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1、第12章 污染水体的生物修复,第1节 污染河流的生物修复 第2节 污染湖泊的生物修复 第3节 地下水污染的生物修复 第4节 污染海洋的生物修复,第1节 污染河流的生物修复,1. 自然净化修复与强化自然净化修复 自然净化（natural purification）:是河流的一个重要特征，指河流受到污染后能够在一定程度上通过自然净化使河流恢复到受污染以前的状态。 河流自然净化的关键是有机物的好氧生物降解过程。,强化自然净化修复(enhanced natural purification):指通过采取措施，向河流输送某种形式的能量或物质，强化河流固有的自我净化过程，加快河流的修复过程，是一类原位修复
2、技术。 包括三个途径： 河流水体曝气复氧技术 多功能河道生态工程修复技术 生物试剂添加技术,河流水体曝气复氧技术 aeration of river water,指向河流中进行人工复氧，可以是空气，也可以是纯氧。 比如，我国于1990年8-9月亚运会期间，有关部门在清河的一个河段放置8台11.025 kW（15马力）的曝气设备，结果表明溶解氧的含量从0上升到6 mg/kg。水体BOD5去除率达到60，河流臭味基本得到消除。,BOD5,The biochemical oxygen demand of wastewater during decomposition occurring over a
3、 5-day period. A measure of the organic content of wastewater.,多功能河道生态工程修复技术 multifunctional ecological engineering,指将城市河道设计成具有多种自然景观和生物类群，景观于净化功能并存的多功能河道净化系统，是利用多功能河道净化污水的生态工程技术。,采用有效附着或微生物的但体替代混凝土护坡，并将河道的有用空间有效的利用于培植水生生物，以确保河道对污水的有效净化。 多功能河道净化系统中既有水生植物、昆虫、鱼类等水生生物，也有鸟类和哺乳类动物，它们共同构成完整的食物链，进一步强化水体的自净
4、功能。,生物试剂添加技术,也称投菌法（biotic additives）,是向被污染的河流中投加人工培养的微生物，强化河流有机物的降解。 投菌法过去被认为没有必要,美国有多家公司开展筛选天然菌种和人工培养变异菌种。 著名的有Alken-Murry公司开发的Clear-Flo系列菌剂； GES公司所生产的LLMO(liquid live microorganisms)生物活性液。 这些菌剂在养殖水体净化、河流修复及污泥去除等方面有许多成功案例。,成功案例,1999年1012月，由华东师范大学、美国Probiotic公司共同采用美国Probiotic公司水质净化促生液对上澳塘黑臭水体进行了生物修复
5、试验，试验表明，在水力负荷0.2-0.5m河水/(m3河道容积. 天)，水力停留时间2-5天，水温10-20C，经治理后，水体可消除黑臭。 CODCr下降50；BOD5下降70；水体透明度从20cm增加到70cm；微生物区系由厌氧向好氧转变，生物种群由低等向高等演替，水体中的多样性增加。,修复前,修复后，微生物处理6周,我校微生物湖泊水体修复技术,通过大量的分离、筛选工作，从土壤、水体中选育出枯草芽孢杆菌、光合细菌、反硝化芽孢杆菌、贫营养有机矿化芽孢杆菌、低温有机矿化芽孢杆菌、乳酸芽孢杆菌。 这些菌株分别具有除氮、降低水体COD、除去水体异臭味、净化水质的作用，建立了较完备的净水微生物体系。,
6、华中农业大学建立的净水微生物体系能快速消除水体黑臭，增加水体透明度，显著消减N、P等物质，其技术可行，效果显著，治理费用经济，是一项值得在湖泊景观水体治理的新成果，具有很好的推广应用前景。,该技术成果此前已在北京大观园景区、广西桂林桃花江地区、武汉市汉口的西北湖以及武昌的东湖风景区的部分景观水体和湖泊进行了实际的推广应用，获得了较好的治理和修复效果。,2 陆生生态恢复,陆生生态恢复（terrestrial eco-remediation）,也称土地处理技术（land treatment）,它是利用土壤植物系统的自我调控机制和对污染物的综合净化能力对被污染的河水进行易位处理的技术。 具体是将污染
7、的河水施于地表，使之在植物土壤水分复合系统中经历自然的物理过程、化学过程和生物学过程，达到处理标准。,2.1 河水土地渗虑修复系统/2.2河水土地渗虑修复类型,2.1 河水土地渗虑修复系统 （工程组成）,污染河水的土地渗虑技术属于陆生生态工程范畴，可以划分为若干子系统，每一子系统均具有相对独立的结构和功能。 完整的土地渗虑修复技术系统由预处理、水量调节与储存、配水与布水、土壤植物田间工程、排水及监测等6部分组成。,（1）预处理系统,目的：防止泥沙在布水系统中的沉淀和机械磨损，避免因悬浮固体含量过高而引起土壤堵塞。 预处理系统工艺：一级处理或强化一级处理、混凝沉淀工艺。,（2）水量调节与储存,土
8、地渗虑技术受气候影响，不可能完全终年运行（快速和地下渗滤除外），特别是在在寒冷季节和暴雨季节，需要降低负荷或者停止运行，因此，需要储存部分河水。,（3）配水和布水,包括泵站、集水池、输水管道（或明渠），其作用是将河水按工艺要求投配到土壤植物系统。 布水方式有表面布水、低压布水、高压喷洒、亚表面注射等。,（4）土壤植物系统,是土地渗虑技术的核心部分，修复河水的主要过程在这里发生，田间表层的颗粒是限制水迁移过程的主要因素。 在设计中要考虑场地的适宜性和植物的适宜性。 场地的适宜性包括：地形、地表坡度、土壤性质（质地、结构、渗透性、土层厚度、化学性质）、地质因素 植物的适应性,（5）排水系统,明沟、
9、暗管与竖井方式，其作用是保持土地渗虑系统的修复效果与水流畅通，保护地下水。,（6）监测系统,是监测土地的渗虑效果是否达到规定和是否需要采取相应措施来改善修复效果。 其内容包括: 进水监测、出水监测、地下水监测、土壤监测、植物监测。,2.2 河水土地渗虑修复类型,根据布水方式、水力负荷的大小、水力流动方向、处理水以及回收方式，土地渗虑方式可分为慢速渗虑、快速渗虑、地表慢流、地下渗虑等不同类型,（1） 慢速渗虑修复,Slow rate system, SR: 将河水投配到覆盖植物的土壤表面，河水在流经地表土壤植物系统事得到充分净化的一种土地处理工艺类型。 工艺目标： 修复被污染的河水； 利用水资源
10、及营养物质生产商品性农作物； 开发荒地，发展草地和林地,当以污水处理为目标时，常选择多年生牧草作为覆盖作物。牧草生长期长，对氮的利用率高，可耐受较高的水力负荷。 森林型的SR可与污泥利用相结合。,（2）快速渗滤修复,Rapid infiltration system，RI：将污染的河水有控制的投配到砂滤型土壤表面，污水向下渗虑过程中通过生物氧化、硝化、反硝化、过滤、沉淀、还原等一系列作用得到净化。 RI具有很高的处理效率，其再生水可以回收利用。系统的设计分为污水处理和再生水回收两个部分。,Land biotreatment operation,（3）地表慢流修复,Over and flow s
11、ystem，OF：将污水有控制地投配到多年生牧草、坡度和缓、土地渗透性能低的坡面上，使污水在地表沿坡面缓慢流动过程中得到净化的土地处理工艺类型。,Soil and grass filtration for purification of wastewater: Soil filtration relies on filtration by soil particles and bacteria growing on the surfaces of the soil particles and plants (usually grasses) which take up water and nu
12、trients (nitrogen and phosphorus), reducing the concentration of these nutrients. Soil filtration is used during the dry season. Grass filtration is used in the rainy season when the soil is saturated by water. Grasses can be grazed by livestock.,（4）地下渗滤修复,Subsurface infiltration system， SI：将污染的河水投配
13、到具有一定构造和良好扩散性能的地下土层中，污水经毛管浸润和在土壤渗滤作用下向周围运动达到修复之目的。 目标： 处理污水； 在处理污水的同时，为地表绿地提供水分和营养； 产生优质再生水供回收利用,土地渗滤修复设计,考虑因素： 1）污染河水的详尽调查和检测，了解组分与排放量，确定优先污染物。 2）对场地进行适宜性评价； 3）制定土地渗虑的水质要求，确定预处理的程度和修复范围 4）完善的，有效的管理和监测系统,法规要求,经济因素,水质要求,场地特性,污水特性,作物管理,作物选择,预处理,水同化容量,污染物同化容量,作物需水,水力负荷,场地面积,出水回用,土地面积,缓冲带,调节系统,布水系统选择,第一
14、步设计,一次布水深度,布水频率,布水周期,布水面积,布水时间,布水速度,布水系统设计,系统流量,第二步设计,地表水,排水与径流控制,系统监测,地下水,排水系统,第三步设计,3 水生生态修复,Aquatic eco-remediation, 俗称氧化塘技术（oxidation pond）或稳定塘（stabilizations pond）或生物塘技术（organism pond）,它是利用天然水体的净化能力，将被污染的河水在一种类似于池塘的处理设备内经长时间的缓慢流动和停留，通过生物的代谢活动降解有机污染物的修复技术。,Symbiotic activity between algae and ba
15、cteria in a wastewater lagoon to purify sewage: As wastewater flows through a lagoon, bacteria consume the organic carbon in the waste. In assimilating the organic carbon, bacterial respiration produces carbon dioxide (CO2) and takes up oxygen (O2). Algae utilize the carbon dioxide for photosynthesi
16、s and in turn produce oxygen required by the bacteria, hence the symbiotic activity. Solids settle to the bottom of the lagoon, and pathogenic bacteria die-off in competition with other bacteria in the lagoon. Several lagoons in series are more effective and the last lagoon can be used for aquaculture.,菌藻共生系统,3.1水生生态修复类型,生物稳定塘,微生物稳定塘,水生生物塘,好氧塘aerobic pond,厌氧塘 anaerobic pond,曝气塘 aerated pond,兼性塘facultative pond
