水环境修复技术综述
水在其自然边界内循环和汇集，形成流域。水环境是流域内储存、传输和提供水资源的水体，是水生生物生存与繁衍的空间，也是各种污染物的最终归宿。根据水的地理位置，将流域中的水环境分为地表水环境和地下水环境。地表水环境指河流、湖泊、水库、海洋、沼泽、冰川等以暴露在地面的水为主的水域；地下水环境指泉水、浅层地下水、深层地下水等存在于包气带以下底层空隙的水域。
一 水污染原因
自从二战以来，全球社会经济一直处于高速发展的状态，人类对水体的过度开发和利用，迅速改变了水体的理化性质，引起了水质污染和水体地理环境的变化，严重损害了地球的水环境。过去30年来，为了保证人类的可持续发展，开发切实可行的技术对受损水环境进行修复，成为了环境科学与技术领域的研究热点一。 我国的江河湖库水体污染主要包括氮、磷等营养物和有机物污染两方面。
二 水环境修复
所谓水环境修复，就是利用生态系统原理，采取各种技术手段，提高水体质量，修复生态系统结构，使流域生态系统实现整体协调、自我维持和自我演替的良性循环。水环境修复的对象不仅包括水体，还有水体相关的生物地理环境。而不同的水域形式，因其物理环境、化学环境以及生物环境的不同，需要不同的修复技术体系。目前国际上采用的技术主要有三类:一是物理方法， 即通过工程措施， 进行机械除藻、疏挖底泥、引水稀释等， 但往往治标不治本， 只能作为对付突发性水体污染的应急措施。二是化学方法， 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， 但花费大， 并易造成二次污染。三是生物—生态方法， 如放养控藻型生物、构建人工湿地和水生植被， 这是当前的研究热点。对自然修复的分析有三种方法： 经验性分析， 一维沉降分析， 二维污染物迁移分析。还可以通过定性的模拟污染物对水体的影响，加深人们对例如光合作用、呼吸作用及物质循环等过程的深刻了解， 从而更有助于生态的自我修复。流域水环境的恶化使得其修复成为迫切的需要，我国修复技术也日渐成熟。河流、湖泊水库、湿地和地下水是与人类生产生活密切相关的水环境， 与人类生产生活密切相关。
三 河流修复技术
河流是陆地表面成线形的自动流动水体。河流修复技术是指通过人工强化技术使河流体系恢复到被破坏、污染前的状态并使之具有一定的自我修复能力，即能够自我维持动态均衡的复杂过程的一种修复技术。河流修复技术多种多样， 主要分为物理、 化学和生物-生态技术。
物理技术：河道引水技术、生态防渗技术、底泥疏浚与物理覆盖技术、人工增氧技术等；
化学技术：投加絮凝剂促进污染物沉淀、加石灰脱氮、投加化学药剂除藻、调节 pH 值对重金属进行化学固定、原位化学反应技术等；
生物-生态技术：微生物修复技术、水生动植物修复技术、人工湿地技术以及多自然型河流构建技术等。
目前常用的有效的方法主要是河道引水技术、原位化学反应技术和水生植物修复技术。
3.1 河道引水技术
河道引水技术是指引进外部清洁水源来改善河道水质，在水源允许的情况下，引进外部清洁的水源，增加河水水量，不仅可以人为地缩短水在河道中的停留时间，增加浮游植物的生物量，使污染河水不易黑臭，同时水体复氧量也会增加，提高河道自净能力。利用调水改善河道水质是一种投资少、成本低、见效快的处理工程。引水技术在改善河道水体水质的实例较多，如上海苏州河的综合调水工程，福州内河的引水冲污工程。
3.2 原位化学反应技术
原位化学反应技术是指通过化学反应和生物反应（氧化、还原、吸附、沉淀、有机金属络合等），在受污染的地点，原地使重金属离子固定下来的方法。常用的物质包括石灰[Ca(OH)2]、灰烬(KOH)、硫化钠(Na2S)等。此外，化学氧化可以将有机物转化为无毒或者毒性比较小的化合物， 常用的氧化剂为二氧化氯、次氯酸钠或者次氯酸钙和臭氧等。
3.3 水生植物修复技术
水生植物在水环境修复中的作用方式主要包括物理过程、吸收作用、协同作用和化感作用。水生植物修复技术利用水生植物及其共生的微环境去除水体中的污染物质并恢复永生生态系统。水生物修复技术的核心是将植物漂浮种植到水面上，利用植物生长从水体中吸收利用大量污染物，例如凤眼莲、浮莲、水鳖、浮萍等水生植物能够很好地去除河流中的氮磷等营养物质。生物浮岛技术是其典型的技术应用之一。生态浮岛植物净水工程的一种， 是绿化技术与漂浮技术的结合体， 植物生长的浮体一般是由发泡聚苯乙烯制成的， 质轻耐用。岛上植物可供鸟类休息， 下部植物根系形成鱼类和水生昆虫生息环境， 同时能吸收引起富营养化的氮和磷。与人工湿地技术相比生态浮岛技术最大优点在于不另外占地， 较适合我国大多数河流无滩涂空间利用的特点。针对污染型河流进行综合治理采取如下图所示的方式：
四 湖泊水库修复技术
湖泊是四周陆地所围成之洼地，与海洋不发生直接联系的静止的水体，而人工湖泊则被称为水库。相对于河流和大海而言，湖泊是相对静止停滞的一类水体，这类水体由于缺乏流通，更加容易遭受水体破坏且自我修复和自我净化的能力较弱。湖泊水库的修复主要强调 2 个方面： 一是恢复水生态系统的服务功能； 二是恢复受损或受干扰湖泊水库水生态系统的结构和生态功能。湖泊修复工作由美国开始，最早始于 60 年代，加拿大在这方面也做了很多研究。湖泊水库水质恶化主要有 2 个原因： 一是外界输人的大量营养物质在水体中富集， 二是内源性负荷。因此， 针对受污染的湖泊需采取科学的修复措施，改善湖泊生态结构的同时恢复湖泊水体质量。因此湖泊水库修复可从外源性污染物质的控制和内源性污染物质的控制两个方面展开。外源性污染物的控制技术主要有：清洁生产、退耕还林、改变消费模式、废水集中处理技术等；内源性污染物的控制技术主要有稀释和冲刷、底泥疏浚和覆盖、水力调度技术、气体抽提技术、空气吹脱技术、投加石灰法、水生植物修复技术、生物调控技术、生物膜技术、微生物修复技术、仿生植物净化技术、土地处理技术、深水曝气技术等。目前，有效的修复技术主要是采用清洁生产的方式削减污染源头，利用底泥疏浚的方式控修复污染水体。
4.1 清洁生产
清洁生产是指通过原材料和能源的调整替代、工艺技术的改进、设备装备的改进、过程控制的改进、废弃物的回收利用、产品的调整变更等措施，达到污染物的源头削减、过程控制、提高资源利用效率的目的，减少或者避免生产和产品使用过程中污染物的产生和排放，以减轻或者消除对人类健康和环境危害的技术。清洁生产技术主要包括源头控制、过程减排和末端循环 3 类技术。源头削减应尽量采用无污染、少污染的能源和原材料；过程减量应尽量采用消耗少、效率高、无污染、少污染的工艺和设备；末端循环时对必须排放的污染物，采用回收、循环利用技术，回收其中有利用价值的资源。清洁生产可以产生环境和经济双重效益，使得汇入湖泊水库中的外源性污染物浓度大大减少，达到修复的目的。
4.2 底泥疏浚
底泥是湖泊水库中的内污染源，有大量的污染物质积累在底泥中，包括营养盐、难降解的有毒有害有机物、重金属离子等。底泥中的有害物质释放到水体中会使水质急剧恶化。底泥疏浚可以彻底去除其中的有害物质。一般有 2 种形式的疏挖，一种是把水抽干，然后用推土机和刮泥机进行疏挖，另一种是采用带水作业。第 1 种方法存在一定的技术限制，第 2 种方法应用性更强。带水疏挖可以采用机械式疏挖，也可以采用水力式疏挖。疏浚技术主要包括确定疏挖底泥体积、选择挖泥机、计算压头和功率、设计底泥堆放场以及底泥利用几个部分。疏浚时应注意防止底泥泛起以及底泥的合理处置，避免二次污染。欧洲多国均采用过该技术对湖泊水库进行修复，并且效果显著。例如瑞典的Trummen 湖，清除表层 1m 厚的底泥后，水深增加 1.1～1.7m， TP（总磷） 浓度迅速下降， 这种状态维持了 18 年。
五 湿地修复技术
湿地是指由天然或人工形成的静止或流动浅水区的水体， 是处于陆地生态系统和水生生态系统之间的转换区， 具有独特水文、土壤、 植被与生物特征的生态系统。湿地系统中有大量的动植物，形成完整的生态结构，因而具有较强的恢复能力。在不超负荷受害时能够自然恢复，而在超负荷受害时则需要通过湿地修复技术进行恢复。湿地修复指通过生态技术或生态工程对退化或消失的湿地进行修复或重建再现干扰前的结构和功能，以及相关的物理、化学和生物学过程，使其发挥应有的作用。湿地修复技术可按照物理、 化学和生物技术进行划分。
物理技术包括土壤渗滤法、调水冲洗法；
化学技术包括混凝法、中和法、氧化还原法、吸附法、离子交换法、电渗析法；
生物技术包括湿地植物净化、生物膜吸附等。由于化学方法容易对湿地生态系统造成新的污染，所以相关技术应用不广泛。
常用的有效修复技术是土壤渗滤法和生物膜吸附法。
5.1 土壤渗滤法
湿地土壤是湿地植物生长发育的基质， 在此发生了各种物理化学反应，利用湿地土壤对水环境污染物的滤过特性，可以达到水环境改善的目的。研究表明，湿地土壤在垂直方向上对氮和磷有很强的滤过截留作用。对氮素滤过、截留起主要影响作用的土壤因子是粘土含量、有机质含量和 TN 含量，对磷素起主要影响作用的土壤因子是粘土含量、有机质含量、 pH 值和含水量。该技术具有简单易行、费用低的特点， 应用性较强。
5.2 生物膜吸附法
在一定的酸碱条件下， 生物膜对于湿地水环境中的重金属具有一定的吸附作用。根据湿地的理化性质设计生化池，可采用连续水的动态自然挂膜培养方式，微生物在填料上缓慢生长和繁殖，生物膜会逐渐变厚。生物膜上含有丰富的藻类和原生动物，先吸附原水中的有机物、氨氮等污染物，再进一步为膜上的微生物分解、吸收、代谢而得到去除。
六 地下水修复技术
地下水是指存在于地表以下岩（土）层空隙中各种不同形式水的统称。 其水体的水量稳定、水质高，是城市用水和农业灌溉的重要水源之一。 地下水具有多种功能，与人类生活密切相关，但由于其特殊的地理条件， 随着工农业的快速发展和人民生活水平的提高，地下水受到了严重污染。根据其主要工作原理， 地下水修复技术可大致归并为 4 类，即物理技术、化学技术、生物技术和复合技术。
物理技术包括水动力控制法、流线控制法、屏蔽法、被动收集法、水力破裂处理法等；
化学技术包括有机粘土法和电化学动力修复技术；
生物技术包括原位生物修复技术例如 BS 技术，和异位生物修复技术例如堆肥式处理法、预制床法、厌氧处理法、生物反应器法等；
复合技术包括渗透性反应屏法、抽出处理法、注气～土壤气相抽提(SEV)法。
复合法修复技术兼有以上 2 种或多种技术属性，例如抽出处理法同时使用了物理修复技术、化学修复技术和生物修复技术，综合各种技术有点，在修复地下水时更加有效。
P&T（抽出处理技术） 是最常规的污染地下水治理方法。该方法采用水泵将含水层中地下水面附近的地下水抽取出来，把水中的有机污染物质带回地表，然后在地面用地面污水处理技术对其进行净化处理，最后将处理好的水重新注入地下或排入地表水体，以防止地面沉降，或海水人侵，并且可以加速地下水的循环流动。 最常用的包括以下 7 种地面污水处理技术： 沉淀、膜分离、交换树脂、活性炭吸附、空气吹脱、化学氧化和生物降解。由于液体的物理化学性质各异， P&T技术只对有机污染物中的轻非水相液体去除效果很明显，而对于重非水相液体来说，治理耗时长而且效果不明显。