河流修复技术及案例分析

第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 第一代水污染：黑臭、缺氧 第二代水污染：有毒化学品、重金属 第三代水污染：富营养化； 由于大量 污染物 (工业、农业生活污染源 )排入，及流域生态环 境的破坏及水利工程，使得河流水质变差，水体自净能力和河 流生态系统恢复力降低。 n 河流污染 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 n河流水环境修复 河流修复是指将受污染的河流恢复至原来没有受污染的状态， 或者恢复到某种合适的状态，在实际修复过程中，指适当修复 ，即恢复河流的生态功能，又能满足人类的需求。 第一阶段：单一水质恢复 第二阶段：河流生态系统恢复 小型溪流 第三阶段：单个物种恢复为标志的大型河流生态恢复 第四阶段：大型河流生态修复及流域尺度整体修复 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 第一个阶段治理 (1858-1891)：主要侧重于污水截污和化学处理，将污水截 流输送至下游用化学沉淀法进行初步处理； 第二阶段治理 (1900-至今 )：主要侧重于污水管道以及污水处理厂建设，采 用活性污泥法和河流曝气等措施。 19世纪上叶，伦敦人口增长带来大量的生活污水，未经任何处理直接排入泰晤士河的 感潮河段。 1850年，法律规定所有废水 废物都必需流入地下排水道，进一步导致河 流水质状况更加恶化 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 v 莱茵河 2000年行动计划分 3个阶段实施： 第一阶段 (1987-1990)： 首先确定 “ 优先治理污染物质 ” 清单，包括重金 属汞 铅 氮磷和其它有机物等； 第二阶段 (1990-1995)： 制定具体措施，要求工业生产和城市污水处理厂 采用新技术，减少水体和悬浮物污染； 第三阶段是强化阶段 (1995-2000)： 采取必要的补充措施全面实现莱茵河 的治理目标。 莱茵河近 1/2在德国境内，高速发展的工业导致大量工业污染物排入河流，导致水质急剧 恶化。莱茵河治理，从河流整体生态系统出发，把鲑鱼回到莱茵河作为治理效果的标志。 鲑鱼 -2000计划 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 n 苏州河污染治理计划分 3个阶段实施： 第一阶段 (1993-1995):合流污水治理一期工程投入进行。 第二阶段 (1995-1996): 提出 “ 截流 清底 引清 裁湾 立法 ” 10字方针。 第三阶段 (1996-2010):又提出苏州河治理的方针： “ 一治水为中心，全面规划 ，远近结合，突出重点，分步实施 ” ，实施苏州河水质变清。 苏州河源于 江苏太湖 ，由于工业废水和生活污水导致苏州河污染日益严重。污染的主要原 因：生产 生活污水的排放 底泥中有机物的释放 截流系统溢流 不利水动力条件 船舶污染及市政雨污水泵站的排放等。 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 l河流生态系统健康评价 早期管理仅考虑由污染引起水体理化性质的变化，制定了水环 境质量标准，进行水水体质量评价。 我国的 地表水环境质量 标准 （ GB3838-2002），将地表水体分成 I-V类。 仅凭水质指标进行河流生态系统评价的弊端： 污染的复杂化、多样化，使得人们难以监测全部污染物； 不能很好反映出流域环境变化对水生生物的影响； 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 类主要适用于源头水、国家自然保护区； 类主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一级保护区、珍稀水生生物栖 息地、鱼虾类产场、仔稚幼鱼的索饵场等； 类主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区、鱼虾类越冬场、 洄游通到、水产养殖区等渔业水域及游泳区； 类 主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区； 类主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。 地表水环境质量标准（ GB 3838-2002） 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 物理 / 化学指标： 水质指标 、沉积次序与组成、土壤和沉 积侵蚀、流量、河道河床形态学、河岸带和湿地结构与水 力学等 生物学指标： 大型无脊椎动物、鱼类、植物 综合指标： 综合考虑物理 / 化学指标、生物指标和人类利 用价值的指标 1972年美国 清洁水法 明确提出河流保护的目标是维持 和恢复河流系统的完整性 利用生物群落构建的多参数评价方法 得到广泛的应用 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 河流生态调查技术方法 孟伟 张媛 渠晓东等编著 u 河流生境要素调查技术 u 河岸带植被与土壤调查技术 u 河流水质及沉积物调查技术 u 浮游生物和着生藻类调查技术 u 河流大型底栖动物、鱼类和大型水生植物调查技术 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 l河流评价方法 多指标指数法 IBI指数 (Index of Biotic Integrity )： IBI 是一种多指标指数 ,其 特点是将测试点的生物群落的结构、物种组成、数量及生物 量等与 参照点对比 , 得出相应的 IBI值 , 从而得到河流的健康 情况。（美国） 河流状况指数 (ISC : Index of Stream Condition )是一个包括 河流 5 种状况 (水力学、物理形式、河岸带、水质、水生动 物等 )的综合指标。对这些指标的状况按 4,3,2,1,0 五级进行 评分 , 然后按模型进行计算 , 得出 ISC指数。（澳大利亚） 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 WFD 指标 (water Framework Direetive )(欧盟 ) 基于河流中的生物 (如深水大型无脊椎动物等 ) ; 河流按类型划分并与其对应的参照类型对照 ; 河流状况与未受干扰的原始状况对比 ; 分为 5 级 (优、良、中、差、特差 ) : 生物元素应考虑其组成、丰度、无脊椎动物种类多样性水 平、敏感的种类与不敏感种类的比例 参照点位的识别：河道基本维持自然状态；上游基本无任何农 作物与村庄；无林木采伐；样点周围认为干扰较少 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 河流生态调查技术方法 孟伟 张媛 渠晓东等编著 u 河流生境要素调查技术 u 河岸带植被与土壤调查技术 u 河流水质及沉积物调查技术 u 浮游生物和着生藻类调查技术 u 河流大型底栖动物、鱼类和大型水生植物调查技术 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 u 国内河流生态健康评价方法 2005年，长江水利委员会 “维护健康长江，促进人水和谐 ” ，出台了健康 长江指标体系 ，包括河道生态需水量满足程 度、水功能区水质达标率等 18个指标； 黄河 “维持黄河健康生命 ”的治河新理念，以 “提防不决口 ，河道不断流，污染不超标，河床不提高 ”作为黄河保护 的终极目标； 珠江水利委员会提出了 “当好河流代言人，维护珠江健康 生命，建设绿色珠江 ”的治水工作思路。 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 案例：温榆河生态健康评价 河流生态健康评价标准等级划分 河流生态健康评价指标确定 评价权重的确定 构建综合评价模型 评价结果 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 u河流生态健康评价标准的确定方法 问卷调查法： 专家意见评判法的一种，通过事先拟好备择答案的标准问 卷，向有关专家学者及地方政府决策者进行问卷发放与回收，在回收问 卷答案的基础上，将问卷人的答案按照一定的规则转换成定量数据，以 此来确定指标的具体标准。 标准法： 利用一些国际、国内标准来确定具体指标的健康程度，对标准 的定量化工作科通过查询标准手册获得。 参照系法： 将未受干扰的对照点的状态当做健康的标准。 将河流生态健康标准划分为： I级、 II级、 III级（临界状态）、 IV级、 V级 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 河流健康 综合指数 RHI 河流水文状况 B1 河流环境状况 B2 河流生物状况 B3 河流形态结构 B4 河岸带状况 B5 月平均径流量的变化 C11 水温的季节变化 C12 汛期和非汛期的水位变化 C13 流速、流态状况 C14 沿岸取水引起径流变化 C15 水质污染状况 C21 底泥污染状况 C22 浮游植物 C31 浮游动物 C32 底栖动物 C33 鱼类资源 C34 河道改造程度 C41 河道弯曲程度 C42 河道形态多样性 C43 河床稳定性 C44 河岸稳定性 C51 河岸缓冲带宽度 C52 河岸硬化状况 C53 河岸植被状况 C54 亲水景观舒适度 C55 u评价指标确定 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 I级 II级 III级 IV级 V级 水质污染状况 0.1 0.2 0.4 0.75 1 底泥污染状况 0.1 0.2 0.4 0.75 1 浮游植物 4.5 3.5 2.5 1.5 1 浮游动物 4.5 3.5 2.5 1.5 1 底栖动物 0.8 0.6 0.3 0.1 0 河岸缓冲带宽度 70 60 40 30 20 定量指标评价标准 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析I级 II级 III级 IV级 V级月平均径流量的变化 变化小 变化不大 变化较大 变化大 变化很大 水温的季节变化 变化小 变化不大 变化较大 变化大 变化很大 汛期和非汛期水位变 化 变化小 变化不大 变化较大 变化大 变化很大 流速、流态状况 流速流态变化很大，有 较多的流速缓急不同的 区域 不同断面流速流态变化 加大 不同断面流速流态 变化一般 流速缓慢，各断 面流速无变化 水体基本不流 动，或与其他 河流隔离 沿岸取水引起径流变 化 不明显，无影响 不明显，有影响，影响 不大 较明显，但影响不 大 较明显，且影响 较大 明显，且影响 较大 鱼类资源 种类很丰富，珍稀鱼类 存活状况几乎不受影响 种类很丰富，珍稀鱼类 存活状况基本不受影响 珍惜鱼类个别种类 受协 珍惜鱼类很少部 分存在 珍惜鱼类基本 灭绝 河道改造程度 无渠化和淤积，河流保 持自然状态 存在少量拓宽、挖深河 道等现象，无明显渠化 存在部分渠化、两 岸筑有堤坝 渠化严重、两岸 筑有堤坝、但河 床未经渠化 渠化严重，河 道内生境极大 改变 河道弯曲程度 保存自然弯曲状态、未 经截弯取直 保持自然弯曲状态，有 少部分经截弯取直 截弯取直后已经进 行一定程度的恢复 大部分经过截弯 取直，河道仅有 少部分弯曲 经过截弯取直 ，河道笔直 河流形态多样性 河流形态多样，栖息地 面积很大，数量很多 河流形态多样，栖息地 面积大，数量多 河流形态多样，有 栖息地，但面积不 大，数量也不多 河流形态单一， 只有少量栖息地 河流形态单一 ，没有栖息地 河床稳定性 不存在明显的河床侵蚀 或淤积，河床稳定 河床有一定的侵蚀或淤 积，河床较稳定 中等程度的退化或 淤积，河床较不稳 定 河床稳定性较差 河床严重退化 或淤积，极不 稳定 河岸稳定性 无明显侵蚀 轻微侵蚀 中度侵蚀 侵蚀严重 常用崩岸 河岸硬化状况 几乎无硬化 硬化比例不大 硬化占了一定比例 硬化比例较大 硬化比例很大 河岸植被状况 很好 较好 一般 不好 极差 亲水景观舒适度 很好 较好 一般 不好 极差 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 u 评价指标分析及评价标准说明 1. 河流水文状况 B1 （ 1）月平均径流量的变化 C11：反应流量的均匀性。变化越大，即流量分 配不均匀，不利于河岸生物的生长。 采用定性描述，采用查找历史资料和 现场调查评价的方法。 （ 2）水温的季节变化 C12：水中的生物根据水温的变化不断调整自己的生 理状况和生活习性适应水温的变化。 采用定性描述，采用查找历史资料和 现场调查评价的方法。 （ 3）汛期与非汛期水位变化 ：差异小，水生生物的环境变化小，较容易适 应。 采用定性描述，采用查找历史资料和现场调查评价的方法。 （ 4）流速、流态状况 C14： （ 5）沿岸取水引起径流变化 C15 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 2. 河流水环境状况 B2 （ 1）水质污染状况 C21 式中 Pij为 i指标的单向污染指数； Cij为 i指标在采样点 j的实测值； Sij为 i指标的 评价标准，参照地表水环境质量标准（ GB3838-2002）的 III类标准； n为监测 指标数目； m为研究河道监测断面（点位）数目。 采用水质平均污染指数（ WQI）来表征河流水质污染状况、 温榆河参与评价的项目为 BOD5、 COD、 NH3-N,TN,TP 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 （ 2）底泥污染状况 C22 式中 n为监测指标数目； m为研究河道监测断面（点位）数目； Ci为 i指标的 实测值； Coi为 i指标的标准，参照土壤环境质量标准（ GB15618-1995）的三 级值。 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 3. 河流生物状况 B3 （ 1）浮游植物 C31： 浮游植物是水体营养状况最直接的反映。具 体采样和分析方法参照国家标准，评价根据 Shannon-Wiener生物 多样性指数 H进行评判。 式中 N为样品生物总个体数； Ni为第 i种生物的个体数。 水体受的污染越严重，水体中生物种类相对减少，个别耐污种类 数量增多，多样性指数就会下降。 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 （ 2）浮游动物 C32： 通常的浮游动物包括原生动物、桡足类、轮 虫和枝角类，由于浮游动物易受水温、 pH值、盐度及有毒污染物 的影响，因此，利用有效的浮游动物知识可对各类环境因子做出 相应指示。采用 Shannon-Wiener生物多样性指数 H进行评判。 正常水体中浮游动物种类多、数量少；重度污染水体（重金属、 有机污染）中几乎所有水生生物都不能生存；富营养化水体中， 耐污种类形成优势种群。 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 （ 3）底栖动物 C33： 底栖无脊椎动物是重要的指示生物，其群落 结构和功能变化时与河流环境因子存在相关关系，其结构变化能 较好地反应河段生境条件的变化。具体采样和分析方法参照国家 标准，评价采用 Goodnight修正指数（ G.B.I.）得分进行评判。 N为样品中大型底栖无脊椎动物总个数； Noli为样品中寡毛类的个 体数。 （ 4）鱼类资源 C34： 主要在鱼类种类的丰富情况与珍稀鱼类的 存活情况，通过定性描述来反应，珍稀水生动物的选择根据河流 的历史资料和具体资料确定。 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 4. 河流形态结构 B4 （ 1）河道改造程度： 河道拓宽、护岸渠化、河道裁弯取直，修建大坝，上 述改造有利用提高防洪排涝及航运能力，但改变了河流基本布局，影响了 河流水文。 评分基于对河流改造历史进行了解和实地调查。 （ 4）河床稳定性：河床退化或淤积严重都是河床不稳定的表现。 结合现 场评价并拍照进行对比给予评分。 （ 2）河道弯曲程度：河流的弯曲在一定程度上制约河流对流水、沉积物以 及污染物的输送能力。国内邓志强等人研究曲率 1.4-1.6的河流可在最低管理 维护水平下，具有最大的水沙容量与最好的洪水输送能力。并指出建立与 环境功能相协调的自然弯曲型河流，可是河流充分发挥生态环境功能。 评 分基于对河流改造历史进行了解和实地调查。 （ 3）河流形态多样性：指河流洲滩、叉道等栖息地类型的大小、数量的变 化。它反映了河流生物栖息地的变化情况。 定性标准，基于实地调查。 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 5. 河岸带状况 B5 （ 1）河岸稳定性 C51：实地调查及拍照对比给予评分 （ 2）河岸缓冲带宽度 C52：基于实地调查给予相应的评分； （ 3）河岸硬化状况 C53：实地调查，结合形影的专家评定等级方法； （ 4）河岸植被状况 C54：实地调查以及拍照给予相应的评分； （ 5）亲水景观舒适度 C55:实地调查以及拍照对比与专家打分； 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 （ 1）河流自然环境的恢复 河流生态系统的恢复的首要目标是恢复河流的形态 结构和自然特 征，对污染而言应侧重于 河流水质指标的恢复 作为首要条件。 （ 2） 河流生态系统结构和功能的恢复 包括群落组成、营养结构、空间结构和季节结构， 在修复中应与水质 指标恢复综合考虑 。重新建立原有结构，逐步恢复原有生态系统功能 ， 以抵御外界干扰和增强系统恢复力，实现生态系统的自我维护与发展 n 河流生态系统修复内容 （ 3） 水利功能 （ 4） 与景观的融合 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 n 河流水环境修复的目标 环境角度：水质净化 美学角度：铺筑石头，水泥河床 生态修复：恢复垫层，池塘和浅滩 裁弯取直 蜿蜒曲折 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 改直墙断面为缓坡断面 拆除部分硬质岸墙 拆除河底砼衬砌 n 缓坡护岸 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 （三）污染河流水质净化及 生态修复方法 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 n 河流水质净化方法 l 河道曝气 l 底泥疏浚 l 引水稀释 /冲刷 l 生物直投法净化技术 l 河水全量集中净化法 p薄层流净化技术 p砾间接触氧化 p河道稳定塘 p人工湿地 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 河道曝气复氧一般采用 固定式充 氧站 和 移动式充氧平台 两种形式 的曝气设备。包括叶轮式曝气机 、水车式曝气机、射流式曝气机 以及曝气复氧船等。 l 河道曝气 河道曝气法是在适当位置向河水中进行人工充氧，加速水体复 氧过程，使整个河道的自净过程始终处于好氧状态，提高水体 好氧微生物活性，从而改善河流水质的过程。 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 l 移动式曝气 采用可以快速移动的曝气设备 , 其优点是可以根据曝气 河段水质的变化和航运要求 , 灵活调整曝气强度和曝气位置 , 使曝 气更为经济、高效。 l 固定式曝气： 当河水较深 ,需要长期曝气复氧 ,且曝气河段有航运 功能要求或有景观功能要求时 ,一般宜采用固定式充氧站 ,即在河 岸上设置一个固定的鼓风机房或液氧站 ,通过管道将空气或氧气引 入设置在河道底部的曝气扩散系统 ,达到增加水中溶解氧的目的。 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 德国：早在 20世纪 80年代德国 Enscher河进行纯氧曝气复氧 ; 英国 : 从 1850年英国有关部门在泰晤士河中安装大型充气设备，增加水 体中的溶解氧 ; 美国：在 20世纪 70 80年代初期，圣克鲁斯港大量鱼死亡，然后在河口 处安装曝气设备，解决了这一问题 ; 澳大利亚：帕斯是澳大利亚西部的最大港口，在河沿岸固定地点进行复 氧曝气和河流移动式曝气，来改善当地水质 ; 中国：上海苏州河支流新泾港下游是一条严重污染河道，对其进行纯氧 曝气来有效降低黑臭水体中的 COD浓度 ; n 河道曝气在国内外河道治理中的应用 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 温州市龙湾区河道太阳能曝气 u太阳能驱动河道曝气装置 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 引水的直接作用是加快水体交换，缩短污染物滞留时间，从 而降低污染物浓度指标，使水体水质得到改善； 水体的流动性加强了沉积物 -水体界面物质交换，缺氧 -好氧 ，提高水体自净能力； 死水区，非主流区重污染河水得到置换； n 引水冲污 /换水稀释 引水冲污和换水稀释在湖泊富营养化治理中有应用实例 , 对于 污染严重且流动缓慢 的河流也可考虑采用。 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 以东湖为中心，将东湖等 6个主要湖泊以及青潭湖 、 竹子湖、水果湖、内沙湖 、 陈家堰等湖泊与长江通连 ， 形成江、湖、港、渠为主 要组成部分的庞大水网。 n武汉大东湖生态水网 “六湖连通 ”工程 引入江水，连通湖泊，让湖水流动起来 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 n生物直投法净化技术 河流中污染物的降解主要依靠微生物的降解作用 , 当河流污 染严重而又缺乏有效微生物作用时 , 投加微生物以促进有机 污染物降解 用于河流微生物强化的微生物应符合： (1) 不含病原菌等有害微生物 ; (2 )不对其他生物产生危害 ; (3 )能适应河流的环境特点 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 CBS（ central biological system，集中式生物处理系统）利 用有几十种具备各种功能的微生物组成的一个良性循环的 微生物生态系统，包括了光合菌，乳酸菌，放线菌，酵母 菌等，利用上述微生物唤醒或激活河道、污水中原本存在 的可以净化水体，但是被抑制不能发挥功效的微生物。 硝化菌、光和细菌（ PSB）和高效微生物群（ EM）、水体净 化促进液等。 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 在原有河道中建设处理装置 ,或将污染河水引入紧靠河流的处理 装置 ,处理全量的河水 ,河水经全量处理后再放回河流的下游。 l河水全量集中净化法 p薄层流净化技术 p砾间接触氧化 p河道稳定塘 p人工湿地 p生态浮岛 u原有河道中建设处理装置： 不通 航的河道 ，且不能影响河道的泄 洪功能，多为一些小型河流，如 断头浜、盲肠河道的治理； u引入岸边处理装置：旁路净化法 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 增加河面的宽度使水深变成数厘米深的薄层流通过河床 ,增大 河水与河床的接触面积。 原理 :河流自净能力主要通过附着在河床及水生植物上的生物 膜降解污染物来实现 ,单位面积微生物膜处理的水量越少 ,则处 理的效果越好。薄层流净化技术采用增大生物膜的附着面积 , 以减少单位生物膜的处理水量而提高河床的自净能力。 u 薄层流净化技术 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 砾间氧化技术 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 该技术通过在河流中放置一定量的砾石做充填层 ,使河流断面 上微生物的附着膜变为多层 ,水中污染物在砾间流动过程中与 砾石上附着的生物膜接触沉淀。 u砾间接触氧化技术 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 砾石河床： 将泥质河床改造为砾石河床，当水流通过填入砾 石河道中时 ,与砾石充分接触 ,大大提高了河流的自净能力 , 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 实例：韩国良才川水质生物生态修复设施 水质净化设施主体是设于河流一侧的地下生物生态净化装置 。采用卵石接触氧化法。即强化自然状态下河流中的沉淀、吸 附及氧化分解现象。净化设施日处理能力为 32000吨 /日 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 净化的工作流程如下： 拦河橡胶坝（长 18m，高 1m）将河水拦截后引入带 拦污栅的进水口，水流经过进水自动阀，经污物滤网进入污水管，污水管 连接有 4座污水孔墙，污水孔墙两侧各有一座接触氧化槽，共有 8座。接触 氧化槽长 20m、宽 13.6m、高 14.8m，氧化槽中放置卵石，污水通过氧化槽 得到净化后分别流入 4座清水孔墙，再汇集到清水出水管中，由清水出口排 入橡胶坝下游侧。 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 橡胶坝：是用高强度合成纤维织物做受力骨架，内外涂敷橡胶 作保护层，加工成胶布，再将其锚固于底板上成封闭状的坝袋 ，通过充排管路用水（气）将其充胀形成的袋式挡水坝。坝顶 可以溢流， 并可根据需要调节坝高，控制上游水位。 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 实例：日本云佑川砾间接触氧化净化水质 自云佑川引水至集水井， 以沉水式泵抽取， 经 沉砂及 拦污处 理设施，进入曝气式砾间接触氧化净化槽处理后，一部分 放 流 至 绫濑川 ，一部分則回收作 为 附近 亲水公园景观 用水。 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 实例：日本古崎净化场 砾间接触氧化技术适用于污染物浓度较低的河流，当水体 BOD高于 30mg/L时，应增加曝气系统 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 生态透水坝用于农业面源治理 透水坝的主要作用是拦蓄径流，初步去除污染物，为后续净化 单元提供自流的能力，使得后续系统的无动力运行成为可能， 同时保证径流在系统中较长的停留时间，确保系统的净化效果 。 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 本发明针对山地小流域地区河流水体流速快、水深浅、侵蚀严重 ,非 点源污染多伴随水土流失发生的特点 ,构建适合山地小流域多级生态 的透水坝。通过构建多级透水坝的生态工程措施 ,可有效的增加流经 小流域河流水体水深 0.5-0.8米 ,起到减缓浅流小流域河流流速 ,沉降悬 浮固体，增加跌水等作用 ,削减流经水体中的氮、磷、泥沙等 ,强化河 流的自净能力以改善流经水体水质。 专利号： 201010138059.9 发明名称：一种净化山地小流域水体的多级生态透水坝 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 河道稳定塘 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 n 河道稳定塘 用于河水处理的稳定塘可以利用河边的洼地构建，对于中小 河流（不通航、泄洪），还可以直接在河道上筑坝拦水构建 河道滞留塘。 稳定塘对污水的净化过程与自然水体的自净过程相似，是一 种利用天然净化能力处理污水的生物处理设施。 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 n 河道稳定塘的类型 好氧塘修复 曝气塘修复 水生植物塘修复 养殖塘修复 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 n 塘系统的组合 处理 -储存塘修复系统： 适用于北方，冬季储存污水，春、 夏、秋进行修复。 被污染河水 深兼性塘 储存塘 农田排水 出水 被污染河水 兼性塘 好氧塘 河水排灌 补充地下水 在缺水的北纬 40 地区： 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 多级稳定塘系统： 江南地区水量丰富，不需要污水灌溉，利用 氧化塘的水面种植多种水生植物，养殖鱼，贝，虾等，建立复 杂的人工水生生态系统，对污染河水进行多级利用与修复。 被污染河水 浮游植物兼 性塘 鱼塘 鸭鹅养殖塘 芦苇塘 稻田养鱼 出水 出水 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 沟塘结合型修复系统：沟塘结合型修复系统： 将氧化沟及稳定塘连用的修复系统将氧化沟及稳定塘连用的修复系统 丘陵山区修复系统：丘陵山区修复系统： 对于丘陵山区，可因地制宜利用地形组对于丘陵山区，可因地制宜利用地形组 成无动力的、阶梯式多级水生态修复流程。成无动力的、阶梯式多级水生态修复流程。 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 在大清河入滇池口西侧构建了由在大清河入滇池口西侧构建了由 预处理塘、水生植物塘和养殖预处理塘、水生植物塘和养殖 塘塘 等组成的生物稳定塘系统等组成的生物稳定塘系统 ,将河道污水引入系统进行净化将河道污水引入系统进行净化 ,以以 达到削减入湖污染负荷和改善水生生态环境的目的达到削减入湖污染负荷和改善水生生态环境的目的 。 案例案例 旁路生物稳定塘系统净化滇池入湖河道污水旁路生物稳定塘系统净化滇池入湖河道污水 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 废弃农田改造的预处理塘 大清河污水通过泵抽取首先进入 预处理塘 进行初步沉淀处理。预处理塘由闲置 农田改建而成，面积约为 2200m2 ,由于河道污水中含有很多泥沙和悬浮的有机 质颗粒，因而进行初步沉淀是很有必要的，同时还可以减轻水质、水量的波动 对后续处理系统的影响。 n 预处理塘预处理塘 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 v水生植物塘紧邻预处理塘水生植物塘紧邻预处理塘 ,面积约为面积约为 2 000 m2 ,平均水深约平均水深约 1. 5 m,设计成四个相通的功能区域设计成四个相通的功能区域 ,按照水流方向依次为功能区按照水流方向依次为功能区 1-4 。 n 水生植物塘水生植物塘 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 功能区 1-2内种植挺水植物水芹菜； 功能区 3-4内种植沉水植物狐尾藻； 水生植物均从滇池流域及周边地区获得水生植物均从滇池流域及周边地区获得 , 具有适应性好、生长周期长、容易栽培、对具有适应性好、生长周期长、容易栽培、对 氮磷富集效果好、美观及具有经济价值等优氮磷富集效果好、美观及具有经济价值等优 点。点。 水生植物栽培在由水生植物栽培在由 PVC管做成的长方形管做成的长方形 (4 m 2 m)框架内框架内 ,以渔网为载体以渔网为载体 , 各功能区内放各功能区内放 置栽有植物的浮床置栽有植物的浮床 24个个 ,保持每一单元的植保持每一单元的植 物覆盖度为物覆盖度为 40% 且各单元的植物量大体相同且各单元的植物量大体相同 ,其中沉水植物区的浮床设置成可升降的形其中沉水植物区的浮床设置成可升降的形 式式 ,依据水体透明度情况来调整沉水植物距依据水体透明度情况来调整沉水植物距 离水面的位置离水面的位置 ,以使其能正常生长以使其能正常生长 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 n 养殖塘养殖塘 养殖塘的面积约养殖塘的面积约 2200 m2 ，由两个连通但水，由两个连通但水 深不同的区域组成。塘内靠近进水口区域的深不同的区域组成。塘内靠近进水口区域的 最大水深为最大水深为 1. 5 m，靠近出水口区域的平均，靠近出水口区域的平均 水深为水深为 2. 0 m。 沿堤岸由上到下立体栽种鸢尾、再力花和沿堤岸由上到下立体栽种鸢尾、再力花和 风车草；风车草； 塘内进水口处栽种挺水植物菖蒲塘内进水口处栽种挺水植物菖蒲 、再力花、纸莎草，对水生植物塘净化出水、再力花、纸莎草，对水生植物塘净化出水 中的有机悬浮物进行进一步的拦截和净化。中的有机悬浮物进行进一步的拦截和净化。 塘中还搭配放养了鲢鱼、鲫鱼等经济鱼类塘中还搭配放养了鲢鱼、鲫鱼等经济鱼类 共共 500 kg，对水体中的养分和其他代谢物起，对水体中的养分和其他代谢物起 到控制作用，同时增加系统的生物多样性，到控制作用，同时增加系统的生物多样性， 以利于系统的长期稳定运行。以利于系统的长期稳定运行。 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 n 处理效果 养殖塘对养殖塘对 TN、 NO3-N 和和 NH3-N的去除效果好于植物塘，而植物塘对的去除效果好于植物塘，而植物塘对 TP的去除效的去除效 果要优于养殖塘。果要优于养殖塘。 系统对氮、磷的去除效果取决于沉淀作用系统对氮、磷的去除效果取决于沉淀作用 ,塘内微生物、水生生物和植物根系的塘内微生物、水生生物和植物根系的 吸收吸收 /吸附作用吸附作用 ,硝化反硝化作用硝化反硝化作用 ,挥发作用挥发作用 ,以及它们之间的协同作用。依据对污染以及它们之间的协同作用。依据对污染 物降解过程的分析物降解过程的分析 ,植物塘与养殖塘之间具有较强的互助和互补性植物塘与养殖塘之间具有较强的互助和互补性 ,使得整个系统使得整个系统 能够充分发挥处理功效能够充分发挥处理功效 ,从而具有较高的氮、磷去除效率。从而具有较高的氮、磷去除效率。 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 实例实例 人工强化氧化塘用于温榆河水体修复人工强化氧化塘用于温榆河水体修复 通过向塘中加设软纤维填料，大量地增加附着生物量，以提 高单位体积的处理负荷量及处理效率，在低温下处理效率的 提高特别明显。 温 榆 河 旱 沟氧化塘曝气 区 人 工 水 草 区 水 生 植 物 区 进水 将温榆河上游一条旱沟堆积土坝蓄水，改造成氧化塘，旱沟长期 处于干涸状态，自然水生态系统段时间很难形成 人工强化 温榆河河水 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 n 人工水草 是美国研制成功的一种具有水草形状的人造聚合物 ，有超编织技术制造的具有高比表面积的植物。将其置于水中后 ，可以成倍地吸附水中微生物，微生物群将水中污染物进行高效 降解。 利用自然界的微生物对水体中污染物进行降解；利用自然界的微生物对水体中污染物进行降解； 为鱼、虾类营造良好的栖息地，重建水生生物圈；为鱼、虾类营造良好的栖息地，重建水生生物圈； 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 （三）人工湿地技术 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 n 湿地处理技术 将被污染的河水有控制地投配到生长有芦苇、香蒲等水生植物 的湿地上，污水在沿一定方向流动过程中，经过水生植物和土 壤的作用得以净化； 自然湿地 人工湿地 第四章 河流修复技术及案例分析 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 基质 物理的和化学的途径 (如吸收、吸附、过滤、截留、离子交换等 )来去除污水中污染物。 植物 将基质吸附或截留下来的 N、 P等污染物，通过吸收、摄取和富集等作用去除。 为微生物提供附着面和适宜的生存环境，微生物则通 过自身吸收、硝化、反硝化等作用去除水中污染物。 n人工湿地原理人工湿地原理 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 n人工湿地的分类人工湿地的分类 （ ）表流湿地（）表流湿地（ 自由水面人工湿地自由水面人工湿地 ） （ ）潜流型人工湿地）潜流型人工湿地 水平潜流水平潜流 垂直流垂直流 复合流复合流 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 （ ） ） 表流湿地（自由水面人工湿地）表流湿地（自由水面人工湿地） （ 1）在表面流湿地系统中，水面位于填料表面以上，水深一般为 0.3-0.5m； （ 2）湿地中种植挺水型植物（如芦苇等）。向湿地表面布水，水流在湿地表 面呈推流式前进，在流动过程中，与土壤、植物及植物根部的生物膜接触， 通过物理、化学以及生物反应，污水得到净化，并在终端流出。 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 表流人工湿地 植物：慈姑、风车草 人工湿地出水 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 n潜流人工湿地 水平潜流人工湿地 垂直流人工湿地 复合流人工湿地 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 垂直潜流人工湿地系统示意图 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 复合潜流人工湿地系统示意图 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 阻止污水向地下水体的渗透；可选用的材 料：粘土，高分子材料；湿地底部的沉积 污泥层可形成天然防渗层 提供植物生长所需的基质；为污水的渗流提 供良好的水力条件；为微生物提供良好的生 长载体。一般采用砾石、土壤或砂 为微生物提供良好的生长载体过滤作用， 可去除污水中的 SS可能作为反硝化的碳源 ；组成：落叶、枯枝、微生物和小动物的 尸体 防渗层 基质层 腐殖层 水层和湿地植物 人人 工工 湿湿 地地 的的 组组 成成 提供污染物降解的场所；提供水生动物栖 息地；净化水中污染物 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 地点的选择 气候 土壤 生物环境 相似牺息地的替代 位置和地形 对地下水的污染 污水的性质 污水的处理量 污水的可降解性 n人工湿地的设计 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 设计目标 污水的处理 洪水的控制 暴雨的截留 提高附近水体的质量 为各种水陆生生物提供生长和繁衍地 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 处理目标 达到受纳水体要求的水质标准 满足循环用水或深度处理要求 预处理要求 观光用湿地 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 n人工湿地的设计 设计参数：水力停留时间，表面水力负荷，表面有机负 荷，水力坡度 设计内容：湿地的几何尺寸；集配水及出水；清淤及通 气；基质；湿地植物选择与种植 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 n水力停留时间 指污水在人工湿地内的平均驻留时间。 t 水力停留时间， d； V 人工湿地机制在自然状态下的体积， m3； 孔隙率； 35-40% Q 人工湿地设计水量， m3/d； 湿地类型 水力停留时间 表面流湿地 4-8d 潜流湿地 1-3d 垂直流湿地 1-3d 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 n表面有机负荷 organic surface loading 湿地类型 表面有机负荷 表面流湿地 15-50 kg/m2.d 潜流湿地 80-120 kg/m2.d 垂直流湿地 80-120 kg/m2.d 每平方米人工湿地在单位时间去除的 BOD量 qos：表面有机负荷， kg/m2.d Q：人工湿地设计水量， m3/d A：人工湿地面积， m2 C0： 湿地进水水质， mg/L C1 ： 湿地出水水质， mg/L 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 n表面水力负荷 每平方米人工湿地在单位时间所能接纳的污水量。 qhs :表面水力负荷 m3/m2.d Q:人工湿地设计水量， m3/d A :人工湿地面积， m2 湿地类型 表面水力负荷 表面流湿地 0.1m3/m2.d 潜流湿地 0.5m3/m2.d 垂直流湿地 1.0(北方： 0.2-0.5；南 方 0.4-0.8) 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 污水在人工湿地内沿水流方向单位渗流路程长度上的水位下降值 n 水力坡度 hydraulic slope H 污水在人工湿地内渗流路程长度上的水位下降值， m L 污水在人工湿地内渗流路径的水平距离， m 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 n 人工湿地几何尺寸 水平潜流人工湿地单元的面积宜小于 800m2，垂直潜流人工湿地单位的面积宜小 于 1500m2； 潜流人工湿地单元的长宽比控制在 3： 1以下； 规则的潜流人工湿地单元的长度 20-50m。不规则湿地应考虑布水和集水问题； 潜流人工湿地的水深（床深） 0.4-1.6m； 潜流人工湿地的水力坡度宜为 0.5-1%； 潜流湿地 表流人工湿地单元的长宽比应控制在 3： 1-5： 1； 表流人工湿地的水深宜为 0.3-0.5m； 表面流人工湿地的水力坡度宜小于 0.5%； 表流湿地 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 v基质的选择应根据基质的机械强度、比表面积、孔隙率及表面 粗糙度等确定 v就近取材原则，达到设计要求的粒径范围； v对出水有较高要求时，可采用功能性材料； v潜流人工湿地基质层初始孔隙率应控制在 35-40%； v潜流人工湿地基质层的厚度应大于植物根系所能达到的最深处 n 基质的选择 矿渣、粉煤灰、蛭石、沸石、砂子、石灰石、高 炉渣、页岩等，碎砖瓦 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 n湿地植物的选择与种植 人工湿地宜选用耐污染能力强，根系发达，去污效果好，具有抗 冻及抗病虫害能力，有一定经济价值，容易管理的本土植物。人 工湿地出水直接排入河流，湖泊时，谨慎选择 “ 凤眼莲 ” 等外来 入侵品种。 根据水质进行植物的优化配置 生活污水型：芦苇，水葱，灯芯草，美人蕉，蒲草 径流水：散草，风车草，美人蕉，石菖蒲等 高浓度工农业有机废水：芦苇，鸭舌草，香蒲 含重金属废水：香蒲 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 芦 苇 香 蒲 茭 草 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 n防渗层 v人工湿地应在底部和侧面进行防渗处理，防渗层的渗透系数 应不大于 10-8m/s v防渗层可采用粘土层、聚乙烯薄膜及其他建筑工程防水材料 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 在湿地植物根系表面生长的生物膜 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 v案例分析 镇江水污染修复 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 n 镇江城市河流存在主要问题镇江城市河流存在主要问题 城市河流河道遭到破坏；城市河流河道遭到破坏； 小河流遭到填埋；小河流遭到填埋； 建设了控制闸坝；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；河流岸坡许多被混凝土或者浆砌石等覆盖； n 城市河流水环境污染严重城市河流水环境污染严重 点源排放点源排放 面源污染控制较差面源污染控制较差 成为生活污水和工业废水的受纳体成为生活污水和工业废水的受纳体 水体中氮磷污染严重水体中氮磷污染严重 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 n 城市河道遭到破坏的影响后果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，小河流遭到填埋后，整个河流原来的生境遭到完全的破坏， 破坏河流的生态景观破坏河流的生态景观 ,减弱河流行洪能力减弱河流行洪能力 ,给防洪排涝带来给防洪排涝带来 隐患；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水体基本不流动，使其成为死水或半死水状态 ,加快了河流加快了河流 水质恶化水质恶化 ； 河流岸坡被混凝土或者浆砌石等覆盖河流岸坡被混凝土或者浆砌石等覆盖 , 破坏了河流原先的生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，阻断了水循环的联系，阻断了水循环 (无底泥层无底泥层 、水温迅速升高、阻止河、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）；水渗入地下形成漏斗、割裂了水体与土壤的关系）； 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 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 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 第五章 河流水环境修复第四章 河流修复技术及案例分析 n 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。 n 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。 n 蓄水