國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)
對于黑臭水體的治理，總體思路是控制外源污染，削減內(nèi)源污染，其中具體措施包括：截污、清淤、底泥覆蓋、調(diào)水等。這些方法的優(yōu)點是見效快，但這些方法屬于市政工程措施，其缺點是花費高，耗時長等，且存在各自的弊端。由于工程方法的種種限制，若要從根本上解決水體黑臭的問題，必須從水體污染物自然降解過程的本質(zhì)入手。國內(nèi)外對生態(tài)法修復(fù)受損水體進行大量的相關(guān)研究。
1、生物浮島
生物浮島技術(shù)是一種典型的營造良性營養(yǎng)循環(huán)鏈的水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)。早期的生態(tài)浮島技術(shù)大都采用單一的水生植物或多種水生植物組合來營造良好景觀及為鳥類提供棲息場所，也稱為人工浮島。1979 年德國 BESTMAN 公司建造了世界上最早的用于水處理的生物浮島；20 世紀(jì) 80 年代，美國開始利用多種魚類養(yǎng)殖廢水水培生產(chǎn)生菜、西紅柿、草莓和黃瓜等蔬菜及風(fēng)信子等花卉；Nathalie等用商業(yè)化深液流( NTF) 水培系統(tǒng)飄浮栽培毛曼佗羅( D．innoxia) 凈化修復(fù)生活污水，取得了較好的效果；90 年代中期人工浮島被日本學(xué)者廣泛認(rèn)識，并應(yīng)用于湖泊治理；我國的一些學(xué)者從 20 世紀(jì) 80 年代起也對植物浮床技術(shù)開展了一些相關(guān)研究和應(yīng)用。
生物浮島技術(shù)主要問題對于越冬浮島植物的研究不夠充分，常常因植物斷季而影響生態(tài)修復(fù)的效果。再就是生物浮島的種植和收割基本都是純手工操作，這種操作難度較大，并且勞動輸入比較密集，限制了生物浮島的大面積推廣應(yīng)用。
2、微生物修復(fù)
微生物修復(fù)是通過選擇對特定水體污染物具有優(yōu)異吸收轉(zhuǎn)化性能的細(xì)菌加以培養(yǎng)、馴化、富集，并創(chuàng)造合適的降解條件去消除污染物。其中包括投加微生物菌劑，生物促生劑等。而釆用微生物菌劑及生物促生劑投加法時，根據(jù)治理效果來決定是否需要連續(xù)投加，如投加量大時成本較高。
3、生態(tài)草技術(shù)
生態(tài)草技術(shù)是一種新興的生物膜載體凈化技術(shù)，是由生物膜技術(shù)發(fā)展而來，本質(zhì)上是利用微生物的新陳代謝來分解污染物。生態(tài)草技術(shù)主要是將具有耐性高，柔性好，對環(huán)境無污染的材料模仿天然水體中的水草設(shè)計而成的仿生水草投放到受污染水體中，以人工投加菌群或土著菌群為種源，利用微生物在載體上的大量繁殖來降低水體有機污染物濃度，是一種基于污染物自然降解原理的生物強化修復(fù)技術(shù)，在一些發(fā)達國家如美國、日本均有工程應(yīng)用且效果較好。
3.1 細(xì)繩狀生態(tài)填料的應(yīng)用研究
細(xì)繩狀生態(tài)填料在 20 世紀(jì) 90 年代誕生于日本，填料主體是由聚氯乙稀叉、聚丙稀和維尼絕等人工合成材料制成的環(huán)狀小絲體群，以細(xì)繩為中心，其絲條呈立體狀態(tài)向四周轄射的細(xì)繩狀構(gòu)造。細(xì)繩狀生態(tài)填料在日本各地有較為廣泛的應(yīng)用，在 1991 年 5 月，在日本愛知縣武豐鎮(zhèn)六貫山河段治理工程中，將細(xì)繩狀生態(tài)填料纏繞固定在 10 m 的鐵條上，將鐵條按照河流橫斷面的方向鋪設(shè)，每間隔 10cm 鋪設(shè)一條，并用螺栓將鐵條固定在河道底部，工程總長 100m。經(jīng)過 4 年(1991.5—1995.2)的治理，BOD 和 SS 的平均去除率為 31.8%和 18.5%。該填料在污染嚴(yán)重且流量小的河流中凈化效率較高。
3.2、仿生生態(tài)草的應(yīng)用研究
吳永紅等通過對現(xiàn)有多孔高分子材料進行改良，研制出一種新型生態(tài)水草，該材料外形為多環(huán)串聯(lián)，上端有浮球，下端為固定配重物，中間為直徑 8cm 的圓形載體，兩端由一根繩連接，分別用該材料與軟性填料處理富營養(yǎng)化水體，CODMn分別降低 92.9 %、86.9%，TN 分別降低 95.0 %、93.5%，NH3-N分別降低 70.2 %、65.1%，生態(tài)草實驗組的透明度要比軟性填料的高 25cm 左右，實驗結(jié)果表明生態(tài)草效果要優(yōu)于軟性填料。
田偉君等人研制的生態(tài)草由支桿，扣環(huán)以及填料絲組成，該種填料模仿的是臭輪藻的莖的柔性和初性，枝和葉的可附著性。將該生態(tài)草鋪設(shè)到宜興市大浦鎮(zhèn)林莊港河道中，在生態(tài)草掛膜后實驗共運行了半年，實驗結(jié)果顯示：系統(tǒng)對高猛酸鉀指數(shù)的平均凈去除率為 5.4%，其中最高為 9.9 %，并且去除率與填料上的異養(yǎng)菌數(shù)量呈正比；氨氮凈去除率在 5.4%~39.9%，總磷的凈去除率最高也達到了28.6%。
3.3、阿科蔓生態(tài)基
阿科蔓生態(tài)基是一種新型無織布填料，是一種用于生態(tài)水處理系統(tǒng)的高科技生態(tài)材料。阿科蔓生態(tài)基的主要特點有高比表面積，達到250ｍ2/ｍ2；適宜的孔結(jié)構(gòu)，為微生物群落提供理想的生存環(huán)境；超級編織技術(shù)，可以形成理想的微Ａ/Ｏ處理微環(huán)境；純惰性材質(zhì)親和于生態(tài)環(huán)境，在水中不會分解，對自然環(huán)境無任何污染。
童敏等以阿科蔓材料為載體，用光合細(xì)菌球形紅細(xì)菌 (Rhodobacter sphaeroides)、枯草桿菌(Bacillus subtilis)和氧化硫硫桿菌(Thiobacillus thiooxidans)三種菌種為種源，聯(lián)合組建生態(tài)草生物膜系統(tǒng)凈化黑臭水體，結(jié)果表明，對 COD、BOD5、NH3-N和 TP 的平均去除率分別達到了 64.1%、67.2%、96.0%和 32.1%，在設(shè)定的 HRT 內(nèi)，時間越久，處理效果越好，并且對 Fe2+及硫化物的去除率均達到 100%。
3.4 碳素纖維生態(tài)草
碳素纖維主要是由碳元素組成的一種特種纖維。將碳素纖維進行高溫碳化、活化與表面改性就得到活性碳纖維（Activated Carbon Fiber，ACF），ACF 再經(jīng)過微生物固著化得到生物活性碳纖維（Biological Activated Carbon Fiber，BACF）。活性碳素纖維可以改變其表面孔結(jié)構(gòu)以及表面化學(xué)性質(zhì)來改善吸附性能。 Kaneko K 對 ACF 進行了大量研究，通過各種改性處理方法來改善 ACF 的吸附性能。ACF 表面有不同的官能團，對某些特殊的吸附質(zhì)除了吸附能力還有催化特性和氧化還原能力。因此，碳素纖維作為水處理填料與載體，應(yīng)用于生物膜修復(fù)水體和模擬人工水草進行生態(tài)修復(fù)與水環(huán)境改善具有許多優(yōu)勢。
日本小島研制成功的碳素纖維生態(tài)草在日本 240 多個治理案例中，河流BOD5、SS、TN、TP去除率分別為：50~70、50~70、10~30、10~50% ；湖泊、池 BOD5、SS、TN、TP 去除率分別為：20~90、20~90、10~30、30~90% ；污水 BOD5、SS、TN、TP去除率分別為 90~95、90~95、30~70、30~50%。
北京京陽環(huán)保公司在蘇州滄浪區(qū)桂花新村水體修復(fù)工程中，安裝碳素纖維生態(tài)草三個月后，河水 BOD5、SS、TP、TN、NH3-N 分別由 12.5、81、1.13、10.4、8.7（mg/L）下降到 3.6、48、0.376、5.84、4.34（mg/L）水質(zhì)改善效果明顯。
李蘭在武漢東湖開展了碳素纖維生態(tài)草大型示范工程實驗，結(jié)果顯示碳素纖維生態(tài)草材料能迅速吸附水體中的氮磷，在 4d 內(nèi)把實驗區(qū)域水體的水質(zhì)從 V 類提升至 IV 類，4 個月后 TN、TP 和 CODMn 的平均去除率達 69.4%、84%和 72.3%。
4、小結(jié)
采用生態(tài)草為微生物提供附著及繁殖場所，形成較高的生物量對水體有機物進行分解，是目前受損水體生態(tài)修復(fù)中有效的工程手段。相比于傳統(tǒng)載體（卵石、瓦爍、軟性懸掛填料等），生態(tài)草可以提供巨大的比表面積，高的生物負(fù)載量，高的生物親和性，因此可以大幅提高水體凈化效率。
本課題所采用的立體彈性生態(tài)材料篩選了聚烯烴類和聚酰胺中的幾種耐腐、耐溫、耐老化的優(yōu)質(zhì)品種，混合以親水、吸附、抗熱氧等助劑，采用特殊的拉絲，絲條制毛工藝，將絲條穿插固著在耐腐、高強度的中心繩上，由于選材和工藝配方精良，剛?cè)徇m度，使絲條呈立體均勻排列輻射狀態(tài)，制成了懸掛式立體彈性材料的單體，基材在有效區(qū)域內(nèi)能立體全方位均勻舒展?jié)M布，使氣、水、生物膜得到充分混滲接觸交換，生物膜不僅能均勻的著床在每一根絲條上，保持良好的活性和空隙可變性，而且能在運行過程中獲得愈來愈大的比表面積，又能進行良好的新陳代謝，這一特征與現(xiàn)象是其他生態(tài)材料不可比擬的。
在國內(nèi)立體彈性生態(tài)材料多用于市政和工業(yè)廢水處理廠，而對用于修復(fù)城市黑臭水體的研究較少，該生態(tài)材料對黑臭水體污染物的去除特性、生物膜特點、鋪設(shè)方式、運行參數(shù)等問題有待進一步研究。
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