水生動(dòng)物水體修復(fù)技術(shù)

1、9.2 水生動(dòng)物水體修復(fù)技術(shù)9.2.1 水生動(dòng)物凈化水體的技術(shù)原理水生動(dòng)物也能吸收和遷移污染物。與水生植物細(xì)胞不同，動(dòng)物細(xì)胞缺乏細(xì)胞 壁，因此細(xì)胞膜起著很大的屏障作用。（1）污染物通過動(dòng)物細(xì)胞膜的方式 污染物通過動(dòng)物細(xì)胞膜的方式有兩大類：被動(dòng)運(yùn)輸和特殊轉(zhuǎn)運(yùn)。被動(dòng)運(yùn)輸由 包括簡單擴(kuò)散和過濾； 特殊轉(zhuǎn)運(yùn)又可分為載體運(yùn)輸、 主動(dòng)運(yùn)輸、吞噬和胞飲作用。 可見，這些這些方式與植物有類似之處，體現(xiàn)了生物膜結(jié)構(gòu)與功能的高度統(tǒng)一。 某些固態(tài)物質(zhì)與細(xì)胞膜上某種蛋白質(zhì)有特殊親和力， 當(dāng)其與細(xì)胞膜接觸后， 可改 變這部分膜的表面張力， 引起細(xì)胞膜外包或內(nèi)凹， 將固態(tài)物質(zhì)包圍進(jìn)入細(xì)胞， 這 種方式稱為吞噬作用； 如吞

2、食細(xì)胞外液的微滴和膠體物質(zhì)也可通過這種方式進(jìn)入 細(xì)胞成為胞飲作用。（2）水生動(dòng)物體對污染物質(zhì)的吸牧 水生動(dòng)物對污染物的吸收一般是通過呼吸道、消化道、皮膚等途徑。 經(jīng)呼吸道吸收 水體中的污染物進(jìn)入水生動(dòng)物呼吸道后順氣管進(jìn)入肺部，其中直徑小于 5nm 懸浮顆粒能穿過肺泡被吞噬細(xì)胞所吞食； 部分毒物能在肺部長期停留， 會(huì)使肺部 致敏纖維化或癌；部分毒物運(yùn)至支氣管時(shí)刺激氣管產(chǎn)生反應(yīng)性咳嗽而吐出或被咽 入消化道。 魚類吸收水體污染物首先通過魚鰓過濾， 然后進(jìn)入呼吸系統(tǒng)， 并將污 染物質(zhì)帶入肺部，魚鰓也是吸收污染物的重要途徑。 經(jīng)消化道吸收消化道是水生動(dòng)物吸收污染物的主要途徑， 腸道黏膜是吸收污染物的主要

3、部 位之一。整個(gè)消化道對污染物都有吸收能力， 但主要吸收部位是在胃和小腸， 一 般情況下主要由小腸吸收，因小腸黏膜上有微絨毛，可增加吸收面積約600倍。腸道吸收量因污染物化學(xué)形態(tài)不同而有很大差異。 經(jīng)皮膚及其它途徑吸收 皮膚是水生動(dòng)物體對污染物吸收的一道重要的防衛(wèi)體系， 它由表皮和真皮構(gòu) 成。表皮又分為角質(zhì)層、透明層、顆粒層和生發(fā)層；真皮是表皮下一層致密的結(jié) 締組織，又分為乳頭層和網(wǎng)狀層。 經(jīng)皮膚吸收一般有兩個(gè)階段： 第一階段是污染 物以擴(kuò)散的方式通過表層， 表皮的角質(zhì)層是最重要的屏障； 第二階段是污染物以 擴(kuò)散的方式通過真皮。9.2.2 水生動(dòng)物凈化水體的作用排入河湖中的污染物首先被細(xì)菌和真

4、菌作為營養(yǎng)物而攝取， 并將有機(jī)污染物 分解為無機(jī)物。細(xì)菌、真菌又被原生動(dòng)物吞食，所產(chǎn)生的無機(jī)物如氮、磷等作為 營養(yǎng)鹽類被藻類吸收。 藻類進(jìn)行光合作用產(chǎn)生的氧可用于其它水生生物利用。 但 若藻類過量又會(huì)產(chǎn)生新的有機(jī)污染，而水中的浮游動(dòng)物、魚、蝦、蝸牛、鴨等恰 恰以藻類為食， 抑制了藻類的過度繁殖， 不致產(chǎn)生再次污染， 使自凈作用占絕對 優(yōu)勢?？傊?，水的自凈作用是按照污染物質(zhì)一 細(xì)菌、真菌一原生動(dòng)物一輪蟲、 線蟲、浮游生物T小魚T兩棲類、鳥、人類這樣一種食物鏈的方式降低濃度的。 國內(nèi)外許多學(xué)者和研究人員致力于利用水生動(dòng)物對水體中有機(jī)和無機(jī)物質(zhì)的吸 收和利用來凈化污水。 尤其是利用水體生態(tài)系統(tǒng)食物鏈

5、中蚌、 螺、草食性浮游動(dòng) 物和魚類，直接吸收營養(yǎng)鹽類、有機(jī)碎屑和浮游植物，取得明顯的效果。這些水 生動(dòng)物就像小小的生物過濾器，晝夜不停地過濾著水體。污水處理中常見的原生動(dòng)物有肉足類、鞭毛類和纖毛類。常見的后生動(dòng)物主 要是多細(xì)胞的無脊椎動(dòng)物， 包括輪蟲、 甲殼類動(dòng)物和昆蟲及其幼體等。 微型動(dòng)物 （ 原生動(dòng)物和后生動(dòng)物 ） 在處理污水中主要有如下作用： （1） 微型動(dòng)物能分泌粘度 等有利于細(xì)菌凝聚的物質(zhì)， 并且微型生物本身在沉降過程中挾帶細(xì)菌下沉， 因而 改善了污泥的沉降性能。 （2） 微型動(dòng)物能吞食游離細(xì)菌和污泥碎片，并能活化細(xì) 菌，帶動(dòng)細(xì)菌一起運(yùn)動(dòng)， 使細(xì)菌和有機(jī)物質(zhì)充分接觸， 提高了細(xì)菌對有

6、機(jī)物的去 除能力，改善了水質(zhì)。（ 3）微型動(dòng)物本身能代謝可溶性有機(jī)物。 （ 4）微型動(dòng)物 對毒物比細(xì)菌敏感， 可用以確定污水中毒物的毒閾值。 有關(guān)試驗(yàn)表明， 污水的凈 化系統(tǒng)中， 水生動(dòng)物與細(xì)菌的關(guān)系密切， 具有特殊的功能作用， 因?yàn)樗鷦?dòng)物是 水體系統(tǒng)中最主要捕食者， 通過捕食水體中的細(xì)菌， 水生動(dòng)物能使水體的色度變 淡，氮、磷濃度降低，藻類被除掉，水體透明度大大提高，水體變清?？梢姡?生動(dòng)物對凈化水體有顯著的效果。9.2.3 水生動(dòng)物水質(zhì)修復(fù)技術(shù)利用水生動(dòng)物對水體中有機(jī)和無機(jī)物質(zhì)的吸收和利用來凈化污水。 尤其是利 用湖泊生態(tài)系統(tǒng)食物鏈中的蚌、 螺、草食性浮游動(dòng)物和魚類， 直接吸收營養(yǎng)鹽類

7、、 有機(jī)碎屑和浮游植物， 可取得明顯的效果。這些水生動(dòng)物就像小小的生物過濾器， 晝夜不停地過濾著水體。9.2.3.1 水生動(dòng)物物種與培育河流中生態(tài)系統(tǒng)對水質(zhì)凈化作用如下： 排入河流中的污染物首先被細(xì)菌和真 菌作為營養(yǎng)物而攝取， 并將有機(jī)污染物分解為無機(jī)物。 細(xì)菌、 真菌又被原生動(dòng)物 吞食，所產(chǎn)生的無機(jī)物如氮、 磷等作為營養(yǎng)鹽類被藻類吸收。 藻類進(jìn)行光合作用 又產(chǎn)生氧供其它水生生物利用。 但若藻類過量又會(huì)產(chǎn)生新的有機(jī)污染， 而水中的 浮游動(dòng)物、魚、蝦、蝸牛、鴨等恰恰以藻類為食，制了藻類的過度繁殖，不致產(chǎn) 生再次污染， 使自凈作用占絕對優(yōu)勢。 總之，水的自凈作用是按照污染物質(zhì) 細(xì)菌、真菌 -原生動(dòng)

8、物 -輪蟲、線蟲、浮游生物 -小魚 -兩棲類、鳥、人類這樣一種 食物鏈的方式降低濃度的。水體中投放適當(dāng)?shù)乃鷦?dòng)物可以有效的去除水體中富余營養(yǎng)物質(zhì)， 控制藻類 生長。底棲動(dòng)物螺螄主要攝食固著藻類， 同時(shí)分泌促絮凝物質(zhì)， 使湖水中懸浮物 質(zhì)絮凝，促使水變清。濾食性魚類，如鯽、鳙魚等可以有效地去除水體中藻類物 質(zhì)從而使水體的透明度增加。 水生生物的生長， 可以促進(jìn)水質(zhì)進(jìn)一步凈化。 值得 一提的是多自然型河流治理營造出的淺灘、 放置的巨石、 修建的丁壩、 魚道等形 成水的紊流， 有利于氧從空氣傳遞入水中， 增加水中溶解氧量。 一般說來河流溶 解氧充足有利于好氧微生物、魚類等的生長，河水會(huì)變得清澈、舒適

9、。反之，則 有利于厭氧微生物的繁殖，河水會(huì)發(fā)黑、發(fā)臭。濾食性貝類以浮游植物、微生物和有機(jī)碎屑為食，濾水率和攝食量都很大， 因此可以加速懸浮物質(zhì)的沉降， 利用及促進(jìn)浮游植物的生長繁殖， 加速有機(jī)質(zhì)的 循環(huán)作用，進(jìn)而優(yōu)化水質(zhì)條件，改善養(yǎng)殖環(huán)境。9.2.3.2 利用食物鏈凈化水體魚類放養(yǎng)技術(shù)的關(guān)鍵是投放魚類的品種、 大小和數(shù)量， 以及對魚類生產(chǎn)的控 制管理。通過細(xì)菌，藻類，微小動(dòng)，魚類等構(gòu)成一個(gè)完整的活性較高的食物鏈， 使排水中的有機(jī)物和氮、磷等營養(yǎng)鹽類得到較徹底的處理。水域會(huì)成為許多有害昆蟲如蚊、 蠅的滋生場所， 在水體中投魚， 它可攝食蚊 子的幼蟲及其它昆蟲的幼蟲， 避免了水域?qū)χ車h(huán)境造成的危

10、害。 魚是水生食物 鏈的最高級， 在水體內(nèi)藻類為浮游生物的食物， 浮游生物又供作魚類的餌料， 使 之形成如下食物鏈：菌T藻類T浮游生物T魚類利用食物鏈關(guān)系可以對水體造成污染的物質(zhì)進(jìn)行有效的回收和資源利用， 同 時(shí)取得水質(zhì)凈化效果。通常根據(jù)食物鏈結(jié)構(gòu)關(guān)系， 可將生態(tài)控制分為上行控制和下行控制兩類。 營 養(yǎng)鹽濃度是水體狀況的表征， 也是影響水體食物鏈中各類水生生物繁衍、 生存的 主要因素。 上行控制是通過調(diào)控水體的能量和營養(yǎng)的輸入、 分配來控制水環(huán)境中 食物鏈結(jié)構(gòu)的生物操縱法。 下行控制則是利用食物鏈中的捕食關(guān)系， 通過提高或 降低某個(gè)高級生態(tài)位物種的生物量來改變水體中的生物群落結(jié)構(gòu)， 達(dá)到改善水

11、環(huán) 境的目的。9.2.3.3 水生動(dòng)物的凈化效果水生動(dòng)物以水體中的細(xì)菌、藻類、有機(jī)碎屑等為食 , 可有效減少水體中的懸 浮物,提高水體透明度。 投放數(shù)量合適、物種配比合理的水生動(dòng)物 ,可延長生態(tài)系 統(tǒng)的食物鏈、提高生物凈化效果。定期打撈浮游動(dòng)物和底棲動(dòng)物 , 可以防止其過 量繁殖造成的污染 , 同時(shí)也可以將已轉(zhuǎn)化成生物有機(jī)體的有機(jī)質(zhì)和氮磷等營養(yǎng)物 質(zhì)從水體中徹底去除。 石巖等研究了草食性浮游動(dòng)物水蚤、 蚌和螺類及養(yǎng)殖草食 性魚類凈化富營養(yǎng)化水體的效果。 韓士群等研究了在每升水體中放養(yǎng)長肢秀體蚤 600 個(gè)以上, 即可對水體中浮游動(dòng)物、藻類的數(shù)量、生物量、群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著 影響,同時(shí)降低水體中總

12、氮、總磷和coDMn濃度,增加水體的透明度。Songsangjinda 等研究了牡蠣對水體中氮的去除。 Gifford 等研究了牡蠣對水體中的營養(yǎng)物質(zhì)和重金屬的去除。結(jié)果表明 , 這些水生動(dòng)物對總氮、氨氮、總磷等 幾種指標(biāo)都有很明顯的降低作用9.2.3.4 生物調(diào)控作用與技術(shù)初級生產(chǎn)者 ( 浮游植物 ) 的生命周期短、繁殖快，初級產(chǎn)品如不迅速被次級生 產(chǎn)者( 浮游動(dòng)物 ) 利用將形成積累， 產(chǎn)生所謂的水華， 嚴(yán)重將形成赤潮； 而浮游動(dòng) 物能捕食初級生產(chǎn)者， 對浮游植物具有重要的控制作用。 浮游動(dòng)物在水生生態(tài)系 統(tǒng)中起著重要的調(diào)控作用， 其調(diào)控作用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： (1) 對初級生 產(chǎn)力

13、的控制； (2) 對營養(yǎng)級間生態(tài)轉(zhuǎn)換效率的調(diào)控； (3) 對高層捕食者的控制作 用； (4) 對水層底棲藕合關(guān)系的控制作用。水生動(dòng)物的凈化作用早有研究，如放養(yǎng)食魚性魚類控制食浮游動(dòng)物的魚類， 增加食藻類浮游動(dòng)物， 從而控制浮游藻類， 改善水質(zhì)， 而魚類對生態(tài)系統(tǒng)的影響 也成為 20世紀(jì)80年代末以來的研究熱點(diǎn)。 防治浮游動(dòng)物繁盛最有效的辦法就是放 養(yǎng)鳙魚，而放養(yǎng)鰱魚通常是為了消滅浮游植物。 放養(yǎng)鰱鳙的多少及如何搭配亦值 得研究。鰱鳙混養(yǎng)時(shí)， 鰱魚大量攝取浮游植物， 從而抑制了以浮游植物為食的浮 游動(dòng)物的生長和繁殖。 如果鳙魚的數(shù)量放養(yǎng)過多， 就得不到足夠的食物， 生物量 受到抑制； 放養(yǎng)太少，

14、 不能充分利用餌料而影響產(chǎn)量。 合理地搭配鰱鳙的放養(yǎng)數(shù) 量，可充分地利用天然餌料， 減少浮游植物和浮游動(dòng)物的數(shù)量， 既可治理水體的 富營養(yǎng)化，又可提高經(jīng)濟(jì)效益，是一項(xiàng)非常值得研究的生物修復(fù)技術(shù)。生物調(diào)控最早是由Shapiro等(1975)提出的。生物調(diào)控在營養(yǎng)鹽管理已失敗的 富營養(yǎng)化湖泊中已經(jīng)顯示出明顯的治理效果， 且其費(fèi)用低。 現(xiàn)在正在強(qiáng)化生物調(diào) 控穩(wěn)定性的研究。 生物調(diào)控是通過重建生物群落以得到一個(gè)有利的響應(yīng)， 常用于 減少藻類生物量， 保持水質(zhì)清澈并提高生物多樣性。 主要是采用魚類種群的下行 調(diào)控，如增加食魚性魚類或減少食浮游動(dòng)物或食底犧動(dòng)物魚類， 以保證有充分的 浮游動(dòng)物等來控制藻類， 也有直接利用食藻魚控制藍(lán)藻水華。 利用上行、 下行效 應(yīng)控制水體富營養(yǎng)化的示意圖如圖 9-1所示。藻型淺水湖泊富營養(yǎng)化防治走過了從控制營養(yǎng)鹽、 直接除藻、 到生物調(diào)控的 艱難歷程。 研究多集中于營養(yǎng)鹽對浮游植物限制作用的 “上行效應(yīng) ”和魚類、浮游 動(dòng)物對浮游植物控制作用的 “下行效應(yīng) ”。生物調(diào)控