第一篇：城市河道的生物修復

城市河道的生物修復

摘要：城市河道污染的特點一般是水體富營養(yǎng)化嚴重，氮磷含量超標；水體滯流，多處于厭氧狀態(tài)，復氧能力差；淤積嚴重，透明度低，甚至出現(xiàn)黑臭現(xiàn)象；河道生態(tài)系統(tǒng)退化嚴重，自凈能力差等。城市河道往往需要進行綜合整治，如調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、提高污水處理率和廢水回用率、控源截污、清淤、水系溝通、護岸整修、完善調(diào)水設施、沿河綠化、水質(zhì)修復等等，以達到標本兼治的目的。

關(guān)鍵詞：城市河道、河道治理、修復技術(shù)、生物修復

一、前言

城市河道是一個城市的標志，是城市生態(tài)系統(tǒng)重要的組成部分，是城市重要的生物廊道。匯集、接納地面徑流和地下徑流，溝通內(nèi)陸和大海，具有航道、文化、娛樂、休閑、景觀、生態(tài)等多種功能，對減弱城市熱島效應、降低城市洪澇災害、豐富城市景觀多樣性和生物多樣性、提高城市品位具有十分重要意義[2]。

城市河道作為城市的命脈之一，與人類之間的相互作用越來越強烈，一方面人類更強烈地影響城市河流的水文特性、物理結(jié)構(gòu)和生態(tài)環(huán)境；另一方面城市的社會經(jīng)濟系統(tǒng)和居民日常生活也更加依賴于城市河流所提供的各種服務功能[3]。

近年來，隨著人口的增長和經(jīng)濟的快速發(fā)展，越來越多的污染物被排入城市河道，城市河道遭到嚴重污染。城市河道污染嚴重影響了人們的生活及健康，制約了我國社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。因此，發(fā)展經(jīng)濟的同時應積極研究適合我國經(jīng)濟發(fā)展階段的河道污染治理技術(shù)。而生物修復因其本身具有費用低廉、高效快速、安全，且二次污染小等優(yōu)點，被廣大專家所推薦[3]。

二、我國城市河道面臨的問題

1.河道渠化、直線化、平面化嚴重。人們出于行洪安全考慮，將蜿蜒曲折的天然河流改造成直線或折現(xiàn)型的人工河流，河道橫斷面形狀規(guī)則化，致使河流原有的“曲折蜿蜒”的形狀和“深潭”、“淺灘”等許多生物賴以維持生存的自然生境消失[5]。

2.河流水質(zhì)惡化。經(jīng)濟的迅速發(fā)展，使得廢水排放量日益增加，再加之產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不合理，對河道開發(fā)利用程度過高等原因造成城市河流功能退化，自凈能力衰竭[5]。

3.河道硬化，生態(tài)系統(tǒng)損壞嚴重。傳統(tǒng)的河道治理工作，采用了大量的混凝土作護坡，這種混凝土由于是無孔的介質(zhì)，切斷了河流水體與土地、生物之間的有機聯(lián)系，破壞了自然河流的生態(tài)鏈，生物群落的多樣性也隨之降低，河流生態(tài)環(huán)境進一步惡化[5]。

4.河流景觀設計缺乏全面的認識。河流是構(gòu)成富有特色的城市景觀的重要因素，經(jīng)過精心設計的河流景觀，不僅可以改善城市面貌，也可帶來生態(tài)、環(huán)境、經(jīng)濟等效益。而傳統(tǒng)河流的景觀設計僅停留在一般的美學意義上，單純的追求視覺的美感，忽略了生態(tài)、文化、休閑、娛樂等方面的功能[5]。

三、城市河道治理技術(shù)的研究

治理河流污染是一項復雜的系統(tǒng)工程，目前國內(nèi)外已在使用的或已試驗的污染河道水體治理技術(shù)主要分為物理、化學和生物三類修復方法。

3.1物理修復

物理修復主要指疏挖底泥、機械除藻、引水沖淤和調(diào)水等。疏浚污染底泥意味著將污染物從(河道)系統(tǒng)中清除出去，可以較大程度地削減底泥對上覆水體的污染貢獻率，從而改善水質(zhì)。調(diào)水的目的是通過水利設施(如閘門、泵站)的調(diào)控引入污染河道上游或附近的清潔水源以改善下游污染河道水質(zhì)[3]。

從國內(nèi)外的相關(guān)研究和技術(shù)應用來看，物理疏浚技術(shù)在一定程度上取得了較為明顯的效果。我國城市黑臭河道大部分已有十多年、甚至幾十年的底泥積累，底泥厚度一般有一米以上，受工程條件限制，不可能將全部污泥清掉，清淤后的下層底泥仍為新的污染源，甚至可能會出現(xiàn)短時期污染濃度增高。而且清出的底泥容易形成二次污染。清淤將底泥底棲生物、微生物等一起帶走，可能會打破長期形成的生態(tài)平衡，中斷生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈，出現(xiàn)新的環(huán)境問題。因此物理修復的應用仍需具體考察[2]。

3.2化學修復

化學方法處理污染水體主要是添加化學藥劑和吸附劑改變水體中氧化還原電位、pH、吸附沉淀水體中懸浮物質(zhì)和有機質(zhì)等，從而使污染物得以從底泥中分離，或降解轉(zhuǎn)化成低毒或無毒的化學形態(tài)。具體做法包括：混凝沉淀、加入化學藥劑殺藻、加入鐵鹽促進磷的沉淀、加入石灰脫氮等[3]。

化學方法的暫時效果最為明顯，因此一般作為應急控制技術(shù)。化學方法的缺點是十分容易造成水體的二次污染，且使用成本比較高，作用效果不持久，也是一種治標不治本的方法，常常作為一種協(xié)助技術(shù)或應急控制技術(shù)[3]。

3.3生物修復

生物修復旨在提高生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力，完善系統(tǒng)功能、實現(xiàn)反饋調(diào)節(jié)機制，統(tǒng)籌系統(tǒng)外部的環(huán)境污染因素。生物修復技術(shù)是利用特定的生物(植物、微生物或原生動物)吸收、轉(zhuǎn)化、清除或降解環(huán)境污染物，實現(xiàn)環(huán)境凈化、生態(tài)效應恢復的生物措施[3]。3.3.1微生物修復技術(shù)

多數(shù)情況下，微生物修復技術(shù)往往與曝氣技術(shù)、植物修復技術(shù)、生物膜技術(shù)等復合運用。對于重污染河道來說，微生物往往不能正常生長或發(fā)揮作用，一般需要先經(jīng)過物理化學修復到一定階段后再使用微生物修復。目前的產(chǎn)品種類豐富，除了常見的微生物菌劑外，也開發(fā)了固定化酶、固定化微生物、激活劑等產(chǎn)品，亦有將底質(zhì)改良劑、氧化劑、鈍化劑、抑藻劑等與微生物菌劑復合在一起，使之同時具有降解、氧化、鈍化、除磷、抑藻等多種功能[4]。3.3.2水體植物凈化技術(shù)

水生植物的凈化作用主要包括植物吸收、微生物代謝以及植物根部微環(huán)境中的吸附、過濾、沉淀等作用，可有效控制水中N的含量[6]。水生植物凈化技術(shù)的優(yōu)點是成本低、能耗小、治理效果較好，對環(huán)境二次污染小，有利于整體生態(tài)環(huán)境的改善，同時具有一定經(jīng)濟效益和環(huán)境效益[4]。

同樣水生植物凈化技術(shù)也存在著一定的不足，主要表現(xiàn)有：①凈化效果問題。植物自身一般不能對有機污染物進行代謝作用，所以凈化效果不能完全達到要求。②季節(jié)性問題。水生植物的生長易受季節(jié)的影響，在冬季往往凈化效果不好，因此需選出喜溫及耐寒的水生植物，用于不同季節(jié)的凈化。③應用范圍問題。在重污染水體中，植物往往不能正常生長。④入侵植物問題。某些水生植物（如水葫蘆）繁殖能力強，可能影響土著植物群落的穩(wěn)定性，在利用過程需加以控制。⑤后續(xù)處置問題。水生植物生長過程中可能會吸收某些風險物，收獲后如何有效的進行資源化回收利用缺乏實際操作[4]。3.3.3河道曝氣技術(shù)

受污染的河流，由于污染物分解耗氧，引起河流水質(zhì)惡化，自凈能力下降，水生生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴重破壞，因此，向處于缺氧(或厭氧)狀態(tài)的河流進行曝氣，可及時補充水體溶解氧，加快水生微生物對污染物的分解，幫助河流生態(tài)系統(tǒng)恢復到正常狀態(tài)[7]。河道曝氣生態(tài)凈化系統(tǒng)中氧氣的主要來源有人工曝氣復氧、大氣復氧、水生生物通過光合作用傳輸部分氧氣三種途徑[8]。

在采用曝氣生態(tài)凈化系統(tǒng)的河道內(nèi)，形成了多種微生物和水生生物共存的復雜生態(tài)系統(tǒng)，通過物理吸附、生物吸收和生物降解等作用以及各類微生物和水生生物之間功能上的協(xié)同作用去除污染物，并形成食物鏈，從而達到去除污染物的目的[4]。

河道曝氣一般用于解決河道水體的有機污染問題，同時可以作為應急措施處理突發(fā)性河道污染，如突發(fā)性事故排放廢水造成的污染[4]。該技術(shù)是近年來國內(nèi)外治理河流污染的有效工程措施,能在較短的時間內(nèi)對河道的黑臭現(xiàn)象有明顯的改善,但該技術(shù)受到溫度、水體微生物與水的混合程度、微生物活性等的影響。因此,河道曝氣技術(shù)的應用要充分考慮污染水體的特征,并結(jié)合一些生物方法以提高其效率[7]。3.3.4人工濕地技術(shù)

人工濕地一般由人工基質(zhì)和生長在其上的水生植物組成，是一個獨特的土壤-植物-微生物生態(tài)系統(tǒng)[7]。其原理是利用自然生態(tài)系統(tǒng)中物理、化學和生物的共同作用來實現(xiàn)對污水的凈化，在有一定長寬比和底面坡度的洼地上，用土壤和填料混合組成填料床，并在床體表面種植成活率高，生長周期長，抗水性強，性能好，美觀的水生植物形成一個獨特的生態(tài)體系。污水在床體的表面和填料縫隙中流動，利用水生植物進行吸附、降解，達到凈化污水的目的。根據(jù)濕地中的植物形式，人工濕地可分為浮游植物系統(tǒng)、挺水植物系統(tǒng)、沉水植物系統(tǒng)三種[9]。

人工濕地對有機污染物有較強的降解能力，廢水中的不溶性有機物通過沉

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第二篇：《河道生態(tài)修復》新聞稿

時逢浙江大地上掀起五水共治的浪潮，為豐富河道整治理念，學習生態(tài)修復技術(shù)理論及工程經(jīng)驗，我院特邀省上海海洋大學王麗卿教授于5月21日來我院做了關(guān)于“河道生態(tài)修復技術(shù)”主題講座，來自新農(nóng)村研究院、工程院、環(huán)保院、規(guī)劃院等多個部門的眾多員工參加。

王教授從“生態(tài)的定義”出發(fā)，闡述了“水生態(tài)”的重要意義。目前，國內(nèi)水環(huán)境形式依然嚴峻，河道水污染，湖泊富營養(yǎng)化，生態(tài)破壞嚴重，生物多樣性減少，生態(tài)系統(tǒng)功能退化?！八鷳B(tài)修復”，即建立有效穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，利用生態(tài)系統(tǒng)的自我凈化功能，達到凈化水體、改善水質(zhì)的目的。

講座會上，王教授詳細介紹了“生態(tài)浮床”、“人工濕地”和“河道生態(tài)修復”等技術(shù)，包括這些技術(shù)的原理、適用范圍、注意要點等，并以太湖、滇池等為例說明國內(nèi)“水生態(tài)修復”的現(xiàn)狀，要點及難點。在“河道生態(tài)修復”過程中，首先要減少外源污染，其次是針對不同水質(zhì)、不同水深的河道，采取適用的生態(tài)措施，利用各種生物的不同特性，逐步修復水生態(tài)，增加水體自凈能力。同時，“水生態(tài)修復”也助力于水景觀的改善。新時代的水利工程，人與水環(huán)境的互動尤為重要?！八鷳B(tài)修復”恰好契合了人們親水愛水的本性。

這次講座歷時近三個小時，王教授以“生態(tài)修復”技術(shù)為中心，并結(jié)合我院水利設計工作，針對河道整治、湖泊治理等，談了研究心得，講述了全國各地生態(tài)工程經(jīng)驗體會。王教授的講課讓我們認識到了生態(tài)修復的廣大市場，生態(tài)水利工程將從目前局部河段單純的結(jié)構(gòu)性修復，向河流系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)、功能與生態(tài)過程的綜合修復發(fā)展。

浙江古有大禹治水，今有“五水共治”。作為浙江省水利技術(shù)龍頭單位，“河道生態(tài)修復”將是我院以后工作的重點。我院要在治水過程中建立治水新理念，不斷學習治水新技術(shù)，與時俱進，站在治水最前線，把“五水共治”的號角吹得響亮，讓江南水鄉(xiāng)重現(xiàn)詩畫美景。

第三篇：淺談黑臭河道治理之生物生態(tài)修復法

淺談黑臭河道治理之生物生態(tài)修復法

黑臭河道治理技術(shù)，邦源環(huán)保黑臭河道生物生態(tài)修復治理技術(shù)值得信賴。

由于歷史沿留問題，大部分城市河道都承載著排污，生活污水、生活垃圾、工業(yè)廢水等大量污染源進入河道，造成黑臭河道現(xiàn)象，嚴重影響周邊居民的正常生活，因此黑臭河道治理成為了城市河道治理的重點。

南京外港河黑臭河道

黑臭河道形成的原因主要有哪些？生活污水中氮、磷、硫含量偏高，在厭氧細菌作用下，易形成惡臭物質(zhì)，河道過量納污，導致水體供氧和好氧失衡。水體缺氧乃至厭氧條件下污染物轉(zhuǎn)化并產(chǎn)生氨氮、硫化氫、揮發(fā)性有機酸等惡臭物質(zhì)以及鐵、猛硫化物等黑色物質(zhì)，因此生活污水、生活垃圾、工業(yè)廢水等成為黑臭河道形成的重要原因。黑臭河道生物治理方法：

Bacto-Zyme 1011系列生物復合酶 是一系列天然有機的、含多種酶類的復合產(chǎn)品，并結(jié)合非離子表面活性劑和其他天然成分的蛋白質(zhì)及無機營養(yǎng)物合成的一種高效復合酶類凈化劑。

黑臭河道生物治理機理：

生物復合酶能刺激加速微生物的反應，同時它能促進水中的大分子化合物分解成小分子化合物，同時釋放出結(jié)合氧，增強水體復氧功能，這些簡單化合物又很容易被微生物所利用，在有機物被降解的同時，又有利于微生物的多樣性，提高微生物的活性和繁殖能力，達到一種微生態(tài)平衡。

在大多數(shù)環(huán)境中存在著許多土著微生物進行的自然凈化過程，但該進程很慢，其原因是溶解氧（或其它電子受體）、營養(yǎng)鹽的缺乏，而另一個限制因子是有效微生物常常生長緩慢。生物復合酶可有效地刺激和加速自然的生物反應，激發(fā)土著微生物的活性，加速微生物的生長和繁殖，同時對浮游生物和環(huán)境無害。從而可以快速有效地促進受污染水體向良性生態(tài)系統(tǒng)演替，使得水體中的DO得以恢復，COD、BOD5、NH3-N等污染指標迅速下降，水體的黑臭異味現(xiàn)象得以快速消除。

南京外港河黑臭河道生物生態(tài)修復治理前后對照

黑臭河道生物-生態(tài)修復技術(shù)

黑臭河道生物-生態(tài)治理方法是近年來發(fā)展起來的一種新型環(huán)境生物技術(shù)。這類技術(shù)主要是利用微生物、植物等生物的生命活動，對水中污染物進行轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化及降解作用，從而使水體得到凈化，創(chuàng)造適宜多種生物生息繁衍的環(huán)境，重建并恢復水生生態(tài)系統(tǒng)。由于這類技術(shù)具有處理效果好、工程造價相對較低、不需耗能或低耗能、運行成本低廉等優(yōu)點。同時不向水體投放藥劑，不會形成二次污染，還可以與綠化環(huán)境及景觀改善相結(jié)合，創(chuàng)造人與自然相融合的優(yōu)美環(huán)境，因此已成為水體污染及富營養(yǎng)化治理的主要發(fā)展方向。

第四篇：污染環(huán)境的生物修復

污染環(huán)境的生物修復

環(huán)境污染的生物修復途徑包括兩個方面: 一是應用生物處理或生物循環(huán)過程,通過精心設計與合理應用阻斷或減少污染源向環(huán)境的直接排放；二是利用具有特殊生理生化功能的植物或特異微生物來修復污染場所(土壤或水體)，降解效率可以通過改變土壤理化條件(包括溫度、濕度、pH、供氧量及營養(yǎng)添加等)來完成，也可接種特殊馴化與構(gòu)件的工程微生物提高降解速率。生物修復

生物修復是指人為控制條件下利用生物的生命代謝活動，使污染環(huán)境中有毒有害物減量化或使其完全無害化, 實現(xiàn)環(huán)境凈化、生態(tài)效應恢復的新興生物技術(shù)。包括微生物修復和植物修復。對無機(主要是重金屬)污染的生物修復主要是通過植物修復,而對有機污染的生物修復則主要靠微生物的降解、吸收與轉(zhuǎn)化等途徑。

生物修復的主要優(yōu)點有:(1)處理費用低，如污染土壤生化治理費用約為焚燒處理的1/2～1/3；(2)處理效率高，經(jīng)過生化處理,污染物殘留量可達到很低水平；(3)對環(huán)境影響小, 無二次污染, 生化治理最終產(chǎn)物為CO2、水和脂肪酸,對人類無害；(4)可以就地處理,避免了技術(shù)過程的二次污染,節(jié)約了處理費用；(5)不破壞生物生長所需要的土壤環(huán)境；(6)便于應用。

生物修復技術(shù)雖然已經(jīng)取得了長足的發(fā)展,但受生物特性的限制, 生物修復技術(shù)還存在著許多的局限性:（1）微生物不能降解污染環(huán)境中的所有污染物。污染物的難生物降解性、不溶性以及污染物土壤腐殖

質(zhì)或泥土結(jié)合在一起，常使生物修復難以進行。營養(yǎng)物的添加配比菌對碳、氫及各種微量元素的需求。氮、磷元素的缺乏是影響細菌生長繁殖的主要原因。（2）生物修復要求對地點狀況的工程前考察往往費時、費錢。（3）一些低滲透性土壤往往不宜采用生物修復技術(shù)。

（4）特定的微生物只降解特定的化合物類型,化合物形態(tài)一旦變化就難以被原有的微生物酶系降解。（5）微生物活性受溫度和其他環(huán)境條件的影響。（6）有些情況下,生物修復不能將污染物全部去除,因為當污染物濃度太低不足以維持一定數(shù)量的降解菌時,殘余的污染物就會留在土壤中。生物修復技術(shù)

主要有原位修復技術(shù)和異位修復技術(shù), 還有原位-異位聯(lián)合修復技術(shù)等。

原位修復技術(shù)是指在受污染的地區(qū)直接采用生物修復技術(shù),不需將污染物挖掘和運輸,一般采用土著微生物, 有時也加入經(jīng)過馴化和培養(yǎng)的微生物以加速處理,常常需要用各種工程化措施進行強化。關(guān)鍵是激活土著微生物群落的降解活性、接種外源微生物種、添加營養(yǎng)成分如N、P 等、在厭氧條件下提供外源電子受體、篩選出高效吸收或降解污染物的生物突變體,能在污染土壤、沉積物、地表水或地下水中表現(xiàn)出對有機污染物較高的吸收能力或降解效率。

異位修復技術(shù)是指將被污染的土壤或地下水從被污染地挖掘或抽取出來,經(jīng)運輸后,再將污染物移入具有一定生物反應條件的容器、池塘中或進行生物堆積進行治理的技術(shù)。異位修復技術(shù)也是一個好氧過程,通常采用固相或流體系統(tǒng)進行。土壤或沉積物若采用生物堆積時，需添加一定的堆積輔料,如秸稈、碎木片等，以增加堆積物對水分、空氣的保持力,同時也可改善其物理性能而便于操作。對規(guī)模較大的工程性堆積,往往需要設置專用管道通入堆積物中以定時注入空氣。必要時還需補充養(yǎng)分并接種高效微生物菌種。微生物條件

生物修復主要是利用土著微生物代謝能力、活化土著微生物降解能力或者添加具有高速分解難降解化合物能力的特定微生物, 針對不同的污染環(huán)境, 可利用不同的修復微生物及改善其生長條件[14]。

3.1 土著微生物

對于污染環(huán)境的修復, 低處理成本是技術(shù)開發(fā)的首要條件, 因此利用土著微生物的污染物代謝能力是設計生物修復的關(guān)鍵環(huán)節(jié), 如地下水的原位生物修復多依靠天然生物修復作用。對具有高效降解能力的土著微生物特性研究始終是環(huán)境生物技術(shù)領域的研究重點。

目前對通過添加外源性物質(zhì)促進土著微生物生長的強化生物修復技術(shù)研究較多。如生物激活劑法是指通過向受污染水體中投加無毒且不含菌種的可促進土著微生物生長的水體凈化促進液的方法, 是目前地表水體修復常用的一種生物強化法, 一般這種制劑含有降解污染物的多種酶和促進微生物生長的有機酸、微量元素、維生素等成分, 可加速水體凈化過程中微生物生長的演替。用于地下水有機污染修復的生物通氣法則是將加壓后的空氣注射到污染地下水的下部, 氣流加速地下水中有機物的揮發(fā)和降解, 通過增加或延長停留時間促進

生物降解, 提高修復效率。最為有效的用于石油污染土壤異位生物修復的預制床堆腐工藝原理是在被污染土壤中加入膨松劑后于預制床上堆成條狀或圓柱狀, 通過人工補充營養(yǎng)、空氣, 并加以適度攪拌, 保證好氧條件而

實現(xiàn)土著微生物對有機污染物的降解[16]。使用電動力學技術(shù)強化生物修復也是一種有效的手段。它是利用電滲析、電遷移和電泳等電動力學效應加速污染環(huán)境中有機污染物和微生物運動,利用電極反應和電流熱效應為地下生物降解創(chuàng)造有利條件。研究表明, 電動力學技術(shù)能有效地強化原位生物修復, 而且該技術(shù)不破環(huán)生態(tài)環(huán)境, 安裝和操作簡單, 具有廣闊的應用前景。

3.2 微生物的適應性機制

研究證明, 當微生物暴露于一種有機物時,它不僅可以獲得對該種有機物的適應性, 同時對其它具有相似結(jié)構(gòu)的有機物也具有適應性。在預先暴露于某一污染環(huán)境后, 降解該環(huán)境中特有污染物的微生物數(shù)量及其占總異養(yǎng)微生物群體的比例將大大增加, Bauer 等將這種現(xiàn)象稱為“交叉馴化”。目前對微生物的適應性機理還不十分清楚, 其可能的機制有3 種: ①特定酶的誘導和抑制;②基因突變產(chǎn)生新的代謝群體;③有機體的選擇性富集[9]。對生物修復而言, 微生物的適應性對環(huán)境中的污染物降解十分重要, 微生物的適應性機制研究對污染物的無害化生物降解具有重要指導作用。

3.3 微生物的表面展示技術(shù)

微生物表面展示技術(shù)作為一種新的技術(shù)平臺在重金屬污染環(huán)境生物

修復中的應用日趨成熟。表面展示技術(shù)是利用基因工程手段將外源基因或一組一定長度的隨機寡核苷酸片段克隆到特定的表達載體中, 使其表達產(chǎn)物與外膜蛋白或噬菌體外殼蛋白以融合蛋白的形式呈現(xiàn)在細胞表面或噬菌體表面。革蘭氏陰性菌、革蘭氏陽性菌和酵母中已建立多個表面展示短肽和蛋白質(zhì)的系統(tǒng)。在微生物細胞表面展示外源蛋白對污染環(huán)境的生物修復有著重要的意義, 展示金屬結(jié)合蛋白(肽)的微生物可用于污染土壤和工業(yè)廢水的凈化, 展示有機磷水解酶的微生物將用于有機磷污染物的脫毒。微生物表面展示技術(shù)將成為污染環(huán)境生物修復的有效策略, 但這一技術(shù)的研究還是一個新領域, 要使其得到應用還有許多問題需要解決。結(jié)論與展望

生物修復作為環(huán)境生物技術(shù)的核心部分, 因其本身具有快速、高效及費用低廉的優(yōu)點, 被稱

為是一種環(huán)境友好替代技術(shù),近年來在基礎和應用研究上取得了重大進展, 顯現(xiàn)出良好的開發(fā)前景, 在國內(nèi)受到日益廣泛的重視。然而, 在實驗室條件下成功的生物修復技術(shù), 并不表明在污染處理現(xiàn)場能得到成功應用, 其中存在技術(shù)放大的問題, 如微生物的降解效率問題, 干擾因素的影響評估問題等。一般說來, 實驗室進行的微生物降解研究, 大多是在很好的人為調(diào)控的理想狀態(tài)下以單組分純種微生物進行, 被干擾因素極少, 因此很容易對結(jié)果做出解釋;而現(xiàn)場的污染物與其他的物質(zhì)混雜在一起, 污染物的降解是包括土著微生物在內(nèi)的多種微生物聯(lián)合作用的結(jié)果, 而且干擾生物降解的因素很多, 實驗室

得出的所謂最佳條件在現(xiàn)場條件下可能根本無法實施, 或即使實施也得不到同樣的結(jié)果[27]。此外, 對生物修復技術(shù)的現(xiàn)場放大除了微生物技術(shù)外, 還涉及如環(huán)境地學、水利學、環(huán)境化學及土壤學等多學科知識, 因此生物修復技術(shù)的應用是一項復雜的系統(tǒng)工程, 必須在對生物技術(shù)方法與微生物學原理的深刻理解的基礎上, 與其他學科的技術(shù)成果相結(jié)合, 才具有樂觀的應用前景, 并產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟與社會效益。目前有關(guān)污染環(huán)境的生物修復在我國尚處于蓬勃發(fā)展的研究時期, 但還沒有進入工程實施階段, 實際運作上還缺少實例, 生物修復技術(shù)在我國的應用與開發(fā)需要更為詳細的基礎工作鋪墊。

第五篇：城市河流修復技術(shù)研究范文

環(huán)境污染與防治網(wǎng)絡版第7期2008年7月

城市河流修復技術(shù)研究

王雪蓮1

(北京錦繡大地農(nóng)業(yè)股份有限公司，北京100049)

摘要面對城市河流生態(tài)系統(tǒng)退化的現(xiàn)狀，綜合國內(nèi)外對于城市河流生態(tài)修復技術(shù)的研究進展和實踐經(jīng)驗，指出中國目前在此領域存在的不足，并展望了未來城市河流生態(tài)修復技術(shù)的發(fā)展方向，為城市河流生態(tài)修復技術(shù)的發(fā)展提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞城市河流生態(tài)修復 發(fā)展方向

Research of technology about river restoreWang Xuelian.(1.Beijing Glorious Land Agricultural Company Ltd., Beijing100049)

Abstract:Facing to the current situation of river biogeocenose degenerating, in this article, it collects the domestic and oversea research improvement or practice experience on the technology of river ecological restoring in cities, points out the insufficiencies in this field in our country, and shows the theory base and expectation of the technology of river ecological restoring in cities.Keywords:city;rivers;ecological restore;development way

近幾十年來，河流匯水區(qū)植被覆蓋下降，城市各類污染排放，河流庫壩工程建設，水資源過量開采，河流渠化、人工化、裁彎取直等對河流生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能與動力學過程造成嚴重破壞，引發(fā)全球范圍的河流生態(tài)系統(tǒng)退化與服務功能下降[1]。因此，如何對受損河流生態(tài)系統(tǒng)進行修復，使其重新回到健康狀態(tài)已經(jīng)成為人類亟待解決的環(huán)境問題之一[2]。

1城市河流生態(tài)修復的國外研究進展

1.1修復理論研究進展

最早的河道修復技術(shù)“多自然型河道”生態(tài)修復技術(shù)起源于歐洲，出于土木工程對生態(tài)環(huán)境破壞的反省，重點研究如何把生態(tài)學原理運用于土木工程，創(chuàng)建新的土木工程理論和技術(shù)。1938年德國SEIFERT首先提出近自然河溪治理的概念，它是指能夠在完成傳統(tǒng)河道治理任務的基礎上，可以達到接近自然、經(jīng)濟并保持景觀美的一種治理方案[3-6]。1962年由ODUM等提出將自我設計的生態(tài)學概念用于工程中，首次提出的生態(tài)工程概念[7]。1989年美國MITSCH和JORGENSN正式探討生態(tài)工程概念并賦予定義，正式誕生了生態(tài)工程[8]。之后不斷論證了生態(tài)學原理運用于土木工程中的理論問題，奠定了“多自然型河道生態(tài)修復技術(shù)”的理論基礎。20世紀90年代以來，美國將兼顧生物生存的河道生態(tài)恢復作為水資源開發(fā)管理工作必須考慮的項目，1998年出版了《河道廊道的恢復：理論、內(nèi)涵與實務》[9]。當今歐美經(jīng)濟發(fā)達國家已普及了“多自然型河道生態(tài)修復技術(shù)”，以實現(xiàn)、再生“自然與人的和諧共處”的生態(tài)環(huán)境建設生態(tài)河流、生態(tài)道路及生態(tài)城市。近年逐漸推廣應用到世界各國。1作者：王雪蓮，女，碩士研究生，工程師，主要從事濕地設計、運行、維護和管理以及濕地除污機制的研究。

日本在1965年圍繞河流引起的問題開展了新的河流治理，推行了“城市綜合治水對策”，河川管理目標為“治水、利水與環(huán)境”。日本河流研究者將河流水域、河洪空間及河畔居民社區(qū)當作一個有機的整體，認為河流管理對象應該包括河流水量、水質(zhì)、河流生態(tài)系統(tǒng)、河流水循環(huán)、河流水洪空間、河流與河畔居民社區(qū)的關(guān)系。20世紀90年代，日本實施了“創(chuàng)造多自然型河川計劃”，強調(diào)用生態(tài)工程方法治理河流環(huán)境、恢復水質(zhì)、維護景觀多樣性和生物多樣性，形成良好的河流景觀與濱水環(huán)境，建設城市水網(wǎng)并加強綠化，水邊空地要具有舒適開闊的空間，為各種娛樂活動提供適宜的場所，并重視生物多樣性。

在城市建成區(qū)，沿河流規(guī)劃的生態(tài)網(wǎng)絡，則通常與濱水景觀改造和水環(huán)境整治相結(jié)合。如加拿大多倫多市曾于1998年完成《加里森溪流鏈接規(guī)劃》。該計劃結(jié)合城市排水系統(tǒng)整治，試圖恢復一條因城市開發(fā)而消失的小河，重現(xiàn)河流及兩岸景觀，同時通過建設沿河綠帶，溝通和連接現(xiàn)有公園綠地，在城市中心區(qū)構(gòu)建融休閑、交通、綠化于一體的生態(tài)網(wǎng)絡[10]。

1.2修復技術(shù)與實踐

在河流生態(tài)系統(tǒng)修復策略方面，1965年德國的Emst Bittmann在萊茵河用蘆葦和柳樹進行生態(tài)護岸實驗，可以看作最早的河流生態(tài)修復實踐，此后著名的塞納河、多瑙河等都采用了近自然的河流治理方法。

20世紀70年代末瑞士Zurich州河川保護建設局將生態(tài)護岸法發(fā)展為“多自然河道生態(tài)修復技術(shù)”[11]，對河流治理重視恢復植被和建設自然護岸，并于1983年頒發(fā)的河流保護法規(guī)中明確的規(guī)定了在河流整治中，應該從生態(tài)學的觀念出發(fā)，在河道整治工作中應對生態(tài)和景觀方面存在缺陷的河流雙方面同時予以改善。

有研究表明，歐盟進行城市河流生態(tài)修復主要分為以下4類[12]：

（1）對消逝的自然景觀的恢復，主要的措施包括軟化河渠，重新恢復河流的自然曲線。允許河流在洪水高峰期進行可預期的洪泛。保留邊渠，開挖U型湖泊與河道，更多的恢復河流漫灘地，恢復建設河流的怡人與舒適的景致。

（2）結(jié)合防洪與生態(tài)環(huán)境保護，建設雙贏策略。擴大漫灘地的面積，增加防洪的蓄水量，降低地面，定期的洪泛，恢復原始自然的地形特征，為生物提供多種生境。

（3）為魚類提供更多能夠產(chǎn)卵的生境，重現(xiàn)建設河流渠道，設置魚類游走路線，鋪設砂礫及沙子岸灘等。

（4）重置那些沒有更大經(jīng)濟效益的耕地，將其改變?yōu)楹訛┑?。肥沃的耕地可以轉(zhuǎn)化為蘊含豐富營養(yǎng)物質(zhì)的河漫灘，可以協(xié)助河流改善水質(zhì)。

隨著修復實踐的發(fā)展，河流修復己經(jīng)從單純的結(jié)構(gòu)性修復發(fā)展到生態(tài)系統(tǒng)整體的結(jié)構(gòu)、功能與動力學過程的綜合修復。從修復的范圍來說，河流修復不光包括河道本身，還應擴展到河漫灘乃至流域[13]。河流生態(tài)系統(tǒng)的退化是人為干擾與自然干擾累積作用的結(jié)果，修復規(guī)劃中必須考慮兩者之間的相互作用機制[14]。有人提出了“目標期望”的思想[15]，將保證生態(tài)系統(tǒng)的完整性作為修復的指導思想與目標。從管理角度對此進行論述，河流及

其水資源的管理方式也是河流修復能否成功的重要影響因素[16]。還有人借鑒景觀生態(tài)學的等級思想，分別以河岸帶與流域兩個尺度開展研究，提出了與各自尺度相對應的群落組織和景觀組織水平的修復措施[17]。河流修復是一項綜合性、系統(tǒng)性的活動，必須綜合考慮水文、土地利用、地貌、水質(zhì)、生物與生態(tài)等，甚至娛樂、經(jīng)濟、文化等方面[18]。

在城市河流生態(tài)修復的方法與具體措施上，很多學者也相繼開展了研究，如FISCHENICH[19]提出了城市河流修復與流域管理的相關(guān)技術(shù)，詳細闡述了城市化對城市河流的影響、城市河流水環(huán)境質(zhì)量下降的經(jīng)濟損失及城市河流生態(tài)修復面臨的挑戰(zhàn)等；DEASON [20]提出了被污染的城市河流凈化的方法，為其他河流污染治理提供了參考；CASAGRANDE[21]對人類活動在濕地生態(tài)修復中的重要作用進行了剖析；UDZIEL 等[22]運用條件價值法(CVM)對城市鹽堿濕地修復的非市場價值進行了評估；TENT等[23]針對Hamburg河直線化嚴重、生物多樣性消失的現(xiàn)狀，采用非政府組織、公眾參與的方式，對該河中畦魚的生活習性進行了研究，以期通過改善其生活條件來達到修復河流生態(tài)的目的； JORMOLA[24]對國際上利用流域洪水過程改善城市河流生態(tài)環(huán)境的歷史進行了簡要回顧，并列舉了利用洪水管理修復城市河流的實例；BRI11Y[25]研究了修復城市河流魚類棲息地的方法等等。很多的國家都認識到濕地對建設生態(tài)城市的重要，各種關(guān)于城市河流保護、恢復、重建、規(guī)劃等方面的研究項目和研究組織相繼出現(xiàn)，并取得了一定的研究成果。

綜合來看，河流生態(tài)修復的主要技術(shù)方法包括緩沖區(qū)恢復、植被恢復、河道補水、生物—生態(tài)修復、生境修復等技術(shù)。其中，生物—生態(tài)修復技術(shù)是目前河流生態(tài)修復的重要方法[26]。相關(guān)研究主要集中在生態(tài)系統(tǒng)修復策略及生態(tài)系統(tǒng)中的水質(zhì)、水量、濱水區(qū)等要素的修復方面。盡管相關(guān)生態(tài)修復工作己進行了大量的理論研究和實踐探索，而關(guān)于恢復中的生態(tài)學過程和機理的研究很少，缺乏證明恢復過程中的生態(tài)系統(tǒng)是如何進行及如何自我調(diào)節(jié)的理論和實驗體系，尚未形成比較系統(tǒng)的河流生態(tài)修復的理論與方法體系。2我國城市河流生態(tài)修復的研究與實踐

2.1理論研究進展

我國對城市河流生態(tài)修復治理的研究也是從“水利工程”角度逐漸引申過來，逐漸產(chǎn)生了“生態(tài)水利”、“生態(tài)水工學”等概念。同時也有從“環(huán)境整治”“景觀設計”角度研究城市河道、濱水區(qū)、濕地的修復建設。

劉樹坤[27-35]在其訪日報告中，就自然環(huán)境的保護和修復、濕地生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)修復、水電站建設中的生態(tài)修復、大壩建設中的生態(tài)修復、河道整治與生態(tài)修復、河道景觀建設和管理等進行了探討，其中包括比較具體細致的修復思路、步驟、方法、措施等，為今后我國開展河流修復工作提供了參考。閻水玉[36]指出保持河流的自然地貌特征、維持自然水文過程、控制城市河流水污染、綜合規(guī)劃城市河流與城市建設的關(guān)系是發(fā)揮城市河流在城市生態(tài)系統(tǒng)中作用的基本方法。董哲仁[37]提出了“生態(tài)水工學”的概念，分析研究了人類對

河流生態(tài)系統(tǒng)的脅迫，從生態(tài)系統(tǒng)需要角度，提出了改善河流生態(tài)系統(tǒng)、修復河流生態(tài)環(huán)境的工程措施及思路。羅新正[38]闡釋了還河流生存空間、疏浚水網(wǎng)通道等河流生態(tài)建設的原則。葉亞平等[39]則以揚州為對象，提出了水資源保護、水環(huán)境改善、水安全保障、水生態(tài)建設為主體的水生態(tài)系統(tǒng)建設對策。王超[40]則比較全面地提出了水安全、水環(huán)境、水景觀、水文化、水經(jīng)濟五位一體的城市水生態(tài)系統(tǒng)建設模式。

另外國內(nèi)對河流的植被結(jié)構(gòu)、功能及管理的研究工作也較多。黃瑜[41]融合水文、經(jīng)濟、生態(tài)學等相關(guān)知識，分析城市小水系生態(tài)系統(tǒng)重要服務功能，提出城市小水系生態(tài)服務功能價值評估方法及其在城市規(guī)劃管理工作中運用的初步設想。季永興[42]分析了城市河道建設與生態(tài)城市建設之間的關(guān)系，認為城市河道的建設與整治是城市規(guī)劃的一個重要內(nèi)容。何松云等[43]提出城市河流生態(tài)恢復的尺度包括工程安全尺度、生態(tài)系統(tǒng)尺度、景觀尺度、親水尺度、時空尺度和經(jīng)濟尺度，同時指出為順利開展河流生態(tài)修復實踐,需要在理論、技術(shù)、水利工程設計規(guī)范、水利法等方面進行深入研究工作，認為留給河流一定的侵蝕、搬運、堆積自然作用空間是河流生態(tài)修復的重要課題，主張創(chuàng)造條件發(fā)揮河道生態(tài)系統(tǒng)的自我恢復功能。白世強等[44]從水、土、生物、功能4方面詮釋了健康河流的概念，并認為城市河道生態(tài)修復的目標是恢復其健康，應依據(jù)健康的標準采取工程和生物手段進行修復。

總的來說，國內(nèi)對城市河道的生態(tài)修復研究工作集中在近十年，除水利、環(huán)境、景觀等層面進行研究生態(tài)修復外，還考慮了“文化”、“經(jīng)濟”層面的修復目標，并提出河道修復與城市規(guī)劃建設之間密切關(guān)聯(lián)。

目前國內(nèi)研究在某些方面還存在不足：（1）缺乏對河流生態(tài)過程修復的機理研究；（2）缺乏從大尺度流域角度考慮河岸、河內(nèi)、上下游的整體生態(tài)修復；（3）當前的研究大多只停留在對河流某一指標(魚類指標、流量指標、水質(zhì)指標、生物棲息地指標等)的生態(tài)修復，未考慮河流整體生態(tài)系統(tǒng)修復。

2.2修復技術(shù)與實踐

目前，我國很多城市都相繼開展了城市河流修復工作。

北京市近20年對城區(qū)河湖水系的治理大致可分為3個階段[45]：

（1）以防洪建設和供水建設為主的階段。20世紀80年代，北京為解決城市供水和防洪排水問題對城區(qū)河湖進行整治。

（2）以水資源保護及景觀建設為主的階段。1999年北京市完成筒子河和“六?！钡那逵俟こ蹋?000年完成京密引水渠昆玉段、長河和雙紫支渠治理工程；2001年完成昆玉河、玉淵潭、南護城河、通惠河和清河一期綜合整治工程； 2002年治理萬泉河、小月河和菖蒲河。該階段對河湖水系采取污水截流、底泥清淤、兩岸綠化、河底采用混凝土襯砌防滲等工程措施進行整治。

（3）生態(tài)修復為主的階段。前一階段對河道的改造，盡管使河邊有了林帶、綠地，但硬化堤岸的建成割裂了水體與土壤的關(guān)系，導致水體自凈能力下降。因此，從2002 年

起北京開始生態(tài)河道建設，并于2003年竣工；2003年開始溫榆河綠色生態(tài)走廊的建設；2004年末進行涼水河生態(tài)河道的建設等。這階段的主要特點是采用卵石和疊石加固河堤、設計部分生態(tài)堤岸、設置生物浮島和放養(yǎng)食藻的魚類等。經(jīng)過生態(tài)修復的河道，景觀效果和生態(tài)功能都有明顯的改善。

四川成都府南河的治理是城市河流治理的成功范例。府南河公園是一個以水的整治為主題的生態(tài)環(huán)保公園，受到污染的水從府南河抽取上來，經(jīng)過公園的人工濕地系統(tǒng)進行自然生態(tài)凈化處理，最后變?yōu)椤斑_標”的活水，回歸河流。該公園的創(chuàng)意由美國貝·達蒙女士提出，該項目也獲得了世界人居獎等3項國際大獎。

合肥的護城河經(jīng)過多年的改造和建設，如今形成了由逍遙津、包河公園、銀河公園、魚花塘、玻泊山莊等組成的環(huán)形風景區(qū)，成為城市中心區(qū)市民日常休憩的開放式公園，也使合肥市得到了園林城市的美譽。

蘇州市在城市發(fā)展建設中，保持了三縱三橫加一環(huán)的河網(wǎng)水系及小橋流水的水城特色，保持了路河平行的基本格局和景觀，城市改造取得了很好的效果。著名華裔建筑師貝聿銘曾這樣評價蘇州：“蘇州之所以成為蘇州的關(guān)鍵在于水，建筑物還是其次的”。

其他大中城市如沈陽、哈爾濱、太原、天津等也相繼開展了城市河道生態(tài)修復和景觀重建工作等等。

國內(nèi)的城市河流治理仍處于探索階段，很多工作仍著眼于修復河流某一方面的功能，如國外在兼顧景觀的同時，更側(cè)重生態(tài)修復和重建等方面的工作，國內(nèi)則較多地考慮景觀建設，生態(tài)修復工作還有待加強。城市河流生態(tài)修復和景觀建設缺乏相應的理論指導，未形成系統(tǒng)的河流建設和管理模式，未綜合考慮河流建設與經(jīng)濟社會發(fā)展、水資源、旅游、居民需求、文化等方面的關(guān)系。

3未來城市河流生態(tài)修復技術(shù)的發(fā)展方向

（1）城市河流建設要更多地考慮其與所在地區(qū)之間的關(guān)系，根據(jù)城市的發(fā)展規(guī)劃制定合理的建設目標、策略、方法等；

（2）城市河流建設要更多地考慮如何推動當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展和滿足城市居民的需求，探索如何使生態(tài)修復、景觀建設和文化有機融合的方法；

（3）城市河流生態(tài)景觀建設要充分結(jié)合當?shù)氐慕?jīng)濟基礎、經(jīng)濟發(fā)展需求及水資源特點，尋找適合地區(qū)特點的城市河流景觀建設策略；

（4）重視河流景觀建設的管理工作，探討合理的管理機制，實現(xiàn)河流景觀建設“投資一收益—更多投資—更大收益”的良性循環(huán)；

（5）結(jié)合水利與生態(tài)學等相關(guān)學科，開展有關(guān)流量過程與生態(tài)修復之間密切聯(lián)系的研究，從機理上修復包括河流流量、生物等在內(nèi)的整個生態(tài)系統(tǒng)；

（6）形成完善的生態(tài)系統(tǒng)修復評價的指標體系，從宏觀上能夠?qū)ι鷳B(tài)系統(tǒng)修復狀況準確把握；

（7）積極開展相關(guān)問題的實踐活動，為相關(guān)理論的研究積累經(jīng)驗和奠定基礎。

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