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中图分类号X3文献标识码A文章编号 1674-6708(2010)18-0096-02
1 人为干扰对矿区生态系统的影响
1.1 人为干扰的概念
人为干扰是区别于自然干扰的另一种主要干扰方式,是指由于人类生产、生活和其它社会活动形成的干扰体对自然环境和生态系统施加的各种影响。人为干扰无论从伤害强度、作用范围、持续时间还是发生频率、潜在危害、诱发性等方面,都常常高于自然干扰。
1.2 人为干扰的方式
对于中国矿区环境生态系统,人为干扰的主要方式是污染。主要包括:水资源的破坏和污染、废气污染、固体废物污染、噪声污染等污染。
煤矿开采矿区废水的排放使许多水域被污染,水质下降甚至丧失饮用水的价值,洗煤污水的污染程度较矿井水为重;煤矸石在露天堆放过程中,经雨水淋溶后部分物质形成地表径流进入土壤、地表水体或地下水体时,造成土壤、地表水或地下水的污染;煤矿开采过程中噪声污染主要是由于各种机械设备工作时所产生的,不仅直接影响的身体健康,还会影响周围居民的工作、生活和学习。
2 矿区受损生态系统的特征
根据目前的研究成果,矿区受损生态系统的主要特征可以概括为:
1)生态系统受损伤的各种变化都始于结构的改变
矿区水土资源受到污染破坏、物种资源急剧衰减、矿区植被面积下降、植物光和作用的转换效率低,能量流动效率降低、物质循环受阻等,修复矿区生态需要借助于生态系统的外部力量才能促进矿区生态功能的转变,矿区生态治理和维持成本加大。
2)生态系统过程受阻和功能衰退是受损生态系统的主要特征
矿区产业结构的演变通过对生态系统的破坏力和生态修复能力而影响矿区生态系统功能的发挥。开发初期,矿区生态恶化程度较低,生态系统维持成本较低,矿区生态自我修复的能力较强,对矿区生态长期影响较小;矿区形成期,矿区污染和生态环境破坏力加大,矿区生态的自我修复能力急剧下降,治理成本上升,但是矿区生态治理在可以接受的范围之内,需要加大矿区治理的力度或实行清洁化生产,以消除开采过程生态系统的破坏力。如果失去矿山生态治理的时期,矿区进入衰退期,整个矿区的恶化程度急剧上升,矿区生态修复的周期长、成本高、修复能力脆弱,对矿区持续发展的长期影响大,严重阻碍矿区社会的持续发展能力。
3)关键组分和过程的状态决定着生态系统的回复进程
一个具有自我维持能力的生态系统才是真正健康的生命系统,生态系统的关键物种(如建群种、优势种、关键的传粉动物、顶级食肉动物等)和关键生态过程,在受损伤的的生态系统中还是否存在,对于受损伤的生态系统的恢复进程至关重要。在矿区生态修复的过程中,要注重生物种类、数量、生物量的增加,更要注重物种间的竞争和协同关系,才能更充分地利用系统自身的潜能,促进矿区生态系统的恢复进程。
3 探索人为干扰下的生态演替规律
矿区生态系统是人类生态系统经过漫长的发展时期才产生的,在人为干扰下矿区生态系统先后存在3种不同的类型:
1)原始型矿区生态系统
人类社会早期矿区生态系统,社会生产力水平低,矿业开发利用程度很低,对自然生态系统的压力不大,生态与矿业开发的矛盾没有显现。
2)掠夺型矿区生态系统
19 世纪开始社会生产力有了飞速提高,对矿产的需求量不断扩大。人们仅仅为了追求经济发展而进行掠夺式的开发,环境污染严重,矿区环境生态系统严重破坏。
3)协调型矿区生态系统
这种矿区生态系统类型以生态与经济协调和可持续发展的理论作指导,必将成为普通存在的先进矿区生态系统类型。矿产资源的综合利用率高, 矿区灾害很少发生, 矿区生态系统处于健康状态。
4矿区生态系统修复和重建技术
矿区生态修复的综合技术主要包括监测、预测及风险评估技术,管理技术,规划设计 技术,工程修复技术,化学与生物修复技术。
4.1 监测、预测及风险评估技术
主要是对矿区生态环境损害进行动态监测与预测,揭示损害的程度、范围、机理和规律及风险,为矿区生态环境治理技术的选择和有关法规与技术标准的制定提供依据。
4.2 管理技术
主要是对受损矿山生态环境进行科学的管理、宏观过程管理以及矿山整个生命周期的环境修复管理。
4.3 规划设计技术
矿区生态环境规划设计技术包括传统规划法和计算机辅助规划法。在详尽调查、监测的基础上,运用先进的规划技术和手段对矿区生态进行详细的规划。
4.4 工程修复技术
包括回复生态系统的各种工程措施。应根据不同的破坏特征、不同的自然条件采取不同的技术措施,主要包括生态破坏的工程修复技术和环境污染的工程(物理)修复技术。
4.5 化学与生物修复技术
指提高和改善重建系统生产力和环境安全的各种化学和生物措施,其中生物工程(含植物修复)、生态工程、化学修复和土壤改良技术等是十分重要的。
4.6 采煤沉陷区生态修复技术
采煤沉陷是我国两大面广的矿区生态问题,其主要的修复技术主要包括疏排法、挖深垫浅法、充填复垦法、直接利用法、修整法、生态工程复垦法等方法。将土地复垦技术和生态工程技术结合起来,综合运用生物学、生态学、经济学、环境科学、农业科学、系统工程学的理论,运用生态系统的物种共生和物质循环再生等原理,结合系统工程方法对破坏土地所涉及的多层次利用的工艺技术。
5 结论
本文主要阐述了在人为干扰下生态系统的变化,特别是对中国矿区生态系统的研究,提出矿区生态修复和重建技术,在开发矿产能源的同时,走经济与生态环境的可持续发展之路。
参考文献
[1] 孙庆先,胡振琪主编.中国矿业的环境影响及可持续发展[J].中国矿业,2003,12 (7):23-26.
[2] 秦万德主编.煤炭工业发展中的环境问题和对策[D].中国煤炭学会,1992年年会论文集,郑州,1992-12-18.
[3] 萧笃宁主编.景观生态学.理论、方法及应用[M]. 北京:中国林业出版社,1991.
关键词:河流;生态修复;技术
中图分类号:S891+.5 文献标识码:A 文章编号:1006-8937(2016)18-0159-01
在我国现阶段,河流修复技术的关键就是生态修复技术,是实现人与自然和谐相处的主要途径。生态修复技术主要是通过物资循环规律及自然界的净化能力等对污染水进行治理,这种治理方式具有良好的生态效果,而且其成本低,不需要能耗,而且容易被开发。因此,加强城市河流生态修复技术是非常重要的。
1 河流生态修复的原则
1.1 遵循自然生态原则
河流生态修复工作主要对河道生态系统的自我调节能力进行分析,全面遵循其发展规律,对河流资源进行合理利用,全面建立人与自然和谐发展的生态体系,促进河流系统的快速发展。
1.2 可持续性原则
河流修复过程中应该系统、全面的对各项修复方案进行分析,并且对各个措施的使用条件、有效性、抗风性、经济性等进行探讨,保证河流生态修复工作的正常进行[1]。
1.3 景观和谐性原则
针对现阶段河流景观的宏观概念进行分析,结合河道污染及城市经济的具体情况,进行科学合理的规划设计,全面优化影响河流修复的各个因素,有效的实现净化、治理、修复与景观系统优化的共同目标。
1.4 综合效益最大化原则
河流生态修复过程中应该从流域系统进行分析。将前期、过程及后期利益有效的进行融合,并且将效益进行比较,提高河流修复效益,并且有效的实现环境、经济及社会综合效益的最大化。
2 河流生态修复技术与方法
2.1 恢复河流自然蜿蜒特性
通常情况下,天然河流都具有蜿蜒曲折的特征,因此,才会出现浅滩、沼泽、急流和河湾等情况,为水中生物提供良好的栖息场所。但是,随着航运及泄洪的不断发展,强行通过人为因素将河流修整成直道,严重影响河流的自然形态,导致河流缺乏生物多样化的特征。因此,在河流生态修复过程中,应该根据河流的自然规律,保证其蜿蜒曲折的特征[2]。还可以根据其实际情况建造弯曲的水塘及水路,保证河流水环境符合自然生态标准。
2.2 生态护岸技术
生态护岸是一种将治水与生态环境相结合的新型护岸方式。主要利用多孔环保混凝土、木材、石块和自然材质制造而成的亲水性良好的施工材料,用于修筑河流沿岸,有效的加固堤岸,避免水土污染及流失,提高动植物的多样性,美化河流周围环境。生态护岸集自净效应、景观效应、生态效应及防洪效应于一体,促进护岸工程的快速发展。因为,防止河岸坍塌的主要措施就是生态护岸,还具有土壤与河水两者相互渗透的效果,有效的加强河流的自净能力,促进河流生态系统的快速发展。
2.3 改善水质
河流生态修复的重点工作就是改善水质状况。通常有生态与生物相结合方法、化学化、物理法,其中生态与生物相结合方法是最常用、最广泛、最普遍的方法,主要有生物膜技术、生物浮岛技术和人工湿地技术等。
①生物膜技术。生物膜法的主要作用就是通过河床上依附的生物进行过滤及进化。人工填充载体或者填料,提供给细菌絮凝生长,从而形成生物膜,载体与滤料的表面积表面积比较大,微生物具有数量大、种类多,有效的加强河流的自净能力。
②生态浮岛技术。生物浮岛水质具有富营养化,主要是利用生态工学原理,对水中的磷、氮、COD等元素进行降解,其可以有效的提高水的透明度,并且改善水体的质量,抑制藻类生长具有很好的作用。生态浮岛净化水质的主要作用就是充分的利用植物,植物根系具有良好的吸收富营养化物质的作用,如,有机物、氨氮、总磷等,充分转移水质中的营养,避免河流水体因为自循环不足及封闭导致的富营养化、腥臭状态[3]。
③人工湿地技术。人工湿地技术的主要作用就是对污水进行处理,在具有一定坡度及长宽比的洼地中,使用填料与土壤进行混合,并形成填料床,使污水在床体表面或者床体缝隙中自由流动,并且在床体表面种植经济价值好、美观、生长周期长、抗水性强、成活率高及性能良好的水生植物。
具有良好的污水处理效果,具有良好的社会效益、经济效益及环境效益。
2.4 河流生态景观建设
河流生态修复过程就是河流生态景观的建设,除了恢复退化的生态环境及改善水质环境,还应该使河流实际状态接近自然环境,充分的体现河流美学价值,充分挖掘城市河流的美学价值。
在河流生态修复时,还可以为人们提供一片休息娱乐的场所。
3 河道生态修复技术展望
随着社会经济的快速发展,河流生态修复技术已经得到了快速发展,具有良好的效果。其中主要包括对修复对象进行研究及分析,对其理论性质进行深入的分析。整个过程经历了由简单到复杂、由河流自身的实际状况到修复结构功能,从单一、小尺度的修复技术到多学科、整个区域的、大层次的、多方面相结合的过程。在河流生态修复在发展过程中,应该以综合性的修复技术为发展的主要目标。本文就以下几个方面对河道生态修复技术展望进行分析。
3.1 制定完整的相关技术规范
在我国现阶段,河流生态修复技术还没有完善的规范。因此,在进行河流进行修复过程中,没有相关规范及标准作参考,加大了河流工程的修复难度。根据河流生态修复过程中的各个环节应该制定健全的规范制度及执行标准,才能促进河流生态系统的快速发展。
3.2 确定效果出现的具体时间
在河流生态修复之后,短期内不能充分体现其效果,有的河流由于被严重污染,或者水质出现问题,经过一段时间后才能体现其效果。由于河流生态修复不能快速的取得良好的效果,因此,使用生态修复技术是否具有效果是无从知道的,因此,应该制定一定的评价标准及体系,对修复结果进行检测。
3.3 讲求综合性修复的研究
仅仅只考虑单一的生态修复技术不能适应现阶段河流的快速发展。现阶段,应该紧跟时代的发展,充分考虑河流的整体性,其主要包括河流实际情况及周围环境。同时,应该使用多个方面的学科知识,有效的完善河流生态修复理论,有效的提高河流生态修复效果[4]。
3.4 水生植物的优化配置
如何有效提高河流净化效果,选择水生植物是非常重要的,针对水生植物中具有抗性的进行分析与研究,并将其进行分类,对症下药,才能有效的提高河流的净化效果。
4 结 语
河流作为城市生态环境系统的重要组成部分,促进城市快速发展的关键就是生态系统的受损情况。在河流生态修复过程中,应该恢复河流自然蜿蜒特性、加强生态护岸技术、改善水质及加强河流生态景观建设,严格遵循综合效益、景观和谐性、可持续性、自然生态的原则,促进城市生态稳定发展。
参考文献:
[1] 崔宗昌,翟付顺,张秀省,等.浅谈城市河流生态修复理念与技术[J].聊城 大学学报(自然科学版),2011,(3).
[2] 赵楠,张睿,尚磊.河流生态修复的研究内容和理论技术[J].河南水利与 南水北调,2010,(5).
水源短缺加剧
导致汾河水源短缺情况加剧的主要原因一是降水减少、经济社会发展对水资源需求量增加等,引起汾河中下游干流河道断流;二是工业和城市生活严重依赖地下水开采,以及农业用水增加,致使地下水严重超采,造成水位急剧下降;三是污水垃圾处理水平低,中水价格不合理,回用规模小,加剧水资源的短缺;四是植被被破坏,土壤储存水分能力下降;五是煤炭等矿产资源的过度开采,造成水资源的严重破坏。
生物多样性急剧减少
汾河中下游流域的生物多样性在人为因素影响下急剧减少,主要是河道乔灌木的过度砍伐,造成了大量动物、植物、微生物受到威胁;其次是为了提高粮食产量和加大畜牧业的发展,人们过度开垦和过度放牧,造成生物所需的食物大大减少;三是捕捞业的发展,人工过度的捕捞使得生物数量大大降低,很多种类已经绝迹;四是山西工业化的发展造成环境污染,很多不能适应环境的生物被很快淘汰。
生态修复技术概述
水环境生态修复技术是通过调控水生态环境中相互制约又相互促进的各环境影响因子,促使其形成平衡和稳定的生态系统为目标。生态修复技术包括利用培育的高等植物或培养、接种的微生物的生命代谢活动,对水体中污染物进行富集、转化、吸收及降解,使水质得到净化的相关技术。该技术具有修复效果稳定、低耗能或不需耗能、工程造价相对较低、运行成本低廉以及不形成二次污染等特点,主要用于受污染而失衡的自然水生系统的修复。这类水生态修复技术在发达国家已经得到较为成功的应用,在我国也开始大量的应用,主要有土地处理、高效微生物固定化和人工湿地等技术。
1土地处理技术
废水的土地处理,是将一、二级处理出水用于农田、牧场或林木灌溉,或将原废水经土壤渗滤后回注于地下水等处理技术的总称。废水中通常含有农作物需要的各种营养成分。据我国一些城市污水的测定结果表明,污水中含T-N为30~90mg/L,NH3-N为20~50mg/L,P为3~4mg/L,K为5~40mg/L。上述养分经一级或二级处理后只有少量被除去,而大部分随出水排出。利用废水灌溉,不仅解决了农牧林业对水、肥两大要素的需求,并通过其中的腐植性提高土壤肥力和地温,可获得十分显著的增产效果,而且能除去人工生化处理难以除去的N,P营养物和难生化降解有机物,进一步降低COD,SS和病原菌,使废水资源得到再生。
2高效微生物固定化技术
高效微生物固定化技术是近年来随着废水处理的不断完善和需求而发展起来的新型技术。是指将经过培养的高效微生物、酶或菌藻共生群限制在特定的材料区域内部,达到提高微生物或酶的浓度,创造有利于生物代谢的环境,有效减少微生物流失,并使固液容易分离的目的。该类技术主要用于治理富营养化水体。
3人工湿地技术
人工湿地是在土地处理、稳定塘和生物滤池等污水处理技术基础上发展起来的一种人工构建并控制的、主要利用天然净化能力的污水处理和生态修复技术。它利用了微生物、湿生植物和动物等一系列生物的代谢活动,综合了物理的、化学的和生物的复杂过程,使污水中污染成分得以降解,并将其无害化或转化为可利用的物质。
人工湿地技术的可行性分析
1人工湿地水质净化机理
人工湿地床基具有巨大表面积、特定的化学组成和无数的植物根系及其代谢产物(氧、生物活性物质),为污染物的过滤截留、物理和化学吸附、化学分解和沉淀、生物摄取和氧化分解、矿化等提供了很好的条件。污水中的有机物主要依靠人工湿地床基内的物理和生物、化学的综合过程去除;不溶性有机物被过滤截留、水解、生物摄取和氧化分解;溶解有机物直接被水解、生物摄取和氧化分解;氨氮在床基中大部分通过硝化—反硝化生化过程被去除,部分氨氮和硝氮通过植物吸收而去除;有机氮主要呈悬浮状,被床基过滤截留,并通过生化作用矿化为氨氮、硝氮,进而通过植物吸收和硝化—反硝化过程去除;污水中磷大多以正磷酸盐形式存在,并主要通过人工湿地床基中的钙、铁、铝离子沉淀固着,以及植物的吸收过程去除,沉淀固着在床基中的磷可通过床基料更换而移出;污水中一些微量的金属通过人工湿地床基的吸附或沉淀作用去除,被湿地植物吸附、吸收去除。污水中大部分病原菌和病毒被人工湿地床基好氧微生物摄食分解,部分被植物根系分泌物杀灭。
2人工湿地的类型分析
从工程设计的角度出发,按照系统布水方式的不同或水在系统中流动方式不同划分为表面流人工湿地(自由表流湿地和构筑表流湿地)、潜流人工湿地(水平潜流人工湿地、垂直潜流人工湿地和复合式潜流湿地)。不同类型的人工湿地对特征污染物的去除效果不同,具有各自的优缺点。表面流人工湿地和自然湿地类似,污水从湿地表面流过,在流动的过程中得到净化。这种类型的人工湿地具有投资少、操作简单、运行费用低等优点,但占地面积较大,水力负荷率较小,去污能力有限。
垂直潜流人工湿地是指污水从湿地表面纵向流向填料床的底部,床体处于不饱和状态,氧可通过大气扩散和植物传输进入人工湿地系统。其硝化能力高于水平潜流人工湿地,可用于处理氨氮含量较高的污水。其缺点是对有机物的处理能力不如水平潜流人工湿地系统,落干/淹水时间较长,控制相对复杂,夏季有孳生蚊蝇的现象。水平潜流人工湿地因污水从一端水平流过填料床而得名,它由一个或多个填料床组成,床体填充基质,床底设有防渗,防止污染地下水。与表面流人工湿地相比,水平潜流人工湿地的水力负荷较大,对BOD5、CODcr、SS、重金属等污染指标的去除效果好,而且很少有恶臭和孳生蚊蝇现象,有利于在北方地区的冬季运行。
沈阳环境科学研究院开发的复合流式潜流人工湿地技术(以水平流为主,与垂直流结合)中的复合流湿地结构由底至上分别为防渗区、导淤区、主控区及种植区。与其他类型人工湿地相比,复合流式潜流人工湿地的水力负荷大,对BOD5、CODcr、SS、氮磷等污染指标的去除效果好,而且很少有恶臭和孳生蚊蝇现象,特别是能有效地解决湿地系统的淤堵问题和北方地区的冬季运行问题。
3人工湿地生态修复适用性分析
从汾河流域亟待解决的主要生态环境问题来看,主要是水污染的治理、生物多样性的恢复以及水资源的保护和利用问题。而人工湿地的技术特点正是以不同类型的湿地系统的营建和组合来实现河流水质的净化、生物栖息地的营建和水源涵养与保护,这从形式到内容都与汾河生态修复的总体目标相一致。再从该技术的经济可行性和技术成熟性来看,人工湿地技术是目前水质净化与生态修复技术中投资较低,且便于维护管理的实用技术。目前,我国已经颁布实施了《人工湿地污水处理工程技术规范》,使人工湿地生态治污技术进入到标准化、规范化的阶段,在河道与湖泊水体净化和生态修复方面已有很多成熟应用的经验。从人工湿地类型特点的适用性来看,水平潜流人工湿地和复合流式潜流人工湿地的选用有利于处理污染负荷较高的水体,适宜净化目前汾河中下游严重污染的水质。表面流人工湿地处理负荷虽然较低,但便于在汾河滩地应用,对河水水质有较好的缓冲调整作用,有利于汾河流域生物多样性的改善与营建。
因此,可根据汾河及其支流的不同河道特点、河床与滩地的可利用性、不同河段的水质污染状况和生态修复目标,在不同河段将潜流湿地与表流湿地优化组合,合理布设。对于汾河太原出境处的严重污染河段还可考虑适当的预处理措施,以保证水质达标及湿地系统的入水要求。综上,结合汾河流域的生态环境问题和人工湿地生态修复的技术特点,以人工湿地为主要技术手段实施该流域的生态修复是可行的。
汾河流域污染治理和生态修复的对策
1源头治理调整布局和优化结构
对生活污水及工业废水要进行源头治理,坚决杜绝未经处理直接向汾河排污。在沿岸几个重点排污城市应增扩建污水厂,扩大处理规模,中小城市也应因地制宜地建设合适规模的污水处理厂或污水处理设施。工业废水应当根据各个企业的产品及所产废水性质区别对待,经过处理的废水,有回用条件的应该回用,不能回用的也要实行达标排放,应坚持“谁污染,谁治理”的原则,从污染源上治理汾河水污染。对于汾河中下游流域的污水治理,应结合实际情况,建议污水先通过城市污水厂处理,再通过湿地系统处理后排放入河,这样对于水环境容量较低、自净能力较弱的汾河来讲是十分必要的,有利于汾河的断面达标。特别是人工湿地技术,不但成本低,而且植物根系土壤可以涵养水分,大量植被的形成有利于生物数量与种类增多,同时可营建生态景观,恢复人与自然和谐相处的生态环境。
2加快汾河支流流域治理
汾河支流是汾河全流域的重点水源补充,直接影响着汾河流域的水生态环境,与其生态修复息息相关,故针对汾河支流应采取有效的治理措施。第一,对汾河支流流域内的污染源进行治理,从源头上对排入汾河支流的污水进行治理,降低入河的水质指标,为汾河支流的生态修复做准备;第二,以人工湿地技术为主,在汾河支流干线实施生态修复,提高水环境容量;第三,在汾河支流入汾河河口处营建河口人工湿地,利用潜流湿地、功能表流湿地和景观表流湿地相结合的方式进一步改善汾河的支流水质,同时营造湿地景观环境,提高汾河流域河口环境质量。
3落实汾河流域干流人工湿地生态修复工程
以汾河流域干流殊区域重点段生态修复为基础,以人工湿地生态修复技术为依托,加快落实汾河整个流域干流人工湿地生态修复工程,改善汾河水水质指标,增强汾河的自净能力。通过湿地工程的营建,流域内的植被系统逐渐得到修复,野生动物系统也会随之得到恢复,有效地提高了生物多样性,从而使汾河流域生态环境从根本上得到修复。
4提高全民水忧患意识,依法保护水资源
水是生命的源泉,是人类生存的命脉。水利,是农业的命脉,也是工业和整个国民经济的命脉,是国民经济的基础产业和基础设施。因此,必须加大宣传力度,增强全民水忧患意识,强化水利基础产业的重要地位。加大环保宣教力度,提高环保法律法规的普及,提高全民的环境意识和法制观念。公众要通过扩展环境权益来提高环境意识,把个人的环境意识的提高过程与对人们切身利益的保护和改善联系起来,自觉参与环境管理。
关键词生态环境 可持续发展 环境修复
文章编号1008-5807(2011)02-153-01
随着地球上人口的剧增和工农业生产的迅速发展,特别是工业革命以来,人类对自然资源需求水平不断提高,生产强度日益加大,有毒、有害废气物质不断的输入环境,远远超过了环境的自净能力而导致环境污染日益严重。为了解决人类面临的这个重大问题,对于大气污染和地表水污染之力的研究已十分广泛,许多技术已相当成熟并被广泛应用。
对于污染土壤及地下水的之力来说,由于其具有隐蔽性、滞后性、累积性以及难治理和修复周期长等区别与大气和地表水体污染的特点,其修复问题已成为环境科学研究日益活跃的领域,同时也是世界性难题。虽然人们已在污染土壤及地下水物理修复和化学修复领域进行了有益探索,形成了一些实用技术,但这些修复方法往往会破坏场地结构、造成二次污染,对于污染面积巨大且污染程度较轻的土壤甚至难以应用。为此,近年来,人们在污染环境的物理修复、化学修复甚至生物修复取得一定成功的基础上,进一步提出了生态修复的理念,并对其概念、内涵、原理、产业化途径等进行了理论上的探索和实践上应用的探索,试图以生态学的原理和方法,在污染环境的修复和治理过程中实现人与自然的和谐发展,从而达到可持续发展。
一、生物修复―生态修复的基础
生物修复是对污染环境实施修复、之力的最为重要的技术之一,是正在发展中的技术,是生态修复的基础。
目前被广泛认同的生物修复定义,是指微生物催化降解有机污染物,从而修复被污染环境或消除环境中的污染物的一个受控或自发进行的过程,这是狭义的定义。
除了微生物修复外,植物修复、动物修复乃至酶学修复等方式的出现,赋予了生物修复更广泛的内涵,即生物修复是指利用细菌和真菌等微生物、蚯蚓等动物以及水生藻类、陆生植物,甚至酶及分泌物等的代谢活性降解、减轻有机污染物的毒性,改变重金属的活性或在环境中结合态,通过改变污染物的化学或物理特性二影响其在环境中的迁移、转化和降解速率。
目前使用最广、最有效的生物修复技术仍是微生物修复。
二、物理与化学修复―生态修复的构成要素
从修复原理来看,物理修复与化学修复是指充分利用光、温、水、土、气、热等环境要素,根据污染物的理性性质,通过机械分离、蒸发、点解、磁化、冰冻、加热、凝固、氧化―还原、吸附―解吸、沉淀―溶解等物理怪和化学反应,使环境中污染物被清除或转化为无害物质。通常,为了节省环境治理的成本,物理修复或化学修复往作为生物修复的前处理阶段,近年来根式作为生态修复的构成要素。无论是环境要素或生态因子,还是工程措施,对于修复生物的生命活动来说,是非常重要的影响要素。若将它们有机的结合起来,使环境条件和生态因子在有利于生物生活的同时,也有利于污染物的去除或转化,将极大地提高生物修复或植物修复的效率,这一点对于生态修复来说是至关重要的。
物理与化学修复措施与生物修复的结合,是生态修复必不可少的构成要素,其利用的是否直接关系到生态修复的有效性和成败。在实际的修复过程中,把物理修复、化学修复措施更好地与生物修复结合起来,才能形成有效的生态修复技术。
三、植物修复―生态修复的基本形式
植物修复这一概念大约是1980年代前期提出来的,其最初的思想是利用超累积植物的的超量富集作用来去除污染环境中多余的重金属。
目前,植物修复这一技术已经涵盖了污染环境治理的各个方面,如城市树木、草坪乃至花卉植物对大气或室内空气的净化;池塘中水生植物通过对氮、磷等营养物质的利用而对富营养化水体的净化;污染土壤及水体中无机污染物的去除及有机污染物的讲解等。
在污染环境治理中,从形式上来看,似乎主要是植物在起作用,但实际上植物修复过程中,往往是植物、根系分泌物、根际圈微生物、根际圈土壤物理和化学因素(这些因素可以部分人为调控)等在共同起作用。因而,总的来说,植物修复几乎包括了生态修复的所有机制,是生态修复的基本形式。
利用植物对重金属如Ni、Zn、Cd、Hg、Cu、Se,放射性核素如Cs、Sr、Ur,多环芳径,石油,化学农药,有机氯溶剂如TCE,废弃炸药如TNT等的修复研究均有报道。
四、污染环境修复标准―生态修复评判基础
污染环境修复标准是指呗技术和法规所确定、确立的环境清洁水平,通过生态修复或利用各种清洁技术手段,使环境中污染物的浓度降低到对人体健康和生态系统不构成威胁的、技术和法规可接受的水平。
近年来,污染环境的修复一直是热点领域。然而,污染环境修复标准的制定远远落后于修复方法的研究,这就很难说清楚环境修复到什么程度才可以认为是清洁的。
在世界范围内,污染土壤修复标准是一个较新的领域,一些发达国家也是刚刚制定玩土壤修复标准。从总体上来看,各国土壤环境质量标准的建立工作,均大大滞后于其大气、水环境质量标准的建立工作;各国污染土壤修复标准的建立工作,又大大滞后于去土壤环境质量标准的监理工作。
我国在土壤修复效果的评价中,一直以土壤环境质量标准为依据,但是依据背景值建立的土壤质量标准并没有给出土壤的去染污允许值,这样对于有一定吸纳污染物能力的土壤资源是一种浪费。
目前,理论和技术上可行的修复技术主要有植物修复、微生物修复、酶学修复、动物修复、化学修复、物理修复和各种联合修复等几大类。有些修复技术已经进入现场应用阶段并取得了较好的治理效果。然而,无论是化学修复、物理修复还是植物修复、微生物修复,都存在着这样或那样的去点,都不能对环境污染进行根治。只有对污染环境实施生态修复,才能彻底阻断污染物进入食物链,才能最大限度地防止对人体健康的损害,从而最为有效地阻止环境的可持续发展。
生态修复是在生态学原理的指导下,以生物修复为基础,结合各种物理修复、化学修复以及工程技术措施,通过优化组合,使之达到最佳效果和最低耗费的一种综合的修复污染环境的方法。
五、生态修复―实施与研究展望
在眼前的格局下,可持续发展不失为当代人的一种既明智又沉重的选择。之所以如此,是因为人们已开始正视目前所处的困境。显而易见,倒退回去,甘于守贫,不仅于环境问题的解决丝毫无补,反而加剧生态失衡;安于现状,得过且过,只能在麻木中葬送自己。唯有通过经济的进一步发展,寓环境治理于发展之中,才是修复生态环境,实现人类社会持续发展长治久安的最终出路。
参考文献:
【关键词】水体污染生物修复生态塘人工湿地
水是生态环境中最活跃、最重要的因素,构成生态循环的基础。人类生活生产活动改变了天然水体的物理、化学或生物学的组成性质,其直接结果是造成水体污染和淡水资源短缺。污水也将成为淡水资源之一通过生物修复技术使污水得以有效净化并最终成为一种十分重要的再生资源。
1水体污染的概念和类型
1.1 水体污染的概念
水体污染是指某种物质进入水体,而导致水体的化学、物理、生物或者放射性等方面特性的改变,从而影响水体的有效利用,危害人体健康破坏生态环境,造成水质恶化的现象。水环境中的污染物常见的有四种,持久性污染物、非持久性污染物、酸和碱、热。
1.2 水体污染的类型
水中的污染物种类大致分为固体污染物、需氧污染物、营养性污染物、酸碱污染物、有毒污染物、油类污染物、生物污染物、感官性污染物、热污染等。
2生物修复技术在水体污染方向应用
生物修复又称生物改良,是它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。这项技术正被用于清除土壤、地下水、废水、污泥、工业塑料和气体中的污染物。生物修复与传统的物理化学方法相比,具有经济;环保;修复时间短;操作方便等方面的特点。
3.水体修复的主要处理方法
水体修复技术包括以微生物为处理功能核心的生物处理技术、具有复合生态系统的生态塘处理技术、以植物和微生物为主要处理功能体的湿地处理技术、土壤处理技术和河湖等自然净化能力的处理等。
3.1生物处理技术
生物处理技术包括好氧处理、厌氧处理、厌氧—好氧组合处理。其主要原理是人工驯化、培养适合于降解某种污染物的微生物,通过控制室和微生物生长的环境以稳定和加速污染物的降解。生物处理技术起步较早,现在已有很多成熟的工艺,比如SBR、氧化沟等。
3.2生态塘处理法
生态塘是以太阳能为初始能源,通过在塘中种植水生作物,进行水产和水禽养殖,形成人工生态系统。在太阳能的推动下,通过生态塘中多条食物链的物质迁移、转化和能量的逐级传递、转化,将进入塘中污水中的有机污染物进行降解和转化。最后不仅去除了污染物,而且以水生作物、水产的形式作为资源回收,实现了污水处理资源化。
人工生态系统利用种植水生植物、养鱼等形成多条食物链。其中不仅有分解者生物、生产者生物,还有消费者生物,三者分工协作,构成纵横交错的食物网生态系统。若在各营养级之间保持适宜的数量比和能量比,就可建立良好的生态平衡系统。污水进入这种生态塘中,其中的有机污染物不仅被细菌和真菌降解净化,而其降解的最终产物,一些无机化合物作为碳源、氮源和磷源,实现并从低营养级到高营养级逐级迁移转化,最后转变成水生作物,从而获得可观的经济效益。
3.3人工湿地处理技术
人工湿地是近年来迅速发展的水体生物—生态修复技术,可处理多种工业废水。人工湿地的原理是利用自然生态系统中物理、化学和生物的三重共同作用来实现对污水的净化。这种湿地系统是在一定长宽比及底面有坡度的洼地中,由土壤和填料(如卵石等)混合组成填料床,污染水可以在床体的填料缝隙中曲折地流动,或在床体表面流动。在床体的表面种植具有处理性能好、成活率高的水生植物(如芦苇等),形成一个独特的动植物生态环境,对污染水进行处理!
人工湿地的显著特点之一是其对有机污染物有较强的降解能力。废水中的不溶性有机物通过湿地的沉淀、过滤作用,可以很快地被截留进而被微生物利用;废水中可溶性有机物则可通过植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代谢降解过程而被分解去除。
由于这种处理系统的出水质量好,经济而美观。英、美、日、韩等国都已建成一批规模不等的人工湿地。
4 总结
目前国内外有很多水体修复的成功工程。例如日本渡良濑蓄水池的人工湿地,运用生物技术达到对水体进行自然净化的目的,是世界最大人工湿地。再如李正魁研究了固定化氮循环细菌技术(INCB)在贵阳红枫湖物理生态工程(PEEN)实验区的除氮、抑菌效果,结果表明,应用PEEN—INCB技术应用于红枫湖试验区总红枫湖的非离子氨均
参考文献
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