湖泊水库水环境修复技术

环境修复原理与技术第八章污染水环境修复技术(上)环境修复原理与技术8.1概述水环境污染1水环境修复2水环境修复技术34环境修复原理与技术8.1.1水环境污染水污染是指水体因某种物质的介入，而导致其化学、物理、生物或者放射性等方面特征的改变，从而影响水的有效利用，危害人体健康或者破坏生态环境，造成水质恶化的现象。右上图：黑龙江重大水污染事故右下图：黄河流域水污染环境修复原理与技术1水污染类型水污染分类地表水污染地下水污染河流污染湖泊污染水库污染海洋污染汞污染酚污染有机物水污染热污染物理性污染物化学性污染物生物类污染物水的存在形式水域污染物污染物的性质环境修复原理与技术水污染的主要类型及其污染物质类型主要污染物微量金属Fe、Cu、Zn、Ni、V、Co等非金属Se、N、B、C、Br、I、Si、CN-等酸、碱、盐污染物HCl、H2SO4、HCO3-、HS-、SO42-、CO32-、Cl-、酸雨等无机无毒物硬度Ca2+、Mg2+需氧有机物（有机物毒物）碳水化合物、蛋白质、油脂、氨基酸、木质素等重金属Hg、Cd、Pb等非金属F-、CN-、AS有毒物质有机物酚、苯、醛、有机磷农药、多氯苯酚（PCB）、多环芳烃、芳香烃化学性污染物油类污染物石油等营养性污染物有机氮、有机磷化合物（洗涤剂）、砷、NO3-、NO2-、NH4+等生物性污染物病原微生物细菌、病毒、病虫卵、寄生虫、原生动物、藻类等固体污染物溶解性固体、胶体、悬浮物、尘土、漂浮物感官性污染物HS、NH、胺、硫、醇、染料、色素、恶臭、肉眼可见物、泡沫等热污染工业热水等物理性污染物放射性污染物235U（铀）、232Th（钍）、226Ra（镭）、90Sr（锶）、137Cs（铯）、289Pu（钚）等环境修复原理与技术2水污染源类型形成原因污染物属性污染源的空间分布方式受纳水体人类社会活动水污染源分类方法环境修复原理与技术8.1.2水环境修复概念目标与原则基本内容水环境修复环境修复原理与技术1水环境修复概念水环境修复技术是利用物理的、化学的、生物的和生态的方法减少水环境中有毒有害物质的浓度或使其完全无害化，使污染了的水环境能部分或完全恢复到原始状态的过程。成都市府南河（右上图：整治前；右下图：整治后）综合整治工程曾先后五次夺得国际大奖。环境修复原理与技术8.1.3水环境修复的目标与原则水环境修复目标：在保证水环境结构健康的前提下，满足人类可持续发展对水环境功能的要求。图8-1水环境修复目标示意图环境修复原理与技术水环境修复原则生态学原则水体的地域性最小风险和最大效益原则水环境修复原则环境修复原理与技术8.1.4水环境修复的基本内容水环境现场调查：目的确定污染程度，包括污染区域位置、大小、污染区域特征、形成历史、污染变化趋势和程度等。内容外部污染源的范围和类型；内部污染源的变化规律；底泥土壤环境的形态和性质；水动力学特征环境修复原理与技术水环境修复设计制定合理的修复目标以及遵循法律法规方面的要求。明确设计概念思路，比较各种方案；进行现场研究。考虑可能遇到的操作和维修方面的问题，公众反应，健康和安全方面项目原则估算投资、成本和时间等因素的限制，结构施工容易程度以及编制取样捡测操作维修手册等。项目设计计划综述已有的项目材料数据和结论；确定设计目标；确定设计参数指标；完成初步设计；收集现场信息；现场勘察；列出初步工艺和设备名单；完成平面布置草图；估算项目造价和运行版本。项目详细设计重新审查初步设计；完善设计概念和思路；确定项目工艺控制过程和仪表；详细设计计算、绘图和编写技术说明相关设计文件；完成详细设计评审。施工建造接收和评审投标者并筛选最后中标者；提供施工管理服务；进行现场检查。系统操作编制项目操作和维修手册；设备启动和试运转。项目程序验收和编制长期监测计划。环境修复原理与技术8.1.5水环境修复技术物理方法化学方法生物方法生态修复法环境修复原理与技术8.1.5.1物理修复方法物理修复法处理程度低、费用高且治标不治本。技术名称适用的水体污染类型主要机理存在问题工程实例引水冲刷/稀释富营养化有机污染降低污染物浓度直接改善河流水质污染物只是转移而非降解，会对流域的下游造成污染苏州河综合调水工程人工曝气严重有机污染氧化还原反应促进有机污染物降解能耗大，运行费用高韩国釜山港湾的曝气设施.机械/人工除藻富营养化借助风力或造流水流受风力和水流影响较大太湖水环境修复工程底泥疏浚严重重金属与有机污染移出河道内源污染物底泥疏浚程度；被清除的污染底泥的最终处置昆明市草海底泥疏浚工程环境修复原理与技术物理修复法工程实例介绍苏州河综合调水工程：苏州河综合调水工程通过控制吴淞路桥闸的启闭(涨闭落启)，将苏州河由潮汐往复流变为单向流，同时控制苏州河上下游支流水闸的启闭，增加上游清洁水的水量，减少严重污染支流的入流量，从而达到改善下游水质的目的。韩国釜山港湾的曝气设施：比较有意思的是，这项工程是为迎接1986年亚运会和1988年夏季奥运会的，为快艇比赛提供了良好的水质条件。环境修复原理与技术机械除藻滇池蓝藻水华治理工艺流程图环境修复原理与技术8.1.5.2化学修复方法化学法虽然见效快，但容易造成“二次污染”，具有一定危险性，只适合对突发性水污染或小范围严重水污染的修复。技术名称适用的水体类型添加药剂主要作用机理化学沉淀法富营养化铁盐或铝盐通过吸附或絮凝作用与水体中的无机磷酸盐产生化学沉淀；氢氧化铝“薄层”钝化法富营养化铝盐、铁盐、硫酸铝铁、钙盐、泥土颗粒和石灰泥CLEAM—FLOLAKE—CLEASETm与无机和颗粒磷产生沉淀酸碱中和法磷酸盐浓度和叶绿素水平较高石灰酸碱中和化学除藻法富营养化易溶性的铜化合物（硫酸铜），或者螯合铜类物质直接杀死藻类环境修复原理与技术8.1.5.3生物修复法概念：生物修复是利用生物（特别是微生物）催化降解有机污染物，从而去处或消除环境污染的过程，即利用培育的植物或培养、接种的微生物的生命活动，对水中污染物进行转移、转化及降解，从而使水体得到净化的技术。环境修复原理与技术生物修复法优点优点修复时间较短污染物可在原地降解就地处理操作简便修复经费较少遗留问题少不产生二次污染环境修复原理与技术生物修复具体技术1生物操纵2植被群落恢复3生物除藻环境修复原理与技术生物操纵技术水体中生态系统的结构和功能是“营养盐-浮游植物-浮游动物-鱼类”的“上行效应”和与之相反的“下行效应”共同作用的结果。从生态学角度看,生物多样性的丧失是水环境受损的关键和核心环境修复原理与技术关键物种的引入能大量吸收水体中的营养物质；水生高等植物会提高水体溶解氧摄食浮游藻类,控制藻类密度增加食鱼性鱼类或减少食浮游动物或食底栖动物鱼类；利用“食藻鱼”浮游动物放养鱼类水生植物环境修复原理与技术植被群落恢复植被作用：“营养泵（库）”，有效分配水体营养盐，避免单一优势种的过度孳生，保持水体净化能力；对于富营养化的水体，水生植物会与藻类竞争氮、磷等营养物，从而抑制藻类的生长。恢复目的：逐步恢复受损水体的生态系统的结构，在生产者、消费者、分解者等之间建立有效的食物链，促进系统的物质循环，恢复水体的功能。首要目标：水生植物，包括沉水植物、挺水植物、浮游植物…环境修复原理与技术植被群落恢复措施•改善植物生境条件•改善湖底光照•植被人工重建围隔消浪、促淤、底质改善、降低水位等通过增加水体透明度、水下补光等措施增加光补偿深度，促进沉水植物恢复。针对已丧失自动恢复能力湖区或不符合水质改善要求的情况环境修复原理与技术生物除藻主要外源菌：酵母菌、放线菌、乳酸菌、光合菌等多种有益微生物。•外源菌本身能迅速分解污水中的有机物，并代谢出抗氧化物质•唤醒或激活土著微生物，恢复其自净功能•外源菌与具有净化功能的土著微生物则会与藻类竞争氮、磷等营养物质环境修复原理与技术8.1.5.4生态修复技术1生态塘3土地处理技术2人工湿地环境修复原理与技术生态塘生态塘是一种资源化技术：（1）能将进入塘中的有机污染物进行降解和转化；（2）将水生作物、水产作为资源回收；（3）净化的污水也能作为再生水资源予以回收再用。环境修复原理与技术人工湿地概念人工湿地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，废水可以在床体的填料缝隙中流动，或在床体的表面流动，在床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)，形成一个独特的生态环境，对污水进行处理。环境修复原理与技术人工湿地净化污水途径途径：（1）填料床：过滤和截留去除颗粒物；（2）湿地介质：通过吸附、络合、离子交换等作用去除磷和重金属离子；（3）湿地微生物：降解有机污染物，去除水中的氮；（4）水生植物：吸收去除水中的氮磷，富集重金属。环境修复原理与技术人工湿地修复技术优点人工湿地优点：（1）对有机污染物有较强的降解能力，出水质量好；环境修复原理与技术人工湿地修复技术优点（2）可结合景观设计，种植观赏植物改善风景区的水质状况（右图）；（3）造价及运行费远低于常规处理技术。环境修复原理与技术土地修复技术土地处理技术以土地为处理设施，利用土壤—植物系统的吸附、过滤及净化作用和自我调控功能，达到对水净化的目的。土地处理系统可分为快速渗滤、慢速渗滤、地表漫流、湿地处理和地下渗滤生态处理等几种形式。国外的实践经验表明，土地处理系统对于有机化合物尤其是有机氯和氨氮等有较好的去除效果。环境修复原理与技术8.2湖泊水库水环境修复湖泊水库水环境污染1湖泊水库水环境修复2湖泊水库水环境修复技术34环境修复原理与技术1水质污染污染源：工业废水和生活污水排放的重金属、有机化合物等有毒有害物质。主要污染物：COD、TP、NH3-N、挥发酚、汞、矿化度和pH等。城郊湖库和东北地区湖库：有机物污染；西北干旱地区湖库：盐碱化环境修复原理与技术2富营养化概念：富营养化是指湖泊水库等水体由于接纳过多的氮、磷等营养性物质，使生产力水平异常提高，破坏水生生态系统的过程。表现：藻类滋生，根生或者浮游生物大量生长。环境修复原理与技术富营养化危害富营养化危害藻类在代谢死亡过程中能够释放各种藻毒素，具有比较强的毒理作用。大量浮游植物或者浅水根生植物的生长繁殖，可能导致湖泊水库沼泽化；藻类大量繁殖，水体严重缺氧，水质恶化，鱼、虾等水生生物大量死亡；环境修复原理与技术安徽巢湖蓝藻局部爆发我国富营养化湖泊水库表现出的共同特征：（1）总氮和总磷浓度；（2）透明度差；（3）多数湖泊水库叶绿素高。2007年6月11日，在巢湖北岸的烟墩至义城沿岸，湖面上聚积了大量蓝藻，沿岸边水域呈翠绿色、粘稠状，非常难闻。环境修复原理与技术3湖泊水库酸化使用化石燃料产生的SO2、NOx被氧化后产生硫酸和硝酸，通过湿沉降/干沉降进入水体。当湖泊水体的pH值小于5.6时，水体与空气中二氧化碳平衡，水体呈酸化状态。严重地区：欧洲，我国西南环境修复原理与技术酸化危害对水生生物造成严重危害，尤其是对鱼类的生长：酸碱度＜5.5，生长受阻；酸碱度＜5，鱼类生殖功能失调，繁殖停止酸化危害酸性条件下沉积物、土壤中有毒重金属元素活化环境修复原理与技术4湖泊水库萎缩湖泊水库萎缩导致湖泊水库生态结构受损，岸边带湿地破坏，使湖泊水库失去滞留流域非点源污染物的天然屏障，造成湖泊水库的自净能力大为降低。表8-2长江中下游湖泊水库面积缩小统计湖区50年代湖泊水库面积（km2）80年代湖泊水库面积（km2）缩小率（%）洞庭湖湖群4350.0269138.1江汉湖群4707.52656.543.5鄱阳湖湖群5050.0321038.4太湖湖群3176.42886.69.1环境修复原理与技术5湖泊水库污染源分类（1）根据污染控制和负荷分类：表8-3湖泊水库污染物的来源（2）根据输入途径，湖泊水库污染源分为直接和间接污染。污染来源污染类型点源生活污水、工业污水、养殖污水外源污染面源农田冲刷、林地冲刷、街道冲刷、养鱼冲刷、降雨输入内源污染底泥污染环境修复原理与技术主要内容1湖泊水库水环境污染2湖泊水库水环境修复3湖泊水库水环境修复技术环境修复原理与