湖泊不同深度微生物量 [富營養(yǎng)化湖泊的微生物強化修復(fù)技術(shù)]

　　摘要：本文在介紹水體富營養(yǎng)化的概念、危害和影響的基礎(chǔ)上闡述了微生物強化修復(fù)技術(shù)的原理和修復(fù)富營養(yǎng)化湖泊的途徑，并指出組合生物修復(fù)技術(shù)是治理富營養(yǎng)化湖泊的主要發(fā)展方向。?
　　關(guān)鍵詞：富營養(yǎng)化；生物強化；微生物修復(fù)?
　　中圖分類號：X524 文獻標(biāo)識碼：A??
　　
　　1 富營養(yǎng)化水域的概況?
　　
　　富營養(yǎng)化是水體衰老的一種現(xiàn)象，它通常是指由于湖泊、水庫以及某些河流水體內(nèi)的氮、磷營養(yǎng)元素的富集，水體生產(chǎn)能力提高，某些特征性藻類（主要是藍藻、綠藻）異常增殖， 水體透明度下降，溶解氧降低，造成水質(zhì)惡化，使整個水體生態(tài)平衡發(fā)生改變而引起危害的一種污染現(xiàn)象。富營養(yǎng)化問題是當(dāng)今世界面臨的最主要水污染問題之一，我國在經(jīng)濟持續(xù)高速增長的同時，所帶來的最大負效應(yīng)就是環(huán)境污染日益嚴重，大江大河及湖庫水環(huán)境質(zhì)量日趨惡化。?
　　1.1 富營養(yǎng)化對湖泊水質(zhì)的危害和影響?
　　湖泊富營養(yǎng)化不僅造成經(jīng)濟損失，而且危害人類健康。其危害主要有以下幾個方面：?
　�。�1） 影響湖泊水體的生態(tài)環(huán)境。處于富營養(yǎng)化污染的水體，正常的生態(tài)平衡被破壞，導(dǎo)致水生生物的穩(wěn)定性和多樣性降低。大型水生植物群落會隨著富營養(yǎng)程度的加劇逐漸滅絕。同時，異常增殖的藻類所分泌的毒物，以及缺氧條件下NO3――N被還原為NO2――N，成為致癌物，不僅威脅水生生物的生存，而且會直接或間接影響人類健康，造成可利用水資源進一步減少。?
　　（2） 影響水體的感觀性狀。處于富營養(yǎng)化的水體中，藍、綠藻大量增殖，水體色度增加，水質(zhì)渾濁，透明度降低，并散發(fā)出腥臭味，污染居住環(huán)境。?
　　（3） 影響漁業(yè)等生物資源利用，水體經(jīng)濟價值降低。嚴重富營養(yǎng)化的水體會由于藻類釋放的毒素和溶解氧的稀缺，直接影響魚類品質(zhì)。?
　　1.2 消除湖泊富營養(yǎng)化的關(guān)鍵問題?
　　從污染物控制觀點來看，水環(huán)境凈化主要有：（1）有機物的去除；（2）營養(yǎng)鹽類的去除；（3）透光控制；（4）浮游植物的去除等4個基本方法。因此消除湖泊富營養(yǎng)化的關(guān)鍵還在于削減湖泊水體的氮、磷以及底泥有機碳和氮、磷的負荷，消除水體中藻類生產(chǎn)力，達到降低水體中藻類生物量、提高水體透明度的目的。?
　　
　　2 生物修復(fù)原理?
　　
　　生物修復(fù)是利用微生物的代謝過程，或其產(chǎn)物進行的消除或去除、或富集有毒有害物質(zhì)的一個受控或自發(fā)進行的生物學(xué)過程。湖泊生物修復(fù)包含微生物修復(fù)和水生生物修復(fù)兩大內(nèi)容，其中微生物、水生植物和水生動物在水生生態(tài)系統(tǒng)中分別充當(dāng)著分解者、生產(chǎn)者和消費者的角色，它們對污染物的分解、轉(zhuǎn)化、吸收、富集、遷移等作用是水體污染物質(zhì)輸出的主要途徑。因此通過人為措施對水體中各生物進行合理配比，并提供生物生存的合適的條件，使各種生物互惠互存，協(xié)同共生，營造出一個符合自然演替規(guī)律的良性水生生態(tài)系統(tǒng)，在充分發(fā)揮其污染物削減作用的同時，加速自然水生生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)。?
　　
　　3 用于生物修復(fù)中的微生物?
　　
　　生物修復(fù)中首先要考慮適宜微生物的來源及其應(yīng)用技術(shù)，目前使用較多的是生物強化技術(shù)，即通過向自然菌群中投加具有特殊作用的微生物來增強生物量，以強化生物對某一特定環(huán)境或特殊污染物的反應(yīng)，提高廢水處理系統(tǒng)的處理能力，從而達到去除某一種或某一類有害物質(zhì)的目的一種生物技術(shù)。生物強化技術(shù)中投加的微生物可以是：?
　　（1）土著微生物。水體和土壤中存在著數(shù)量巨大的各種微生物，在遭受污染后，經(jīng)歷了一個天然的馴化選擇過程，使適合的微生物不斷增長繁殖。但土著微生物生長過慢，污染嚴重時會造成土著微生物數(shù)量減少。?
　�。�2）外源微生物。污染物高效降解微生物可以使用具有某種特殊功能的菌群如光合細菌、硝化細菌等微生物制劑；也可以從受污染水體和底泥中分離篩選后富集培養(yǎng)，再返回受污染水域；還可以利用基因工程菌，通過將多種降解性質(zhì)粒接合轉(zhuǎn)移至一個菌珠，使一個菌珠可以同時降解多種污染物質(zhì)，但使用基因工程菌要特別注意安全性問題。?
　�。�3）其它生物。這些生物包括藻類、微型動物、植物等。微型動物通過吞噬過多的藻類和一些病原微生物，間接地對水體起凈化作用。植物修復(fù)是生物修復(fù)技術(shù)中不可忽視的重要組成部分，植珠可以通過吸收、固定、揮發(fā)污染物來進行生物修復(fù)。?
　　
　　4 微生物強化修復(fù)技術(shù)?
　　
　　在確定使用何種修復(fù)技術(shù)之前先要進行樣品采集，即在受污染水域取表層水及表層沉積物，檢測污染物含量與分布、組成特征、來源；檢測受污染水體的溫度、鹽度、PH值等水質(zhì)指標(biāo)，從而了解該水域中能降解污染物的土著微生物的種類、數(shù)量分布及其變動規(guī)律。?
　　4.1 投加特效降解微生物?
　�。�1）在受污染水域具有典型特征位置取底泥和表層水進行培養(yǎng)，分離能以受污染水體中典型有機物為主要碳源生長的高效菌珠，然后通過人工培養(yǎng)技術(shù)，以污染的水樣和沉積物進行富集培養(yǎng)， 或制成液體或干粉活菌制劑，將具有特定降解功能的微生物制成菌液制劑或?qū)⑵涓街�在麥麩上制成干粉制劑；然后把他們投入水體，并對其降解性能進行研究、分類、鑒定。?
　�。�2）通過對不同采樣點的定期觀察，確立出污染物降解菌數(shù)量、濃度及其繁殖與水域環(huán)境中一些主要環(huán)境因子（如溫度，PH值、N、P等）的關(guān)系，確立合適的投加濃度和投加周期。?
　　4.2 投加復(fù)合微生物菌劑?
　　復(fù)合微生物是由光合細菌、放線菌、乳酸菌等80多種微生物有益微生物復(fù)合培養(yǎng)而成的多功能活性微生物群。在水處理中主要利用復(fù)合微生物的高濃度高活性以及微生物之間的各類代謝作用降解水中的難降解污染物，投入水體后可引起水體總菌、硝化菌、反硝化菌及磷細菌等數(shù)量的增加。?
　　（1）取污染水體底泥，加入復(fù)合微生物菌劑以受污染水培養(yǎng)富集，并測定復(fù)合微生物對水質(zhì)因子（COD、NH3-N、P等）的影響，觀察復(fù)合微生物的時效性。?
　　（2）復(fù)合微生物的加入會引起水體中微生物菌群數(shù)量的變化，在試驗階段確定引入復(fù)合微生物后水體中土著微生物種類及數(shù)量變化，并盡量減少投加的外源微生物對原生態(tài)環(huán)境的破壞性。?
　　4.3 投加生物共代謝基質(zhì)及輔助營養(yǎng)物質(zhì)?
　　選擇適當(dāng)?shù)慕到猸h(huán)境是提高微生物降解活性的前提條件。由于許多難降解有機污染物的降解是通過共代謝途徑實現(xiàn)的，且在常規(guī)生物處理系統(tǒng)中能降解這些目標(biāo)污染物的微生物活性低、數(shù)量少，因此要考慮以生物強化的方法提高微生物降解有機物的效率。投加生物共代謝基質(zhì)及輔助營養(yǎng)物質(zhì)將有助于降解微生物的生長，改變微生物碳源與能源的底物結(jié)構(gòu)，擴大微生物對碳源和能源的選擇范圍從而更有效的降解難降解微生物。?
　　（1）投加共代謝初級基質(zhì)?
　　微生物可以利用初級基質(zhì)如葡萄糖、尿素、無機離子等為碳源和能源，同時氧化原來不能利用的二級基質(zhì)，從而改善處理系統(tǒng)的性能。對于一些難降解的有機污染物（二級基質(zhì)），微生物并不以其為碳源，而以甲烷、丙烷、甲苯、酚、氨和二氯苯氧基乙酸等為原始底物（初級基質(zhì)），但微生物在利用這些初級基質(zhì)作為碳源的過程中，能產(chǎn)生一些化學(xué)物質(zhì)等改變了目標(biāo)污染物的結(jié)構(gòu)，使得原本不能利用的二級基質(zhì)能被微生物降解。?
　　（2）投加電子受體和輔助營養(yǎng)物質(zhì)?
　　微生物以其他底物為碳源，形成可以改變目標(biāo)污染物結(jié)構(gòu)的氧化酶，需要Fe3+或Mg2+來傳遞電子，在廢水中加入這些離子可以促進污染物的降解速率。投加微生物生長所需的微量元素、維生素、有機酸等成分，也有助于提高系統(tǒng)的處理能力。?
　�。�3）投加表面活性劑?
　　表面活性劑（生物的或合成的）能夠增強憎水性化合物的親水性和生物可利用性，有助于提高環(huán)境中微生物的數(shù)量和有機污染物的降解速率，因此成為一種重要的污染水體生物修復(fù)的強化手段。?
　　4.4 投加基因工程菌?
　　環(huán)境工程菌就是采用生物工程技術(shù)將多種微生物的含有降解特定污染物的編碼基因從細胞中取出，然后組裝到繁殖速度快、適應(yīng)能力強的受體菌細胞內(nèi)，使之獲得廣譜的降解能力[1-2]?。但基因工程菌在與土著微生物菌群發(fā)生競爭時，必須有足夠的存活時間，基因方能穩(wěn)定地表達出特定的基因產(chǎn)物――特異的酶[3]?。沈士德[4]?把美國公司提供的三種基因工程菌（消氮菌、沉降菌和加速菌）應(yīng)用于徐州市黃河故道富營養(yǎng)化水體中，發(fā)現(xiàn)COD、氨氮等指標(biāo)值明顯降低， 隨著水體中藻類的減少和下沉水體的濁度明顯下降，因而水體的景觀得到很大的改善。?
　　5 投加方法?
　　
　　5.1 直接投加法?
　　若水體流動性較差，可直接向受污染水域表面均勻潑灑微生物和營養(yǎng)液，并利用其擴展性能在更深更廣的水域發(fā)生作用；在流動的河道中使用時可在河流上游部分投加微生物，使微生物在隨水流往下游移動的過程中有充分的停留時間與污染物發(fā)生作用，具體投菌地點要通過污染物降解動力學(xué)和水文學(xué)等方面的計算來確定。營養(yǎng)液也可用此種方式投加。操作簡便是該法的最大優(yōu)點。?
　　5.2 吸附投菌法?
　　 吸附投菌法是一種在流速較大的水域防止菌體流失的好方法�？墒咕�體先吸附在各類填料或載體上，再施入待治理的水體或底泥中，可有效降解該區(qū)域的污染物質(zhì)。分子篩、蛭石、沸石等都可以作為吸附材料使用�；蛑苯訉⒕�種投加到受污染區(qū)域的水生植物根系附近的水體中通過微生物在水生植物根系的富集作用，使大量外加微生物附著于受污染水域中的水生植物根系上，在提高受污染區(qū)域外來微生物濃度的同時，使微生物分解產(chǎn)物被水生植物利用。也可在室內(nèi)在有水生植物的培養(yǎng)液中投加微生物菌種，使其先在水生植物根系掛膜，成功后再將水生植物移入受污染水體或底泥中。也可用類似的辦法投加營養(yǎng)液。該法可充分發(fā)揮微生物和植物的共代謝作用，但作用區(qū)域偏小。?
　　5.3 固定化投菌法?
　　固定化微生物通過物化方法將游離細胞定位于限定的空間區(qū)域，使之成為不懸浮于水但仍保持生物活性、反復(fù)利用的方法。該技術(shù)具有生物活性和生物密度較高的特點。向受污染水體或底泥中投加固定微生物，可消除微生物流失問題，加快微生物降解速度，提高處理穩(wěn)定性，但制作稍復(fù)雜。固定化微生物的制備有載體結(jié)合法、交聯(lián)法和包埋法等，載體可選擇瓊脂、海藻酸鈉、聚乙烯醇（PVA）凝膠、光硬化樹脂等。應(yīng)用于受污染的水域的固定化球體不宜過小，以防懸浮流失。?
　　5.4 底泥培養(yǎng)返回法?
　　這種方法對營養(yǎng)液作用發(fā)揮較有效。取出一定量受污染區(qū)域的底泥，要求該底泥基本無毒害物質(zhì)，將底泥放入培養(yǎng)器皿中，定期往底泥中投放營養(yǎng)液，并提供微生物生長的其它環(huán)境條件，使土著微生物在底泥中大量生長，待數(shù)量達到一定程度后，再將底泥脫水做成泥球、泥餅或泥塊，返還加入受污染水域中。由于微生物在生長時將底泥中的有機質(zhì)作為基質(zhì)利用，這時底泥的污染已不嚴重，泥球或泥餅在水體中逐漸分散，使大量土著微生物被釋放入受污染水體和底泥中。該法可大量快速培養(yǎng)土著微生物，但需一些輔助設(shè)備。也可使用底泥降解微生物代替營養(yǎng)液。?
　　當(dāng)然，對于富營養(yǎng)化湖泊，利用組合生物修復(fù)法――在修復(fù)污染水體的過程中，不單純采用某一特定的生物處理措施，而是通過多種處理措施的同時使用，較之單一的修復(fù)處理技術(shù)具有更高的處理率和很強的實用性。例如在用微生物修復(fù)技術(shù)處理富營養(yǎng)化湖泊時，可同時采用物理法（如直接曝氣、疏挖底泥、機械除藻、引水沖淤等）和生態(tài)法（如放養(yǎng)控藻型生物、構(gòu)建人工濕地和水生植被等）。利用組合生物修復(fù)法可以更有效的徹底治理湖泊富營養(yǎng)化問題。?
　　
　　參考文獻?
　　
　　[1]顧宗濂.中國富營養(yǎng)化湖泊的生物修復(fù)[J].農(nóng)村生態(tài)環(huán)境，2002，18（1）：42－45.?
　　[2]李雪梅，楊中藝，簡曙光.有效微生物群控制富營養(yǎng)化湖泊藻的效應(yīng)[J].中山大學(xué)學(xué)報，2000，39（1）：81-85.?
　　[3]張錫輝.水環(huán)境修復(fù)工程原理與應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.?
　　[4]沈士德.富營養(yǎng)化水體景觀的微生物修復(fù)研究[J].江蘇環(huán)境科技，2004，17（4）：14-16.

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