1、第八章第八章 污染水环境修复技术污染水环境修复技术2 2湖泊水库水环境修复湖泊水库水环境修复邓欢欢邓欢欢远离远离岸带岸带滨岸滨岸带带光合光合作用作用带带深层深层带带黑暗黑暗无光无光带带温跃温跃层界层界限限光合光合作用作用界线界线光照与温度光照与温度的变化趋势的变化趋势并不一致，并不一致，光照较为线光照较为线性，而温度性，而温度变化存在跃变化存在跃层现象层现象表层表层水水变温变温层层均温均温层层表层表层水水变温变温层层均温均温层层正常正常贫营贫营养湖养湖泊泊生产力生产力很高的很高的富营养富营养化湖泊化湖泊富营养化开始富营养化开始爆发的湖泊爆发的湖泊含冷且有富氧水系含冷且有富氧水系注入的湖泊注入的
2、湖泊 睡睡 莲莲子午莲子午莲苦草苦草马来眼子菜马来眼子菜伊乐藻伊乐藻香香 蒲蒲水菖蒲水菖蒲u 概叙概叙u 植物修复植物修复u 我国水体污染的主要特征：由人类生产、生活活动引起的水体有机污染和富营养化现象。u 关键：削减水体和底泥的有机物、N、P的负荷u 对策：（1）消除点源：截污及雨污分流（2）控制面源：农业面源污染防治（3）直接工程技术：清淤、调水、生物修复技术生物修复技术u 生物修复技术：植物技术、微生物技术、综合处理技术等（1）概念u 植物的构成：沉水植物、浮叶植物、漂浮植物、挺水植物及湿生植物u 湖泊富营养化治理必须建好植物群落u 水生植物修复包括：人工强化自然修复与人工重建水生植被两
3、条途径。u 目标：重新设计和建设全新的能够稳定生存的水生植被和以水生植被为核心的湖泊良性生态系统。（2）水生植被优化设计基础u 由湖盆形态、底质条件和水文条件决定的水生植被面积、类型和分布格局湿生植物：季节性显露的滩地挺水植物：注意上下限浮叶植物：3m沉水植物：10mu 强烈的风浪扰动决定水生植被的分布格局和面积u 水质和透明度决定分布深度和面积定期收割有助于植物旺盛生长u 人类的使用需求：按照生态功能划分调蓄型湖泊：沿岸带的护坡护岸功能挺水植物和湿生植物。水源型湖泊：保护水质，沉水植物，注意收割和管理。运动娱乐型湖泊：沿岸带，注意湖面开敞，沉水植物太多不好观光游览型湖泊：注重景观性，各种均可
4、u 水质保障的营养平衡和生态平衡原则（3）优化设计先锋物种的选择：首先建立植物生态群落u 物种选择原则：适应性、本土性、强净化能力、可操作性u 选择植物种类：根据选择原则选择适当物种，最好能做一些围栏试验做一些尝试再推广应用优化设计群落配置：通过人为设计，将欲恢复重建的水生植物群落根据环境条件和植物特征按一定比例在空间、时间分布方面进行安排布置。u 水平空间配置：生态型和经济型u 垂直空间配置：根据水深从湖岸浅水区深水区分别配置。湿生植物挺水植物浮叶植物，沉水植物（4）修复水生植物植被基本条件的创建蓝藻水华的控制：全湖性控制和局部湖区控制风浪的控制：消浪带的建立沿岸带浅滩环境的创建：人工工程，
5、退耕还湖底泥的清除水深的调控水质改善：透明度、有机物浓度、pH（5）修复水生植物植被的技术途径u 挺水植物：直接种植和移栽u 浮叶植物：直接抛投u 沉水植物：低水位时候选择从水浅地带开始太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目太湖五里湖区开展的水生植被生态重建
6、项目太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目（6）水生植被的收割利用u
7、 收割的重要性：控制植物生长，避免消极影响u 手工收割u 机械收割：机拖收割、机械收割、先进专用收割设备u 小型水塘，种植植物或藻类，处理受污染水u 缺点：季节性、植物必须人工控制1、水生植物塘u 水葫芦塘或浮萍等u 使用人工浮床强化2、水生漂浮植物种植 P1563、富营养化海域栽培大型海藻u 点源污染控制：点源污染控制：明确的、相对固定的污染来源，一般采取“末端处理技术”和执行严格的排放标准来进行控制；如污水处理厂站及环境管理；u 非点源（面源）控制：非点源（面源）控制：面源是湖泊水库污染物的重要来源。国外研究占全部污染50%以上，农村非点源问题尤其突出。如滇池，90%以上的入湖泥沙来自农村
8、面源，其中N/P可能占总污染的4080%。1、外源污染控制技术非点源控制技术非点源控制技术 u 难以采取点源污染控制的集中处理方式难以采取点源污染控制的集中处理方式u 根据湖泊水库流域不同生态位和污染物性质，设计各类污染根据湖泊水库流域不同生态位和污染物性质，设计各类污染控制工程、环境治理工程、水质净化工程和生态修复工程。控制工程、环境治理工程、水质净化工程和生态修复工程。u 总的来说分为总的来说分为工程技术工程技术和和管理技术管理技术两大类两大类前置库技术前置库技术 u 定义：在受保护的湖泊水库水体上游支流，利用天然或人工定义：在受保护的湖泊水库水体上游支流，利用天然或人工库（塘）拦截暴雨径
9、流，通过物理、化学以及生物过程使径流库（塘）拦截暴雨径流，通过物理、化学以及生物过程使径流中污染物得到净化的工程措施。中污染物得到净化的工程措施。u 广义上讲，湖泊水库汇水区内的水库和坝塘都可以看作是湖广义上讲，湖泊水库汇水区内的水库和坝塘都可以看作是湖泊水库的前置库，对入湖径流有不同程度的净化作用。泊水库的前置库，对入湖径流有不同程度的净化作用。u 国外针对国外针对N、P的入湖前置库截留研究应用较多，日本琵琶湖；的入湖前置库截留研究应用较多，日本琵琶湖；国内滇池也开始应用人工湿地与植物塘开展类似研究。国内滇池也开始应用人工湿地与植物塘开展类似研究。水生植物带（芦苇）无雨水时的去除率（1994
10、年）COD：1030TN：1040TP：1060初期雨水滞留净化池（沉淀作用）去除率（1994年）COD：530TN：540TP：2060植物带植物浮岛滞留塘入湖河口水质净化系统案例（琵琶湖河口）设计原则设计原则将来水合理分配到人工湿地中。将来水合理分配到人工湿地中。沟渠来水以重力流进入湿地沟渠来水以重力流进入湿地,不得妨碍沟渠泄洪不得妨碍沟渠泄洪,不改变沟渠不改变沟渠原有功能。原有功能。湿地建成后具有较好的景观效果湿地建成后具有较好的景观效果,并方便农民出入农田。并方便农民出入农田。滇池前置库控制工程人工湿地应用滇池前置库控制工程人工湿地应用昆明滇池人工湿地处理暴雨径流试验系统沉砂池格栅湿地
11、1泄洪沟泻洪闸人工湿地处理暴雨示范工程昆明滇池人工湿地处理暴雨径流示范工程u 湖泊水库内源污染：湖泊水库内源污染：湖内污染底泥中的污染物重新排入水体的过程。沉积物是与水、大气和土壤并列的环境污染物迁移、转化和蓄积的“第四环境介质”。u 定时炸弹：定时炸弹：沉积物是流域污染物质循环的主要蓄积库，一定环境条件下，沉积物中长期累积的大量有害物质会突然释放。底泥中污染物的释放过程与湖泊水库水环境状况以及底泥特性密切相关，在点源与非点源得到有效控制后，这一释放过程一般都会加快，即底泥污染物释放速率明显增加。2、湖泊内源控制技术 主要的控制技术：沉积物疏浚工程、沉积物表面覆盖、曝气主要的控制技术：沉积物疏
12、浚工程、沉积物表面覆盖、曝气氧化和化学钝化四种技术。氧化和化学钝化四种技术。对于污染或淤积严重的浅水湖泊水库，疏浚工程运用最为普对于污染或淤积严重的浅水湖泊水库，疏浚工程运用最为普遍，效果也最为明显。遍，效果也最为明显。湖泊水库水体内源控制技术湖泊水库水体内源控制技术沉积物疏浚技术沉积物疏浚技术 u 降低湖泊水库内源污染负荷最有效的措施。降低湖泊水库内源污染负荷最有效的措施。常见的底泥疏浚机械设备常见的底泥疏浚机械设备太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目太湖五里湖区开展的水生植被
13、生态重建项目太湖五里湖区开展的水生植被生态重建项目沉积物原位处理技术沉积物原位处理技术 u 不疏挖沉积物的情况下，通过物理、化学、生物的方法处理不疏挖沉积物的情况下，通过物理、化学、生物的方法处理污染沉积物，降低沉积物中污染物的迁移活性，以控制沉积物污染沉积物，降低沉积物中污染物的迁移活性，以控制沉积物内源污染。内源污染。u 方法简单、成本低。方法简单、成本低。u 包括：原位物理技术、原位化学技术和原位生物技术包括：原位物理技术、原位化学技术和原位生物技术（1）沉积物原位覆盖技术）沉积物原位覆盖技术 u 在沉积物表面覆盖一层物质，如沙子、卵石和黏土等，依次在沉积物表面覆盖一层物质，如沙子、卵石
14、和黏土等，依次隔离污染沉积物和水体，将污染封闭在沉积物中。隔离污染沉积物和水体，将污染封闭在沉积物中。u 适用于湖底平坦，有足够深度，水动力扰动小的湖区。适用于湖底平坦，有足够深度，水动力扰动小的湖区。u 可与疏浚结合，在疏浚后新界面形成一个阻隔层，控制释放。可与疏浚结合，在疏浚后新界面形成一个阻隔层，控制释放。（2）沉积物原位封闭技术）沉积物原位封闭技术 u 在出现严重污染，采取的强化物理处理措施将污染沉积物完在出现严重污染，采取的强化物理处理措施将污染沉积物完全与水体隔离。全与水体隔离。u 分隔手段包括隔离膜、围堰、土分隔手段包括隔离膜、围堰、土/石堤坝等。石堤坝等。u 可与疏浚结合，在疏
15、浚后新界面形成一个阻隔层，控制释放。可与疏浚结合，在疏浚后新界面形成一个阻隔层，控制释放。u 例如世界上最大的施工实例日本熊本水俣湾，由于大面积例如世界上最大的施工实例日本熊本水俣湾，由于大面积的汞污染无法根本治理，从的汞污染无法根本治理，从1974年开始建设到年开始建设到1989年完工，在年完工，在海湾里建成海湾里建成58hm2的围隔容纳汞污染沉积物，使用火山灰、沙的围隔容纳汞污染沉积物，使用火山灰、沙等覆盖。等覆盖。至今日每年至今日每年126.31亿日元的损害金额，当时的环保费用折算今日只需要亿日元的损害金额，当时的环保费用折算今日只需要1.23亿日元。亿日元。（3）原位化学处理技术）原位
16、化学处理技术 u 添加化学药剂限制沉积污染物的释放添加化学药剂限制沉积污染物的释放u 主要应对沉积物主要应对沉积物P的释放，以铝、铁、钙盐多见的释放，以铝、铁、钙盐多见u 多为临时措施多为临时措施（4）原位生物处理技术）原位生物处理技术 u 以植物技术为基础植物技术为基础（5）原位沉积物钝化技术）原位沉积物钝化技术u 改变沉积物的物理化学性质，降低向周围环境释放的可能改变沉积物的物理化学性质，降低向周围环境释放的可能u固定剂多使用水泥、火山灰及塑化剂固定剂多使用水泥、火山灰及塑化剂u 原理：原理：通过人工措施，防止水体分层或者破坏已经形成的分层，提高溶氧浓度，控制内源污染，降低水体污染浓度，改
17、善水体环境，从而达到水体修复的目的；u 主要技术类型：主要技术类型：稀释或冲刷、人工曝气、底层水取出、人工环流等。u 原理：原理：引水加快水体交换频率，降低水力停留时间，从而降低污染物浓度水平。u 在国内外均有较多应用，且效果较好。在国内外均有较多应用，且效果较好。u 但如果稀释速率选择不当，污染物浓度反而增但如果稀释速率选择不当，污染物浓度反而增加。？加。？u 此外这终究是一种污染转移，是利用小环境外此外这终究是一种污染转移，是利用小环境外大环境更大的环境容量大环境更大的环境容量1、引水稀释/冲刷u 原理：原理：具有一定水生的湖泊水库通常具有季节性温度分层，导致下层水的厌氧环境，有利于污染物
18、活化（例如沉积物P的释放）；人工曝气使得湖泊水库底层溶氧恢复，污染物浓度降低，改善水生生物生存环境，限制浮游藻类的生产力。2、人工曝气12212ttDODOOhtt622 101.205 0.2h sO A tQ 面积小、水面积小、水深浅的滞流深浅的滞流水体河段，水体河段，可以采用基可以采用基于一级反应于一级反应的箱式模型的箱式模型参考实例：参考实例：设计水温：设计水温：25；设计曝气水域长；设计曝气水域长3.5 km，平均水深，平均水深1.21 m，平均水宽，平均水宽21 m。BOD5反应速率常数：反应速率常数：K1=0.1 d1；复氧系数复氧系数K2与风力、水温、流速、水深等因素有关，一般
19、来说，在流速与风力、水温、流速、水深等因素有关，一般来说，在流速u 0.5 m/s时，可取时，可取K2=0.2 d1；经测定，初始经测定，初始BOD5浓度浓度L0=20.0 mg/L；设水体改善后的设水体改善后的BOD5浓度满足地表水浓度满足地表水类标准：类标准：L=6.0 mg/L；水体的饱和溶解氧：水体的饱和溶解氧：Cs=8.5 mg/L；Cm=3 mg/L。计算结果：计算结果：根据箱式模型对河段曝气段需氧量进行初步估算，为了确保根据箱式模型对河段曝气段需氧量进行初步估算，为了确保DO达到达到3 mg/L的预期目标，理论上该段水体的总需氧量约为的预期目标，理论上该段水体的总需氧量约为777
20、.6 kgO2/d。此值。此值为无冲击负荷时的需氧量，考虑到雨水等突发状况的冲击负荷，应将需氧为无冲击负荷时的需氧量，考虑到雨水等突发状况的冲击负荷，应将需氧量留有余地，将需氧量加倍此值为量留有余地，将需氧量加倍此值为1500 kgO2/d即即62.5 kgO2/h供气量供气量 供气量的计算公式为供气量的计算公式为 Ea氧转移速率；氧转移速率；20%则该河段曝气复氧所需空气量约为则该河段曝气复氧所需空气量约为1116 m3/h。u 原理：原理：产生水体环流，凭借水体交换消除或者防止湖泊水库的水体分层，进而改善水质，原理类似曝气。u 可以通过水泵、射流或者曝气实现。3、人工循环挺水植物浮水植物微生物水生动物沉水植物景观人工湿地 处理系统取水回水曝气复氧装置O2O2O2O2O2O2局部河道内循环模式示意图人工造流技术涡流循环技术 涡流循环增氧技术（东亚建设）u 水华不仅使得水质下降，还会影响水体自净，恶化湖泊水库的生态功能。因此采取藻类控制与去除技术十分必要。主要的方法有物理法、化学法和生物法u 物理法：物理法：人工解层、混凝沉淀、机械打捞u 化学发：化学杀藻药剂u 生物法：生物操纵技术资料来自：中国科学院上海技术物理所
