地表水污染的修复[154页]

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1、地 表 水 污 染 修 复 工 程,主要内容 1、中国的地表水污染现状 2、污染物类型及作用机制 3、河流湖泊水库污染修复 4、海洋污染修复,1. 中国的地表水污染现状,1.1 河流污染现状 1.2 湖泊污染现状 1.3 海洋污染现状,1.1 河流污染现状,图片摘自2011年中国环境状况公报,2011年十大水系水质类别比例,1.2 湖泊污染现状,图片摘自2011年中国环境状况公报,2011年重点湖泊（水库）富营养化状态,2011年，监测的26个国控重点湖泊（水库）中，类、类和劣类水质的湖泊（水库）比例分别为42.3%、50.0%和7.7%。主要污染指标为总磷和化学需氧量（总氮不参与水质评价）。

2、,1.3 海洋污染现状,图片摘自2011年中国环境状况公报,2011年全国近岸海域水质类别比例,图片摘自2011年中国环境状况公报,2011年重要海湾水质类别比例,被污染的河流,2007受蓝藻污染的太湖水,海洋污染,全国环境统计公报(2011年)废水和主要污染物排放量：,2011年，全国废水排放总量为652.1亿吨; 化学需氧量排放总量为2499.9万吨，比上年下降2.04%； 氨氮排放总量为260.4万吨，比上年下降1.52%。,全国环境统计公报(2010年),侧面反映地表水污染的严重性及治理的紧迫性,2、污染物类型及作用机制,2.1 污染物类型 2.1 污染物作用机制,2.1 污染物类型

3、按污染物性质划分为物理性污染、化学性污染、生物类污染三类。,物理：悬浮物质污染、热污染和放射性污染等。 化学：无机污染物、无机有毒物质、有机有毒 物质、需氧污染物质、植物营养物质和 油类污染物质。 生物：由病原微生物、病毒、寄生虫等引起大 的水体污染。,2.2 水环境污染物作用机制,物理机制 化学机制 生物学机制 综合机制,物理机制：指外界的污染使生态系统中某些 因子发生改变，从而影响生态系统的物理环境，进而影响生态系统的生物环境和生态稳定性，产生各种生态效应。 化学机制：吸附/解吸过程、固定/释放过程、氧化/还原过程、螯合/解络过程、酸/碱反应过程、挥发/凝结过程、溶解/沉淀过程、水解过程和

4、脱氧过程等。,生物学机制：生物体累计、富集机理，生物吸收、代谢、降解与转化机理。 综合机制：协同作用、加和效应、拮抗效应、竞争效应、保护效应、抑制效应、独立作用效应。,3. 河流湖泊水库污染修复,3.1 物理修复技术 3.2 化学修复技术 3.3 生物修复技术 3.4 生态修复技术 3.5 其它修复技术,3.1 物理修复技术,物理修复是指在系统中通过物理沉淀、过滤、吸附作用除去可沉淀的固体、胶体、BOD5、氮、磷、重金属、细菌、病毒及难以溶解的有机物质。如疏挖底泥、机械除藻、引水冲淤等。 物理方法操作简单，造价低，但往往治标不治本。,3.1.1 冲刷/稀释 采取引水冲污稀释污染水体，增加流域水

5、资源量，加快污染水体流动，加强水体自净能力。水体流动性的加强对沉积物-水体界面物质交换也有一定影响，增加河流下层溶解氧含量，对底泥污染物释放产生一定的抑制作用，有助于水体生态系统的恢复。,3.1.2 曝气 污染水体接纳大量的有机污染物后，有机物大量分解造成水体溶解氧浓度急剧降低，甚至出现厌氧状态，导致溶解盐释放以及臭味气体产生。通过人工曝气，可使水体底层溶解氧得以恢复，水体中溶解铁、锰、硫化氢、二氧化碳、氨氮以及气体还原组分浓度大为降低，改善水生生物的生存环境。同时，可有效限制底层水体中磷的活化和向上扩散，限制浮游藻类的生产力。,3.1.3 机械/人工除藻 收获水体中的藻类，可在短时间内快速有

6、效的去除藻类。在某些特定环境，利用自然动力收获藻类可有效的减轻富营养化的危害。 机械除藻在过去人工打捞藻类的基础上发展了臭氧/超声波除藻技术，此技术利用超声波的作用使藻类的细胞破裂，打破藻细胞内的气囊，使其失去浮动能力而沉淀。,屠清瑛等人分别于2001 年9月6-8 日和14-20日在什刹海后海实验区（50m50m）进行了两次超声波/ 臭氧复合试验，按每天作业7h 计，臭氧/ 超声波试验证明对藻类有明显的去除作用。当水中臭氧浓度5mgL 时，1h后藻类的去除率平均在30%-50%左右；充入臭氧2h（浓度约10mgL)， 藻类去除率平均在80%左右。试验结果证明，总磷也有明显的递减趋势，但是对C

7、OD 的作用不甚明显.,例：,在太湖水环境修复中，利用风力、湖流在水源区域建造富集藻类的专门设施来收集藻类，避免了“水华”阻塞取水口而引起的水质恶化，取得良好的效果。,3.1.4 底泥疏浚 可降低水体的内源污染负荷量和底泥污染物重新释放的风险。对于沉积物中的重金属和持久性有毒有机污染物而言，只能通过环境疏浚方法从湖泊中去除。 南明河、苏州河的治理均用到此技术。,环境疏浚与工程疏浚的差异： 环境疏浚旨在清除湖泊水体中的污染底泥，并为水生生态系统的恢复创造条件，同时还需要与湖泊综合整治方案相协调。 工程疏浚则主要为某种工程的需要如流通航道、增容等而进行。,首先应符合一般疏浚的要求:疏浚工程技术规范

8、(GIJ 319-99)。 同时,考虑污染疏浚的要求，对设备进行进一步筛选，包括对常规设备改进和专用环保挖泥船设计。,常规设备改进: 耙吸挖泥船 适于沿海和大江而且污染土分布范围较大地区 绞吸挖泥船 应用最广泛,可在陆地拼装后下水, 距离岸边较近,适于湖泊污染土清理 抓斗式船 可配以泥驳装载，宜在底泥分布集中且厚度较大地区使用,环境疏浚设备的选择原则 第一，既要考虑一般疏浚工程的条件，又要考虑污染物与生态等环境保护方面的要求； 第二，不同的污染物对疏浚和处置有不同要求，应经济合理地确定控制指标和要求； 第三，如果要求不严，应优先选用现有的一般疏浚设备，或者加以改进以达到经济合理的目标; 第四，

9、多方案筛选和比较，选取最优化途径。,底泥综合利用 湖滨绿化带，使堆场所在地形成绿化带。 填地造景，将湖泊周围的坑洼废地填平后为开发用地创造了条件，但应避免人为活动加强而引起排污强度提高 林地肥料，湖泊底泥富含多种营养元素，还含有普通矿物肥料中所缺少的有机质及多种微量元素 制造聚合物及建筑材料,3.1.5 光催化技术 基于纳米材料的光催化特性，纳米材料应对水华和赤潮藻具有杀伤能力。 纳米材料具有在光照（尤其是紫外光） 下可以产生羟基自由基及强还原能力的特性，对藻细胞内的脂类、蛋白等生物大分子产生氧化作用，从而破坏其生物学功能最终导致细胞死亡。因此被认为在消毒杀菌、空气净化、污水处理、海洋原油污染

10、清除、自清洁材料等方面具有很好的应用前景，并已得到广泛的研究。,3. 2 化学修复技术 化学修复是添加化学药剂和吸附剂改变水体中氧化还原电位、pH，吸附沉淀水体中悬浮物质和有机质，是利用污染物的化学反应来分离、回收污水中的有害物质，或使其转化为无害的物质。 化学方法操作简单，用量少，见效快，但利用化学方法治理污染水体需大量投加化学药剂，成本昂贵，同时容易引起二次污染。,3.2.1 化学沉淀法 通过向水体投加铁盐或铝盐，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，降低水体磷的浓度，控制水体的富营养化。同时，铝盐能够形成氢氧化铝沉淀，在沉积物表层形成“薄层”，可阻止沉积磷的释放。,3.2.

11、2 改性硅藻土强化混凝法 硅藻土是由天然形成的硅藻矿石加工而成，不含有毒化学物质。 改性硅藻土处理湖水时，直接吸附、化学 沉淀、脱稳絮凝、吸附架桥等作用同时存在，湖水净化的过程是这些过程共同作用的结果。 较适用于开放性大型水体的脱磷和除浊。,吴蕾、陈云峰在改性硅藻土用于巢湖水脱磷研究中研究了改性硅藻土除磷最适操作条件，并将改性硅藻土同几种常规混凝剂的处理效果和其经济性进行了对比，与常规混凝剂相比，改性硅藻土出水更为清澈透亮，污泥沉降性能好，污泥量少，在建设成本和运行成本上更为节省。,3.2.3 化学除藻法 采用各种化学除藻剂进行除藻，效果最显著，但也最具有危险性。 例如：单一除藻剂有：碘伏、水

12、溶性甲壳素碘等 复配除藻剂有：碘伏-新洁尔灭、碘伏-异噻唑啉酮等,3.2.4 酸碱中和法 向水体中添加石灰进行酸碱中和，调整水体酸碱度，以适应水生态系统的物种生长、繁殖的需要。,3.3 生物修复技术 狭义定义为：利用生物特别是微生物催化降解有机污染物，从而修复被污染环境或消除环境中的污染物的一个受控或自发进行的过程。,国外学者认为强化的生物修复是一种加快自然降解土壤或水体有害物质的过程。而我国学者认为生物修复是利用特定的微生物（包括土著或外援微生物以及植物等）在一定的条件下进行消除或富集转化固定化环境污染物，从而达到被污染的环境进行恢复的生物过程。,生物修复技术分类： 按场地划分：原位生物修复

13、和异位生物修复 按污染物的主要特点划分：生物操纵法、植被群 落恢复、生物除藻、生态浮床等,例：在湖泊管理中，通过放养凶猛鱼类来控制食浮游动物鱼类，减少食藻动物的牧食压力，从而控制藻类的异常繁殖，改善富营养化状况。,3.3.1 生物操纵 利用生物操纵调整营养结构，促进水质恢复。,在1975 年，Shapiro 等提出了生物操纵理论后，在该理论的基础上，研究者又提出了经典生物操纵法和非经典生物操纵法。 经典生物操纵法是指通过化学方法毒杀、捕捞或 者放养肉食性鱼的方法，调节浮游动物群落结构和种 群数量，促进食藻浮游动物的增长，特别是枝角类种 群的发展，通过它们对藻类的摄食降低藻类生物量。 经典生物操

14、纵法适合富营养化程度较轻、以小型藻类为主的水域。,非经典生物操纵法依靠提高大型滤食性鱼类的密度来控制藻类，如直接放养滤食性鱼类白鲢、鳙等直接摄食藻类。 在藻类水华暴发的富营养湖泊中，必须放养密度合理的滤食性鱼，才能收到较好的控制效果。,例如： 刘建康等在武汉东湖做了3 次原地围隔实验，发现放养4650 gm-3 以浮游生物为食的鲢和鳙，能有效地遏制微囊藻水华的爆发。 郎宇鹏等通过野外模拟试验也发现，投放密度为50 gm-3 的鲢鱼，对蓝藻有明显的抑制效果。,3.3.2 植被群落恢复 通过水环境的生境调控和植被的人工重建促进水生植被的自然恢复，逐步恢复受损水体的生态系统的结构，包括生产者（主要是

15、水生植物）、消费者（鱼类）、分解者（细菌）等，在生产者、消费者、分解者之间建立有效的食物链，促进系统的物质恢复，恢复水体的功能，达到水体生态系统恢复的目的。,大型水生植物的分类,大型水生植物是一个生态学范畴上的类群，是不同分类群植物通过长期适应水环境而形成的趋同性适应类型。,有发达的机械组织 植物个体比较高大,光合作用利用水中微生物分解有机物产生的CO2和NH4+、PO43-等营养物质，并释放出O2,大型水生植物的四种生活型：,大型水生植物的生态功能,污染物的去除机制,植物吸收,环境中的重金属和一些有机物并非是植物生长所需要的，并且达到一定程度后具有毒害作用。对于此类化合物，一些植物也演化出了

16、特定的生理机制使其脱毒。 植物通常是通过螯合和区室化等作用，来耐受并吸收富集环境中的重金属，这种机制也存在于许多水生植物中。,植物吸收,芦苇,凤眼莲,植物吸收,浮萍,植物吸收,狐尾藻,植物吸收,微生物降解,微生物是净化污水的主要“执行者”，它们把有机质作为丰富的能源，将其转化为营养物质和能量。,水生植物的根系常形成一个网络状的结构，并在植物根系附近形成好氧、缺氧和厌氧的不同环境，为各种不同微生物的吸附和代谢提供了良好的生存环境，也为人工湿地污水处理系统提供了足够的分解者。,植物的根系还可分泌一些有机物从而促进微生物的代谢,这样就为好氧微生物群落提供了一个适宜的生长环境,而根区以外则适于厌氧微生物群落的生存。,物理化学作用,Page 65,3.3.3 人工浮岛技术 人工浮岛又称人工浮床、生态浮床、生态浮岛。 利用表面积很大的植物根系在水中形成浓密的 网，吸附水体中大量的悬浮物，并通过光合作用使 其转化为植物的细胞成分，促进植物生长，最