(完整版)河湖生态修复技术概述

河湖污染原位治理与水生态修复技术报告内容一、水体污染自净与修复治理的理论与技术二、水体富营养化与修复治理的理论与技术三、河流生态学理论与修复治理的技术原则四、湖塘及感潮河道污染治理工程案例五、山溪河道污染治理与生态修复工程案例一、水体污染自净与修复治理的理论与技术水体污染自净与污水处理技术理论•水体污染与自净理论–水体污染：一般指看得到、嗅得到的有机污染。水体中的微生物（细菌）在有氧情况下，对污染物进行分解或降解的过程。广义的水体自净包括：稀释、沉淀和化学氧化等过程。•污水处理与水体污染原位治理技术：–污水处理：一般是指依据水体自净理论，利用微生物对中有机污染物进行分解或降解的过程。广义的污水处理包括：物理和化学处理，以及物理和化学、生物和化学处理技术的结合等。污水生物处理技术包括：厌氧生物处理和好氧生物处理两大类。–水体污染原位治理技术是利用污水好氧处理技术，对水体进行直接净化的过程或工艺。•污水处理技术理论–就是如何提高处理效率。包括：优选高效生物菌种，提高曝气效率，改善处理工艺，以及采用高效生物载体和微生物固定化技术等。污水处理与水生态修复技术理论的关系•水生态修复技术–是污水生物处理与生物操纵、植物修复和生物栖息地改善或重建等技术或理论的结合或复合。•理论关系及过程–污染水体自净过程或微生物处理技术过程产生的微生物增量，由水生态系统中的原生动物、浮游动物消费掉，产生的无机氮、磷等营养盐由水生植物和藻类所利用，大型水生动物将浮游植物、浮游动物及水生植物消费掉，人类通过捕鱼和收割水草等行为将污染物物质溢出。不同类型的直接曝气技术固定式的直接曝气不同类型的直接曝气技术曝气船和移动式曝气装置不同类型的直接曝气技术微孔曝气、纯氧曝气、纳米曝气直接投加微生物（操作流程）河底和河岸污水处理工程日本江户川支流坂川古崎净化场河底和河岸污水处理工程韩国良才川水质生物－生态修复设施河底和河岸污水处理工程深圳大沙河污水处理试点工程普通生态浮床通气生态浮岛浮岛式生物处理系统浮箱式曝气生物滤池改进型沉箱式生物处理系统A-A剖面图④输水、③输气管⑤气阀、⑥水阀⑩布水管⑨曝气管①载体包⑿支架隔层②浮箱式滤池体河道堤岸⑾框架⑦水泵⑧气泵⑨固定桩河底TTTTTT水面改进型沉箱式生物处理系统平面图③输气管④输水管⑦污水泵⑧离心气泵①载体包⑥水阀⑤气阀②浮箱式滤池壁AA河道堤岸⑨固定桩阿科曼生态基、生态水草、生物飘带二、水体富营养化与修复治理的理论与技术湖泊生态学理论湖泊生境相对封闭，生物群落捕食及食物链呈网状结构，生产者、消费者、分解者之间及与生存环境之间不断进行着物质交换和能量流动，并处于动态平衡状态，物质、能量传递呈金字塔结构。因而，湖泊生态修复主要是指对生物群落结构的修复。湖泊生态学理论在自然状况下，湖泊也会从贫营养过渡到富营养状态，沉积物不断增多，先变为沼泽，后变为陆地。这种自然过程非常缓慢，常需几千年甚至上万年。而人为排放含营养物质的污水所引起的水体富营养化现象，可以在短期内出现。富营养化——生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊，引起的藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。具有春秋季节比较严重的特征。富营养化与富营养（氮磷含量）的关系•富营养：无机氮磷（营养盐）含量升高，超过地表水（湖库）Ⅱ类标准，该水体就有发生富营养化或藻类爆发的水平（总氮大于1mg/L,总磷大于0.025mg/L）。按照磷评价：地表水Ⅰ类水质为贫营养，Ⅱ类为中营养，Ⅲ、Ⅳ为富营养，Ⅴ类为极富营养，劣Ⅴ类为污染水体。•富营养化：营养物质增加引起藻类过量生长，透明度降低，生态平衡发生改变，生物群落结构退化，高等级生物减少、死亡，而造成的一种水体污染现象。评价标准及地表水质标准的关系标准类型状态分级（类）总磷(mg/l)总氮(mg/l)叶绿素(mg/m3)透明度(m)贫营养0.0150.434中营养0.015-0.0250.4-0.63-72.5-4富营养0.025-0.10.6-1.57-401-2.5富营养化评价标准极富营养0.11.5401Ⅰ类≤0.01(0.02)≤0.2Ⅱ类≤0.025(0.1)≤0.5Ⅲ类≤0.05(0.2)≤1Ⅳ类≤0.1(0.3)≤1.5Ⅴ类≤0.2(0.4)≤2地表水湖库水质标准注;括号内为河流标准Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ.Ⅳ类Ⅴ类湖库蓝藻水华珠海大镜山水库水华澳门大水塘水库水华滇池太湖2020/11/20浮岛式生物处理系统推广应用24水体富营养化的成因与治理技术•成因及影响因素–营养盐（无机氮磷）含量升高，超过地表水（湖库）水质Ⅱ标准。导致无机氮磷升高的原因包含：面源污染物（一般在汛期发生）、点源污染物（含污水处理厂出水，春季容易发生）、内源污染物（在厌氧、高温和高pH值条件下易发生）；–气温高且相对稳定，水温增高、光照充足；–水体交换不畅，或缓流水体；包含调度和水温分层影响的水层交换；–生物群落结构发生改变，食物链（网）不完善，氮磷溢出和水产品输出功能阻塞，导致营养物质和有机物质不断积累、沉淀。如：滤食性鱼类过多，导致浮游动物减少，浮游植物爆发等。–湖（库）盆结构形态，水草或湖（库）滨带面积多少，水温及水化学参数均质性；缺少足够的生物庇护、繁衍空穴，特别是对幼小动物、浮游动物的庇护、保护和孵化功能不完善等。–风及表层扰动、直接曝气等，对藻类生长影响不显著。上下层水体交换对抑制藻类生长显著，表层扰动及均衡缓流、环流扰动等对抑制藻类生长的影响不显著。–pH、溶解氧，水的色度、透明度、浑浊度等指标，会随着主要藻种的类型和藻细胞密度指标等发生变化。水体富营养化的成因及治理技术•成因–无机氮磷含量升高，超过地表水（湖库）水质Ⅱ标准；–气温高且相对稳定、水温适宜、光照充足；–水体交换不畅，或缓流水体；–湖（库）盆结构比较单一，缺少水草或湖（库）滨水带，水温及水化学参数比较均质一致；–生物群落结构发生改变，食物链（网）结构不完善，物质、能量和水产品输出功能阻塞，导致营养物质和有机物质不断积累、沉淀。–水体内及湖塘结构体内缺少足够的水生动物巢穴、产卵场或庇护所。特别是对幼小动物、浮游动物的庇护、保护和孵化，是十分重要的指标或参数。–pH、溶解氧，水的色度、透明度、浑浊度等指标，会随着主要藻种的类型和藻细胞密度指标等发生变化。–风及表层扰动、表层曝气等，对蓝藻生长影响不显著。上下层水体交换效果显著，表层水体均衡循环或流动对抑制藻类生长的影响不显著。水体富营养化的成因及治理技术•治理技术–截污、控污，生物操纵，物理或化学杀藻，人工打捞，调水稀释或换水，生物集成技术与构建绿色健康的水生态系统等。所有的单向技术都不完美；包括综合使用都不敢保证有显著效果。•生物操纵技术理论–经典理论：浮游植物的生物量不仅与营养物质有关，也与鱼及其他生物（包括大型植物、浮游动物、微生物等）有关。鱼的存在将会减少浮游动物的数量，进而使浮游植物生物量增加。通过人工去除浮游生物食性鱼类或放养肉食性鱼类，调控浮游动物的群落结构，促进滤食效率高的植食性大型浮游动物的发展，从而提高对浮游植物的摄食效率，最终减少浮游植物生物量。–非经典理论：利用滤食性鱼类直接进行对浮游植物的进行操纵。如：放养鲢鳙鱼及软体动物等。•生物集成技术与构建绿色健康的水生态系统理论–包括：湖滨带生态恢复、生物操纵、生态浮岛、生物孵化器，并与微量通气等技术结合，以及人工科学的管理，提高生态系统的转化效率和水产品产出，增加生态系统的环境效益，可以控制藻类暴发，使其在水体内的密度达到合理的限度，从而即使水体营养丰富，也不会产生恶性循环和富营养化。水体富营养化控制技术•控源–城镇污水截污、雨污分流、污水处理厂、深化处理。–农村污水分散和土地处理，包括：污水生物稳定塘、人工湿地、土地漫滤、污水灌溉、土壤净化槽、水体污染原位治理和各种类型的污水分散处理装置，等等。–面污染源控制。初期雨水处理、生态清洁型小流域及水土保持与生态建设，控制农药化肥使用等等。–一般的污水处理工艺不能解决氮磷污染问题，深度处理和生态处理能够溢出无机氮磷，但不彻底。•调水–仅能起到稀释或转移藻细胞浓度或藻类种源的作用，不能解决氮磷超标问题。水体富营养化控制技术•物理和化学去除–打捞：属于应急技术，目前已有多种类型的打捞船及藻类浓缩、处理工艺。–化学去除：包括絮凝剂、除藻剂、抑制剂等。属于应急技术，治标不治本，有二次污染。–物理去除：包括吸附、气浮、光磁照射等。效率低，成本高。–水体内循环及曝气：适应水体较深的湖库，可以抑制藻类水华，但治标不治本。•水生植物修复及净化–沉水植物：与藻类竞争营养、光合作用释放氧气、微生物载体作用、庇护幼小生物和浮游动物。–湖滨带水生植物：截留面源污染物，水下部分起微生物载体和庇护浮游动物作用。–漂浮类植物。圈养水葫芦等植物。–生态浮岛：与藻类竞争营养，根部泌氧、微生物载体和庇护浮游动物作用水体富营养化控制技术•生物操纵技术–投放鱼食性鱼类，间接控藻。通过高密度放养肉食性鱼类来减少浮游生物食性的发展。–人工去除浮游动物食性鱼类，重构水生态系统和生物组成，使之朝着人们所期望的生态系统自净功能强化的方向发展。–投放滤食性鱼类及软体动物，直接控制藻类水华。利用鲢、鳙的滤食作用来直接摄食控制水体中的浮游植物–增加浮游动物庇护功能及增加对藻类的营养竞争。如引种大型沉水植物，恢复湖滨带。–直接投加浮游动物控藻。–直接投加微生物溶解藻类和稳定浮游动物种群数量。水体富营养化控制技术•综合型的生物与生态修复技术–食藻虫引导的沉水植物修复技术：浮游动物放养+沉水植物修复。–人工水草、阿克曼生态基等：增加水体自净能力+浮游动物庇护、增值。–浮岛式生物处理系统：输氧通气+微生物处理+生态浮岛+浮游动物孵化及庇护。能很好地恢复生物群落结构和生物多样性，完善食物链网，使之形成自然的金字塔结构。–通气生态浮岛：输氧通气+微生物处理+生态浮岛。–前置库与人工湿地修复技术：污水生物处理+水生植物修复技术结合。食藻虫引导的沉水植物修复技术圈养紫根水葫芦紫根水葫芦根长70—100cm，是普通水葫芦的2-3倍，具有强吸附蓝藻和竞争营养功能，可使湖水尽快清澈。放养滤食性的鱼类及蚌蛤等蓝藻打捞处理湖滨带生态修复普通生态浮床通气生态浮岛、生物孵化器和浮岛式生物处理系统前置库处理技术人工湿地治理措施不当可能出现的生态问题•武汉东湖长期放养滤食性鱼类导致摇蚊爆发；•生态系统失衡导致水库放养滤食性鱼类只见投入，不见产出和生态效益；•放养水葫芦导致水面覆盖、物种单一和二次污染；•沉水植物收割困难可能导致沼泽化；•引进外来物种可能导致生态失衡和病毒危害；•化学杀藻会导致难以恢复的二次污染；•物理除藻一般成本较高，效果不显著。•换水、调水成本较高，指标不治本，导致藻种转移。•正确的水体富营养化修复技术是——构建健康、高效的水生态系统。武汉东湖摇蚊导致的问题三、河流生态学理论与修复治理的技术原则河流属性与功能•在”纯自然”情况下，河流是排泄降水径流的天然通道。然而，自然界的河流，往往有水草、灌木、乔木及水生和陆生动物干扰，以及受人类的各种活动严重干扰、甚至改变等。因而，河流的形态、结构和水文、水质等，会受到生物、生态系统演化和人类活动共同作用、相互影响。因而，河流的属性包括：自然与环境属性、生物与生态属性和社会与经济属性，共3方面。•依据河流的属性，河流功能可划分为：自然与环境功能，社会与经济功能，生物的生产与生态功能等，三个方面。•自然与环境功能：就是“天要下雨，河要流水”的客观存在。它包括泄洪和水循环，泥沙搬运和河道演变，以及由此带来的地形、地貌和化学、生物等环境要素的改变。河流属性与功能•社会与经济功能：是指河流的水资源和环境与生物资源，在促进社会经济发展和稳定中的作用。包括防洪、饮水、水产、景观、娱乐和科技、教育、文化传承等社会功能，以及灌溉、发电、航运和为工业及各行各业提供水资源的能力。•生物与生态功能：包括为水生和两栖生物提供栖息地和生存空间，为生物多样性发育、发展提供物质、能量基础和基因库信息，保障陆域和流域生态系