近年來, 隨著科技的發(fā)展、社會的進步, 人們在享受科技工業(yè)、設施農業(yè)給生活帶來的便利與品質的同時, 賴以生存的環(huán)境也遭受到污染與破壞。“工業(yè)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(huán)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(huán)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(tài)性的高新環(huán)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(huán)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(huán)境能夠部分或完全地恢復到原始狀態(tài)的過程 。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(huán)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。

目前在海面溢油、河流和湖泊的富營養(yǎng)化、地下水系污染等環(huán)境修復工程中廣泛應用生物修復技術, 而其經濟、高效、生態(tài)性等優(yōu)勢也使其在環(huán)境污染的治理中發(fā)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(qū)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(qū)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(huán)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(yǎng), 從而達到降解污染物、凈化環(huán)境的目的。

(2) 生物培養(yǎng)法: 為了滿足污染環(huán)境中已經存在的降解菌的需要而定期地向污染環(huán)境中投加過氧化氫和營養(yǎng), 以便使污染環(huán)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(huán)境。

(3) 植物修復法: 在污染環(huán)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(qū)修復機理達到從污染環(huán)境中去除污染物或將污染物予以固定的目的, 凈化環(huán)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(yǎng)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(yōu)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(yōu)點 , 因而生物修復技術已成為當前水環(huán)境技術的研究開發(fā)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(yǎng)、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(huán)境及景觀改善相結合, 不僅能治理污染, 還能創(chuàng)造良好的生態(tài)環(huán)境, 實現人與自然協(xié)調發(fā)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 。

河道曝氣技術：人工曝氣復氧是指向處于缺氧狀態(tài)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(tài)環(huán)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 。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(yǎng)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(fā)生化學反應; ④代謝生成物排出生物膜。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。

生物修復是指利用生物的生命代謝活動減少存在于環(huán)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(huán)境中的污染物, 目標是減少或最終消除環(huán)境污染,實現環(huán)境凈化、生態(tài)效應恢復。用于污染水體治理的生物修復技術主要有兩類 , 一類是直接向污染水體投加經過培養(yǎng)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(tǒng)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(tǒng)而有效的生物- 生態(tài)處理技術 。

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(huán)境的水生植物及其共生的微環(huán)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(chuàng)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(huán)境, 改善水生生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性。

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(yōu)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(huán)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(huán)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(huán)境中的污染物。利用生物修復技術治理環(huán)境不僅不會對環(huán)境造成二次污染, 還可以將被污染環(huán)境已經失衡的生態(tài)系統(tǒng)重新調動起來, 通過環(huán)境因子、生物因子、營養(yǎng)成分等的改變, 讓生態(tài)系統(tǒng)實現自我修復, 保障系統(tǒng)安全, 提高治污效果。

生物修復技術與傳統(tǒng)修復方法相比, 雖然有許多優(yōu)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(lián)合的修復技術體系, 必將為人類有效地解決環(huán)境問題做出更加巨大的貢獻。