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1、 第四章 水环境与水体修复技术一、我国河流水污染现状二、水体修复技术及工程应用三、水生态修复技术应用现状四、水体修复技术存在的问题一、我国河流水污染现状n2008年中国环境状况公报，我国地表水污染依然严重， 珠江、长江总体水质良好，松花江轻度污染，黄河、淮 河、辽河中度污染，海河重度污染。n我国江河湖库及近海海域普遍受到不同程度的污染，总 体上呈加重趋势。n海河、辽河、淮河、巢湖、滇池、太湖污染严重，七大 水系中，不适合作饮用水源的河段已接近40%；工业较 发达城镇河段污染突出，城市河段中78%的河段不适合 作饮用水源；城市地下水50%受到污染，水污染加剧了 我国水资源短缺的矛盾，对工农业生产
2、和人民生活造成 危害。滇池污染主要是有机污染和严重的富营养化，进 入90年代，总磷、总氮、有机物透明度及表征有 机污染的COD、BOD等指标浓度均呈明显上升趋 势。近30年来，滇池水质下降了2个等级，水质 为超V类，有机物、氮、磷等污染物含量很高， 水体发黑发臭，浮游植物大量繁殖，湖面水葫芦 疯长，属异常富营养化，并出现局部沼泽化，外 海严重富营养化，出现全湖水质达V类的严重状 况。 淮河流域评价河长11975km，水质 为类的河长占总评价河长的0.5% ，类占10.0%，类占16.2%， 类占17.2%，类占9.6%，劣 类占46.5 % ，超标河长达73.3%。 主要超标项目有高锰酸盐指数
3、（ CODMn） 、化学需氧量（COD）和 氨氮（NH3-N）等。 被污染的淮河滇池绿藻污染作为我国北方的重要水源，黄河在近十多年中被污染的事实在不 断加重。黄河流域水资源保护局对黄河水污染的状况进行量化分析 后发现，黄河干流近40%河段的水质为V类，基本丧失水体功能。2003年4月22日黄河兰州段出现大面积污 染，河面上漂浮着黑油。到当天下午，被 污染的黄河水面已长达近90公里。 2008年1月3日，甘肃省兰州市安宁 黄河大桥下，大量的油污水排向黄 河。定义：水体修复是利用生态系统原理，采取各种修 复受损伤的水体生态系统的生物群体及结构，重建 健康的水生生态系统，修复和强化水体生态系统的 主
4、要功能，并能使生态系统实现整体协调，自我维 持、自我演替的良性循环。二、水体修复技术及应用现状水环境修复工程和传统的污水处理工程的不同之处:传统的污水处理工程: 处理对象能够从环境中分离 出来水环境修复工程:所修复的水体是环境的一部分,不能与环境分 离开来,在修复水体过程中,需 要保护周围环境.即必须将环境 因素融入技术中.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，其目标可由下图表示。 水体的地域性。根据地理位置、气候特点、湖泊类型、功能 要求、经济基础等因素，制定适当的水环境修复计划、指标体 和技术途径。 生态学原则。根据生态系统自身的演替规律分步骤
5、分阶段进 行修复，并根据生态系统和生物多样性原则构建健康的水环境 生态系统。 最小风险和最大效益原则。国内外实践表明，水环境修复是 一项技术复杂、耗资巨大的工程，对水环境的变化规律及机理 的认识还有待提高，往往不能准确预计修复工程带来的全面影 响，因此需要对工程进行仔细论证，以降低风险，同时获得环 境效益、经济效益和社会效益的统一。修复原则:水环境修复技术分类水环境修复技术一般可分为物理修复技术、化学修复技 术和生物修复技术。目前在研究应用上一般以生物修复技术为 主，物理修复技术、化学修复技术为辅。水体修复技术物理修复化学修复生物修复n引水稀释。通过工程调水对污染水 体进行稀释。使水体在短时间
6、内达 到相应的水质标准该方法能激活 水流，增加流速，使水体中DO增加 ，水生微生物、植物的数量和种类 也相应增加，从而达到净化水质的 目的。n底泥疏浚。指对整条或局部沉积严 重的河段、湖泊进行疏浚、清淤， 恢复河流和湖泊的正常功能。物理方法通过化学手段处理被污染水体达到去 除水体中污染物的一种方法如治理湖泊 酸化可投加生石灰，抑制藻类大量繁殖可 投加杀藻剂。如除磷可投加铁盐等。化学净化法由于投加的是化学药剂， 因此不仅治理费用较高，而且还易造成二 次污染目前该方法主要用于酸化湖泊的 治理。高效、廉价、安全的药剂的 研制（如絮凝剂的研制和与生物 技术相结合)是化学修复技术将 来的发展方向。化学方
7、法从生物的选择和培养应用上来分，主要包括 直接投加微生物技术； 培养微生物技术； 高等生物修复技术等。 按其工程实施的方式来分，主要包括 原位修复技术； 异位修复技术； 原位和异位联合修复技术。优点： 污染物在原地被降解； 修复时间较段； 就地处理操作简单，对周围环境的干扰少； 较少的修复资金，一般只为传统的物理化学方法的30%到50%； 人类直接暴露在这些污染物下的机会减少； 不产生二次污染，是未来水体修复的重点发展趋势。生物方法水体修复技术工程应用广州河道生物修 复成功案例应用技术：底泥生物氧化水体生物修复河涌生态恢复广州市白云区朝阳涌黑臭河道在每天进水流量18002300 m3，水力停留
8、时间为 2.172.78d的高负荷工业废水和生活污水冲量情况 下，通过生物治理，消除了上游预处理河段水体黑 臭现象，使中下游自然潮汐状况下水体洁净好氧。 表明在一定污水流量情况下对城市黑臭河涌进行生 物治理和养护提供了切实可行的方法。三、水生态修复技术应用现状水生态修复技术是生态工程技术的一个分支，其 基本含义是根据水生生态学及恢复生态学基本原理。 对受损的水生态系统的结构进行修复，促进良性的生 态演替达到恢复受损生态系统生态完整性的一种技 术措施。根据水生态系统所受胁迫的主要类型进行分类： 大体可划分为两类。水生态修复技术生物生态方法治理和修复受污染水体的技术与生态友好的水利工程技术生物修复
9、技术河流生物修复的对象是水质，目标是改善河流水生 生物生存、生活和繁衍、发展的水质条件。技术核心是微 生物及微生物使用和利用等，是针对水体污染的修复，是 生态修复的一个部分或一项主要内容。河流生态修复的对象是水生生物生存和发展的整个环 境，包括水量、水质、水位、流速、水深、水温、水面宽 度，涨水、落水时间，以及产卵场、越冬场、育肥场、回 游通道的修复或恢复等等；目标是为水生生物或特有的生 物种群提供良好的生存和发展环境。对于污染严重，并有产卵场、育幼场、越冬场或回游 通道损伤及破坏的河流，一般应首先采取生物修复技术恢 复河流水质，然后采取生态修复措施恢复河流生物栖息地 和回游通道等。植物修复技
10、术是一种利用自然生长植物或 者遗传工程培育植物修复污染土壤特别是金属 污染土壤的环境技术总称。它通过植物系统及 其根际微生物来吸收、移去、挥发或稳定土壤 环境污染物。类型： 植物固定根系降解植物促进植物降解植物挥发挥发转移生态修复的主要技术方法植物修复技术 生物-生态修复技术 生境修复 与传统的修复技术相比， 植物修复是一种容易 接受、成本低、技术要求低的修复方法， 它可 应用于空气、地表水、地下水、土壤中污染物的 修复。植物修复技术可清除的污染物包括无机污 染物如氮、磷、重金属等，有机污染物如农药、 炸药、有机氯化物、杀虫剂、除草剂等。生物-生态修复技术可分三个方面：一是以应用微生物为主体的
11、生物修复技术，美国、日本 及国内一些生物工程公司的产品已进入应用试验阶段，在局 部区域，特别是城市内河治理中不乏有成功的例子；二是应用高等植物为主体的植物-生态修复技术，适用 于大面积、低浓度的污染位点，由于植物修复是一个自然的 过程，易为公众接受；三是基于“食物链”原理的生物操纵技术，应用罗非鱼 、鲢鱼及贝类等滤食性动物的放养及水体生物群落结构的优 化，对控制富营养化水体蓝藻水华发挥了明显的作用。生物生态修复技术被认为是21世纪我国生态环境保护 领域最有价值和最具生命力的生物处理技术。其中的ESB水 体修复技术（生态演替式水体修复技术）是一项目前世界上 正在兴起的突破性的一种水体修复技术。E
12、SB水体修复技术是利用培育的植物、动物或培养接 种的微生物的生命活动，对水体污染物进行转移、转 化及降解作用，从而使水体得到净化的技术，还可以 绿化环境及景观改善结合起来，在治理区建设休闲和 娱乐设施，创造人与自然融合的优美环境。ESB水体 修复技术思路是，消除争氧物质，稳定水体的高溶氧 状态，快速培植优势好氧微生物，打造生态基础，并 通过水生动、植物定向培养、建立起人工生态，通过 人工生态向自然生态演替，恢复水体生物多样性，并 充分利用自然系统的循环再生、自我修复等特点，实 现水生态系统的良性循环微生物修复技术生态清淤技术生态复氧技术生态护提技术人工湿地技术水生动物恢复 和重建技术ESB水体
13、修复技术包括浮岛技术水生植物净化景观应用水生植物操控技术新生态链建立恢复菌藻类浮游生物鱼类的食物链。利用食物链关系 进行有效的回收和利用资源，取得水质净化。生境修复技术涉及多个领域浅滩深塘结构的再造有助于植被的良好发育和构建多 样性的生物栖息地，还可营造天然的河流景观。裁弯河流的恢复则可利用弯曲河流消耗河流能量 强化河 流的自净功能，同时恢复河流的天然景观，是实现流域 中河流回归自然的重要改造措施。鱼道恢复则是近年来河流系统生态修复中最受关注的问 题之一。生态水利工程技术1河道修复技术：河床再造、洪水脉冲和河 道空间特征再造。2河道内栖息地修复技术：鱼道、浅滩-深塘结构、基 质恢复、河岸覆盖物
14、和设置乱石堆或丁坝等模拟水生生物所偏 好的活动场所3河岸修复技术：采用植物、石块 或其他透水材料加固河床4流域内栖息地修复技术：林间水库、巢形建 筑物、食物斑块、湿地的修复等5流域内土地利用修复技术：岸边植被 的恢复、舍饲圈养、水土流失的治理流场控制修复技术根据生命体的生态水力学特征，即生命体对流速 场的、压力场、温度场、浓度场改变的敏感性、选择 性和适应性，可人为营造出一种对生命体生存不利， 又不致失控的流场，利用生命体的求生本能，诱导它 们离开某一水域，去另一水域，加以保护（或集中消 灭）。如水利工程中的鱼道技术，以及血吸虫病防治措 施中的无螺取水技术等，都是生命体扩散的流场控制 理论的成
15、功应用。目前我国水环境物修复存在的问题 重水体生物修复而忽视底泥生物修复 重外源微生物投放而忽视土著微生物激活 重单一措施而忽视综合处理 重污染源控制而忽视水环境生态恢复第五章 数值模拟理论与应用一 、基本概念二 、发展历程三 、控制方程四 、离散方法五 、常用软件六 、应用举例一 、基本概念把原来在时间域及空间域上连续的物理量的场，如把原来在时间域及空间域上连续的物理量的场，如速度场、压力场，用一系列有限个离散点上速度场、压力场，用一系列有限个离散点上的变量值的集合来代替，通过一定的原则和方式建的变量值的集合来代替，通过一定的原则和方式建立起关于这些离散点上场变量之间关系的代数方程立起关于这
16、些离散点上场变量之间关系的代数方程组，通过计算机数值计算来求解描述流体运动的（组，通过计算机数值计算来求解描述流体运动的（偏）微分方程组，并对包含流体流动和热传导等相偏）微分方程组，并对包含流体流动和热传导等相关物理现象做系统的分析。关物理现象做系统的分析。 数值模拟步骤1. 建立反映工程问题或物理问题本质的数学模型。具体地说就是要建立反映问题各个量之间关系的微分方程及相应的定解条件 。2.寻求高效率、高准确度的计算方法，即建立针对控制方程的数值 离散化方法，如有限差分法、有限元法、有限体积法等。这是数值 模拟的核心。3.编制程序和进行计算。这部分工作包括计算网格划分、初始条件 和边界条件的输入、控制参数的设定等。这是数值模拟花费时间最 多的部分。4. 显示计算结果。一般通过图表等方式显示，这便于以后的检查 和分析。数 值 计 算 流 程 图图1、水轮机的数值模拟水轮机、风机和泵等流体机械内部的流体流动蜗壳转轮和导叶尾水管数值模拟的应用领域1、水轮机、风机和泵等流体机械内部的流体流
