水环境的修复技术河流生态修复.ppt

水环境的修复技术 河流生态修复 黄敏娟 黄楚茹 黄少艺 郭铭先 l 河流生态修复的定义： 指使用综合方法，使河流恢复因人类活动的干扰 而丧失或退化的自然功能 l 河流生态修复的步骤 制定总体目标; 协调分目标 包括分析约束条件 ; 分析目标要素 包括功能指标阈值与功能受损 程度 ; 确定修复方案。需要包括四个步骤:明确修复 阶段 ,排列优先次序 ,制定修复措施 ,维护修复成 果 河流生态修复的主要技术方法： 缓冲区恢复 植被恢复 河道补水 生物 -生态修复 生境修复 水生生物群落修复技术 缓冲区恢复作用： 分蓄和削减洪水 河流与缓冲区河漫滩之间的水文连通性是影响 河流物种多样性的关键因素。 将洪水中污染物沉淀、 过滤、 净化, 改善水质; 截留 、过滤暴雨径流,净化水体; 提供野生动植物的生息环境; 保持景观的自然特征; 为人类提供良好的生活 、休闲空间等。 植被恢复作用： 植被可以通过影响河流的流动、 河岸抗冲刷强度、 泥沙 沉积、河床稳定性和河道形态而对河流产生很大影响。 合理分布的植被还有助于减轻洪水灾害、净化水体,提供 景观休闲场所和多种生态服务功能。 河道补水： 水是河流生态系统中最重要的环境因素,也 是维持河流系统健康的重要因素。不论是规定 水库最小下泄流量,还是引水、 废水、回用补水 等, 都有利于增加河流流量,提供输沙 、自净、 供水和生态功能需水量。对于水量不能满足其 基本功能的河流,补水措施尤为重要。 生物 -生态修复：是生态修复和构建自然环境和人居 环境和谐统一的主要技术 主要包括 人工曝气复氧 底泥污染控制 生物强化人工河道 自然河道生态塘 生态沟渠 生态修复耦合系统 生态护岸等技术， 生境修复： 生境修复技术涉及多个领域的技术 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 水生生物群落修复技术 ： 水生生物群落修复技术利用生态学基本原理以及水 生生物的基础生物学特性,以人工和生物调控相结合的方 式改善水体生态与环境条件,通过引种移植、保护和生物 操纵等技术措施,系统重建水生生物多样性 案例分析 镇江水污染修复 一 镇江水系概况 二 镇江城市河流存在主要问题 城市河流河道遭到破坏 小河流遭到填埋 建设了控制闸坝 河流岸坡许多被混凝土或者浆砌石等覆盖 城市河流水环境污染严重 点源排放 面源污染控制较差 成为生活污水和工业废水的受纳体 水体中氮磷污染严重 三、城市河道遭到破坏的影响后果： 小河流遭到填埋后，整个河流原来的生境遭到完全的破坏，致使河 流中的某些河段成为地下状态 ,这种做法破坏了河流的生态景观 , 减弱了河流行洪能力 ,给城市的防洪排涝带来隐患。 建设控制闸坝，河流畅通受到影响，闸门关闭期间，河内的水体基 本不流动，使其成为死水或半死水状态 ,加快了河流水质恶化 ,给 河流水生生态系统造成严重破坏。 河流岸坡许多被混凝土或者浆砌石等覆盖,不仅破坏了河流原先的 生态环境，减少了河流的生物多样性，还隔绝了河流与地下水的联 系，阻断了水循环(无底泥层 、水温迅速升高、阻止河水渗入地下 形成漏斗、割裂了水体与土壤的关系） 针对以上问题的相应对策 将规则化的矩形或梯形河道断面修整为自然形式（河 道空间特征再造）； 拆除河床铺设的硬质材料及废旧拦河坝 ,恢复河底的 自然泥沙状态，通过河道河底及坡面表层泥面生长的 大量微生物、藻类、水生动植物形成的自然生物膜净 化水体 , 提高河道本身的自净能力。 改造原有的河道护坡护岸 , 可采用植物、石块或其他 透水材料加固河岸，既保证河岸的稳定，又不阻止河 道水体中的物种与岸边物质的交换。如：利用活的枝 条插入河岸起到固定的作用，采用可透水的材料生态 砖、鱼集砖、天然材料垫等。 四、针对河流的污染状况的人工湿地治理试验 根据镇江水污染状况，其治理试验湿地构型选 择了复合垂直人工湿地 试验设计： 填料：碎石，填入模型池前用自来水反复清洗，去除污染物质，以避免影 响试验结果。 生物：芦苇，以16株/平方米的密度进行移栽。并用水泵抽古运河河水，对 人工湿地的微生物、植物系统进行驯化培养。 蓄水池：为了实现复合垂直流人工湿地连续流的运行方式，在人工湿地模 型边构建了一个容积为6m3的蓄水池，一方面可以蓄污染河水，另一方面 可以利用蓄水池配置一定浓度的污水。 布管：下行池具有给水管道，在污水进入湿地布水系统之前通过流 量计控制流入污水量。上行池填料表面具有集水管路，其管路上的 孔径（0。5cm）比下行池的管路孔径稍大(0.3cm)，将处理后的水 收集排走。 试验内容 此试验设在古运河京口闸段，古运河 污染较严重，属于劣V类水体，其中有机 污染物浓度较低，氮磷污染物浓度较高， C/N比较低（3.54.5）；水体中悬浮态 污染物所占比重较大，悬浮态磷含量约占 总含量的3065。 （1）人工湿地对污染河水的去除效果试验：从 2005年3月8日至4月30日， CODMn, TN, TP等 水质指标，分析复合垂直流人工湿地水的处理 效果。 （2）人工湿地沿程对污染河水的去除机理试验： 人工湿地对污染物的去除率稳定后，从4月2日 一4月26日，做污染物的沿程去除效果试验， （3）根据污染河水中悬浮态污染物较多的特点， 从5月1日起，开始进行全溶解态污水的运行试 验。 人工湿地对污水的处理效果 时间：从2005年3月8日至4月30日，每 隔2天取水样测定进出水CODMn, TN, TP 等水质指标，分析复合垂直流人工湿地水 的处理效果。 结果： 从图3.4 3.6可以看出，湿地系统对污染河水具有稳定的去除效果， 对CODMn. TN. TP的平均去除率分别可以达到53.7%，45%， 40.8%左 右。随着运行时间增加，湿地系统对CODMn, TN的去除率逐步提高，并趋 于稳定，而对TP的去除率则呈现缓慢下降的趋势 湿地系统对CODMn的去除主要通过填料表面的生物膜及植物根系附着的大 量的微生物。随着生物膜的逐渐形成以及芦苇的生长。去除效率有所提高。 氮的去除主要靠人工湿地中微生物的硝化反硝化过程，当然植物吸收也起到 一定的作用。 对于磷而言，微生物对磷的同化作用并不是去除磷的主要途径。因此，可能 主要依靠填料的吸附作用，当填料的吸附逐渐接近于饱和时，对磷的去除效 果就会逐渐降低。 结论：无论是湿地系统对CODMn的去除主要 通过填料表面的生物膜的降解作用，还是系统 中的填料对磷的吸附作用都正正体现着填料作 为微生物的载体作用以及过滤吸附的作用；无 论是好氧细菌对耗氧有机物的降解，还是消化 反消化细菌对氮的去除，均表现出微生物在系 统中的关键作用；无论是因为芦苇的旺盛生长 与微生物数量的正相关关系，还是因为根系表 面积的增加而对污染物的吸附吸收作用，也反 映出植物在湿地系统中的重要作用。 人工湿地沿程对污染河水的治理效果与规 律 人工湿地沿程对污染河水的治理效果与规 律 Conclusion: 在本试验中，复合垂直流人工湿地对 污染河水中污染物的去除主要发生在下行 池，尤其是人工湿地表层，而上行池对污 染物没有能够发挥应有的去除作用。 人工湿地的净化机理 为了区分出人工湿地对悬浮态物质的物理过滤作用 ，开始进行全溶解态污水的运行试验 试验依据古运河水的CODMn, TN, TP浓度，在蓄水 池中配制全溶解态的污水，其中氮采用NH4HC03，碳源 采用葡萄糖，磷采用KH2P04 .通过使用全溶解态污水运 行人工湿地，经过一周待出水水质稳定后，开始沿程取 样测试水质指标。将实际污染河水的试验数据与全部为 溶解态污染物的模拟污水的沿程去除规律进行了比较。 污染河水试验数据采用较具代表性的4月26日的数据， 全溶解态配水试验采用5月12日的数据。 人工湿地的净化机理 Compare: （1）CODMn, TN和TP在污染河水中的去除明显地表现为下行池的浓度降 低较大，而上行池的浓度降低比较平缓； （2）悬浮态的污染物基本上在下行池的前30cm基本去除； （3）在全溶解态的配置污水中，下行池和上行池表现为较为均匀的降低， 但是总的来说，表现出上行池对河水溶解态污染物的去除率较模拟污水低的现 象。 人工湿地的净化机理 Possible reason: 悬浮污染物的截留 污染河水的低碳氮比 污染物的转化 下行池中的污染物以溶解状态进入上行池 总结 (1）复合垂直流人工湿地对污染物的去除主要发生在下行 池，尤其是湿地表层30cm范围。可以认为在人工湿地 表层，滤料和植物根系对悬浮态污染物的过滤、吸附等 物理截留是主要作用，至于微生物作用则主要表现为将 悬浮态物质转化为溶解态物质。 (2)与生活污水不同，复合垂直流人工湿地对污染河水进行 处理时，上行池的作用不够明显，可能原因：一是表层 悬浮态物质的转化增加了上行池溶解态污染物的浓度， 抵消了上行池的一部分去除效果。另一方面，由于表层 微生物降解有机物时消耗了大量的溶氧，造成污水流至 上行池时水中溶氧浓度和C/N过低，从而影响有机物、 TN的降解速率 （3）对于含有较多悬浮物、碳氮比较小的镇江古运河污 染河水，人工湿地发挥了较为稳定的去除效果，能够将 劣V类水处理为IV类水甚至III类水。因此利用人工湿地 系统处理污染河水具有技术上的可行性。 人工湿地净化技术简介： 湿地是指被地表水或地下水长期或间断性 地淹没或饱和，并通常伴生有优势的水生植被 与水生生物的地方，具有强大的生态功能与环 境容量。而人工湿地则是通过模拟天然湿地的 结构与功能，选择一定的地理位置与地形，根 据人们的需要人为设计与建造的湿地，它利用 物理、化学和生物的三重协同作用来实现污水 的净化。 它主要由以下三部分组成:透水性的基质材 料，水生植物(主要指挺水植物)，栖息在根系 和基质材料表面的微生物及原生动物。 构型运行方式优优点缺点 表面流人工 湿地（SFW ） 污污水在填料表面漫 流。污污染物质质的 去除主要通过过生 长长在植物水下茎杆 上的生物膜来完成 。 富氧能力较较好；利 于去除氨氮和耗氧 有机物污污染物；不 被填料的淤睹问问 题题所限制 不能充分利用填料 和植物根系的作用 ；且卫卫生条件也不 好 潜流人工湿 地(SSFW) 污污水在湿地床内流 动动，分为为水平潜 流人工湿地与垂直 潜流人工湿地（即 垂直流人工湿地） 充分利用系统统中微 生物、植物、填料 的协协同作用降解 污污染物；因此具有 较较强的净净化能力 ；保温性较较好、 处处理效果受气候影 响小、卫卫生条件 较较好 容易造成管道淤塞 垂直流人工 湿地(VFW) 污污水从湿地表面 纵纵向流向填料床的 底部；床体处处于不 饱饱和状态态，氧可 通过过大气扩扩散和 植物传输进传输进 入人 工湿地系统统。 与潜流人工湿地相