湖泊水环境修复技术

UniversityofShanghaiforScienceandTechnology第五章、湖泊水库水体修复技术5.1.湖泊水库水环境污染5.2.湖泊水库水环境综合评价5.3.湖泊水库水环境修复1.外源污染控制技术2.内源污染控制技术3.水动力学修复技术4.藻类控制和去除技术5.污染湖泊水库生态恢复技术UniversityofShanghaiforScienceandTechnology5.1.湖泊水库水环境污染水质污染污染源：工业废水和生活污水中重金属、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UniversityofShanghaiforScienceandTechnology排入湖泊水库等水体过多的氮、磷等营养性物质，使生产力水平异常提高，破坏了水生生态系统结构概念藻类爆发，水体缺氧，水生动物等水生生物大量死亡；湖泊水库沼泽化；藻类在代谢死亡过程中释放毒理强的藻毒素表现UniversityofShanghaiforScienceandTechnology我国富营养化湖泊水库的共同特征：总氮和总磷浓度高透明度差水体叶绿素过高UniversityofShanghaiforScienceandTechnology使用化石燃料产生的SO2、NOx被氧化后产生硫酸和硝酸，通过干/湿沉降进入水体概念UniversityofShanghaiforScienceandTechnology湖泊水库水环境污染湖泊水库萎缩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降低长江中下游湖泊水库面积缩小统计UniversityofShanghaiforScienceandTechnology5.2.湖泊水环境综合评价决定对湖泊水库进行水环境修复前，需要进行可行性研究，对其本身及周围环境进行科学调查和评价。可行性研究目的：1）调查进入湖泊水库的营养元素-悬浮泥沙-有机物的定量负荷或速率2）调查研究湖泊水库的状态和周期性变化规律3）确定适合湖泊水库的最有效修复技术UniversityofShanghaiforScienceandTechnology5.2.1.基础资料收集①地理地质数据②水文学数据③物理参数④化学参数⑤生物学参数UniversityofShanghaiforScienceandTechnology水质数据收集(1)采样点的设定湖泊水质评价中，对水质监测有相应要求。监测点的布设应使监测水样具有代表性。应在下列区域设置采样点：河流、沟渠入湖的河道口；湖水流出的出湖口、湖泊进水区、出水区、深水区、浅水区、渔业保护区、捕捞区、湖心区、岸边区、水源取水处、排污处(如岸边工厂排污口)。预计污染严重的区域采样点应布置得密些，清洁水域相应地稀些。在采样时间和次数上，可根据评价等级的要求安排。UniversityofShanghaiforScienceandTechnology湖泊分层采样和湖泊水库采样点最小密度要求湖泊面积(km)2监测点个数湖泊水深（m）分层采样10以下105以下表层(水面下0.3—0.5m)10-100205-10表层、底层(离湖底1.0m)100-5003010-20表层、中层、底层500-10004020以上表层,每隔10m取一层水样或在水温跃变处上、下分别采样。1000以上50UniversityofShanghaiforScienceandTechnology（2）监测项目湖泊水质监测项目的选择，主要根据污染源调查情况、湖泊的用处、评价目的而确定。一般情况下，可选择pH值、溶解氧、化学耗氧量、生化需氧量、悬浮物、大肠杆菌、氮、磷、挥发酚、氰、汞、铬、镉、砷等UniversityofShanghaiforScienceandTechnology5.2.2.参数计算水量动态平衡热量衡算UniversityofShanghaiforScienceandTechnology污染负荷衡算氮、磷是富营养化主要指标水体中，磷浓度在稳定状态时可描述为5.2.2.参数计算UniversityofShanghaiforScienceandTechnology水体自净速率溶解氧变化是衡量水体自净过程的主要指标。水生态系统包括水体生态结构组成、能量流动、物质转化和循环。5.2.2.参数计算UniversityofShanghaiforScienceandTechnology生物学评价（1）湖泊的生物学评价方法有：一般描述对比法指示生物法种的多样性指数法生物指数法等UniversityofShanghaiforScienceandTechnology（2）Beck指数按底栖大型无脊椎动物对有机污染的耐性分成两类，Ⅰ类是不耐有机污染的种类，ⅠⅠ类是能忍受中等程度的污染，但非完全缺氧条件的种类。将一调查地点内Ⅰ类和ⅠⅠ类动物种类数分别用NⅠ、NⅠⅠ表示，生物指数按式Ⅰ=2NⅠ+NⅠⅠ计算，这种生物指数值。在净水中一般为10以上，中等污染时为1-10重污染时为零。UniversityofShanghaiforScienceandTechnology（3）硅藻类生物指数用硅藻类的种类数计算生物指数。如果用A表示硅藻类中不耐污染的种类数，B表示耐污染的种类数，C表示在调查区内独有的种类数，则硅藻生物指数按下式计算：10022CBACBAIUniversityofShanghaiforScienceandTechnology5.2.3.综合模型利用数学模型达到以下目的：掌握水体内部有关物理、化学和生物过程的认识预测不同条件下的水体变化趋势预测各种管理和工程技术措施对水体的影响如：富营养化预测模型UniversityofShanghaiforScienceandTechnology5.3.湖泊水库水环境修复指通过调控，使受污染损害的湖泊生态系统恢复到受干扰前的自然状态，恢复其合理的结构和功能概念修复的原则整体性遵守自然法则技术类型湖泊水库外源污染控制技术湖泊水库内源污染控制技术水动力学修复技术藻类控制和去除技术污染湖泊水库生态恢复技术UniversityofShanghaiforScienceandTechnology点源污染控制非点源污染（面源）污染控制1.湖泊水库外源污染控制技术•生活污染处理技术；•工业废水处理技术•前置库技术通过改变生产和消费方式减少污染物的产生；建设相关处理设施，减少排入湖泊的污染物质的种类和总量概念类型在受保护的湖泊水库水体上游支流，利用天然或人工库（塘）拦截暴雨径流，并通过物理、化学以及生物过程降低径流中污染物浓度工程措施UniversityofShanghaiforScienceandTechnology前置库工艺流程湖泊水库外源污染控制技术UniversityofShanghaiforScienceandTechnology前置库工程剖面图湖泊水库外源污染控制技术前置库是指利用天然水塘或人工水库的蓄水功能将因表层土壤中的污染物（营养物质）淋溶而产生的径流污水截留在水库（塘）中，不让其直接进入所要保护的水体，经沉淀自然净化后用于日常农灌。前置库技术滇池湖中湖计划UniversityofShanghaiforScienceandTechnology特点：湖泊水体修复中控制难度最大的污染物来源内容：城镇地表径流、农村等地表径流、大气沉降、湖区养殖等，其中农村非点源问题突出工程技术类型：污染物源头控制污染迁移转化的控制污染物净化工程1.湖泊水库外源污染控制技术非点源污染（面源）污染控制湖泊水库外源污染控制技术UniversityofShanghaiforScienceandTechnology非点源治理设计程序湖泊水库外源污染控制技术UniversityofShanghaiforScienceandTechnology非点源管理技术特征湖泊水库外源污染控制技术UniversityofShanghaiforScienceandTechnology非点源工程处理技术特征湖泊水库外源污染控制技术UniversityofShanghaiforScienceandTechnology非点源工程处理技术特征(续表)湖泊水库外源污染控制技术UniversityofShanghaiforScienceandTechnology拦沙坝实景图湖泊水库外源污染控制技术UniversityofShanghaiforScienceandTechnology农业生态工程示意图湖泊水库外源污染控制技术UniversityofShanghaiforScienceandTechnology湖泊水库及流域污染控制工程湖泊水库外源污染控制技术UniversityofShanghaiforScienceandTechnology2.湖泊水库内源污染控制技术湖泊水库沉积物疏浚湖泊水库沉积物原位处理技术湖泊内污染底泥中污染物重新排入水体的过程概念类型内源UniversityofShanghaiforScienceandTechnology污染底泥环境疏浚工艺流程湖泊水库内源污染控制技术UniversityofShanghaiforScienceandTechnology机械式疏挖湖泊水库内源污染控制技术UniversityofShanghaiforScienceandTechnologyUniversityofShanghaiforScienceandTechnology•有效降低湖泊水库的重金属、持久性有毒有机物等难降解污染物的浓度优点湖泊水库沉积物疏浚•沉积物疏浚过程中的扰动，造成短时期内水体中污染物浓度升高；对底栖生态环境造成影响，疏浚后新生表层界面暴露，可能出现污染内源回复现象；投入高缺点湖泊水库内源污染控制技术UniversityofShanghaiforScienceandTechnology湖泊水库沉积物原位处理技术原位覆盖原位封闭原位钝化原位化学原位生物类型原位覆盖•在污染沉积物表面覆盖一层固体物质，如沙子、卵石和粘土等，依次隔离污染沉积物和水体，将污染封闭在沉积物中，达到控制沉积污染内源的目的湖泊水库内源污染控制技术UniversityofShanghaiforScienceandTechnology原位封闭原位钝化原位化学原位生物湖泊水库内源污染控制技术UniversityofShanghaiforScienceandTechnology3.水动力学修复技术通过人工措施，防止水体分层或者破坏已经形成的分层，提高湖泊水库水体溶解氧的浓度、控制内源性污染，降低湖泊水库水体污染物的浓度，进而改善水体质量概念引水稀释/冲刷人工曝气人工循环类型UniversityofShanghaiforScienceandTechnology引水稀释/冲刷短期效果预测定量描述稀释冲刷效果的经验公式长期效果预测加快水体的交换频率，缩短污染物在湖泊水库中的滞留时间，从而降低污染物浓度水平，水体流动性的加强，增加湖泊水库下层水体的溶解氧含量，从而抑制沉积物中污染物的活化释放水动力学修复技术滇中调水工程引金沙江之水解滇中之渴、冲刷滇池污染，以流动的贫营养水代替停滞的富营养水的目的。局限性：换水法是对污染的转嫁？？营养物绝对量并未减少，污染了下游的环境，不能从根本上解决问题UniversityofShanghaiforScienceandTechnology人工曝气水动力学修复技术UniversityofShanghaiforScienceandTechnology4.藻类控制和去除技术物理法化学法生物法类型UniversityofShanghaiforScienceandTechnology物理法藻类控制和去除技术人工解层混凝沉淀机械打捞UniversityofShanghaiforScienceandTechnology以宜兴地区太湖的一处约4400m2左右的水域作为实验区域.采用半