技术，使用高效为生物的实例国内已有许多。

4 河流生态修复的技术类型及其应用

4.1 山区河流的生态修复

山区河流比降大、水流急，宽深比小，来沙量远远小于挟沙量，河床往往有大石块和不均匀的麻砂组成。经过自然发育后，往往形成阶梯—深潭结构的河道形态。阶梯－深潭结构稳定了河床，从而稳定了岸坡，在一定的温度和降雨条件下两岸有发育良好的植被，河流底栖动物密度比邻近的具有同样气候水文条件但不发育阶梯-深潭结构的河流高出1000多倍，生物多样性指数也大得多。这是由于阶梯-深潭创造了多样性的生物栖息地的缘故。

目前，德国、日本和我国的台湾等，都在模拟使用阶梯-深潭结构治理山区河流和修复河流生态。 4.2 生态护岸工程

生态护岸的目的在于为野生动物提供栖息地和隐蔽场所，保障自然环境和人居环境的和谐统一，对河岸进行加固，防治河道淤积、侵蚀和下切等。生态护岸材料主要有：石头、木材、多孔混凝土构件和自然材质制成的柔性结构等等。在设计新材料护岸时，应确保水流作用下的结构安全，选择能够适应河流长期演变的结构形式，与河滩地和丁坝组合在一起保护护岸稳定。

我国深圳市已建人工湿地生态修复与处理工程数座，对COD的去除率一般可达70%~80%，对氨氮的去除率一般可达50%~60%。每1m3/d处理能力的占地面积大约为3m2。

4.4 人工产卵场、栖息地和回游通道工程

过鱼设施的基本原理是利用鱼类的向流（逆流）行为，人工创造更大的流速，将鱼诱入进口，让鱼类自行溯游过坝，或运用各种手段运送过坝，主要有鱼道、鱼闸、升鱼机、集运鱼船等。

人工模拟产卵场、栖息地是指在坝下附近的支流或人工渠道内，模拟产卵场、栖息地要求的环境，让鱼类自行进入产卵场或栖息地（下图为某河流上的鱼类洄游通道）。

4.5 人工增殖站和生物放流工程

人工繁殖放流是指建立人工产卵场，收集和培育亲鱼，人工催青，人工孵化育苗，培育鱼种，将一定规格的幼鱼放入坝下河流，让其下海生长。目前国内外都十分重视设置人工增殖站，开展人工增殖、放流工作，用于解决水坝对水生生物的阻隔。

水库修建后，营养物质在库内富集，浮游生物迅速生长，如果不能很好利用，将会自然死亡，恶性循环，从而造成富营养化和水质污染等。按照生态平衡原理，合理投放食用不同浮游生物的鱼种进库，进行生态修复，用产品的形式让富营养物质出库，既能清洁水库，又能收获鱼产，可以做到一举两得。所有这些，都需要有生命科学和生物、生态技术作为支撑。

主要参考文献：

1 上海辞书编辑委员会，辞海，上海辞书出版社，1979年；

2 中国大百科全书编辑部，中国大百科全书（环境卷），1980年；

3 董哲仁等，受污染水体的生态修复技术，水利水电技术，2002，(2)；

4 董哲仁，生态水工学的理论框架．水利学报．2003，(1)；

5 Loftin KA，Toth LA．Kissimmee River Restoration：Alternative Plan Evaluation andPreliminary Design Report[R]. South Florida Watermanagement District，West Palm Beach，Fla．1990；

6 National Research Council，

篇2

【关键词】生态护坡；跌水；减（防）渗；冲刷

水是一切生命的源泉，是人类生活和生产活动中必不可少的物质。在人类社会的生存和发展中，需要不断地适应、利用、改造和保护水环境。水利事业随着社会生产力的发展而不断发展，并成为人类社会文明和经济发展的重要支柱。但由于传统水利由于更注重功能性的一面，而忽视了对自然生态环境的影响。随着我国经济的飞速发展，城镇化及工业化的不断推进，对河流的索取增加，使河流中生物生长环境及自然生态遭到破坏。

上世纪80年代以来，北京一直水资源紧缺，为了满足城市用水，三家店以上永定河水几乎全部引入市区，使三家店以下70多公里的河道长年断流，河道两边土地沙化，近些年永定河沙石采盗，致使河道内沟壑遍布，河床，每到冬春季节，西北风顺河道而下，京城顿时风沙弥漫。由于根本无水补给永定河，加上人口剧增及工业用水等，严重超采地下水，北京西部地区第四纪地下水已经全部枯干，永定河的生态系统已经受到严重破坏。因此，采取生态技术措施对河道生态系统进行修复迫在眉睫。

本文以北京市永定河山区河道生态修复工程为例，通过采取先进的生态技术及材料，如生态护坡、生态型跌水、生态减防（渗）等，达到恢复河道生态系统的目的。

1、永定河山区河道生态修复工程概况

永定河古称浑河、无定河，是北京地区最大河流，海河五大支流之一。永定河发源于山西省宁武县管涔山，流经内蒙古、河北，经北京转入河北，在天津汇于海河至塘沽注入渤海。上游黄土高原森林覆盖率低，水土流失严重，河水混浊，泥沙淤积，日久形成地上河。河床经常变动。善淤、善决、善徙的特征与黄河相似，故有「小黄河和「浑河之称。因迁徙无常，又称无定河。直到清康熙三十七年（1698），进一步疏浚河道，加固岸堤，将无定河改名为永定河。1954年建成蓄水22亿多立方米的官厅水库，才基本控制了上游洪水。二十世纪七十年代以来，随着全球气候变化，永定河流域持续多年干旱少雨，下游常年处于断流状态。1985 年永定河被国务院列入全国四大防汛重点江河之一。

永定河流域山区河道生态修复工程由干流生态修复工程、支流清水河生态修复工程和北部新城（军庄）生态修复工程三部分组成。妙峰山段是永定河干流河道生态修复工程的重点河段之一，位于北京市门头沟区下苇甸电站到军庄之间（桩号Y70+610～Y83+200），总长12.59km。妙峰山段的主要来水为下苇甸电站的尾水，每隔30天左右来水一次，流量为38m3/s。由于该段河道来水较少且渗漏严重，大部分时间处于断流状态，水土流失现象严重。

为了解决永定河妙峰山段长年断流引起的河床、两岸土地沙化、生态系统严重破坏等问题，拟采用生态技术措施对河道进行生态修复，恢复永定河生态系统，使之达到有水则清，无水则绿的治理效果。为了实现永定河生态恢复的目的，工程中主要采用了多孔植物生长砖、生态墙壁砖、生态鱼巢砖和生态石笼网等新型生态材料对河岸进行了护砌，为了解决生态恢复所必须的水资源问题，在河道内新建了多处生态石笼网缓坡跌水蓄积来水，另由于永定河河底基本为卵砾石层，透水性较强，对蓄水区采取了压实壤土和复合土工膜相结合的减（防）渗措施。

2、生态护坡

本工程采用生态鱼巢砖+生态墙壁砖+植物生长砖组合的方式对妙峰山段河道进行生态护坡，通过建立河岸生态防护结构，以稳定河岸，并进一步改善永定河水质。

2.1材料特性

植物生长砖：使用一定粒径（5～31.5mm）的击碎骨料和高强度水泥为主要材料与混凝土外加剂搅拌，经二次振动加压成型工艺制成的无砂混凝土制品，植物根系可透过砖体植生于土壤。主要用于水利工程护坡。

生态鱼巢砖：使用一定粒径（5～10mm）的击碎骨料和高强度水泥为主要材料与混凝土外加剂搅拌经二次震动加压成型工艺制成的无砂混凝土制品，具有一般鱼类栖息的空间，为不规则六边形。主要用于水利工程护坡、护脚。

生态墙壁砖：使用一定粒径（5～10mm）的击碎骨料和高强水泥为主要材料与混凝土外加剂搅拌经二次震动加压成型工艺制成的无砂混凝土制品，种植孔内可种植花草等，砌筑后形成挡墙，为不规则六边形。可用于公路、市政园林、水利工程等护坡和护脚。

2.2设计方案

根据现场情况边坡护砌由现状河底高程开始，护砌坡度基本维持现状边坡的坡度。常水位以下采用生态鱼巢砖和墙壁砖，常水位以上采用多孔植物生长砖，对护坡基础开挖后，砌筑浆砌石基础，断面尺寸为600×500mm，其上码放两层生态鱼巢砖（500×500×200mm），坡度为1：1，之上再码放两至四层（视地形及常水位而定）生态墙壁砖（500×500×200mm），坡度为1：1，最后在顶层墙壁砖后边坡上铺设多孔植物生长砖（500×500×100mm），坡度不陡于1：2。生态砖与土坡之间设置200g/m2的土工无纺布一层，坡顶设500×100mm混凝土压顶一道。墙壁砖内和多孔植物砖上覆种植土，鱼巢砖给鱼类产卵提供所需场所，墙壁砖内种植水生植物，净化水质和美化环境，植物生长砖坡面播撒草籽使边坡自然绿化，岸顶根据景观需要栽种行道树。护坡断面设计见图1-1。

图1-1 生态护坡断面示意图

通过生态鱼巢砖、墙壁砖和植物生长砖等不同组合进行岸坡护砌，有效形成了河川生态链和陆地生态链，为自然生态复原提供了通道，同时也形成治水和亲环境能力的新概念型河川护岸。

3、生态石笼网跌水设计

妙峰山生态修复工程位于下苇甸电站到军庄之间，沿途经过下苇甸村、丁家滩村和陈家庄等，河道沿线有G109国道和S209省道，也是人类活动相对频繁地区。该区间主要来水为下苇甸电站的尾水。由于该段河道只有脉冲来水，其余时间基本断流，为增强该河段的生态特性，改善河道的整体生态环境，只有采取措施，蓄积现有的电站尾水，才能给生态系统修复提供保障。

本工程在河道内设置连续跌水，形成梯级连续水面，为了不影响河道行洪，经防洪演算，确定每级跌水高为1m，总蓄水容量为26.2万m3。为满足河道生态建设需要，跌水采用生态石笼网结构，复合土工膜防渗心墙，下游坡面设计为台阶式缓坡型式。

生态石笼网结构作为新工艺、新技术、新材料的新型生态格网结构，成功地应用于水利工程、公路、铁路工程、堤防的保护工程中。较好地实现了工程结构与生态环境的有机结合。同时与一些传统刚性结构比较起来有其自身的优点，因此在世界范围内已经成为保护河床、治理滑坡、防治泥石流、防止落石、兼顾环境保护的首选结构型式。

生态石笼网是将抗腐耐磨高强的低碳高镀锌钢丝或5%～10%铝锌稀合金镀层钢丝（或同质包覆聚合物钢丝）由机械双线绞合编织成多绞状、六边形网目的新技术网片。石笼网可根据工程设计要求组装成箱笼，并装入块石等填充料后连接成一体，其适用于高流速、冲蚀严重，岸坡渗水多之河岸。石笼属柔性结构，对于不均匀沉陷自我调整性佳。岸面多孔性，石材间之缝隙利于动物栖息，植物生长，水面线以上石笼面可利用客土袋植生绿化，符合生态并满足安全要求。生态石笼网结构具有经济、施工便捷、可就地取材，填放土壤、碎石及天然级配砂石等优点，可迅速构成挡土或挡水结构体。

为了形成连续水面，根据河道纵坡本工程设计了29道跌水。跌水采用生态石笼缓坡结构，上游边坡为1：1，下游为阶梯状，跌水高出河底1m，上游设1.4m深齿墙。跌水内部设置复合土工膜防渗心墙，心墙上下游堆砌铅丝石笼，石笼内部填充卵砾石。跌水下游护底长10～15m，起消能和防冲作用。跌水结构详见图1-2。

图1-2 生态石笼网跌水断面示意图

为此，中国水利水电科学研究院对本工程跌水处河道抗冲能力进行了研究分析，建立垂向二维数学模型，计算流量为38m3/s时，典型河段上1m高跌水前后不同断面处的流速分布，判断河底卵砾石覆盖层冲刷的可能性。利用垂向二维数学模型，中国水利水电科学研究院研究了跌水附近水流沿水流方向和水深方向的流速分布规律。结果表明，跌水上游水流流速沿程降低，底层流速低于表层流速，流速沿水深变化平缓。跌水下游存在一个10～15m左右的高速区，高速区内底层流速仍低于表层，但底部低流速区较小，中表层高速区较大。下游距离跌水较远处，流速分布受跌水影响较小，流速基本恢复为明渠流速分布，表层流速大于底层流速。

从冲刷破坏的角度，跌水前水流较为均匀，且流速较低，选择2.5～4cm粒径范围的卵砾石作为覆盖层即可满足抗冲要求；跌水后10～15m范围内水流底部流速较高，易于发生冲刷破坏，设计中在该区域加设铅丝石笼护底；高速区后流速逐渐降低，根据河道的坡度与地形特点铺设粒径为4～6cm的卵砾石。

4、河道减（防）渗及冲刷设计

蓄水区虽然有电站尾水补给，但现状河道河底基本为卵砾石层，透水性较强，渗漏严重，电站放水时间间隔较长，所以每次电站放水，尾水均从该段河道匆匆而过，入渗、蒸发后流失，彻底改变了河道生态系统的平衡，再加上人为的偷砂取土，造成河道长年砂石，植被稀少，该段河道内存在7处废弃采砂坑，与门头沟生态涵养区的定位很不相称。

为达到形成连续水面的目的，通过跌水蓄积现有电站尾水的同时，要克服渗漏和蒸发等问题，逐渐修复河道生态系统，减少河道内水土流失，形成自然和谐的山水风景。因此，采取有效的减（防）渗措施是十分必要的。本工程水面面积为34.2万m2，减（防）渗面积为37.6万m2，采用“土/膜”减（防）渗方案解决河道渗漏问题。

“土/膜”即为1/2压实壤土减渗+1/2复合土工膜防渗相结合的减（防）渗方式。具体方案为：在每两道跌水之间以中心线为界，上游段采用压实壤土减渗，下游段采用复合土工膜防渗，并做好两种减（防）渗方式的搭接处理。压实壤土减渗层自各段上游跌水至中点位置，经渗流计算，确定减渗层厚度由40cm至60cm渐变；复合土工膜防渗层自各段中点至下游跌水位置，采用二布一膜形式。河床表层铺设30cm厚的天然卵砾石防冲。河道减（防）渗设计见图1-3。

此方案充分结合了压实壤土减渗和复合土工膜防渗各自的优势，在蓄水区水位较高时，通过压实壤土减渗，既可满足渗漏要求又补充了地下水，并改善了生态环境，当蓄水区水位较低时，通过复合土工膜防渗，保证了必要的景观水面和生态用水。

为了达到生态修复的目的，恢复河道的自然景观，需保护土/膜减（防）渗设施不被冲刷破坏，设计时考虑在河床表层即土/膜减（防）渗层上铺设30cm厚的天然卵砾石，同时需保证当下苇甸电站泄流时，30cm厚卵砾石覆盖层不被水流冲刷，这也是永定河流域山区河道生态修复工程减（防）渗方案成败的关键问题。为此中国水利水电科学研究院对永定河山区河段生态治理工程河道抗冲刷能力进行了分析，主要研究内容为：①选取平均粒径为25mm、50mm、75mm的卵砾石进行起动流速试验，提出不同粒径卵砾石的起动流速。②建立平面二维数学模型，计算流量为38m3/s时，设计河段内水流的流速分布。根据流速分布，判断不同河段上卵砾石冲刷的可能性。

研究结论如下：在河床的缓坡段、跌水坝前等大部分区域，回填最小粒径为2.5～4cm的卵砾石作为覆盖层可以满足河道抗冲要求。在河底纵坡较大的陡坡段（纵坡超过0.6%的河段），如2#跌水至4#跌水下游、8#跌水上游至9#跌水、10#跌水至11#跌水下游、14#跌水至16#跌水间，以及23#跌水上游至26#跌水（右支流）等区域，建议采用较大粒径的卵砾石作为覆盖层，粒径应不低于6cm。

同时计算结果表明，设置跌水后，河道内水深明显增加，流速普遍降低。跌水的设置既有效地提升了河道的蓄水能力，又减小了河床覆盖层受到冲刷破坏的可能性，是提高河道抗冲刷能力的有效措施。

5、结论

本工程于2010年完成妙峰山段生态护坡、跌水、减（防）渗工程的施工并成功蓄水，2010年10月底河道两岸边坡草皮及水生植物生长良好，蓄水区水位正常，12月底蓄水区已经结冰，冰层厚度大于0.5m，冰层附近生态墙壁砖及鱼巢砖结构良好。

篇3

【关键词】环境生物技术；生物修复技术；水产养殖废水

1 生物修复技术的基本概念及其原理

生物修复又称生物改良，是指利用生物的生命代谢活动，来减少污染环境中的有毒有害物的浓度或使其无害化，从而使污染了的环境能够部分或完全地恢复到原初状态的过程。

生物修复根据所利用的生物，可以分为植物修复、动物修复、生态修复、微生物修复四类。根据被修复的污染环境，可以分为土壤生物修复、水体生物修复和大气生物修复。而由于生物修复的实施方法不同，又分为原位生物修复和异位生物修复。

1.1 生物修复的基本原理

生物修复技术是通过生物的降解和转化，将有机污染物转化为无害的小分子化合物和二氧化碳与水。利用生物对环境污染物的吸收、代谢及降解等功能，对环境中污染物的降解起催化作用，加速去除环境中的污染物。

1.2 生物修复技术的特点

生物修复技术具有投资费用低，对环境影响小，使用效果好，使用区域范围广，使用面积大等特点，而且能同时处理受污染的土壤和地下水。在土壤修复中还可以去除环境中的重金属和放射性核素。但其也存在局限性，生物不能降解进入环境中的所有污染物，并且受外部环境的影响较大。

2 生物修复技术在水产养殖废水中的应用

氨氮是水产养殖的最主要危害，但传统的加注新水、曝气、漂白粉或臭氧氧化、使用斜发沸石进行离子交换等方法脱氮效果并不理想[2]。而活性污泥法、生物膜法和稳定塘法等生物处理法存在或伴有污泥产生、反应启动慢、出水水质不稳定等问题。随着生物技术的发展，生物修复技术在水体氨氮污染的处理上被广泛应用。微生物修复技术在水产养殖中主要应用于养殖环境的原位修复中，主要处理底泥的有机污染和水体的富营养化问题。

2.1 生物在水产养殖环境生物修复中的作用机制

水产养殖生态环境中的有益微生物（净水微生物）在池塘连续养殖情况下，能清除因池塘长时间养殖水域底部积累的大量残余饲料、排泄物、动植物残体以及有害气体（氨、 硫化氢等），使之最终分解为CO2、碳酸盐、硫酸盐等物质，起到净化水质的作用。并且能为环境中的单细胞藻类为主的浮游植物提供营养物质，促进藻类等浮游植物的繁殖。这些藻类为主的浮游植物的光合作用，又为池塘内底栖动物、水产养殖动物的呼吸和有机物的分解提供氧气，从而形成一个良性的生态循环，有利于水产养殖动物的迅速生长。同时有益微生物的大量繁殖，在池内形成优势种，可抑制病原微生物的繁殖，减少养殖动物的疾病发生。

2.2 生物对养殖环境的生物修复

2.2.1 微生物对养殖水体氨氮污染的修复

在一般污水处理系统中，硝化细菌的含量很低。因此，研究开发硝化细菌的快速富集培养技术，提高硝化细菌的产率，对氨氮污染水体处理具有重要作用。

现实中，硝化过程主要由自养菌完成，但异养菌也可以参与硝化；氨氧化在有氧条件下可以进行，在厌氧条件下也可以发生。胡宝兰、郑平在Anammox （厌氧氨氧化Anaerobic Ammonia Oxidafion）反应器中分离了6株好氧氨氧化菌，它们不仅具有好氧氨氧化菌的典型特征，而且将其置于厌氧条件下培养也有厌氧氨氧化能力。Robertson和Van Neil分离的Psendomonasspp1、Alcaligenes faecalis和Thiosphaerapantotropha菌株，既表现为好氧反硝化，同时也具有异养硝化能力，因此，Robertson提出了好氧反硝化和异养硝化的工作模型，直接把氨转化为最终的气态产物。光合细菌在养殖水体氨氮污染生物修复中的应用非常广泛[5]。此外，应用属于放线菌的诺卡氏菌属、浮游植物的大型绿藻、席藻、螺旋藻和小球藻以及大型水生植物的伊乐藻、轮叶黑藻去除养殖水体氨氮的研究也有不少报道。

2.2.2 水生植物对养殖水体氨氮污染的修复

水生植物修复是生物方法和生态方法中的通用技术。水生植物按生态类型，可分为沉水植物、飘浮植物、浮叶植物、挺水植物。利用特定技术，还可以将浮游藻类、陆生植物应用于养殖水体修复中。目前国内外学者对植物修复富营养化水体进行了诸多研究，并取得了一定的成就，筛选出了一些优势种。植物系统对养殖水体的净化作用，主要是通过植物的吸收作用，根区微生物的降解作用，植物的吸附、过滤和沉淀作用，植物抑制藻类生长的作用以及作为生态系统的生产者来调节其他生物种类和数量的作用来完成的。其具有以下优势：净化所需的能源由光合作用提供；许多植物具有美学价值，能改善景观生态环境；植物可被收割和利用，创造新的价值；能固定土壤或底泥中的水分，防止污染源进一步扩散；为降解微生物提供了良好的栖息场所，有利于微生物的生存。水生植物庞大的根系为细菌提供多样性的生境，植物可输送氧气至根区，有利于微生物的好氧呼吸。目前，国内外应用较多的水生植物修复技术主要有人工湿地处理技术、生态浮床技术等。

2.2.3 水生动物修复技术

国内外许多学者和研究人员作了大量的研究工作，探讨水生动物对水体中有机污染物和无机污染物的吸收和利用。研究认为，在水体富营养化的防治过程中，除了考虑对藻类等浮游植物进行防治，对浮游动物的防治也不能忽视。防治浮游动物繁盛最有效的方法是放养鳙鱼，而鲢鱼的放养通常是为了消除浮游植物。鲢鳙的放养量以及如何搭配亦值得研究。鲢鳙混养时，鲢鱼大量摄取浮游植物，从而抑制了以浮游植物为食的浮游动物的生长和繁殖；如果鳙鱼的数量放养过多，鳙鱼就得不到足够的食物，生物量受到抑制，放养太少，不能充分利用饵料而影响其产量。合理搭配鲢鳙的放养数量，可充分利用天然饵料，从而减少浮游植物和浮游动物的数量，这样既可治理水体的富营养化，又可提高经济效益，是一项非常值得研究的生物修复技术。武汉东湖的围隔试验证明了链鱼和鳙鱼能有效控制蓝藻水华，并指出当放养的鲢鱼和鳙鱼的有效生物量达到46～50 g/m2时，可有效地抑制水华的发生。

3 生物修复技术的应用前景

生物技术在环境保护中已获得广泛的应用，并取得了显著成效。随着经济的腾飞、人口的膨胀、资源的短缺、环境状况的恶化以及人类环保意识的增强，生物技术的环境保护功能显得越来越重要，其明显的经济效益、环境效益和社会效益引起科技界和企业界的极大关注，呈现良好的发展趋势。

参考文献：

[1]杨秀敏等.生物修复技术的应用及发展[J].2007（16）.

[2]李谷等.硝化细菌富集方法的研究[J]. 淡水渔业，2000（9）.

篇4

关键词:土壤污染、生物修复、研究进展

前言

土壤重金属污染是指由于人类活动将金属加入到土壤中，致使土壤中重金属明显高于原生含量、并造成生态环境质量恶化的现象。加之重金属离子难移动性，长期滞留性和不可分解性的特点，对土壤生态环境造成了极大破坏，同时食物通过食物链最终进入人体，严重危害人体健康，已成为不可忽视的环境问题。随着我国人民生活水平的提高，生态环境保护日趋受到重视，国家对污染土壤治理和修复的人力，物力的投入逐年增加，土壤污染物的去除以及修复问题，已成为土壤环境研究领域的重要课题。而生物修复技术是近20年发展起来的一项用于污染土壤治理的新技术，同传统处理技术相比具有明显优势，例如其处理成本低，只为焚烧法的1/2-1/3，处理效果好，生化处理后污染物残留量可达到很低水平;对环境影响小，无二次污染，最终产物CO2、H2O和脂肪酸对人体无害，可以就地处理，避免了集输过程的二次污染，节省了处理费用，因而该技术成为最有发展潜力和市场前景的修复技术。

1.污染土壤生物修复的基本原理和特点

土壤生物修复的基本原理是利用土壤中天然的微生物资源或人为投加目的菌株，甚至用构建的特异降解功能菌投加到各污染土壤中，将滞留的污染物快速降解和转化成无害的物质，使土壤恢复其天然功能。由于自然的生物修复过程一般较慢，难于实际应用，因而生物修复技术是工程化在人为促进条件下的生物修复，利用微生物的降解作用，去除土壤中石油烃类及各种有毒有害的有机污染物，降解过程可以通过改变土壤理化条件(温度、湿度、pH值、通气及营养添加等)来完成，也可接种经特殊驯化与构建的工程微生物提高降解速率。

2.污染土壤生物修复技术的种类

目前，微生物修复技术方法主要有3种:原位修复技术、异位修复技术和原位-异位修复技术。

2.1 原位修复技术：

原位修复技术是在不破坏土壤基本结构的情况下的微生物修复技术。有投菌法、生物培养法和生物通气法等，主要用于被有机污染物污染的土壤修复。投菌法是直接向受到污染的土壤中接入外源污染物降解菌，同时投加微生物生长所需的营养物质，通过微生物对污染物的降解和代谢达到去除污染物的目的。生物培养法是定期向土壤中投加过氧化氢和营养物，过氧化氢则在代谢过程中作为电子受体，以满足土壤微生物代谢，将污染物彻底分解为CO2和H2O。生物通气法是一种加压氧化的生物降解方法，它是在污染的土壤上打上几眼深井，安装鼓风机和抽真空机，将空气强行排入土壤中，然后抽出，土壤中的挥发性有机物也随之去除。在通入空气时，加入一定量的氨气，可为土壤中的降解菌提供所需要的氮源，提高微生物的活性，增加去除效率。

2.2 异位修复技术：

异位修复处理污染土壤时，需要对污染的土壤进行大范围的扰动，主要技术包括预制床技术、生物反应器技术、厌氧处理和常规的堆肥法。预制床技术是在平台上铺上砂子和石子，再铺上15-30cm厚的污染土壤，加入营养液和水，必要时加入表面活性剂，定期翻动充氧，以满足土壤微生物对氧的需要，处理过程中流出的渗滤液，即时回灌于土层，以彻底清除污染物。生物反应器技术是把污染的土壤移到生物反应器，加水混合成泥浆，调节适宣的pH值，同时加入一定量的营养物质和表面活性剂，底部鼓入空气充氧，满足微生物所需氧气的同时，使微生物与污染物充分接触，加速污染物的降解，降解完成后，过滤脱水这种方法处理效果好、速度快，但仅仅适宜于小范围的污染治理。厌氧处理技术适于高浓度有机污染的土壤处理，但处理条件难于控制。常规堆肥法是传统堆肥和生物治理技术的结合，向土壤中掺入枯枝落叶或粪肥，加入石灰调节pH值，人工充氧，依靠其自然存在的微生物使有机物向稳定的腐殖质转化，是一种有机物高温降解的固相过程。上述方法要想获得高的污染去除效率，关键是菌种的驯化和筛选。由于几乎每一种有机污染物或重金属都能找到多种有益的降解微生物。因此，寻找高效污染物降解菌是生物修复技术研究的热点。

3.影响污染土壤生物修复的主要因子

3.1 污染物的性质：

重金属污染物在土壤中常以多种形态贮存，不同的化学形态对植物的有效性不同。某种生物可能对某种单一重金属具有较强的修复作用。此外，重金属污染的方式(单一污染或复合污染)，污染物浓度的高低也是影响修复效果的重要因素。有机污染物的结构不同，其在土壤中的降解差异也较大。

3.2 环境因子：

了解和掌握土壤的水分、营养等供给状况，拟订合适的施肥、灌水、通气等管理方案，补充微生物和植物在对污染物修复过程中的养分和水分消耗，可提高生物修复的效率。一般来说土壤盐度、酸碱度和氧化还原条件与重金属化学形态、生物可利用性及生物活性有密切关系，也是影响生物对重金属污染土壤修复效率的重要环境条件。

3.3 生物体本身：

微生物的种类和活性直接影响修复的效果。由于微生物的生物体很小，吸收的金属量较少，难以后续处理，限制了利用微生物进行大面积现场修复的应用，

植物体由于生物量大且易于后续处理，利用植物对金属污染位点进行修复成为解决环境中重金属污染问题的一个很有前景的选择。但由于超积累重金属植物一般生长缓慢，且对重金属存在选择作用，不适于多种重金属复合污染土壤的修复。因此，在选择修复技术时，应根据污染物性质、土壤条件、污染程度、预期修复目标、时间限制、成本及修复技术的适用范围等因素加以综合考虑。

4.发展中存在的问题：

生物修复技术作为近20年发展起来的一项用于污染土壤治理的新技术，虽取得很大进步和成功，但处于实验室或模拟实验阶段的研究结果较多，商业性应用还待开发。此外，由于生物修复效果受到如共存的有毒物质(Co-toxicants)(如重金属)对生物降解作用的抑制；电子受体(营养物)释放的物理性障碍;物理因子(如低温)引起的低反应速率;污染物的生物不可利用性;污染物被转化成有毒的代谢产物;污染物分布的不均一性;缺乏具有降解污染物生物化学能力的微生物等因素制约。因此，目前经生物修复处理的污染土壤，其污染物含量还不能完全达到指标的浓度要求。

5.应用前景及建议：

随着生物技术和基因工程技术的发展，土壤生物修复技术研究与应用将不断深入并走向成熟，特别是微生物修复技术、植物生物修复技术和菌根技术的综合运用将为有毒、难降解、有机物污染土壤的修复带来希望。为此，建议今后在生物修复技术的研究和开发方面加强做好以下几项工作:

(1)进一步深入研究植物超积累重金属的机理，超积累效率与土壤中重金属元素的价态、形态及环境因素的关系。

(2)加强微生物分解污染物的代谢过程、植物-微生物共存体系的研究以及植物-微生物联合修复对污染物的修复作用与植物种类具有密切关系。

(3)应用现代分子生物学与基因工程技术，使超积累植物的生物学性状(个体大小、生物量、生长速率、生长周期等)进一步改善与提高，培养筛选专一或广谱性的微生物种群(类)，并构建高效降解污染物的微生物基因工程菌，提高植物与微生物对污染土壤生物修复的效率。

(4)创造良好的土壤环境，协调土著微生物和外来微生物的关系，使微生物的修复效果达到最佳，并充分发挥生物修复与其他修复技术(如化学修复)的联合修复作用。

(5)尽快建立生物修复过程中污染物的生态化学过程量化数学模型、生态风险及安全评价、监测和管理指标体系。

结论

综上所述，我们不难发现由于土壤重金属来源复杂，土壤中重金属不同形态、不同重金属之间及与其它污染物的相互作用产生各种复合污染物的复杂性增加了对土壤重金属治理和修复难度，且重金属对动植物和人体的危害具有长期性、潜在性和不可逆性，同时进一步恶化了土壤条件，严重制约了我国农业生产的加速发展，所以要更好的防治土壤重金属污染还需要广大科研工作者不懈的努力，研发出更好的效率更高的修复治理技术，同时我们还不应该忘记必须加强企业自身的环保意识，提高企业自我约束能力，始终将防治污染积极治理作为企业工作的头等大事来抓，把企业对环境的污染程度降到最低限度，形成全社会都来重视土壤污染问题的良好环保氛围，逐步改善我们的土壤生态环境。

参考文献

[1] 钱暑强，刘铮.污染土壤修复技术介绍[J].化工进展，2000(4):10-12，20.

[2] 陈玉成.土壤污染的生物修复[J].环境科学动态，

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[3] 李凯峰，温青，石汕.污染土壤的生物修复[J].化学工程师，2002，93(6):52-53.

[4] 杨国栋.污染土壤微生物修复技术主要研究内容和方法

[5] 张春桂，许华夏，姜晴楠.污染土壤生物恢复技术[J].生态学杂志，1997，18(4):52-58.

[6] 李法云，臧树良，罗义.污染土壤生物修复枝木研究[J].生态学杂志，2003，22(1):35-39.

[7] 滕应，黄昌勇.重金属污染土壤的微生物生态效应及修复研究进展[J].土壤与环境，2002，11(1):85-89.

[8] 沈德中.污染环境的生物修复(第一版)[M].北京:化学工业出版社，2001:14，311.

篇5

关键词：生态消淤、水生生态、综合治理、修复

一、前言

随着珠三角地区人口不断增长，大量富含有机物的生活污水和部分工业废水排入河涌，导致水体含氧量大幅下降，造成了河涌普遍呈现有机污染严重的特征。且由于长期不加治理，大量的污染物沉积在河涌底部，导致河涌底泥淤积，珠三角地区河涌的淤泥厚度可达0.5～2m，平均为0.36m。底泥中的还原性物质产生大量的化学耗氧使河涌底泥形成厌氧环境，在厌氧微生物作用下逐步腐化，变黑、发臭。

目前的城市河涌整治中，注重清淤，堤岸，绿化和截污等工程，而不重视底泥和水体生物原位修复，更不重视河涌生态体系建立，这样导致城市河涌整治中边治边黑，边黑边治，不能从根本上改善河涌水质和提高水体自净能力。现正积极探索城镇河涌污染治理新路子，提高河涌整治的效果和水平。原位生态修复技术曾经在国内外许多工业污水处理厂、湖泊、池塘、湖塘、海滩等多个污染控制工程项目中得到应用，都是对水体及其淤泥进行污染物的消减处理，效果皆良好，从事实上说明了该技术运用的可行性与成熟性。

二、常规河道清淤和水生生态技术修复存在的问题

传统整治河道的手段是截污与污水处理，清淤，水生态修复，补水，堤岸景观建设等。其中，常规清淤和水生生态技术修复存在很多问题：淤泥清挖工艺落后，工程投资大，操作麻烦，清淤效率低；清淤挖上来的淤泥含水率高，数量巨大，黑臭，运输和处置难；传统的清淤方法，最重要清除的上层不稳定淤泥残留多，加上发黑的河水，污染负荷仍然很大，黑臭难解决；生态修复未找到快速修复水生食物链并且易于维护的简单方法；需要使用曝气等其它设施，管理麻烦，维持费用大；普通的投放微生物治河技术，投放液态的微生物易被河水冲走，要长期不断投放，维持费用大，一年只能消化淤泥少于10cm，不能替代清淤。

综上所述，黑臭的河道，清淤后不稳定淤泥的残留量多，就算做到完全截污，河道内的污染负荷仍然很大，单纯依靠调水、补水难以彻底消除这些污染，难以短期内消除河道黑臭。不少投入了很多资金治理过的河道，虽然有一些效果，但不能令人满意，尤其是退潮时、枯水时仍然黑臭。

河道治理重在水环境生态修复与重建，重建生态系统有很多方法，最重要的是能使水体的自净能力保持稳定，且易于控制和管理，维护费用低。所以，寻求高效而且符合上述要求的技术方法，是河道水体生态修复最大的难点，是水体修复难易的关键，也是各种治理方法和治理效果的差异所在。施放底泥净化剂消解淤泥，同时能够快速修复水生生态，真正消除黑臭，是一种更有效的河道快速治理方法，生态修复不需要15年，几个月至1年就可以做到。

三、原位生态修复治理关键技术

1、关键技术简介

水环境生物修复是在可控条件下，利用微生物和水生生物生命代谢活动，修复被污染的环境或消除环境中的污染物的过程。而原位生态修复技术的核心为生态修复剂技术，即在无固定设备且完全自然的状态下，因地制宜，充分利用天然水体的自净功能，采用直接向污染河道投入高效的本源微生物菌群和微生物促进剂，激活水体中原本存在的利于水体自净的微生物，并通过它们的迅速繁殖，从而消除水体中的有机污染，同时对河道有机底泥起到一定的消化作用。具体的流程主要为：微生物驯化，微生物菌剂在河涌底泥中接种繁殖，根植河床，微生物对河道污水和底泥中的污染物进行分解去除，净化水质和减少污泥量，再通过人工培育河道生态链最终恢复水体的原生态，实现水体稳定的自净功能。生态修复剂是一种充分利用自然界生物降解原理，提高水体的生命力和自净能力，并重建其生态平衡、迅速地改善水质的技术与产品。

2、底泥净化生物修复治理黑臭河涌

针对底泥富含大量有机物和营养物质，好氧速率高，处于强还原状态的厌氧环境，投放生态修复剂的方法，进行生物修复，以控制和消除底泥污染。底泥净化剂，由增氧剂、有效微生物菌剂和生物载体组成。增氧剂在水中逐渐释放出氧，改变河道底层厌氧生态环境为好氧生态环境，激活微生物菌群，同时为有机污染物的降解提供电子受体；有效微生物菌剂是采用本土化的好氧型和兼性微生物组成的复合微生物菌剂。作为载体的多孔矿物，可为微生物菌落提供巨大的附着表面，减少微生物的流失和更好发挥微生物降解有机污染物的作用。

在底泥净化剂的作用下，能有效地对污泥和污水中的有机污染物、细菌等进行生物降解，污泥有较大幅度的减少，河水不黑不臭，没有黑色底泥上浮，淤泥层减薄，矿化度增加，从而最终净化水质。

3、治理效果

河道第一次施放底泥净化剂，10天～20天臭味消失，河道从厌氧状态转变为好氧状态，出现许多微型动物；约一个月，河道水质变清，水里的微型动物继续增多；30天～50天，水底有很多水丝蚓（俗称“红虫”，是栖息在水底污泥中的底栖动物，以污水和污泥中的有机物为食物），大量的红虫对水生食物链的修复很有好处，继而水里可看到一些小鱼，表明水质好转，水生食物链初步修复，已适宜鱼类生长；两个半月，小鱼群增多，淤泥泥面从原来的黑色开始呈现灰白色；3个月～4个月，河底淤泥削减15～20厘米，当河底淤泥中的有机物被吸收分解之后，底泥表面就是一层不被吸收分解的沙、石，底泥泥面呈现灰白色，红虫逐渐减少；4个月～6个月，河底淤泥削减25～30厘米，河道已不黑不臭，水质明显变好。

4、淤泥消解和水生生态快速修复技术的优势

4.1 这种生态修复剂具有沉淀的功能，其本身及其固着的微生物不易流失，不易被水力冲跨，即使在水流动的河或者很深的水域里，都能沉入到底部，把淤泥里的有机物吸收分解掉，并达到净水、增氧、消除恶臭等效果。只要在被污染的水体投放了生态修复剂，就可以分解去除底质的淤泥和净化水质。

4.2 施放这种生态修复剂，不用机械清淤，不必解决淤泥出路，没有散发臭气的清淤场面。由于污染情况和淤泥情况不同，根据应用实例，施放一次生态修复剂，河道的淤泥4--6个月可以减少20--30厘米。

4.3 施放生态修复剂后，不需要曝气充氧设备，不需后期管理费，同时消除臭味，促进了水生生物的食物链修复，很适合净化底质污染和水体生态修复。

4.4 用生态修复剂消解淤泥，替代了清淤，同时快速修复水生生态，是一种可以与原有河道综合治理任务对接，大大降低治理难度，提高治理效果，而且无二次污染的先进技术。

四、结论

原位生态修复技术与截污补水相结合，对河涌段进行治污处理，有效地控制河道有机污染，减少河道底部淤泥量，从根本上起到净化河涌水质，达到消除黑臭、消除河道底泥的目的。生物修复剂应用性能优异的微生物增效技术，通过提高水体的生命力和自净能力，可以替代清淤，快速消除底泥，同时快速修复水生食物链，重建水体生态系统，提高河道自净能力，改善河道感观和水质，成为治水的一种非常有效的方法。底泥生物修复剂具有沉淀的功能，其本身及其固着的微生物不易流失，有效的把淤泥里的有机物分解掉，达到净水、增氧、消除恶臭等效果，生态修复后不需任何管理费，是一种最经济净化，无二次污染的先进技术。

在我国还不能做到完全控制河道面源污染和完全截污治污的情况下，实践证明，应用生态消淤、快速修复水生态、分段截污与水生态污水处理等生物增效技术的集成，是一种疏浚、消除河道累积污染、从根本上解决河道发黑发臭的问题，是恢复河道良好生态环境的简单、实用的方法。

参考文献：

[1]《广东省环境保护战略研究》中国环境科学出版社 2007年12月

[2]罗刚；刘军；胡和平；生物修复技术在白海面黑臭河涌治理中的应用[J]；环境科学与管理；2009年02期

[3]金腊华，梁志宏，万雨龙，袁杰，兰云飞；城市河涌水污染特征及治理措施[J]；城市环境与城市生态；2005年05期

[4]周新民，林少礼，侯玉，郑国栋；广州城市河道水环境治理对策研究[J]；广东水利水电；2004年04期

[5]饶胜；生物及生态修复技术在河道整治工程中的应用[J]；节水灌溉；2007年04期

篇6

关键词：现代生物技术废水生物处理生物修复

随着工业的高速发展，水环境污染问题越来越严重地威胁着人类的生存环境，制约着社会和经济的进一步发展。因此，水污染控制成为全世界共同关注的问题。目前的水处理技术中，生物处理法已成为世界各国控制水污染的主要手段，尤其是现代生物技术将成为水污染控制领域重点开发和应用的技术手段，主要应用于废水处理、生物修复以及微生物水处理剂等方面。

1、现代生物技术的内容与特点

现代生物技术是指以DNA技术为先导，包括微生物工程、细胞工程、酶工程、基因工程、蛋白质工程和生物修复技术在内的一系列生物高新技术的统称。其中每个方面都有其特定的理论基础和不同的应用领域，但它们之间又相互补充和衔接，形成一个完整的体系。

生物技术的特点大致有：①以生物为对象，不依赖地球上的有限资源，而是着眼于再生资源的利用；②在常温、常压下进行，过程简单，可连续化操作，并可节约能源，减少环境污染；③开辟了生产高纯度、优质、安全可靠的生物制品的新途径；④可解决常规技术和传统方法不能解决的问题；⑤可定向地按人们的需要创造新物种、新品种和其他有经济价值的生命类型。

2、现代生物技术在废水处理中的应用

废水生物处理是利用微生物的生命活动过程对废水中的污染物进行转移和转化，从而使废水得到净化的处理方法。废水生物处理技术发展迅速，好氧法、厌氧生物法以及生物发酵法已趋于成熟，所以，这里只介绍固定化等新兴技术。

2.1固定化微生物技术固定化微生物技术是生物工程领域中的一项新技术。进Jk80年代后国内外开始应用这种具有独特优点的新技术来处理工业废水和分解难生物降解的有机物质，一些具有特异性的优势菌种不断得到改造或创造，将这些高效专性菌如脱色菌、脱氮、脱磷菌假单胞菌等进行固定化后，菌体密度提高，大大提高了处理效率，尤其是对难降解有毒物质有明显优势。王增长等人利用新研制的聚集一交联固定化细胞技术，将筛选的高效优势脱色菌种固定在活性污泥上，投加于“厌氧一好氧一生物滤池”工艺流程中，处理印染废水，结果表明：出水色度极低，处理后的水可回用。

2.2生物强化处理技术为了提高废水处理的效果，而向废水中投加从自然界中筛选的优势菌种或通过基因组合技术产生的高效菌种，以去除某一种或某一类有害物质。主要强化方法有：①高浓度活性污泥法，以高污泥浓度和长泥龄来促进对难分解物质的处理，加快反应速度。日本用该法处理难分解的聚乙烯醇和粪便污水取得显着效果。②生物一铁法，是在普通活性污泥中加入无机盐，多用铁盐（氢氧化铁或氧化铁粉），形成生物铁絮凝体活性污泥，具有高浓度活性污泥法的特点，主要用来提高除磷效果。③生物一活性炭法，综合利用微生物氧化能力和活性炭良好的吸附能力，使二者产生协同增效作用。在该系统中，每g活性炭去除1～3gCOD，分解废水毒性能力明显增强，同时提高脱氮水平。

2.3生物反应器技术生物反应器技术，是现代生物技术发展的一个主要方向。现代化的新型生物膜反应器，其共同特点是反应器内装有比表面大的载体，有利于微生物附着生长形成生物膜，供气或供给的其他反应条件优越，污染物具有充分的时间与微生物接触，有利于增强微生物的分解代谢能力。目前，2000m3的反应器已经问世。虽然其处理能力较低，造价较高，但其管理方便，运行费用低，所以欧美地区约有7%的污水处理厂采用该技术。

3、生物修复技术

生物修复技术是利用生物，特别是微生物将土壤、地下水或海洋中污染物现场降解为C02和H20或转化为无害物质的工程技术系统。这项技术正被用于清除地下水、废水中的污染物。金属虽然不能被生物降解，但微生物可将其转移或降低其毒性。为了加快去除污染物的进程，常常采用许多强化措施，使自然生态系统维持原状的前提下，使受污染的环境得以修复。研究表明，生物修复与传统的物化法相比具有以下优点：①经济，仅为物化法30%-50%；②对环境影响小，不产生二次污染，遗留问题少；③最大限度地降低污染物的浓度；④修复时间较短，就地修复，操作方便。

生物修复中主要涉及两大问题，即有效性和安全性评价。为提高有效性今后将应用分子微生物学分离、鉴别、制造更高效降解和聚集有害有毒化合物的微生物。为提高生物修复的安全性评价水平，需发展鉴定微生物的分子生物技术，以确定微生物在环境中的去留和基因。

4、微生物水处理剂

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【关键词】：生态修复；水土保持；生态建设

1、水土保持在生态环境优化中的作用

1.1减少自然灾害的发生

水土流失严重会导致各地区的生态环境遭受破坏，自然灾害的发生频率也会相继提高，而通过水土保持工作的开展，能够有效减少地表径流及泥沙的流失量，防止江河洪水或是淤泥淤积的灾害发生。水土保持工作中开展的植树造林工程也在一定程度上维持了生态环境系统的平衡性，而这种平稳、平衡对于遏制自然灾害的发生起着十分重要的作用，更是生态环境建设工作的开展主旨。

1.2有利于改善土壤理化性质

作为动植物生长繁殖的基础，土壤质量也是生态建设中的一个重要方面。水土保持工作的开展，能够在一定程度上改善土壤孔隙的状况、有效加强土壤通气度、排水能力。此外，水土保持还能够有效提升土壤的肥力、土壤中所蕴含的有机质含量，且根据实践表明，采用不同水土治理土壤的措施，所含有的有机质含量、全磷、氮含量等皆大于对照组，也能够较快的为植物补充养分，具有良好的自动调节功能，同时还能使土壤中的微生物数量得以恢复。所以说，科学的水土保持举措对于土壤的理化性质起着改善作用，使动植物的生长繁殖得以有效保障，并促进生态环境的快速恢复。

1.3气候条件有所改善，生物多样性有所提高

水土保持工作的开展，能够有效改善局部气候条件，尤其是帮助近地层地区的小气候转向良性气候发展，降低近地层的温度、增加湿度、减小昼夜温差。同时，气候条件有所改善在一定程度上还能够提高植被的覆盖率，使生物多样性有所提升。在水土保持工作中，所开展的挖条沟工作还能够改善板结土壤和母质层地表，并起到蓄水拦沙作用。这些工作的开展皆有利于林木治理区植被的生长恢复，丰富物种的多样性，使得生态系统的稳定性及自我调节能力提高。

2、水土流失的危害性

2.1破坏生态环境，降低生活质量

水土流失加剧导致生态环境恶化，粮草植被、草场畜牧业等皆会遭受严重的破坏、森林的蓄e量也会急剧骤减，降低地面的覆盖率，改变径流方向，致使生态环境动态平衡失调。此外，若是遭受暴风雨，洪水肆虐淤积，山体滑坡及泥石流等现象也会频繁发生，容易造成山洪水涝自然灾害，使得下游江河地区的泥沙顺势形成淤积现象，进一步加深洪涝灾害，严重破坏当地的农业、畜牧业的生产条件，致使我国的农业经济环境、健康发展皆受其影响，人民群众的生活质量大打折扣，苦不堪言。

2.2土地资源遭受破坏，土壤肥力下降

水土流失加剧直接影响着土地资源及其地面的完整性，导致土地资源支离破碎、沟壑纵横，也不能充分利用自然降水，土地退化严重，土壤肥力、水源涵养能力也有所下降，破坏土壤理化性质，土地资源愈发贫瘠稀薄，土壤没有吸收足够的养分，质地逐渐粗糙化，通气性、排水蓄水能力逐渐刷若，农村粮食产量不断下降且尤为不稳，部分农村甚至出现绝产现象。长期以往，随着水土侵蚀程度的不断加深，土地生产力只会加快降低，水源也会不断减少，人类甚至会面临水源短缺的危机。

2.3山体滑坡频发

土壤表层，导致泥沙大量下泄，地表径流也随之流入江河水库，致使下游地区淤积加重，沟渠江河的河床不断抬高，水位上涨、水库防洪能力逐渐削减，洪水排水不畅，水利工程难以发挥作用，导致水库使用寿命严重降低。在此形势下，水污染加剧，江河湖海多淤积，江河泛滥威胁增大，若是暴雨时节频发，雨水不能及时下渗，时涨时落，下游地区人民的生命财产安全皆会受到影响，甚至是发生不可估量的损失。

2.4水资源平衡遭受破坏

水土流失不仅会导致土壤理化性质遭受破坏，且随着土壤的不断退化、草场的沙化，生态环境也与之失调，植被生长难以得到恢复，这也直接影响到水资源的分配利用。而地表植被破坏程度加深，降水截留、滞缓径流及水源涵畜等功能也会逐渐失去，导致地表径流大幅度增加，而地下径流却随之减少。两者间平衡的水量关系被彻底打破，致使土壤的储水库容量不断缩小，破坏农作物需水量与土壤水分供给间的关系，许多地区的旱灾次数不断增多，年作物产量急骤下降，影响着我国农业经济的健康发展，人们粮食供给严重不足。

3、生态修复与水土保持技术

在生态修复与水土保持过程中，相关技术人员必须要重点关注生态环境恶化特点，采取有效措施抑制生态环境恶化问题，迅速恢复地表层的植被覆盖。具体措施包括以下几点：

3.1自然退化生态系统修复技术

随着经济的发展，生态环境问题逐渐增加，水土流失面积逐渐增大，近几年，水土流失与生态环境退化问题难以应用人工方式对其进行控制。这就需要相关部门应用先进的生态环境修复技术开展相关工作，提高水土保持工作效率。技术人员可以应用自然退化生态系统修复技术，并提升技术的应用效率与应用质量。

3.2不科学采伐与开垦修复生态技术

在生态环境修复期间，相关技术人员可以应用退耕还林与人工种草等技术开展相关工作。在此期间，相关技术人员可以将生态环境分为几个单元，将各个单元有效联系在一起，然后根据各个单元物种适应能力与进化能力的分析，对其进行有效的调整。同时，相关技术人员可以将各类物种组合成为一个复杂的生态网络，维护物种多样性秩序，维护生态系统的安全性，提升技术应用质量。

3.3人工防护林

在生态环境保护部门实际发展期间，技术人员可以利用人工防护林与人工操场种植技术开展相关工作，制定针对性的技术方案，例如：在某县土壤退化较为严重的区域，技术人员可以选择当地土壤相适应的树木品种，同时，还要积极应用病虫害防治技术，保证人工防护林的生长效率的提高，避免相关问题的产生。

4、生态修复与水土保持生态建设需要注意的问题

在某县水务局生态修复过程中，虽然生态修复技术逐渐增加，水土保持效果较为良好，但是，还有较多问题需要解决。具体包括以下几点：

4.1生态修复水土保持监测问题

在生态修复与水土保持生态建设过程中，相关部门还不能对其进行实时监测，难以提高生态修复与水土保持工作效率，无法及时发现其中存在的问题。这就需要相关管理部门制定完善的管理制度，实时监测生态修复c水土保持工作，保证生态修复与水土保持工作效率的提高。同时，还要归纳总结各类相关资料，提高生态修复技术与水土保持技术的应用效率，增强某县水务局生态系统建设效果。

4.2生态修复水土保持问题的原因分析

在某县水务局生态修复与水土保持过程中，相关技术人员还不能全面分析其中存在的问题，也无法归纳生态退化与水土保持问题产生的原因，难以提升生态建设工作效率。因此，在生态修复与水土保持技术实际应用期间，相关管理人员必须要全面分析某县生态退化与水土保持问题产生的原因，针对生态系统承载压力情况制定管理制度，保证可以缓解生态系统的各类压力，全面理解生态修复技术，进而提高我某县态修复与水土保持工作效率。

4.3不同区域生态修复与水土流失问题

在生态修复与水土流失生态建设过程中，不同区域生态系统都具有自身固有的特点，如果相关部门不能根据某县实际情况合理选择生态建设技术，将会出现一些难以解决的问题。因此，在某县区域生态修复与水土流失生态建设期间，相关技术人员都要全面分析当地降水量、土壤类型与人口密度等情况，确定当地生态系统修复潜力，科学选择各类生态修复技术与水土保持技术，进而提升生态系统建设效率。

结论

综上，针对目前水土保持生态建设工程建设管理中存在的问题，在今后项目实施过程中应注意扎实做好前期工作、严格执行规划、完善设计、重视招投标、加强施工管理、全面落实监理制，全面提升项目建设管理水平，保证水土保持生态建设工程建成后发挥其预期的综合效益，改善区域农业生产条件，促进生态与经济建设和谐发展。

【参考文献】：

[1]张宏斌.试论生态修复与水土保持生态建设[J].科技创新与应用，2016，20：164.

[2]蒲浪超.简论生态修复与水土保持生态建设[J].建材与装饰，2016，24：277-278.

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关键词：植物修复技术；污水处理；应用

1 植物修复技术的概述

1.1 植物修复技术的概念

简单来说，植物修复技术即是相关技术人员在对某些植物特性进行了解的基础上，通过这些植物特性对水体中存在的污染物进行合理吸收和分解，从而达到治理污水的效果。和物理法、化学法相比，植物修复技术具有操作简单、投资少和不易造成二次污染的特点，主要适用于处理大面积低浓度的污染物。

1.2 植物修复技术的主要类型

植物修复一般包括萃取、固定、过滤、挥发等过程中，针对不同类型的植物和污染物有不同的修复类型。（1）植物萃取：通过超积累植物可将污染土壤中的金属去除干净，并将其集中于植物方便收割的部位；（2）植物固定。利用植物降低或避免环境中金属发生移动，有利于减少污染物的生物有效性；（3）根际过滤。利用植物根系具有的吸附作用，来吸收水体中的污染物，并将其去除干净；（4）植物蒸发。利用植物某些金属或类金属的化学成分来进行挥发的过程。

2 植物修复技术在污水处理中的应用

2.1 植物提取

植物提取主要是通过植物根系来吸收污染物，并在植物体内实现根部到地上部分的有效转移，主要用于污水中无机物和重金属等污染物的修复，该技术的主要应用优势在于经济投入成本低。该技术主要利用一些对重金属具有较强富集能力的特殊植物，由于这类特殊植物中具有高生物学产量、高经济价值等优势，可有效去除污水中的污染物，而植物提取可在原位进行修复，但只能处理含有中低浓度重金属及其它污染物的污水。相关试验表明，浮萍在低浓度Pb、Zn污染的环境中，在保持自身正常生长的同时且具有较高的去污效果，在15d的周期内，Pb、Zn的去除率分别为80%、55%。

2.2 植物挥发

植物挥发主要是利用植物特有的生理活动，通过植物吸收来促使重金属转变为可挥发的形态，使其从土壤和植物表面挥发出，以此来达到净化大气污染的目的。该技术主要适用于挥发性较强的污染物，且要求植物挥发被转化后的物质毒性要小于转化前的污染物质，有利于减少环境污染，在这种情况下，该技术的应用范围受到一定限制，且将污染物转移到大气或异地土壤中会对人们健康和生物生长产生负面影响。

2.3 植物转化

植物转化主要是通过植物体内的新陈代谢作用将吸收的污染物进行分析，该技术主要适用于重金属、苯系物等疏水性适中的污染物中，而对于疏水性较强的污染物，由于其会紧密结合在根系表面和土壤中，无法实现运移，因此，对于该类污染物，可使其和植物挥发技术相结合，从而达到治理污染的目的。相关试验表明，利用浮萍进行植物修复，在7d时间内核污染水中的铀物质已呈现大量减少的趋势。植物除了自身可吸收和净化放射物，还具有固定放射物的作用，避免放射物进入地下水或食物链，从而降低放射物的污染范围。

2.4 人工湿地

人工湿地主要是将石、砂、土壤和煤渣等一种或几种介质按照一定比例构成基质，并在基质中有针对性的植入植物，通过植物降解吸收、基质吸附固定和微生物等共同作用下，进行污水治理的复合生态系统，随着人工湿地技术的不断发展和完善，该技术被广泛应用于污水治理中。人工湿地技术处理污水的投入资本较小，但其出水水质较好，通常人工湿地类型、湿地基质、湿地植物、气候条件和污水的污染程度不同，污染物的去除率也会存在一定差异。一般情况下，气候对湿地处理效果的影响较大，在冬季气候寒冷、气温较低的地区，种植美人蕉、菖蒲等植物的湿地由于植物无法正常生长而难以发挥其正常功能，且在冬季气温较低的环境下，地表水会结冰，抑制水体流动，在植物逐渐衰败的过程中，可通过人工方法将其从湿地中移出来，避免枯萎的植物残留在湿地中，造成二次污染或导致基质发生堵塞。

2.5 人工浮床

该技术主要是以浮床作为基本载体，将高等水生植物或改良的陆生植物种植到污染水体中，通过植物根部的吸收及吸附作用，消除水体中的磷、有机物质或重金属，从而达到良好的净化水质效果。人工浮床在污水治理中的有效应用，可获得显著的环境效益和经济效益，此外浮床还可以作为一种观赏景观，对污染水体起到一定的净化作用。但在夏季气温较高时，由于植物在夜间的呼吸作用，植物覆盖面积较大的池塘会出现一定的缺氧现象，因此应适当提高浮床的覆盖率，并根据实际情况对其作出调整。

2.6 植物塘

植物塘是一种相对复杂的污水生态处理系统，该系统中主要以水生植物为主，微生物、浮游动物和底栖生物通过相互依存，可在废水处理中起到良好的净化效果。通过植物塘来净化工业或生活污水，有利于降低能耗，提高水体中污染物的降解效率，和物理方法、化学方法相比，在污水治理过程中不会产生有毒有害的副产物，经过植物塘的处理，污水中的绝大部分有机物都可转化为植物或微生物的生物量，并通过收获植物将其彻底从水体中去除干净。

3 植物修复技术的展望

植物修复技术在污水治理中和植被修复中具有重要作用，具有广阔的应用前景，未来的植物修复技术可重点对以下方面进行研究：（1）加大对植物修复机理的研究力度，特别是对植物根系微生物共存体系的研究；（2）寻找生物量大、适应性强和具有累积效应的植物，使其能在水淹和干旱这两种环境中存活；（3）积极引进新技术和新工艺对植物修复过程进行优化，将园艺学、土壤学和植物生理学等结合起来；（4）加强多种修复技术联合应用研究，植物修陀和物理修复、化学修复、微生物修复等其它修复技术结合起来；（5）寻找合适的植物处理技术，用木本植物代替草本植物或使用经济性作物，在治理污水的同时，还能取得良好的经济效益，或者是利用植物体制造肥料、饲料，并将其用于产生能源，避免植物随季节变化而发生凋谢或死亡，成为新的污染源；（6）实现生态效益和经济效益的共同发展。一方面，针对以营养物质为主要污染物的水体，可建立兼顾经济效益为主的污水治理体系，实心营养元素生物转化和生物的经济化；另一方面，针对以有害物质为主的污染水体，应建立生态效益为主的治理体系，将水体中的污染物质清除干净，对富集生物进行无害化处理；（7）避免生物入侵。我国由于引进外来生物物种进行水体及土壤方面的污染治理，导致一系列生物入侵问题出现。因此，在对物种进行选择时，应首先选择本土物种，对所引进的外来物种进行全面研究和分析，并将其在应用中对本土生物所造成的影响进行有效控制。同时，应慎重使用现代生物技术培育的转基因植物，若控制不到位的话，转基因植物在进入自然或人工水体后，极有可能会成为入侵物种，从而对生态系统造成严重破坏；⑧地域适应性。植物生长会受到温度、光照、营养元素等影响，因此，在建立污水植物修复体系时，应对植物修复体系中植物的气候适应性、营养元素的耐受性等因素进行综合考虑。

4 结语

综上所述，植物作为大自然的重要组成部分，对保护环境具有重要作用，可有效去除环境中的污染物。植物修复技术对于水环境污染具有重要作用，是一种绿色修复技术，利用自身特有的功能可帮助人类清除污水中的有毒有害物质、净化水质，从而为人类生存提供优质的生活水源。

参考文献

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关键词：土壤污染；重金属污染；修复技术；植物修复

中图分类号：X53

文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2016）20-0077-02

1 引言

近年来，土地污染损毁已成为阻碍我国社会经济发展的一大难题。2014年至今连续三年，国家了《土地整治蓝皮书》，从2016年5月的《土壤污染防治行动计划》均可以看出，我国土地污染损毁情况严重，其中工矿业造成的重金属土壤污染问题尤为突出，土壤污染修复治理已是刻不容缓。重金属污染物进入土壤后难以被降解，其具有隐蔽性、不可逆性、累积性等特点，继而通过食物链富集，对动植物的生存、人类健康及社会发展存在极大危害 [1]。自20世纪80年代以来，一些国家开展了污染土壤修复，起初以物理修复和化学修复为主，但是在修复过程中发现，物理和化学修复都存在一定的缺点，而生物修复技术以环境友好型的修复方式，逐渐得到青睐。通过对植物修复技术在土地污染治理应用方面相关文献的阅读，发现其有广阔的发展空间。

2 污染土壤修复技术

污染土壤修复是指利用一定的技术措施、工程手段，转移、吸收、降解和转化土壤中的污染物，使其浓度降低到可接受的水平，或将有毒有害污染物转化为无害物质的过程，最终使污染土地恢复到未污染的水平[2，3]。土壤污染的修复方法包括物理修复、化学修复、生物修复以及上述方式组合形成的复合修复。

2.1 物理修复技术

物理修复技术是指通过物理过程的控制或调节，改变土壤的物理性状，使污染物得到有效的控制，将污染物与土壤分离或转化为低毒或无毒物的技术。主要的物理修复技术包括客土和换土技术、蒸气浸提取技术、玻璃化技术、固化/稳定技术、电动力技术、热处理技术等[2]。虽然其中部分工程措施具有见效快，彻底、稳定修复污染土壤的优点；但也存在工程量大、费用昂贵、实施复杂、易破坏土体结构、易引起土壤肥力降低、不适用于大规模污染土壤修复的缺点。

2.2 化学修复技术

化学修复技术是指在污染物土壤中加入化学试剂，使其与土壤中的污染物发生化学反应，如氧化、还原、酸碱、中和、聚合、沉淀等反应，从而使污染物从土壤中分离、转化、降解成低毒或无毒性物质。典型的化学修复技术有化学淋洗技术、氧化/还原技术、溶剂浸提技术、施入改良剂或抑制剂等[4]。化学修复技术的优势主要在于简单易行，短时间内能够降低土壤中的污染物的毒性；但也存在明显的缺点，例如施加化学药剂造成土壤结构的破坏，造成二次污染以及被稳定污染物再度活化的危险。

2.3 生物修复技术

生物修复技术主要是指依靠某些生物的代谢活动和具有某些特的微生物，使土壤中的污染物得以降解或清除，使其转化为低毒或无毒物质进而恢复土壤系统正常生态功能的过程。它主要是利用土壤定的微生物、根系分泌物、菌根和超积累植物等降解、吸收或固定土壤中的污染物，从而实现污染土壤修复的目的[2]。生物修复技术有许多方面的优点： 成本低廉、操作简单、处理污染物效果良好、无二次污染、能够大规模推广应用等。更为重要的是生物修复技术是污染土壤的环境友好型治理技术，是土地整治达到生态文明目标的最佳方法，符合生态发展规律，集中体现了环境保护的基本理念。因此生物修复技术已成为土壤污染修复技术中最活跃的领域，同时具有广阔的发展前景。

生物修复技术主要包括植物修复、微生物修复技术、动物修复技术以及联合修复技术。其中植物修复技术应用较为广泛，治理效果显著。

2.4 植物修复技术

污染土壤植物修复技术是利用植物具有积累和超积累某种或某些化学元素的特性，或利用植物及其根际微生物体系将污染物降解转化为低毒或无毒物质的过程[2]。该技术已经广泛应用于砷、镉、铜、锌、镍、铅等重金属污染土壤的修复与研究。植物修复机理包括以下几方面。

（1）植物提取机理。通过在受重金属污染的土壤中种植重金属积累或超积累植物，植物吸取土壤中一种或几种重金属，富集并输送到植物根部的可收割部分，随后收割并集中处理，使土壤中重金属浓度降低到可接受水平或无污染。提取修复包括两个阶段，首先是将土壤中束缚态重金属转化为非束缚态，其次是将重金属向植物可收获的部位运输转移[5]。超积累植物是植物提取的关键之一。目前，已发现超积累植物有700种以上，且广泛分布于约50科中[1]。但是，超积累植物长期在重金属胁迫环境下，通常生长缓慢、植株矮小、生物量低，使得修复效率变低、修复周期延长[1]。生长的土壤与环境条件将影响植物对重金属污染的修复[5]。因此需要掌握植物对土壤条件和生态环境的适应性，遵循因地制宜的原则。

（2）植物吸收和挥发机理。植物在吸收营养的过程中，由于某些重金属元素与营养元素具有相同或相似的化学结构而被植物吸收，代谢成植物的成分之一，或是利用植物根系分泌的一些特殊物质使土壤中重金属转化为可挥发态，继而修复土壤。该机理主要是针对Hg和Se的研究，能够有效去除土壤中的重金属，但同时使重金属挥发到大气中，可能造成二次污染。因此如何避免大气的二次污染是植物吸收和挥发机理的研究重点。

（3）植物固定机理（又称植物钝化）。植物通过吸收、分解、氧化还原和沉淀固定等生化过程与重金属离子结合，使污染基质中金属流动性降低，生物可利用性降低，从而减轻有毒金属对土壤的污染。

（4）植物根系活动及根际微生物的作用机理。根系活动能活化土壤中的重金属，提高其生物有效性，植物根系对重金属的吸收主要与重金属的形态有关。

植物修复技术的优点：①植物的提取、挥发、降解作用可有效地解决土壤污染。②植物的稳定作用可防止污染物因风蚀或水土流失而带来污染扩散问题，同时还具有防风固沙，减少水土流失和土地荒漠化。④对环境扰动小，减少由于土壤清理造成的场地破坏。⑤经植物改良改造的土壤，土壤肥力有机质含量增加，适于农作物种植。⑥可回收植物累计的重金属，创造经济价值[2]。

2.5 复合污染修复技术及综合修复技术

由于土壤复合污染的普遍性、复杂性和特殊性，表明污染土壤的修复治理是一个综合过程，复合污染土壤的修复依靠单一修复措施必然受到制约，影响修复效果，所以需要多途径、多方式的修复手段，将两种或两种以上修复技术相结合构成一个复合污染修复技术体系，相互作用，互惠互利，以发挥各自优势，摒弃各自缺点，构造了一个完整的修复系统，修复效率更高[3]。复合污染修复技术能够建立起稳定的土壤生态系统，最终做到真正彻底、高效、绿色地修复重金属污染土壤。

3 植物修复技术在重金属土壤污染治理方面的研究发展方向

随着人类对土壤重金属污染认识的深入，以及对环境保护和人类健康要求的提高，对土壤修复也提出了更高的要求。同时基于植物修复技术的研究现状，污染土壤的植物修复的前景广阔，可从以下几个方面开展研究。

（1）尽管目前已发现700多种重金属超积累植物，当前的研究也已取得了一定的成果，但仍不能应对复杂的重金属土壤污染环境。我国野生植物种类丰富，因此从植物的生理和遗传的角度进行探索，超积累植物的寻找和培育工作仍然非常有潜力。同时继续深入开展植物修复的机理研究。

（2）运用分子生物学与基因工程技术，鉴定和克隆出影响重金属积累的基因，将其复制到生物量大、生长速率快、季节适应性强的植物体内，培育转基因植物，提高生物修复的实用性，构建高效降解去除污染物的植物。

（3）增加实践与检验。当前的植物修复研究主要集中在实验室条件，而实际的自然环境条件则十分复杂，因而研究成果还需实际的污染土壤中实践与检验[6]。

参考文献：

[1]罗 辉，朱易春，冯秀娟. 重金属污染土壤的生物修复技术研究进展[J]. 安徽农业科学，2015（5）：224～227.

[2]韩霁昌. 土地工程概论[M].北京：科学出版社，2013：187～220.

[3]周际海，黄荣霞，樊后保，等. 污染土壤修复技术研究进展[J]. 水土保持研究，2016（3）：366～372.

[4]环境保护部自然生态保护司. 土壤修复技术方法与应用[M].北京：中国环境科学出版社，2011.

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关键词 镉污染；土壤修复；生物修复；研究进展

中图分类号 X53 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2014）09-0251-03

镉是环境中毒性最强的重金属元素之一，位于元素周期表中第二副族，也是《重金属污染综合防治“十二五”规划》重点监控与污染物排放量控制的5种重金属之一；具有生物迁移性强、极易被植物吸收和积累的特点，对动植物和人体均可产生毒害作用[1]，严重时甚至会造成骨痛病、高血压、肾功能紊乱、肝损害、肺水肿等疾病[2]；据统计，我国每年生产的镉含量超标农产品和动物造成累积性毒害品达146万t[3]，镉污染的农田面积已超过28万hm2，年产镉超标农产品达150万t[4]，我国市场上常见的市售大米约10%存在镉超标[5]，对环境经济和人类的身体健康造成了极大的隐患。近年来湖南浏阳、云南曲靖以及广西河池地区先后发生的镉污染事件[6]造成了极大的影响，因此控制镉污染，加大对镉污染土壤修复力度已经势在必行，笔者对目前最新镉污染土壤修复的方法予以全面概述，着重于镉污染土壤的生物修复，旨在为后续的研究提供参考。

1 农业生态修复

农业生态修复措施是指因地制宜选择耕作管理制度来减轻重金属危害，主要包括农艺修复措施和生态修复措施。农艺修复措施一般是通过耕作制度的改变，辅以多种植物组合间作、轮作以及套作或者通过向镉污染土壤中加入能结合游离态的镉形成有机络合物的有机肥，从而达到有效减少土壤中镉的含量、降低植物对镉的吸收的目的，实现土壤中镉的迁移、吸收和降解[7-8]。我国在生态修复措施方面研究较多，一般通过调节包括土壤水分等在内的生态因子来实现对污染物所处环境介质的调控[9]。农业生态修复措施既能保持土壤的肥力，又能促进自然生态循环和系统协调的运作，但存在着修复时间长、见效慢等不利因素。

2 物理修复

镉污染土壤修复常用的物理方法有客土法、换土法、翻土法、电动力修复法等；客土法、换土法、翻土法是常用的物理修复措施，通过对污染地土壤采取加入净土、移除旧土和深埋污土等方式来减少土壤中镉污染。汪雅各等[10]进行客土深度改良试验，使青菜体内镉等浓度平均下降50%～80%；目前英、美、荷、日等国家先后实现了此法的应用，但由于其投资成本大、易发生二次污染和降低土壤肥力而难以广泛推广[11]。电动力修复主要是通过在污染土壤两侧施加直流电压，使土壤中的污染物质在电场作用下富集到电极两端，从而去除污染土壤中的重金属，目前该技术己应用于Cu、Cd、Pb、Zn、Cr、Ni等重金属污染土壤的修复。Karim et al[12]采用电动和水动相结合的方法对重金属污染土壤修复100 h后，土壤中约97%污染物被成功去除。物理法修复镉污染土壤简单、快速，但并没有真正将镉污染从土壤中去除，具有潜在的危害性，加上此法需要大量的财力、人力和物力，不适宜于大面积的镉污染土壤治理。

3 化学修复

化学修复是指通过向污染土壤中投入化学改良剂，对重金属进行固定转换、溶解抽提和提取分离，从而减少污染土壤中的重金属含量，改变土壤环境条件；化学固定、淋洗和提取是镉污染土壤化学修复较常见的方法。周国华研究发现土壤中活动态镉与稳定态镉可以相互转化[13]。碱性改良剂[14-15]（石灰、钙镁磷肥等）、黏土矿物[16]（沸石、海泡石等）、拮抗物质[17-18]（硫酸锌、稀土镧等）和有机质[19-20]（泥炭、有机堆肥等）是较为常用的镉污染修复化学材料；除此之外，一些金属螯合剂和表面活性清洗剂目前也逐渐应用于镉污染土壤修复[21]。化学修复是在污染土壤基础上进行的，简单易行。但它只是改变了镉在土壤中存在的形态，并没有真正意义上去除镉污染，存在再度活化危害的可能性，不是一种永久性的修复措施。

4 生物修复

生物修复是指利用生物的某些习性来适应、抑制和改良重金属污染。镉污染土壤修复一般有动物修复、植物修复和微生物修复。

4.1 动物修复

土壤中的某些低等动物如蚯蚓、鼠类能吸收土壤中的重金属，从而在一定程度上降低土壤中重金属含量[22]；目前该技术对重金属镉污染修复的研究仍局限在实验室阶段[23]，敬 佩等[24]通过在重金属污染土壤中接种蚯蚓发现：蚯蚓对镉具有较强的富集能力，富集量随着蚯蚓培养时间的延长而逐渐增加。但受低等动物生长环境等因素制约，其修复效率一般，并不是一种理想的修复技术。

4.2 微生物修复

土壤中的某些微生物对重金属有吸收、沉淀、氧化还原作用，可以减轻土壤中重金属的毒性；主要是通过改变土壤中重金属离子的活性，微生物细胞吸附富集重金属以及促进超富集植物对重金属的吸收来实现污染土壤的修复；江春玉等[25]从土壤样品中筛选出一株对镉铅有极强抗性的拮抗细菌WS34，可极大提高印度芥菜和油菜富集镉铅能力，并对其生理生化特性进行了相关研究；有报道称AM真菌可以增加植物对镉的耐性，促进镉等重金属由植株地下部分转移至地上部分[26]；目前用于镉污染土壤修复的微生物涵盖了细菌（柠檬酸杆菌、芽孢杆菌、假单胞菌等）、真菌（根霉菌、青霉菌、木霉菌等）和某些小型藻类（小球藻、马尾藻等）[27-28]。微生物镉污染土壤修复法作为一种绿色环保的修复技术，引起国内外相关研究机构的极大重视，具有广阔的应用前景，但修复见效速度慢、修复效果不稳定使得大部分微生物修复技术还局限在科研和实验室水平，实例研究少。

4.3 植物修复

植物修复是指利用植物吸收、吸取、分解、转化或固定土壤、沉积物、污泥或地表、地下水中有毒有害污染物的技术的总称[29]，包括了植物提取、植物挥发、植物降解、植物根滤和根际微生物降解，其中植物提取修复即利用超积累植物的特性来修复重金属污染土壤应用最为广泛。超积累植物的概念由Brooks et al[30]在1977年首先提出，目前文献报道的超积累植物近20科、500种，其中十字花科较多，主要集中于芸苔属、庭芥属及遏蓝菜属，对镉污染土壤修复效果较好的的超积累植物包括了十字花科、禾本科在内的10余科植物（表1）[27，31-36]；除此之外，一些观赏性植物[37]、农田杂草[37-38]、木本植物[39-41]也是镉污染土壤修复超积累植物来源。

近年来超积累植物的发现及研究工作取得了巨大进展，但限于此类植物大都矮小、根系短、生物量较低，修复周期长而难以广泛应用；单一依靠超积累植物修复镉污染土壤已经不能满足现实需求，因此开发经济高效的镉污染土壤联合植物修复技术，保证农产品质量安全逐渐成为研究热点。目前，国内外已开展了通过向土壤环境中引入有益微生物、施用化学物质和肥料、合理耕作等生物、化学和农艺强化措施来改善土壤环境，促进超积累植物对养分的吸收，从而提高超积累植物修复镉污染土壤的效率的一系列研究。有研究表明玉米与东南景天套种，同时施加混合添加剂；玉米与羽扇豆和鹰嘴豆在不同分隔/间作方式下都能大大提高对污染土壤中镉的吸收效率[42-43]；邓金川等[44]研制了包括味精废液在内多种有机试剂混合而成的添加剂，提高了植物对锌、镉的吸收效率，明显降低地下水的中金属污染。

5 问题与展望

镉污染土壤修复的复杂性和高难度使得目前尚无一种真正稳定高效的修复技术能满足现实生产的需求；物理修复和化学修复能较快实现土壤中镉含量的降低，但其仅改变了土壤中镉的存在形式而没有将其彻底清除，往往还存在成本昂贵、工程量巨大、二次环境污染的问题；动物修复和微生物修复作为一种绿色修复技术相比于其他修复方式具有经济、方便、不改变土壤固有理化性质的特点，但其修复速度慢、见效时间长、对土壤环境要求高的问题限制了其大面积的推广应用。利用植物修复被镉污染的环境，不仅成本低廉，而且有良好的综合生态效益，尤其适合大面积推广。寻求更多的镉污染超积累植物资源，研究镉超积累植物与根际微生物共存体系，利用分子生物学和基因工程克服镉污染超积累植物自身的生物学缺陷，从而彻底实现镉污染土壤修复的高效、稳定、绿色是研究的主要方向。

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