生物生态修复技术
生物生态修复技术（精选十篇）
生物生态修复技术 篇1
关键词：生物膜,生态修复,水环境
生物膜技术起源于对自然界已有的现象的总结和模拟。在自然界中,水体有着自净的现象,例如在农田灌溉时,土壤层对污染物有着截留吸附净化的作用,以及有机物的腐败过程。对以上类似现象的总结和模拟,构成了这种污水处理技术。顾名思义,生物膜技术着重于使微生物群以膜形态依附于某些固定或半固定载体表面,通过大面积与污水相接触,从污水中截留有机物,转化为微生物自身生长所需营养物质加以同化吸收,使得污水得到净化处理。1893年,首套生物滤池在英国试验成功,因其具有诸多优点,如污染物降解能力强,占地面积小,水力停留时间短以及投资相对较小,在改善河流水质,提高水体自净功能的综合治理中得到了长足的技术发展与应用。
1 净化河流的基本原理
生物膜法对于河流进行的净化作用,其实质就是水体自净能力的一种人工强化,把一个普通的自然过程变化为天然+人工过程的组合形式。模拟天然河床上附着的生物膜及其产生的过滤与净化作用,由人工提供滤料或载体,增加相应的比表面积,以供超量微生物附着絮凝生长,形成净化水体所需的生物膜。当污染的河水流经人工增殖的生物膜时,污染物和载体或者滤料上面附着生长的菌胶团开始碰撞接触,菌胶团表面由于细菌和胞外聚合物的作用,对污水中的有机物起到了絮凝或吸附,这种状态与介质中的有机物会形成一种动态的平衡,从而导致的结果就是菌胶团表面不但附有大量的活性细菌,还有较高浓度的有机物,这些都成为了细菌繁殖的有利条件。细菌的大量繁殖,会吸收消耗污水中的有机物,这样污水中的有机物浓度就会大幅度的降低,水质也就得到了明显的改善。
生物膜技术发挥作用主要有以下4个阶段:
外部扩散阶段:污染物向生物膜表面移动;
内部扩散阶段:污染物在生物膜内移动;
化学反应阶段:微生物分泌的酵素与催化剂;
外排阶段:代谢生成物排出体外。
由于生物膜是依附固定在载体或者滤料上的,因此有着较长的生长周期,可以产生长周期细菌与高级微生物,例如硝化细菌的出现,因为硝化细菌的繁殖速度是一般假单胞细菌的1/40左右。这就使得生物膜法在正常吸收有机物的同时,还能兼具脱氮除磷的能力,有利于处理同时受到有机物和氨氮双重污染的河流。另外,在生物膜上繁殖出的后生动物,例如缀体虫、线虫、轮虫等,从而极大增强了生物膜的降解净化能力。
2 生物膜在河流污染治理中的技术模式
目前,国内外用于河流生态净化的生物膜技术有以下5类:
2.1 砾间接触氧化法
砾间接触氧化法的设计依据是河床生物膜净化河水的原理,通过人工干预填充砾石作为载体,水与生物膜的接触面积会增加数10倍至上百倍不等。污水在砾石间流动的过程中,会与砾石上附着的生物膜相接触,进而被生物膜截留吸收、氧化分解,从而达到净化水质的目的。例如,以φ5cm的砾石作为填充物,填充河床面积为1m2,高度为1m的河流时,这时河床的生物膜面积就可以达到原来的100倍,河流的净化能力也就相应的增强了100倍。砾间接触氧化法采用的载体为天然材料,具有来源广、费用低、工程难度小、净化效果较好等特点,因此得到了最广泛的应用。青海省沿湟实施的西宁第1污水处理厂和湟源、乐都、民和污水处理厂尾水人工湿地潜流处理单元就对该技术做了很好的技术移植和应用。潜流由底至上分别为防渗层、倒淤层、填料层及种植层,砾间接触的水力负荷大,对BOD、COD、SS、TN、TP等污染的去除效果明显,并且很少会有恶臭和孳生蚊蝇等现象的发生,特别是能有效解决北方寒冷地区的冬季防冻问题,出水水质效果好,对于COD的去除效率在40%~80%,据监测验证污水处理厂尾水经潜流处理单元后COD、BOD、NH—N、SS、TN、TP污染物浓度可削减明显。
2.2 排水沟(渠)接触氧化法
排水沟(渠)接触氧化法基于排水沟(渠),在其内部或外部设置含有滤料的净化设施,填充的滤料为砾石和塑料,可填充颗粒状、细线状、波板状或垫子状等,因为这些滤料具有比表面积大,间隙率高等特点,所以适于大量微生物的生长附着,产生大面积生物膜。当污水流经此人工净化装置时,污染物质与生长的生物膜相接触,大量污染物质被截留、吸收,进而被微生物分解掉,充分有效的净化了污水。排水沟(渠)接触氧化法具有净化效果好,有利于人工干预管理的特点,因其是在沟渠中进行反应的,往往不需要曝气系统,可以有效降低能耗。近年来,由于其具有的特点,在河流的直接净化中有着较多的应用。据哈尔滨工业大学在青海省湟水流域引胜沟农灌排水口进行的生物膜挂片实验,本次挂膜载体采用的是碳纤维纳米材料,在天然河道内经过72h后,呈现出极好的挂膜效果,水质感观明显改善,具有挂膜时间短,生物量大的特点,既适合实验室使用也适合在河道治理工程中大规模应用。
2.3 生物活性炭填料法
生物活性炭填料法以活性炭为填料,利用了活性炭其特有的超强吸附能力,同时由于其具有巨大的比表面积,可以为微生物的生长提供良好的环境,特别是利用“生物膜效应”、“生物再生效应”和“吸着效应”,可以充分发挥细菌和微生物等的分解作用,活性炭的微孔吸附作用,以达到去除水中污染物,净化河水的目的。生物活性炭填料法充分利用了活性炭比表面积大、吸附能力强等特性,使附着在其表面的微生物种类更多、活性更强、数量更大,形成的生物膜能力更强。目前,我国在分散式生活污水处理和自然水体净化处理中应用的“生物坝”技术,就是其技术的具体应用。据处理前后监测数据对比,处理效果十分明显。
2.4 浅层层流法
生物膜法在河流净化中起主要作用的方式,就是河水流过河床上附着的生物膜,通过与生物膜的接触而达到。生物膜法采用增加附着的生物膜膜面积,从而减少单位生物膜的处理量,进而提高河床的自净能力。具体方式是增加河面的宽度,降低河流水深,增加河水和河床的接触面积。工程建设可以拓宽河床,以达到目的。此方法缺点也比较明显,需要进行大量的土方施工,涉及到征地问题,同时还要确保水体流量和周围生态环境。因此采用此方法前,需要有充分的地形地质调查和环境评估工作。
2.5 伏流净化法
伏流净化法主要是利用河床向地下的渗透作用和伏流水的稀释作用来净化河流的。河流向地下水补给的过程中,流经河床上的生物膜和河床形成的大型生物过滤系统,达到一定的净化效果,成为比较洁净的地下水。通过人为抽取一定量的地下水回补地表水,降低地下水水位,加速地表水下渗补充地下水。人为加速这个循环,以达到净化河水的目的。伏流净化法适用于污染较轻,对人工干预较为敏感的区域。采用伏流净化法时,需要前期充分调查论证取水量。
3 结语
生物膜技术作为一种自然生物处理方法,在水生态修复与自然水体水环境治理中,越来越得到普遍关注和广泛应用。其工程建设具有投资少、运行管理简单、维护和运行费用低、处理后出水水质稳定的特点。同时,还具有增加绿地面积、改善和美化生态环境的优点。结合青海省农村污水处理、常规污水处理负荷过重和自然水体水环境治理中新技术欠缺等诸多现实问题,生物膜技术的应用和示范研究符合青海省经济发展水平与水环境治理的迫切需求,引入生物膜处理技术,将为综合解决上述问题提供新的选择和技术路径,填补高寒地区生态化污水净化和水环境治理的技术空白,为湟水流域及青海省水环境综合治理和生态景观建设提供良好的技术支撑,对于青海省水资源保护、污水净化处理和资源化以及改善生态环境等方面都具有十分重要的作用和意义,具有广阔的推广应用前景。
参考文献
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[2]沈耀良.新型废水处理技术—人工湿地[J].污染防治技术,1996,9(1-2):1-8.
[3]朱琼璐,楼倩,崔理华,谢小妍,郭建.生物接触氧化一复合人工湿地组合工艺对工业园区污水的处理效果研究[J].环境污染与防治,34(1):37-55.
[4]黄新,向光明.复合人工湿地系统净化城市富营养水体的应用研究[J].环境科学与技术,2013,36(9):126-134.
生物生态修复技术 篇2
一、土壤生物工程的.原理
植物的根、茎或整体是具有生命力的土壤生物工程结构主体元素，将它们按照不同的方式和方法进行不同方位种植、插秧，建立一个个有强大生命的群体，起到稳固边坡，防止水土流失和修复生态的作用。
(一)对土壤的加固和稳定
植物的根系能够固定土壤，并且吸收其水分，使土壤的分子空间更加密集，从而使其结构更加稳固。
(二)控制水土流失
引起土壤侵蚀的原因除去人为的因素外，主要是降雨和风力。尤其是暴雨和疾风造成土壤表面的水土流失和土壤的侵蚀非常严重。边坡植物能够截留降雨，阻碍水流运动，调节土壤的湿度，一定程度上减少风力对土壤表面的破坏。
(三)修复生态
土壤生物工程影响边坡生态环境表现在以下几点:(1)利用拦截、蒸发蒸腾和存储等方式来促进土壤的水循环和土壤发育、形成表层活土，改善生态环境。(2)对接近地面的温度和湿度进行调节，以利于植物生长。(3)边坡的生态功能和生物多样性得到平衡发展。
二、河道坡岸生态修复的土壤生物工程技术
(一)活枝扦插技术
把可以扎根的活枝直接扦插在坡岸的土壤中，等其生根成活后，能够固定坡岸的土壤颗粒使其粘结性更强，还能起到吸收多余土壤水分作用。这种方法便捷且成活率高，可联合其他土壤生物工程技术使用。能够防止土壤表面受到侵蚀，改善周边的环境，为生物构建其安居环境。这项技术适用于生态问题和水力学问题相对简单的河段。
(二)活枝柴笼捆插技术
把有根的成活植物捆成一束，形成圆柱体的条状结构，然后水平方向将其掩埋，同时在其空隙处扦插一些活枝，以便对捆扎束起到固定作用，能够对坡岸起到有效的保护作用，防止坡岸受到侵蚀。水坝一样的坡岸结构，能够防止土壤颗粒的下滑，使坡岸的表面结构稳定，对植物的生长起到促进作用，有效改善植被的定居环境。这项技术可以应用在浅水的坡岸上，为了便于排水，坡岸的等高线呈阶梯状排列。
(三)活枝层栽技术
把活的有根枝条按照交叉或重叠的方式在土层间种植，为预防枝条成长初期出现垮塌、淋蚀、或者冲蚀，枝层间的土层要用土木织物包起来，用来扦插的无根枝条也采取这种方式处理，这样能有效延缓坡岸的径流流速，保护水土流失。
(四)有植被的土工布袋技术
使用土工布把坡岸的土壤包住，在土壤裸露出种植灌木。这种方法使坡岸的植被迅速生长，吸收粉尘，改善空气质量，增加有氧度。这项技术能够修复一些受到严重侵蚀的河段。
(五)指标检验方法
对于坡岸植物新生根系的测量，主要以现场挖掘法为主，即在实验场地中挖掘相关的植物根系，测定植物的生长深度和生物量，在岸坡植被的观测上，也应该采取该种方式。对于不同的岸坡种类，设置相应的固定样带，调查好植物的生活型、种类、物候相、高度、覆盖度、土壤剪切力、土壤湿度、土壤紧实度等等，采用土壤参数测试仪来确定土壤的参数情况。
三、土壤生物工程在西部生态环境保护中的应用
西部地区的一些植被，耐旱性较好，抗风护沙能力较强，在荒漠和草原中形成独特的灌木林，固沙护林能力较强。应用土壤生物工程实现对西部地区边坡的稳定和加固，再配合当地的植物资源，控制水土流失，保护西部地区的生态环境。由于土壤生物工程方法简单、造价便宜、效果明显，可以大规模地在我国西部、东北、西南和中原等落后地区的土壤侵蚀、水资源管理和水土保持中广泛应用。
四、结论
土壤生物工程对保护生态环境有着重要的作用，在多国都已经得到显著的成效。本文就它的基本原理以及一些技术应用进行阐述。该技术利民利国，既保护生态，维护环境，又造福人类。未来，土壤生物工程技术的运用前景将会非常广阔，值得科研工作者投入大量时间和精力进行研究和改进。
参考文献:
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［3］陈小华，李小平．河道生态护坡关键技术及其生态功能［J］．生态学报，(03)．
［4］陈小华，李小平，张利权．河道生态护坡技术的水土保持效益研究［J］．水土保持学报，2007(02)．
衡水湖生态环境现状及生物修复效果 篇3
1 衡水湖生态环境现状
自上世纪70年代以来，我国沿海和内陆江河流域地区在开展大规模的经济建设和资源开发同时，对自然水域的生态环境造成了极大的影响。其中渔业资源严重衰退、水域环境恶化、生物多样性下降、水域生态荒漠化的问题十分突出，许多天然经济鱼类种群数量大幅度减少，捕捞产量、个体重量不断下降，濒危程度不断加重。因此，我们必须在衡水湖发展生态渔业，进行水域生境修复的研究，以保护好国家级水产种质资源保护区。
为了搞好衡水湖水域生境修复与增养殖技术研究，除了增殖放流草、鲢、鱅、鲤、鲫鱼外，我们还根据湖中水生物资源实际，报请市政府和省厅有关部门批准，通过特种鱼、虾、蟹类增殖，完成湖中受损生物链修补。进行了鳊鱼增殖、澎泽鲫鱼增殖、高背鲫增殖、中华绒螯蟹大眼幼体增殖、黄颡鱼与中华鳖等六次新品种增殖试验。
生物修复（bioremediation）技术是根据鱼类与其他生物间的共生互补原理，利用水陆物质循环系统，通过采取相应的技术和管理措施实现保持生态平衡，提高效益的一种模式。按照食物链和生物与环境协同进化原理，突出水域生态环境调控。采取生物、物理措施调控水质，使渔业水域生态环境质量不断提高。
根据资料分析，衡水湖湖体水质状况的变化过程是：80年代，衡水湖前期以III至IV类水为主，呈现一定的污染状态。90年代，中期以III至IV类水为主，属轻度污染，局部V类水，属重污染。后期进入IV至V类为主，局部已劣于V类水，属重污染。2000年，水质以V类水为主，属重污染；湖体富营养化状态已达到重富营养化程度。在最近的20年中，衡水湖水环境质量每十年下降一个等级。
衡水湖水环境的恶化使渔业发展的环境受到极大影响，衡水湖水质恶化与富营养化使得湖中的水生生物种类减少，生物多样性受到破坏。水生高等植物大面积退化，群落组成愈益简单，特色水产品生存环境日益受到威胁。富营养化导致蓝藻水华大量出现，频率逐年增多，分布范围逐渐向核心区外展，且蓝藻毒素直接影响饮用水水质。衡水湖水环境恶化及水体富营养化造成了整个保护区安全的水质性缺水，是保护区社会经济可持续发展的主要制约因素。
衡水湖水生植物品种众多，以沉水性植物为主，周边附以芦苇菖蒲等挺水植物组成的天然湿地。但由于水生植物利用率受到制约，95%以上腐烂后沉入水底，使保护区周围的生态环境也逐渐开始受到破坏，保护区作为衡水湖水生动、植物生存的最后一片净土也在受到威胁，鱼类资源有减少趋势，部分地区主要针对红鳍原鲌繁殖的水草捕捞过度，使水产种质资源的生存环境受到威胁，如不进行水域生境修复，衡水湖的许多珍贵物种资源将逐渐消亡，衡水湖西湖水源地也将受到影响。
2 衡水湖生态环境保护方案和措施
改善衡水湖水环境迫在眉睫，根据衡水湖的实际情况，我们制定了衡水湖生态环境保护方案。本方案主要是采用水生态系统生物操控技术，通过人工增殖放流渔业资源，增加草食性、滤食性和部分杂食性育种，清除水域中的浮游生物、杂草和有机碎屑等，净化衡水湖水质和修复水域生态环境，充分利用水体中的浮游生物资源，将大量内源性和外源性营养物质转化成水产品，创建衡水湖生态渔业。自1995年以后，经省、市有关部门批准，我们大胆组织特种鱼类增殖，修补湖内受损生物链。截至目前，主要完成了鳊鱼增殖、澎泽鲫鱼增殖、高背鲫增殖、中华绒螯蟹大眼幼体增殖、黄颡鱼与中华鳖等六次新品种增殖试验，有效提高了衡水湖渔业资源的产量及产值，使养殖产量由400 t/年增长到2 000多 t/年，为渔业增产和湖区百姓增收，确保社会稳定奠定了基础。
2.1 增殖渔业资源
衡水湖自2005年以来加大了增殖放流力度，到2012年，省、市财政共投资359万元增殖渔业资源，获增鱼产量14 904 t，渔业产值1.24亿元。有效提高了鱼产量及鱼产值，同时对衡水湖的生态环境及经济也起到了很大的促进作用。
2.1.1 鳊鱼增养殖 首年（2005年）放流1.5万尾，规格60～80尾/kg，当年达到200～450 g/尾的上市规格，回捕率达到70%，取得了良好经济效益和社会效益。2006年继续放流5万尾60～80尾/kg的鳊鱼，部分取代鲢鳙。经过精心安排和严格操作，调运鱼苗成活率达99.8%。经济效益较同级鲢鳙鱼高出5倍。
2.1.2 彭泽鲫鱼增殖试验 在有关技术人员提出可能存在种群关系冲突的情况下，2002年首次增殖0.5万尾，经两年跟踪观察后，于2004年再次进行正式增殖放流，结果：①彭泽鲫鱼市价和单体重量相当于当地鲫鱼的3倍，②尚未发现种群冲突，发展潜力巨大。
2.1.3 高背鲫增殖 经过3年的增殖试验，积累了大水面增殖高背鲫的经验，为推广湖、库增殖高背鲫奠定了技术基础。
2.1.4 中华绒螯蟹增殖放流 组织了2006-2008年中华绒螯蟹大眼幼体增殖放流，取得明显效果：①多数河蟹当年达到50～100 g/只，部分达到200 g/只，最大个体达350 g/只，最高年捕捞量可达25～30 t；②河蟹栖息水域的水草得到有效控制，减少了水草沉积和水体污染，水环境得到明显改善。
2.1.5 黄颡鱼增殖 2009年从省水产技术推广站鱼种场购进了200万尾黄颡鱼，规格为夏花。从跟踪调查结果看，当年夏花在湖中可长到30～50 g/尾，次年可长到100～150 g/尾。由于黄颡鱼在湖中可再生，湖中已形成黄颡鱼的持续种群，年捕捞量在15～25 t。这项工作为补充当地濒危鱼类资源，修补生物链、改善生态环境起到了很大作用。
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2.2 保护措施
对于湖中放养品种、数量我们都科学地制定方案，严把增殖苗种质量关、数量关，以确保水域生境修复所需鱼苗质量。苗种放流方法：河蟹大眼幼体采用蟹苗箱装运、黄颡鱼采用塑料袋充氧水运。其他苗种均采用活鱼运输车运输，湖边过秤计量。
放养品种的搭配比例：根据湖中饵料生物、鱼类数量、水质变化确定鱼、蟹放养量的搭配比例。
为了保护衡水湖中特有品种，红鳍原鲌、青虾、秀丽白虾、黄颡鱼，经农业部批准设立了水产种质资源保护区，保护区内严禁一切捕捞船进入。
为了确保衡水湖生态渔业的建设，设立了禁渔区和禁渔期。并取消了春季捕捞。每年的捕捞期为9月中旬至11月上旬，并经农业部批准，配备了渔政执法快艇3艘，50 t渔政执法船一艘，渔业执法人员20名，以确保渔业秩序的稳定和生态渔业的建设及水域生境修复的需要。
为了更好地观察放流品种的生长状况，每月都随机取样检测鱼类、水质、水草及浮游动植物的变化。以便为来年湖中增殖品种、数量、搭配比例提供依据。
每年捕捞季节，我们都根据每天的捕捞量来计算出湖中生态渔业的增殖效果。
3 衡水湖水域生境修复效果
3.1 经济效益
通过增殖放流增加了生物多样性和资源量，提高了大水面的渔业产量，单产从8年前的225 kg/hm2增加到510 kg/hm2。2005-2012年共增加渔业产量14 904 t（见图2），按实际市场价格计算，则，渔业产值：14 904 t×0.832万元/t=12 400万元；
纯利润：12 400万元-359万元（苗种费）-941万元（管理与捕捞费）=11 100万元；
投入产出比：1 300万元∶14 904万元=1∶11.5。
3.2 生态效益
通过增殖放流调整湖中水生生物资源种群结构、合理利用水域饵料资源，改善了水质，提高了湖水自净能力。通过以鱼控草、以鱼控藻、以鱼净水的具体措施，使衡水湖生态环境更加优美。
衡水湖水质由次IV级变为III级水，衡水湖水质酸碱度由6.5变为7.5，避免了湖区草型富营养化和藻型富营养化现象的发生。
3.3 社会效益
通过水域生境修复与增养殖技术的应用，使湖区生态环境得到有效改善。良好的生态环境为当地招商引资创造了有利条件，也吸引了数万名游客到此观光，更是带动了湖区周边市场经济的发展，湖区群众收入和生活水平进一步提高，湖区旅游和餐饮业年创社会效益数亿元。
4 衡水湖水域生境修复的几点体会
衡水湖最大蓄水量1.23亿m2，每年冬季补水6 000万m2，每年自然消耗水量在6 000万m2左右。水域全年居于静止状态，水位落差1.5 m。水质相对稳定、水草资源丰富、饵料生物繁衍较快，如果控制不好容易造成湖泊沼泽化、水质荒漠化。所以发展生态渔业大有文章可做。水域生境修复与增养殖技术的应用既能控制水域环境，又能将湖中内源性和外源性营养物质转化为绿色的水产品，使渔业增产、增收、水质“减肥”返清，实现社会效益、经济效益、生态效益共赢。
通过人工增殖放流手段尽量保证衡水湖水生生物多样性（有益生物），力争构成较为完整的生物链和优良的生态环境，为发展生态渔业奠定有利基础。
加强衡水湖水生动植物疾病监测防控体系及水质监测体系。我们在冀州市畜牧水产局报批了水生动物疫病防治站。委托河北省水文局衡水湖水文站每月对衡水湖水质监测一次，为衡水发展生态渔业、进行水域生境修复提供有力的技术手段。
加强宣传、加大渔业执法力度。衡水湖周边涉及村庄较多，渔业人口2万人。生态渔业的发展和水域生境修复与增养殖技术将惠及湖区百姓。但是由于4 000 hm2的水域、45 km2的地域，给管理带来了很多不便。为此要加大宣传力度，提高湖区百姓保护放养鱼类、保护生态环境的自觉性；同时需加大渔政执法力度，维护湖区秩序，严厉打击违法犯罪行为。我们为衡水渔政站配备了执法快艇3艘，50 t渔政船1艘。
加强资金管理，所筹资金的应用必须公正、公开、透明，购买鱼、虾、蟹类鱼苗需经公开招标确定，自觉接受湖区百姓和社会各界的监督。给湖区百姓做出表率，让他们自觉接受法律的约束和渔政管理人员的管理和检查。
加强生态渔业和衡水湖水域生境修复与增养殖技术的科研创新团队的建设，发展衡水湖的生态渔业涉及面广、情况比较复杂，很多技术问题还在探讨当中，故需建设一支理论水平好、技术水平高的科研专家创新团队，自己的力量不足，可以外聘专家共同为衡水湖的生态渔业发展、增殖放流、日常管理以及水域生境修复的方式方法进行研究，确定发展方向、目标、措施，走好绿色、环保、生态的渔业发展之路。为此我们已经和省内有关科研机构以及衡水学院开展了衡水湖水质、水草、底栖生物、浮游动植物的基础调查。
经过8年的研究，我们摸索出了一条较为合理的利用生物修复技术保持湖泊的生命活力、延缓湖泊荒漠化和沼泽化的水域生境修复与增养殖技术路线，使衡水湖的生态平衡基本得到满足，湖中生物结构基本合理。通过营养转化，提高了渔业的生产能力，解决了部分剩余劳动力，提高了湖区农民的生活水平，为湖区社会的稳定做出了一定的贡献。
生物生态修复技术 篇4
就微生物肥料而言, 是指含有活性微生物的一类特定制品, 被广泛应用到农业种植生产中, 具有较好的肥料效应, 在产生肥效中, 肥料的活性微生物扮演着关键性角色。微生物肥料中的特定活体微生物菌种是在发酵培养、有机质混合基础上制成的, 微生物是其关键所在, 微生物肥料用途、效果和微生物种类、活性特征紧密相连。在进入土壤生态系统之后, 借助水分、温度等, 微生物肥料和土著有益微生物相互作用, 形成优势菌群, 具有较好的专属性功能, 比如, 有效恢复受损的土壤团粒结构, 合理调节各类植物生长情况, 分解土壤中的污染物质, 促使土壤生态系统迅速恢复, 促进其“碳、氢、氧、氮”循环, 确保土壤生态系统处于平衡状态。
2 土壤生态环境应用微生物肥料的修复效应分析
就微生物修复技术而言, 将污染物作为碳源、能源, 分解和矿化污染物, 可以提高微生物的降解能力, 可以有效去除、改善难降解土壤中降解难度较大的有机物质。
2.1 增加土壤肥力
就生物种群多样性来说, 主要体现在土壤生物肥力形成以及作用过程, 多种生物参与其中, 动态性是土壤肥力的显著特点, 其测定数值和时间密切相关。就人工接种微生物而言, 施用的微生物肥力可维持并提高土壤的肥力, 由放线菌、真菌、细菌等类组成的微生物菌群可以有效分解土壤中的有机物, 及时转化其中的养分, 具有明显的循环作用。在现代化农业发展中, 化肥、农药、机械方面的投入成本不断增加, 周围环境严重被污染, 主要是因为忽视了在维持土壤肥力、促进作物生长方面微生物起到的作用。在农业持续发展方面, 土壤已有的生产能力至关重要, 这和土壤生物密切相关。
2.2 提高植物抗病害与抗旱能力
根据相关研究, 发现土壤微生物对其生态系统变化特别敏感, 可以将其作为土壤生态系统修复的核心生物。当下, 我国农业生产过程中, 蔬菜和保护地栽培大都存在病虫害频繁发生、作物品质较低等问题, 在经过一系列分析后, 发现需要合理改善根际微生境的微生物组成情况, 确保作物更好地吸收、利用营养物质, 有效防止病虫害频繁发生, 促使作物具有较高的抗逆性, 可以将有机肥腐熟剂作为接种菌剂, 有效抑制堆肥中产生的臭气, 缩短堆肥腐熟的时间, 杀灭病原菌的基础上, 合理讲解土壤中的有机污染物, 进一步提高堆肥的整体质量。
2.3 利于农作物吸收营养, 提高作物产量
就根瘤菌来说, 可以有效固定根瘤中氮素的含量, 使其充分被植物吸收的同时, 避免土壤被污染。就AM真菌而言, 属于土壤真菌, 可和多种类型的植物根系共生, 菌丝可以吸收较多的营养物质及时供给植物, 特别是磷的吸收。部分国家进行了田间相关试验, 发现在气候、土壤并不相同的地区, 固氮螺菌接种可以大幅度提高农作物产量, 在该类菌剂作用下, 可以产生利于植物生长的物质。也就是说, 在根瘤菌剂这类微生物肥料产品作用下, 大豆、花生等产量明显提高。
结束语
在土壤生态环境系统修复方面, 微生物肥料发挥着关键性作用。相关人员必须根据各地区实际情况, 结合各类作物各方面情况, 进行更深入地研究, 将微生物肥料更好地应用到土壤生态环境系统修复中, 促使土壤生态环境系统处于平衡状态, 促使农作物更好地吸收、利用各种营养物质, 提高其抗病虫害、抗旱等能力, 促使作物健康生长, 降低其生长成本的基础上, 提高其产量与质量。以此, 促进我国现代化农业健康持续发展, 促进社会经济飞速发展。
摘要：土壤是人类与动物耐以生存的重要基础, 也是生命活动必不可少的核心物质。在新形势下, 我国经济飞速发展, 农业稳定发展, 化肥、农药使用量持续增加, 加上工业、生活等排污加剧, 土壤生态环境受到不同程度的影响, 远远超过其自净, 急需要加以修复。因此, 本文作者站在客观角度, 多角度分析了微生物肥料, 多层次探讨了土壤生态环境应用微生物肥料的修复效应。
关键词：土壤生态环境,应用,微生物肥料,修复效应
参考文献
[1]燕永亮, 李力, 李俊.根际固氮微生物功能基因组及微生物肥料研究进展[J].中国农业科技导报, 2011, 05:93-101.
石材矿区生态修复技术探析 篇5
摘要：近年来,在对矿山进行开发利用的`同时,诸多的生态环境问题也随之而生,区域生态环境承载力正面临着严峻的挑战.通过分析福建石材矿区开发后产生的生态环境负效应,根据生态学原理,提出矿山废弃地生态修复技术,以促进矿区生态环境的改善与资源的可持续利用.作 者：陈为旭 陈燕红 张济宇 作者单位：陈为旭,陈燕红(福州大学至诚学院,福建,福州,350002)
张济宇(福州大学化学化工学院,福建,福州,350002)
现代生物技术在生物修复中的应用 篇6
关键词：现代生物技术；生物修复；应用
中图分类号： X171.4 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2016.14.052
我国在经济建设的同时，引发了一系列的环境问题，这也使得我国环境污染问题日渐严重。虽然我国一直在采取相应措施加以控制，但是环境污染依然日渐加剧，这个时候如何在发展经济的同时有效的对环境进行保护，已成为首要问题。现代生物技术是人们通过对环境污染的不懈研究，总结出的重要方法之一，其也在为环境污染问题上如何解决提供了重大依据。
1 生物修复与现代生物技术的主要内容
1.1 生物修复技术
生物修复技术包括两大类：一是微生物修复，也是目前国内外广泛应用的生物修复技术的主导，人们对它的研究也非常重视。主要是通过微生物的降解功能，有效的对环境中的污染物进行分解与清除，来进行对环境污染的控制。微生物修复的成本低，因其本身的特性，不会造成环境的二次污染。在最大限度上有效的解决了以往环境治理的问题，得到了广泛认可；二是植物修复，主要是通过对植物的种植，来对环境中的重金属、放射元素污染以及降解困难的有机物进行有效分解。通过研究表明，植物可以通过自身的生物特性，净化土壤与水质，使土壤与水质得到有效恢复，达到净化环境的目的。我国通过一系列的科学研究，表明植物是可以去除水中的N、P，能够起到一定的净化效果。
1.2 现代生物技术
现代生物技术是生物技术高新技术总称。是以DNA生物技术为根本，来进行生物研究工程[1]。其中包括微生物的生物研究、基因细胞工程、生物降解酶理论、蛋白质等相关的生物技术。21世纪以来，生物技术作为新兴技术一直受到国内外的广泛认识，发展非常迅猛。其特点是通过对微生物与植物来对环境进行“无公害”控制，在处理污染时的最终产物大多数是绿色无公害的生物稳定物质。能直接进行环境的治理，有效避免污染的多次转移，并且其造价相对较低，可以对其产品或副产品作为营养源来加以利用。
这种新型的治理污染方式，有效的解决了生态环境污染面临的问题，其不仅仅污染小，治理效果明显，还能有效的恢复当地原有的生态环境。环境中垃圾废弃物、工业污染等是常见的污染物，可以利用生物技术对其进行处理，改变其原有的分子结构，并且发挥生物降解这一特性，对各种产物和副产物进行从新利用，使得环境污染程度降到最低。其主要原理是利用酶的反应过程，从酶中得到一种活性蛋白质，达到对污染物分子的转换，分解和检测出环境中污染源。因其操作简单、反应条件简单、成本低、过程稳定、效果好等优点，使得其在生态环境治理上得到广泛应用。
1.2.1 核酸探针检测技术 核酸探针检测技术是常用的几种现代生物技术之一。它的主要应用原理是能与特定的核苷酸序列发生特异性互补的已知核苷酸片段作探针，来对DNA序列及片段长度的多态性进行分析。被标记过的探针可以直接探测细胞组织上面的同源核酸序列。具有较高的灵敏性与高度特异性，被广泛应用到对环境中微生物的检测与分析实验中。
1.2.2 酶免疫测定技术 酶免疫测定技术的主要原理是根据抗原与抗体之间的特异性，吸附到固相载体的表面，然后产生一种活性酶作为示踪物，通过与酶相结合，产生结合物沉积在底部，可以根据其颜色变化来进行判断环境中是否存有污染物。酶免疫测定技术具有选择性好、灵敏度高、使用等优点，被广泛应用到检测农药、污染物残留、生物污染等领域中。
1.2.3 生物曝气滤池处理 生物曝气滤池处理技术是对环境中的污水进行通过生物技术进行滤化，对污水进行采样处理，根据污水的水质特征，对微生物菌株的分离与筛选，找出最为合适的微生物，来对污水中的污染源进行分解，有效的对污水进行处理以及资源优化。
2 现代生物技术在生物修复中的应用
生物修复技术其最大的特点就是可以进行环境污染的大面积治理，最大限度的改善环境，并且不会产生二次污染。在通过现代技术的研究，构建了生物高效菌，其能加大微生物对化学物质、农药、有机物等污染物降解，从而达到提高降解效率的作用，有效对环境进行治理，这样也就证明运用现代生物科技可以有效的提高对污染物的清除与控制，并且效果明显[2]。因此生物强化技术加入到传统生物修复技术中，并且结合现代高新生物技术手段来对环境污染问题进行监测与探讨，已成为一种发展趋势。
在通过对微生物的研究表明，微生物最佳的修复时间在30℃，在阿维菌素的试验里，在污染土壤中放入阿维菌素，从中找出讲解效果最好的菌株进行温度测试，可以很清楚的看出在30℃左右效果最佳。我们的生活环境非常适合这种生物修复技术的进行，但是相对还是有一些局限性。它不仅仅只是作用于农药污染领域，其还在石油污染和水体污染的修复中应用也是非常广泛，并且都取得良好的效果。其中对污水的治理就是通过微生物自身的活动机理来对水质中的垃圾毒素进行清理和转换，为达到进化水质的目的。在最大程度上减少水质的污染，并且方法简单且成本低，还可以形成自身的生物循环从根本上解决问题。
3 生物技术的发展趋势
现代生物技术的广泛应用，有效的促进农业、工业与环境治理等多个方面飞速发展。可以通过现代生物技术，对我国丰富的遗传资源，进行合理研发，分离克隆有自主知识产权的基因和基因工程品种。在以“基因”为核心内容的生物产业中取得主动，实现单基因生物抗逆向持久性抗逆、生物性抗逆向非生物性抗逆的转移。借鉴国外成功的转基因经验，完成我国从基因组时代向基因组时代后期转换。因此，合理运用现代生物技术，研发转基因产品，是农业生物技术必要发展道路。
工业生物技术的可持续性发展离不开现代生物技术的进步。现如今人类社会发展离不开能源、人口、环境等问题，随着现代生物技术的飞速进展，使得人们可以设计和构建新一代的工业生物技术，可高效快速地将各类可再生物质资源转化为新的资源和能源。现代生物与工业生产的有机结合，可以有效解决工业生产中环境、能源等问题，在各个领域中都发挥着重要作用。其在生物修复中的作用更是重中之重，在环境污染的处理过程中，传统的物理与化学的处理方法，常常会出现二次污染，并且其应用费用较高。现代生物技术在处理各类环境污染均有较强的适应性，可将其作为代谢底物降解，有效的控制了二次污染。其在环境中的发展趋势将朝着生物技术改良与其他污染处理手段相结合的方向发展，可有效提高对生态环境的治理。
4 现代生物技术在生物修复中的问题探讨
生物技术发展到今天，已被广泛应用到环境治理的各大领域中去，并且得到相应的认可。生物修复技术可以应用到很多领域，如高效生物处理技术、污染事故的现场补救、污染场地的修复等多方面的环境工程项目中。现代生物技术以深入到我们生活中的多个方面并与之息息相关，给我们带来非常重要的作用。但是它在带来作用的同时相对也出现了许多的问题，我们通过生物技术培养出来的菌种在一定程度上破坏了污染环境地区的生态平衡，环境因素受到影响，通常带来可怕的生物灾难。如“水葫芦”事件中，水葫芦的泛滥，造成成了大规模生物入侵，给我国的生态环境造成了极大的影响[3]。要充分提高研究人员的工作水平与道德品质，和其对待生物研究的意识。要加强国际之间的合作与社会机制的强化，才能更好的克服这一系列的问题，使得环境与社会能得到共同的发展。
5 结语
现在生物技术及它相关的产业发展，是环境建设的必要环节，大力发展现代生物技术是发展经济建设的必要前提。随着科技在不断进步，生物修复技术将得到大力发展，其所产生的利益与作用将被人们广泛的应用到各个领域，进行科技生物技术大规模产业化，从根本上改变人类的生活生产方式。
参考文献
[1] 李秋芬， 杜春梅.现代生物技术在海洋环境保护中的应用[J].山东环境，2000（05）：49-51.
[2] 王颖，郑旭煦，於煌，等.现代生物技术在环境工程中的应用[J].重庆工商大学学报：自然科学版，2007，24（01）：46-50.
[3] 高新林，夏英垚.现代生物技术在生物修复中的应用[J].科技视界，2014（01）：30-30.
矿区生态修复技术研究 篇7
矿产资源为国民经济和社会可持续发展提供了重要的物质基础,是人类社会可持续发展的重要保障[1]。但是经济的发展使得矿产资源需求量不断增大,导致的生态环境问题与日俱增,成为影响可持续发展的重要因素[2],因此,使矿区在生态修复后能达到最佳的生态环境效益、社会效益和经济效益,满足可持续发展的需要,成为目前急需解决的问题。
2 矿产资源开发对生态环境和社会的影响
2.1 对地表景观的破坏
矿产资源的开采包括露天开采和地下开采,都不同程度地对地表景观造成破坏。露天开采主要通过剥离挖损土地而改变地表景观;地下开采由于矿物的采出而导致上覆岩层发生变化甚至破坏。矿产资源的开采破坏了原有的森林、草地等自然植被以及山体本身,严重破坏了地表景观[3,4]。
2.2 对土地资源的破坏
矿产资源的开采通常要压占大量的土地。露天开采中,采矿剥离的表土、井工采矿后的废石,以及选矿后的尾矿都会破坏与压占矿区土地[5]。地下开采中,挖损土地会导致地面沉降和塌陷,同时加速水土流失和土壤侵蚀。
2.3 对水资源的破坏
矿产资源的开采对地表水资源以及地下水资源造成影响。对地表水资源的影响主要有取水、河道和水文的改变、水质的污染等。对地下水资源的影响主要是导致地下水位的下降和地面沉降等。
2.4 诱发地质灾害
矿产资源的开采和相关工程的建设会对矿区地质结构产生扰动,地下开采、地面及边坡开挖都有可能诱发崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地震等地质灾害[6]。同时在开采过程中,如果尾矿库管理不当,易引发溃堤垮坝等灾难事故,引起泥石流,淹没耕地、淤塞河道、损毁公路,给人民生命财产带来巨大损失,严重威胁着人类的生存环境[7]。
2.5 对生物多样性的破坏
矿产资源开采过程中的植被破坏、矿渣堆放等都会对矿区的生物多样性造成破坏,同时由于废弃土地中微生物活性差,生态系统的自身修复十分缓慢[4]。
3 矿区废弃地的类型及特点
矿区废弃地是指在矿产资源开采过程中所破坏的、不经过一定的处理而无法使用的土地。主要分为以下4种。
(1)废石堆废弃地,是由剥离的表土、开采的废石及低品位的矿石堆积形成的。这种废弃地的特点是废弃物粒径常在几百乃至上千毫米,难以在短期内自行粉碎风化,并且空隙大,持水性差。
(2)开采坑废弃地,是伴随矿物开采而形成的采空区及塌陷区。开采坑废弃地形成的深坑会因常年积水形成潮湿的湿地。
(3)尾矿废弃地,是通过分选精矿物后剩余的固体废物形成的。由于现在的技术条件有限导致选择矿回收率较低,使得尾矿排放量较大。
(4)采矿作业面、机械设施、矿区辅助建筑物和道路交通等先占用后废弃的土地[7]。
4 矿区生态修复的技术措施
矿区生态修复是指对采矿引起的土地功能退化、生态结构缺损、功能失调等矿区生态系统退化的问题,通过工程、生物及其他综合措施来修复和提高生态系统的功能,修复其生态平衡的过程[8]。目前研究的主要生态修复技术措施如下。
4.1 矿区生态修复的工程措施
矿产资源开采过程造成的最重要的生态破坏就是土地退化,因此,矿区生态修复的重要环节就是土壤基质改良。
4.1.1 地表土保存技术
因为可耕种的表土的形成需要很长时间,所以,在矿山开采之前,可先取50cm左右厚的土壤保存,在矿山开采结束后,再把封藏的表土填回[9]。
4.1.2 废弃地改造技术
因为废渣的淋溶水中镉、汞、铅、砷等剧毒元素的含量均超过国家水质标准,所以,在进行地表土改造之前,可先建造一个人工隔水层,减少地表水下渗,从而减少淋溶水中有毒元素的含量[10]。
4.1.3 土壤增肥改良技术
在矿区生态修复过程中,可以添加营养物质、有机物质等有效物质来改良土壤的物理化学性质,缩短植被演替的过程,加快矿区的生态修复。
4.2 矿区生态修复的生物措施
4.2.1 植被修复措施
植被修复是生态修复中生物措施的关键,而根据具体环境条件与需要选择适宜的树种是其关键技术之一。
首先分析土壤的物化、生化性质,查明土壤pH值,土壤含水量、通气性、土壤氮素等,从而选择树种、草种。应遵循的原则是:①生长快,适应性强,抗逆性好;②优先选择固氮树种等植被;③尽量选择当地优良的乡土树种和先锋植被种子,也可以引进外来速生植被;④植被修复时不仅要考虑经济价值高,更主要的是要考虑多种功能效益,主要包括抗旱、耐湿、抗污染、抗风沙、耐瘠薄、抗病虫害以及具有较高的经济价值。
同时,矿山废弃地一般重金属污染较重,植被修复在重金属污染修复中也起到关键作用,目前主要通过植物吸收、植物挥发、植物固定3种措施来进行重金属污染土壤的植物修复。
4.2.2 微生物技术的应用
微生物在矿山植被恢复过程中起到越来越重要的作用。利用微生物技术可以增加植物对营养的吸收、改良土壤结构、减少重金属的毒害以及抵抗不良环境。主要运用的微生物有以下两种:一是抗污染的细菌,二是利于植物吸收营养物质的微生物[11]。
4.3 尾矿的综合利用
未经处理或再利用的尾矿不仅占用了大量土地而且还污染环境,对尾矿进行合理的综合利用,能带来显著的环境及经济效益:①从废弃物中进一步回收有价元素,不仅降低了成本,还可以减少环境污染;②作为二次资源制取新形态物质,不仅能变害为利,更能降低有毒、有害物质对人类造成的伤害;③用废石与尾矿作为井下采空区的充填材料不仅能节省费用,还能避免土地占压,又可减少水土流失源。
5 结论与建议
矿区生态环境的形成是一个非常复杂的过程,必须按照科学发展观的要求,从当地的社会自然环境和长远规划出发,同时结合矿产资源开发过程中对生态环境和社会产生的影响以及矿区废弃地的类型和特点,采取工程措施、生物措施和尾矿的综合利用等切实可行的措施,使受损的生态环境得到有效的修复,使矿区经济和社会的发展相一致,人类活动和遵循自然规律相互协调,促进和谐社会建造,实现生态修复的目的。
目前矿区生态修复已经取得了一些成绩,根据我国的实际情况,还应当在以下几个方面继续加强。
(1)目前,对矿山废弃地中单个重金属的污染治理已经有一定的理论基础,但是一般矿山都不是单一的重金属污染,因此需要找到适合治理多种重金属污染的方法。
(2)矿区生态环境的治理与保护必需纳入法制化轨道,在已有法律条款的基础上,结合矿区环境的特点,建立符合我国国情的矿区环境保护法律法规体系和技术标准体系。
(3)采矿企业追求利润、法律法规在执行中不当等都导致了矿山的破坏,所以,要各尽其责,做好防范措施,减轻后期的治理。
城市河道生态修复技术研究 篇8
1 河道生态修复技术
城市中受污染的河道要进行生态修复是一项巨大且复杂的工程, 就目前而言, 国内正在研究和已投入运用的修复治理方法可以归纳为三大类, 分别是物流修复、化学修复和生物修复。
1.1 物理修复
在城市河道建立水工建筑物, 运用机械对河道中的藻类进行清理, 挖通河道中的淤泥等多种措施, 改善被污染河道的水质和水体环境, 从而实现河道生态的修复。在具体实施上, 建设水工建筑物, 对过水构筑物进行优化和改良, 并选用不同形状构筑物等措施来进行水利工程。充分合理的利用河水在流到过水构筑物时所出现的翻腾搅动等一系列水流现象, 而这种现象的出现能有效的增加空气在水中的溶解量, 提升河道的自净和复氧能力, 以此来达到修复和改善河道水质的目的。比如美国的基西米河在进行生态修复中, 就是运用河道的物理修复技术, 在整个流域进行大规模、大尺度的建设和修复, 并以此取得成功的真实案例。
1.2 化学修复
在受污染的河道中放入化学药剂, 使药剂和污染物出现相应的化学反应, 以此来生成对河道环境没有污染的物质, 从而去除河道水体中的污染物, 达到河道生态环境修复的目的。如果是受重金属污染相对严重的河流, 需要往河流中放入某些能够将重金属进行吸附或者氧化还原的化学药剂, 以此来降低金属的生物有效性。比如铁盐能促进磷沉淀, 石灰可以脱氮。
对于河道中藻类比较多的地区, 可以用含铜制剂和各种氧化非氧化等化学制剂来除藻。整体来说, 化学修复通常用于突发性的水污染, 而且效果比较好, 但是化学修复的效果很短暂, 不能进行永久性的修复, 因为在受污染的河道中, 它只改变了重金属的形态, 并没有改变金属元素, 而这种情况就容易让金属元素重新活化, 危害人类以及动植物的健康。因此, 化学修复一般是作为辅助修复措施。
1.3 生物修复
运用河道中的动植物和微生物, 利用它们来对污染物进行吸收和转化, 以达到净化水体和逐步恢复生态的目的。河道修复过程中, 动植物和微生物起着不同的作用, 因此在运用生物修复技术时, 可以是单一的动植物和微生物, 也可以将它们进行有效的组合, 形成生态循环系统。植物修复是根据植物抵抗、转化、吸收污染物的承受能力为依据, 来除去环境中的污染物。根据相关文献资料, 通过在水体中栽培水生植物, 能将水体中有机和无机污染物去除, 因为水生植物在生长的过程中对水体中的污染物能进行吸收和过滤, 并能够有效的对其进行降解和稳固, 从而达到净化水质的目的。动物修复则是指通过河流中水生动物种群的直接或间接作用来修复河流污染的过程。直接作用则是动物群种对重金属进行有效的吸收, 并将其进行转化和分解;间接作用是改变水体的环境, 使其能更适合河道中动植物和微生物的生长繁殖。在受污染的水中放入抵抗力强且与之相适应的水生动物, 利用食物链的作用对其进行消化, 从而将一些有机污染物进行吸收和分解, 通过水生动物的转化, 使其形成没有污染的物质, 以此来改善受污染的城市河道环境。
2 河道生态修复技术展望
在最近几年中, 世界各地都对河道生态修复进行了相关的研究和实践, 通过这些研究和实践, 总结出现今河道生态修复技术的发展方向, 总体归纳为以下几点。
生物生态技术对污染水体的治理有着十分显著的效果, 不仅能长久有效的修复污染水体, 还对周围环境没有任何的不利影响。因此, 可以将其作为河道修复技术的主要生态修复技术。在人们对生活环境要求不断提高的今天, 环保意识也更加的强烈, 而生物生态技术就能很好的改善城市的生态环境, 满足人们对环境的需求。
中国人口众多, 地形复杂, 不同城市河道受污染情况也就不同, 呈现了复杂多样的特征。因此, 单靠一种修复技术很难进行城市河道的生态修复, 所以将多种生态修复技术 (物理修复、化学修复、生物修复) 进行有机的结合已经成为了新的共识, 并通过研究, 越来越广泛地运用于实践当中。
在传统的修复技术上进行改良和创新, 创造出新型的生态修复技术, 这是目前的主要发展方向。现有的技术中也有着相应的成果, 比如河道生态固岸技术, 以及利用垂直复合流来建造人工湿地等。
3 结语
城市河道生态修复, 不仅能为人们提供良好的生活环境, 还对我国经济的发展, 社会的稳固有着重大的意义。因此, 在我国进行城市河道生态修复的过程中, 结合当地的情况, 将污染水体的处理技术和修复技术相结合, 实现河道生态的长久性修复, 让其成为一道亮丽的景观。
参考文献
[1]张修庆, 刘军.我国城市河涌治理技术探讨[M]黄真理.中国环境水力学, 北京:中国水利水电出版社, 2004:284-291.
[2]屠清瑛, 张永泰, 杨贤智.北京什刹海生态修复试验工程[J].湖泊科学, 2004, 16 (1) :61-67.
水体生物修复技术研究进展 篇9
目前国际上采用的水体修复方法主要有3类:一是化学方法,如加入化学药剂杀藻,加入铁盐促进磷的沉淀,加入石灰脱氮等,但是易造成二次污染。二是物理方法,如疏挖底泥、机械除藻、引水冲淤等,但往往治标不治本。三是生物方法,如放养控藻型生物、构建人工湿地和水生植被,开发水体生物修复技术。这也是当前水环境技术的研究开发热点。
水体修复技术主要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以及土壤处理技术和河湖等自然净化能力的处理等等。
1 水体生物修复理论
1.1 水体生物修复理论概述
生物修复始于20世纪70年代,发展于20世纪90年代。目前已被广泛应用于海面溢油、河流和湖泊的富营养化、土壤有机污染、地下水系污染等环境修复工程中。在大面积污染治理领域被普遍认为是有效、经济、极具有生态性的高新环境技术。国内从1998年起,陆续见有大学教材开始编译引用生物修复技术理论。现在国内已开始进行这方面的课题研究。
生物修复又称生物改良,其狭义的基本定义为:生物修复是生物特别是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。除了微生物修复外,生物修复还包括植物修复和动物修复。也就是说,生物修复技术是指利用培育的细菌、陆生植物及真菌、水生藻类、水生动物等的代谢活性改变污染物的化学或物理特性从而影响它们在环境中的迁移、转化和降解速率,使水体得到净化的技术。
1.2 水体生物修复的理论依据
1.2.1 氨氮的脱除
河湖水体中,氮素硝化过程的传统生化反应途径为:
河湖水体中,使NH4+转化为NO2-(亚硝化阶段)的菌有亚硝化单胞菌、亚硝化球菌属等;使NO2-转化为NO3-(硝化阶段)的菌有活跃硝化杆菌、维氏硝化杆菌、硝化囊菌属等,它们都是由氧化NH4+、NO2-获得能源,并以CO2为唯一碳源的化能自养菌。
反硝化过程的生化反应途径有2个。
a.异化脱氮细菌的反硝化作用:
假单胞菌属(脱氮假单胞菌、铜绿假单胞菌、荧光假单胞菌等)、色杆菌属(紫色色杆菌等)、微球菌属(脱氮微球菌等)、芽胞杆菌(蜡状芽胞杆菌等)的一些种均属这类菌。在厌氧条件下利用硝酸盐的氧来氧化有机底物,而使NO3-还原成N2。
b.自养脱氮细菌的反硝化作用:
脱氮硫杆菌在缺氧条件下能利用NO3-的氧将硫或硫代硫酸盐氧化成硫酸盐,释放N2,从中获得能量来同化CO2。
由于河湖底泥处于还原状态,S←→S2-之间存在平衡的可能,因此这一作用有利于底泥的脱氮。
1.2.2 磷的去除
在富营养化河湖修复中,物理修复(清淤)、设置水生植物修复工程往往比微生物修复更为有效,原因是磷素本身不能转化为气体消失,也不能被永久性固定于底泥。即便采用在废水处理工程设施中常用的积磷菌来除磷,由于它不可能象工程设施那样于末端排放并二次处置,其效果也大为逊色。
1.2.3 有机碳的去除
大部分河湖有机碳以水体悬浮物的形式存在。悬浮物是有机碎屑、细菌、藻类和矿物质等细微颗粒组成的胶粘状物(简称“絮团”),其比重略大于1,在风力作用下极易悬浮于水体,并长期滞留在水体中,参与水中固体物质通量的上下交换,并大幅降低水体透明度(可使透明度降到20~40 cm)。组成“絮团”和底泥的有机碎屑、细菌和藻类当中,约含纤维素15%~60%,含半纤维素10%~30%,含木质素5%~30%,含蛋白质2%~15%;其中可溶性物质,如糖、氨基糖、有机酸和氨基酸,占干物质重的10%。这些组成物的分解直接关系到“絮团”和底泥中有机碳的微生物转化。
1.2.4 碳水化合物的微生物降解
自然界中许多单糖构成了植物、藻类和微生物细胞中的多糖,淀粉也属多糖,许多细菌和真菌通过产生胞外酶(通称淀粉酶)能水解淀粉。纤维素是植物、藻类残体中最丰富的成分,通常与半纤维素和木质素连结在一起,多种细菌如假单胞菌、色杆菌、芽孢杆菌、梭菌等以及多种真菌如木霉、青霉等可通过纤维素酶的作用分解纤维素。对藻类细胞壁具有重要作用的半纤维果胶(主要是半乳糖醛酸)的微生物分解,与几种果胶酶的作用有关。在藻类组织降解过程中,真菌有激发作用,而放线菌则能在较长时期维持这种分解活性。
1.2.5 木质素的微生物降解
木质素的分解主要是真菌的作用。放线菌能使木质素分子减小,不过尚不能肯定这些菌能否使木质素完全分解以及能否利用木质素碳来生长。芳香化合物的转化速率是决定“絮团”和底泥有机质动态的主要因素。松伯醇、阿魏酸、咖啡酸的结构与木质素的亚单体相似。它们的降解多少代表了植物性残体的分解。这些化合物的降解都是靠脱羧作用去除其芳香分子中的-COOH,但这个基团之后极少参与组成“絮团”或底泥腐殖质。
1.2.6 菌体细胞壁的微生物降解
真菌、细菌细胞壁是形成“絮团”和底泥有机质的主要前体,诸如链霉菌、假单胞菌、芽孢杆菌、梭菌一类的菌属均可引起真菌细胞壁的分解。
2 我国水体生物修复技术研究近况
2.1 人工复氧
中国科学院盛彦清[1]等人应用人工复氧技术并投加生物制剂及底质改良剂等,对严重富营养化的湖泊水和黑臭河涌水进行了生物修复试验。模拟试验结果表明,在适度的人工复氧前提下,投加生物制剂及底质改良剂等,能够使两种水体的化学需氧量(CODCr)、总氮(TN)和总磷(TP)等污染物的含量分别降低80%以上。用同样的方法进行现场试验,发现CODCr、TN和TP等污染物含量的降幅均能达到70%左右。相应水体的水质指标基本上达到“地表水环境质量标准”(GB 3838-2002)地表ⅴ类水标准。并发现投加的生物制剂及底质改良剂等微生物群体能够壮大受污染环境中的土著微生物,对底泥中污染物的降解有一定的促进作用。
2.2 投加微生物菌种和微生物促生剂
李正魁[2]研究的固定化氮循环细菌技术(INCB)在贵阳红枫湖物理生态工程(PEEN)实验区进行了除氮、抑菌实验。结果表明:应用PEEN———INCB技术使红枫湖试验区总氮、非离子氨和亚硝酸盐氮分别降低0.568 mg/L、0.015 mg/L和0.019 mg/L。
天津科技大学材料科学与化学工程学院的庞金钊[3]等人对利用微生物对富营养化的城市河湖水体进行生物修复,使水中的污染物降解成H2O、CO2或转化成无害物质进行了研究。研究表明,微生物制剂对去除水体中的有机物、叶绿素a、氨氮和提高溶解氧等均有显著效果。
1999年,由华东师范大学、上海市徐汇区环科所、美国Probiotic公司[4]对某地池塘黑臭水体进行了生物修复试验,并对塘中土著菌种的降解作用进行强化并投加水质促生液。经治理后的水体CODCr由50~70 mg/L降至30 mg/L左右,BOD5由25~30 mg/L降至10 mg/L左右,水体透明度由20 cm上升到70 cm,水体DO由接近于0提高至大于2 mg/L。随着生物修复过程的进行,初期在促生液作用下,水体中藻类数量迅速增长,藻类的光合产氧对水体由厌氧恢复到好氧化起到很大的作用。后期,由于水体趋于洁净,藻类被微型动物所捕食,使水体透明度增高。经生物修复后,水体向良性生态区演替,生物种群增加。
李雪梅[5]等人在华南植物园已重度富营养化的人工湖(1 000 m2)做了投加多糖EM(有效微生物)制剂试验,结果表明:EM治理湖泊富营养化是非常有效的。
华东理工大学唐玉斌[6]等人采用由纯天然物质制成的生物激活剂Bio Oxidator TM(BO)和Nutra Complex TM(NC)对上海植物园兰室和牡丹园的湖水进行修复。结果表明,施用生物激活剂BO和NC对水体COD、BOD、TP、浊度等均有显著的去除效果,并可显著提升水体溶解氧。所用生物激活剂不含外来菌种,对动物和鱼类无毒性。与其他修复方法相比,该种水体修复技术具有易于操作、成本低、无二次污染等优点。在园林池塘、住宅小区的人工湖以及其它相对封闭或半封闭的水体修复方面,具有良好的推广应用前景。
方一丰[7]等人研究了生化黄腐酸(BFA)对污染水体生物修复的强化作用。生化黄腐酸能提高水体中微生物活性,加快微生物对目标污染物的降解。在污染水体生物修复强化作用的试验中,投加生化黄腐酸后,CODCr、NH3-N、TP和浊度的去除率分别增加了29.47%、20.61%、35%和19.86%,同时有利于水体DO的提升。
2.3 放养水生植物
北京采用生物浮岛改善水质技术来治理水华。浮岛上植物的根系扎在水中,会大量吸收水中的氮、磷等营养,来遏制水华发生的条件。北京市最大面积的生物浮岛建在永定河引水渠罗道庄段。经过一段时间的治理,这些水域的水华现象已得到明显控制。
重庆市渝北区双龙湖水体因长期受纳城市污水,近几年水体水质恶化并呈加重趋势。为治理修复该水体,重庆大学城市建设与环境工程学院的郭蔚华[8]等人进行了水面种植高等植物净化双龙湖富营养化水体的动态和静态试验研究。结果表明:试验植物风车草、蕹菜、芹菜对叶绿素a的降低率分别是17.64%、42.99%、38.05%;附着物与根系重量比(湿重%)分别为风车草:5.1~132.7、芹菜:100.0、蕹菜:48.3;3种植物对富营养化水体均有较好的修复作用,对降低叶绿素a作用明显,对悬浮污染物有较好的吸附作用,其中风车草对修复营养化水体的作用应予重视。
北京市水利科学研究所的井艳文[9]等人对利用生物浮床技术进行水体修复进行了研究。生物浮床技术是按照自然界自身规律,人工把高等水生植物或改良的陆生植物种植到营养化水域水面上,通过植物根部的吸收、吸附作用和物种竞争相克机理,消减富集水体中氮、磷及有害物质,从而达到净化水质的效果,同时又可营造水上景观。
刘冬燕[10]等人通过对生物修复中富营养小水体浮游植物群落的分析,探讨了生物修复对浮游植物的影响以及浮游植物对环境因子改变的响应。生物修复实施后的浮游植物种类数比实施前多,浮游植物细胞数和生物量却有明显的下降。而对于Shannon-Weaver多样性指数,实施后较实施前有明显的上升。生物修复过程中美丽胶网藻水华得到控制,优势种的指示性由中污变为寡污,优势度也由极度的高优势变为中低度优势。水体治理的前期阶段浮游植物群落的种类组成和结构有明显的改变,浮游植物种类数分别与正磷酸盐和氮磷比呈显著负、正相关,正磷酸盐的浓度与氮磷比的大小对水体浮游植物的种群结构变化具有重要影响。
2.4 组合技术
华东师范大学黄民生[11]等人采用曝气复氧、投加高效微生物菌剂及生物促生液、放养水生植物等构建的组合生物修复技术,对苏州河严重污染支流——绥宁河进行原位污染治理和生态恢复工程试验。结果表明,严重污染的水体消除了黑臭,水体COD平均下降50%以上,DO平均升高2 mg/L左右,透明度平均增加10 cm以上。主要微生物指标以及底泥有机质含量未发生显著变化。
3 结语
与传统的化学、物理处理方法相比,生物修复技术具有污染物在原地被降解;修复时间较短;操作简便;对周围环境干扰少等优点。修复经费仅为传统化学、物理修复经费的30%~50%;不产生二次污染,遗留问题少。
生态修复工程的进一步发展,应该结合其他技术,使其处理效果更好。例如:利用基因工程和生物技术筛选超积累、高耐性修复植物,将具有特异降解功能的微生物引入处理系统等,这样能进一步提高处理效率。
参考文献
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[2]李正魁,濮培民,胡维平.红枫湖水环境的局部恢复技术—固定化氮循环细菌对水生态系统的修复[J].江苏农业科学,2001(6):70-72.
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[4]徐亚同,史家木梁,袁磊.上澳塘水体生物修复实验[J].上海环境科学,2000,19(10):480-484.
[5]李雪梅,杨中艺,简曙光.有效微生物群控制富营养化湖泊蓝藻的效应[J].中山大学学报(自然科学版),2000,39(1):81-85.
[6]唐玉斌.景观水体的生物激活剂修复[J].城市环境与生态,2003,16(4):37-39.
[7]方一丰,林逢凯,陆柱.生化黄腐酸对污染水体生物修复的强化作用[J].环境污染与防治,2005,27(9):658-660.
[8]郭蔚华,张智,何冰.高等水生植物修复双龙湖水体叶绿素a变化试验研究[J].重庆环境科学,2002,24(3):45-48,87.
[9]井艳文.利用生物浮床技术进行水体修复研究与示范[J].水利科学研究,2003(6):20-22.
[10]刘冬燕,赵建夫,张亚雷.富营养水体生物修复中浮游植物的群落特征[J].水生生物学报,2005,29(2):177-183.
河道治理中的生态修复技术浅析 篇10
河道是包括河堤、河床、护坡、水体和生物等的复杂生态系统, 既是防洪排涝和引水抗旱的通道, 又是生态、景观、休闲和旅游的重要场所。随着人口及社会经济的迅速发展, 河道的生态环境状况越来越差, 给河道景观和居民身体健康带来了严重危害, 正日益成为困扰社会发展的重要瓶颈之一。
目前, 河道形状“直线化”、“平面化”严重, 原本属于河道的“曲折蜿蜒”的形状和“深潭”和“浅滩”等许多生物赖以维持生存的自然特征消失。水污染严重, 水环境恶化, 各种原因使河道的纳污能力远远超过了其自净能力, 水环境质量大多在Ⅴ类或以下水平。河道生态系统严重破坏, 致使河道局部变成单纯性过水, 河道所在区域的局部生态系统瘫痪。多数河道出于防洪安全的需要, 两岸的堤防都修建得笔直高大, 且水面单调划一、水流速度慢、水环境质量恶劣等造成了河道景观的严重不足。总之, 河道现状面临的根本问题就是生态环境问题, 只有从生态的角度修复和重建生态系统, 才能为供水、水环境、水生态、水景观等其他功能奠定基础[1,2]。
目前, 在河道污染的治理技术中, 生态修复 (Ecological Restoration) 技术通过强化自然界自身的净化能力和物质循环规律, 是实现人与自然和谐相处的治污途径。生态修复是利用生态工学原理、技术, 通过河道水污染控制、水量和水流态的调节, 河道河底和岸坡的形态结构的生态改造, 恢复河道生物多样性, 重建河道生态系统的结构和功能, 使之达到良性的自然生态平衡[3]。该技术是一项清洁环境的低投资、高效率、便于运行、发展潜力较大的技术。
2 河道生态修复技术
我国在河道生态修复方面的技术研究工作起步较晚, 尚处于学习借鉴国外先进技术和经验的阶段, 大规模推广河道生态修复工作尚不成熟, 但可以预测, 我国在未来几年内必将兴起河道生态修复的研究和应用推广热潮。目前, 国内外河道修复的技术主要有:河道形态修复技术、生态河堤修复技术、生态河床修复技术、生态护坡修复技术和生态水体修复技术等。
2.1 形态修复技术
天然河道是蜿蜒弯曲、不规则的, 在传统的河道整治中, 为了便于进行规划建设或满足现代航运需求, 许多蜿蜒曲折的河道被裁弯取直。自然蜿蜒的河道形态能降低河水流速, 自然河岸可通过水体渗透和两岸植物的储水起到调蓄洪水的辅助作用, 被水泥和钢筋混凝土加固了的河岸阻止了水体的自然交换, 导致洪灾总体风险不断增加。同时, 河道形态的直线化改变了原有河道的水流流态, 水生鱼类也失去了栖息地, 对生态环境产生不利影响。在河道整治的工程中, 应尊重河道的天然形态, 避免直线和折线型的河道设计, 通过保持河道的蜿蜒性来保护河道形态的多样性。
2.2 生态河堤修复技术
河堤具有廊道、缓冲带和植被护岸等功能, 不仅可为防洪安全提供可靠保障, 同时还是一道人水相亲的风景线。因此, 不仅要高度重视加固堤防工作, 而且要同步实施河堤的生态修复工作, 把河堤建成防洪和生态兼顾的绿色坚固长廊。通过河堤建设, 使河堤符合防洪标准;通过实施河道沿线景观综合整治工程, 使河道实现水清、景美的目标, 成为自然景观与人文景观相协调的河道生态景观区。河堤的生态修复主要是把河堤由过去的人工混凝土建筑改造成为水体和土体、水体和生物相互涵养, 适合生物生长的河堤, 使生态修复后的河堤具有适合生物生存和繁衍、提高水体自净能力、调节水量和滞洪补枯等功能, 修复生态河堤已成为国内外河堤修复的发展趋势。
2.3 生态河床修复技术
去除传统整治河道铺设在河床上的硬质材料, 恢复河床自然泥沙状态;恢复河床的多孔质化, 建设生态河床, 为水生生物重建栖息地环境。以生物防护稳定河床、改善河床生态环境的方法符合人与自然和谐相处的科学发展观, 增强了河道生态的自然修复功能, 有效地提高了河道行洪能力, 改善了河道生态环境, 为人们提供良好的亲水环境。
2.4 生态护坡修复技术
传统的河道整治方法往往忽视生态, 把护坡建成直立式或用钢筋混凝土覆盖护坡, 从而破坏了生物的生长环境。从修复河道的生态环境出发, 有条件的护坡都应种植草坪或灌木, 草坪和灌木可有效增强护坡的稳定性、防止水土流失, 为此可在坡面植草或灌木。同时, 运用生态工程的技术与方法, 充分发挥护坡植被的缓冲功能, 恢复和重建退化的护坡生态系统, 保护和提高生物多样性。
2.5 曝气生态净化
曝气生态净化系统以水生生物为主体, 辅以适当地人工曝气, 建立人工模拟生态处理系统, 以高效降解水体中的污染负荷, 改善或净化水质, 是人工净化与生态净化相结合的工艺。河道曝气生态净化系统中的氧气主要来源有人工曝气复氧、大气复氧、水生生物通过光合作用传输部分氧气三种途径。在采用曝气生态净化系统的黑臭河道内形成了一种有多种微生物和水生动物共存的复杂生态系统, 有细菌、真菌、霉菌、藻类、原生动物、后生动物、地栖动物和生水动物等。通过物理吸附、生物吸收和生物降解等作用以及各类微生物和水生生物之间功能上的协同作用去除污染物, 并形成食物链, 达到去除污染物的目的。
2.6 人工湿地处理技术
人工湿地植物根系的输氧作用及传递特性使人工湿地生态系统呈现连续的好氧、缺氧、厌氧状态。在此过程中, 60%以上的总氮通过硝化作用和反硝化作用被去除。人工湿地对氮的去除主要依靠微生物的氨化、硝化、反硝化等作用完成。湿地植物吸收约8%~16%的总氮作为自身的营养成分, 用于合成植物蛋白等有机氮, 进而通过植物的收割而去除。
人工湿地利用自然生态系统中物理、化学和生物的三重作用实现对污水的净化, 这种技术已经成为提高大型水体水质的有效方法。人工湿地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沉淀、过滤作用, 很快地被截留并被微生物利用;废水中可溶性有机物通过植物根系的吸附、吸收及代谢降解等过程被分解去除。随着处理过程的不断进行, 湿地中的微生物也繁殖生长, 通过对填料的定期更换及对植物的收割而将新生的有机体从湿地生态系统中去除。
2.7 生物膜处理技术
生物膜技术是指利用天然材料 (如卵石) 、合成材料 (如纤维) 为载体, 在其表面形成一种特殊的生物膜, 生物膜表面积大, 可为微生物提供较大的附着表面, 有利于加强对污染物的降解作用。利用生物膜自净原理在河道内铺设一些卵石, 进而改变水环境生态链结构的单一性。生物膜技术具有较高的处理效率, 对于受有机物及氨氮轻度污染的水体有明显的效果。采用生物膜处理技术对受污染河水进行修复, 与其他工程措施相比有许多优点: (1) 污染物就地处理, 操作简便, 对周围环境干扰少; (2) 费用低廉; (3) 无二次污染, 遗留问题少; (4) 修复时间短[4]。
2.8 生物珊修复技术
生物栅是按照生态学原理、根据水质强化净化要求构建而成的一种近自然型水环境治理与生态修复装置。生物栅技术是利用植物、微生物、水生动物和底栖动物等生态要素的协同作用来实现生态修复功能, 在有限的空间内富集巨大的生物量, 以达到快速、高效的处理效果。生物栅系统具有巨大的由植物根系和组合填料形成的表面积, 对固体物质、胶体物质及NH3-N等有一定的沉降、拦截和吸附作用[5]。黄民生等在上海市黑臭及富营养化中小河道治理中应用两种型式的生物栅开展了试验与实践研究, 取得了良好效果[6]。
2.9 生物浮床技术
人工构建生物浮床, 为水生植物、水生动物提供生存环境, 按照自然界本身的规律, 消减水体中的污染物质, 从而达到净化水质的效果。在城市河道断面比较小的水体中, 局部种植各种适宜的陆生植物和湿生植物, 在美化、绿化水域景观的同时, 通过根系的吸收和吸附作用, 吸收水体中的N、P等元素, 并通过收获植物的方式将其带离水体, 从而达到净化水质、改善景观的目的[7]。
3 结论与建议
3.1 结论
河道的生态修复是大势所趋, 在国内乃至全世界范围内都有广阔的研究和应用前景。但是河道生态修复是一个涉及到众多学科门类的实践性和思想性的学科, 需要集中各行各业的技术人员, 利用先进的技术方法和手段, 综合各专业特点, 结合具体实际才能有收获。由于城市河道具有人文性、自然性、生态性、景观性等特点, 并且河道还具有地域性特点, 不同地区的河道具有不同的水文特性、生物特性、地理特性、景观特性等等, 因此, 在从事具体的河道生态修复工作时, 将污水处理的常规处理技术与河道水体的修复技术有效地结合起来, 从而达到技术可行、经济有效, 同时又符合城市生态的要求, 使城市河道水体真正成为城市一道亮丽的风景。
3.2 建议
(1) 从生态系统角度考虑河道的修复工作。河道作为城市生态系统的重要组成部分, 它的整治工作的好坏无疑关系到城市未来的生存发展。因此, 要实现可持续发展, 就必须在生态系统的建设上做足文章。
(2) 注重河道生态修复的多学科交叉性, 结合多学科知识, 以流域为单位考虑大范围河道整治工作。
(3) 更多考虑人文因素, 更加突出“以人为本”的理念。河道生态修复不仅要从生态系统的角度为其生存发展创造空间, 还要从人对河道景观的休闲娱乐、审美等要求的角度出发, 生态工程建设和景观建设要同时进行, 从机理上修复河道生态系统, 从表象上塑造良好的视觉感观, 为人类生活质量的提高创造条件。
(4) 加强宣传, 让河道生态修复意识深入人心。特别是在城市河段, 呼吁市民自觉爱护河边绿地, 共创美好城市景观。
参考文献
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[6]黄民生, 徐亚同, 戚仁海.苏州河污染支流一绥宁河生物修复试验研究[J].上海环境科学, 2003, 60 (22) :384-389.
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