（水利工程专业论文）济南市小清河水生态对策研究.pdf

山东大学工程硕士学位论文小清 可水生者对策研究 摘要 在现代化城市建设中，河道是城市生态系统的绿色生命线，是城市生态平衡的 重要因紊。城市河流具有防洪除涝、供应水源、保护环境、休闲娱乐、交通航运等 功能，河流的水体健康对城市生态建设有着重要意义。随着改革开放不断深入，河 道两岸城市化步伐加快和城市经济的迅猛发展，大量工业、生活污水不经处理直接 排入河道，造成河水严重污染，水质恶化，城市河道生态系统遭到破坏。 目前，很多国家都在对破坏河流自然环境进行反思，都在逐渐对河流进行回归 自然的改造。世界上一些发达国家城市河流治理的经验表明。簧发挥城市河流的生 态功能，控制污水直接排放入河，是减轻河流污染的根本措施。其次，通过补源、 复氧、生物修复等生态措施提高水体的自净能力是重要手段。 小清河位于济南市东北部，是济南市政治、经济、科技、文化的中心地区，在 全市国民经济发展中具有举足轻重的地位。近二十年来。由于流域内工业的飞速发 展以及治污措施不得力，小清河水体遭到严重污染，河内鱼虾绝迹，水质降至劣v 类，小清河成为名副其实的小黑河、小臭河。小清河的现状严重影晌了丽岸居民的 生活和身心健康，影响了两岸城市的发展，小清河的水生态环境面临着严峻的挑战。 本文阐述了目前水生态冶理的基础理论，对常用的工程和非工程等生态措施进 行了介绍和比较。在详致调查的基础上，分析了小清河污染的来源，并结合小清河 综合治理，从控制污染源和提高水体自净能力等方面提出了小清河水环境改善、水 体生态修复的重要举措，总的理念和技术方法符合当前生态治水的思路，对小清河 综合治理和水生态整治具有重要的参考价值。 关键词；水生态；污染源：自净能力：小清河。 山东大学工程硕士学位论文 小清河水生态对镱研究 a b s t r a c t i nm o d e r nc i t yc o n s t r u c t i o n ，t h er i v e ri st h eg r e e nl i f el i n eo ft h ec i t y e c o s y s t e ms y s t e m , i st h ec i t ye c o s y s t e mi m p o r t a n tf a c t o ro ft h eb a l a n c e t h e r i v e rh a si m p o r t a n t l ya f f e c t si nt h ef l o o dp r e v e n t i o n ，t h es u p p l yw a t e r ，t h e e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n ，l e i s u r ea m u s e m e n t ，t h et r a n s p o r t a t i o ns h i p p i n ge t c t h er i v e rw a t e rb o d y sh e a l t ht ot h ec i t ye c o s y s t e mc o n s t r u c t i o nh a st h e i m p o r t a n tm e a n i n g a l o n gw i t ht h er e f o r ma n do p e n i n g u pc o n t i n u o u s l yg o e s d o w n ，t h eu r b a n i z e ds t e ps p e e d su pi nt h ec i t yr i v e ra n dt h ec i t ye c o n o m y f a s td e v e l o p s ，ag r e a td e a lo fi n d u s t r i a ls e w a g ea n dl i f es e w a g ei sn o tt h r o u g h h a n d l e d ，d i s p e r s e di n t ot h er i v e r t h er i v e ri ss e r i o u sp o l l u t e d ，a n dt h e c i t yr i v e re c o s y s t e ms y s t e mi sd e s t r o y e d c u r r e n t l y ，al o to fn a t i o n sc a r r yo nr e c o n s i d e rt o w a r d sb r e a k i n gt h er i v e r n a t u r a le n v i r o n m e n ta n dc a r r yo nt h er e t u r nn a t u r a lt r a n s f o r m a t i o nt ot h e r i v e r s s o m ed e v e l o p e dc o u n t r y sm a n a g i n gr i v e re x p e r i e n c ei nt h ew o r l d i n d i c a t e t h a ti fy o uw a n tt od i s p l a yt h ee c o l o g yf u n c t i o no fc i t yr i v e r s ， c o n t r o l l i n gs e w a g e st od i s c h a r g ei n t ot h er i v e rd i r e c t l yi sb a s i cm e a s u r e t h a t e a s e st h er i v e r p o l l u t i o n s e c o n d l y ，t h r o u g hi m p r o v i n gt h e s e l f - p u r i f i c a t i o na b i l i t yo fw a t e ri sa ni m p o r t a n tm e a n s ，f o re x a m p l em e n d i n g t h es o u r c e ，r e p l y i n go x y g e n ，b i o l o g yr e h a b i l i t a t e s ，e t c x i a o q i n gr i v e rl o c a t e sn o r t h e a s to fj i n a n ，i sp o li t i c a lc o r e ，t h e e c o n o m i c a lc o r e ，t e c h n i c a lc o r e ，a n dc u l t u r a lc o r e s h eh a st h ep r o m i n e n t p o s i t i o ni nt h ew h o l ec i t ye c o n o m yd e v e l o p m e n t i nt h ep a s t2 0y e a r s ，b e c a u s e o fr a p i dd e v e l o p m e n to fi n d u s t r yi nt h eb a s i na n dm a n a g i n gp o ll u t i o nd o e s n o tt a k ee f f e c t i v em e a s u r e s ，x i a o q i n gr i v e rw a ss e r i o u s l yp o ll u t e d t h e f i s h e sa n ds h r i m p sd i s a p p e a ri nt h er i v e ra n dw a t e rq u a l i t yi sd r o p p e dt o b a dv x i a o q i n gr i v e rh a sb e e nas m a l lb l a c k r i v e ra n das m a l ls m e l l yr i v e r x i a o q i n gr i v e rh a ss e r i o u s l ya f f e c t e dp e o p l e s1 i f ea n dh e a l t h y ，i n f l u e n c e d t h ed e v e l o p m e n to ft h ec i t y x i a o q i n gr i v e re c o s y s t e mf a c e st h es t e r n c h a ll e n g e t h i sa r t i c l ee l a b o r a t e st h ef o u n d a t i o n t h e o r i e so fw a t e re c o s y s t e m 。 i n t r o d u c e sa n dc o m p a r e sp r o j e c ta n dn o n p r o j e c tm e a s u r e st h o s ec o m m o n l yu s e d i nw a t e re c o s y s t e m o nt h eb a s i so fc a u s i n gt h ei n v e s t i g a t i o ni nd e t a i l s ， t h ea r t i c l ea n a l y z e sx i a o q i n gr i v e rp o l l u t i o ns o u r c e s c o m b i n i n gx i a o q i n gr i v e rc o m p r e h e n s i v eg o v e r np r o j e c t ，t h i sa r t i c l ep u t f o r w a r d i m p o r t a n c e m e a s u r e so nt h ex i a o q i n gr i v e rw a t e re n v i r o n m e n t i m p r o v e m e n ta n dt h ew a t e re c o s y s t e mr e p a i r ，s u c ha sc o n t r o l l i n gp o l l u t i o n s o u r c e sa n di m p r o v i n gs e l f d u r i f i c a t i o na b i l i t y ，e t c t h ei d e aa n dt h e t e c h n i c a lm e t h o dc o n f o r mt ot h em e n t a li t yo fw a t e re c o s y s t e mc u r e s t h e l i 山东大学工程硕士学位论文 小清河水生态对策研究 a r t i c l eh a st h ei m p o r t a n tr e f e r e n c ev a l u et ox i a o q i n gr i v e rc o m p r e h e n s i v e g o v e r np r o j e c ta n dw a t e re c o s y s t e mr e s u m e k e y w o r d ：w a t e re c o s y s t e m ；p o l l u t i o ns o u r c e s ：s e l f p u r i f i c a t i o na b i l i t y ； x i a o q i n gr i v e r 1 1 1 山东大掌工程硕士学位论文 小清州水生态对簟研究 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文。是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成 果除文中已经注明引用的内容外，本论文不包吉任何其他个人或集体已经发表或撰写过 的科研成果对本文的研究作出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本 声明的法律责任由本人承担 论文作者签名： 关于学位论文使用授权的声明 本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷件和电 子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索。可以采用影印、缩印或其他 复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名师签名：邀；鎏。e t师签名：! i 童。套。 n 期 山东大学工程硕七学位论文小清河水生态对黹研究 1 1 研究背景与研究意义 1 绪论 我国江河、湖泊和水库普遍受到污染，至今仍在迅速发展。水污染加剧了水资 源短缺，直接威胁着饮用水的安全和人民的健康，影响到工农业生产和农作物安全。 据初步估计，水污染造成的经济损失约为国民生产总值的1 5 3 。水污染已成为 不亚于洪灾、旱灾甚至更为严重的灾害。 据2 0 0 0 年统计，我国河流水质在1 1 4 万公里评价河长中，符合和优于m 类水的 河长占评价河长的5 8 7 ，比上年下降3 7 。关于湖泊水质，在评价的2 4 个湖泊中， 9 个湖泊水质符合或优于类水，4 个湖泊部分水体受到污染，1 1 个湖泊水污染严重。 在对9 3 座水库进行营养化程度评价时，处干中营养化状态的水库6 5 座，处于富营养 化状态的水库1 4 座。这些情况说明我国江河湖库水体污染状况严重，且有明显恶化 趋势。 最近2 0 余年我国经济迅猛发展，由于工业结构不合理和粗放式的发展模式，工 业废水造成的水污染占水污染负荷5 0 9 6 以上，未经处理的工业废水排放是最重要的点 污染源。农田施用化肥、农药后形成的农田径流，畜禽养殖业排放的废水、废物， 是我国水环境的重要面污染源。湖泊、水库、河流，海湾的底部沉积物蓄积着多年 来排入的大量污染物，称为内污染源，目前已是水体富营养化和赤潮形成的重要因 素之一。内源污染还会释放出蓄存的重金属，有毒有机化学品成为二次污染源，对 生态和人体健康造成长期危害。解决水环境污染问题的根本方法是对污染源的控制 和治理，特别是加强源头治理。 从我国生态环境的总体状况看，生态环境恶化的趋势一直未得到遏制，主要表 现在：森林覆盖率低，增长缓慢，部分地区覆盖率减少；草地生态破坏加重；水土 流失仍然严重；荒漠化面积扩大。为了遏制这种恶化的趋势，近年来国家已将生态 环境建设提到十分重要的地位，制定规划，加大投资。这些重大举措必然对我国江 河湖库水环境的改善产生深远的影响。 山东大学工程硕士学位论文 小清河水生态对策研究 i 2 国内外水生态环境研究现状 近年来，北京持续对河道进行综合治理，大部分城市河湖水质已由过去的四类、 五类稳定上升为二类、三类。三环水系建设也已全面启动：一环筒子河治理已经完 成；第二环的昆玉河、长河、南护城河以及通惠河高碑店湖以上的河段完成治理， 实现了昆明湖到玉渊潭、昆明湖到紫竹院、到动物园的通航；第三环温榆河、莲花 河治理将于近期全面启动。依照现在的治理速度，到2 0 0 5 年不会再有臭水过市， 在3 年至5 年内，该市还将有2 0 余条河流得以还清，7 万余公顷水面会清波再现。 今年北京将投资3 3 亿元治臭水，并将建设4 座污水处理厂及凉水河、转河、温榆 河三条河流的污水截流工程，三环碧水绕京城的环境整治目标将在年内基本实现。 绍兴是著名的水乡，河网总长达到2 3 4 0 公里，河湖总面积达到1 0 7 3 5 平方公 里。根据绍兴水乡的实际，绍兴市委市政府提出了治水新思路：全面实旌“千里清 水河道”工程，突出平原河网水系的保护和开发建设，整合河湖水系，整治河道环 境，建设景观工程，美化水乡风貌，逐步形成特色鲜明、功能完整的绍虞平原河网 水生态系统。近年来，绍兴先后制订了城市防洪规划，市区骨干河道治理保护规划、 袍江工业区骨干河道治理保护规划等水环境整治规划，把充分发挥河道自然生态景 观功能作为规划的重要内容，重点做好河道湖泊及两岸的“净化、绿化、美化、文 化和亮化”五篇文章。如去年建成的环城河综合整治工程，现已成为一条“水清可 游、岸绿可闲、街繁可贸、景美可赏”的水上旅游线和休闲带，成为古城绍兴的一 条生态保护带。今年建成的平水东江拓浚工程，成为了城市东区一条亮丽风景线。 黑河起源于祁连山，全长8 2 1 公里，跨青海、甘肃、内蒙古三省( 区) ，处于 严重干旱区。自8 0 年代以来黑河下游河湖干涸、荒漠化趋势严重。胡杨林及下游 地区林灌草甸草地面积大幅度减少，草地植物群落也由原来的草甸草地群落向荒漠 草地群落演替。为了缓解生态系统恶化的局面，自2 0 0 0 年7 月起对黑河水量实施 统一调度。2 0 0 2 年7 月第7 次“全线关闭，集中下泄”调水，到达下游干涸十年之 久的东居延海。随着湖区水面的形成和扩大，群群鱼鸥和水鸭子迁徙湖区，成群 的骆驼赶来饮水，生态系统出现复苏的趋势。为进一步对黑河进行综合治理，黑 河近期治理规划要点已经批准。 2 山东丈学工程硕士学位论文 小清河水生态对策研究 瑞士l a r d e n 湖富营养化的流场控制技术m a r d e n 湖位于苏黎世西北约4 0 k m 处，面积约2 3 k m 2 。周围被牧场环抱。每年春天，冰雪消融，草场施肥，牛羊成群， 大量有机物流入湖中，湖水由绿变墨，臭气熏天，功能丧尽。苏黎世联邦理工大学 ( e t h ) 于2 0 世纪8 0 年代开始对m a r d e n 湖治理研究，湖中营养物质主要来自草场 施肥和牲畜粪便。他们还对湖中几十种藻类进行了大量分析研究，发现湖泊发生富 营养化时，其优势种群主要为蓝藻。蓝藻水华致使水体复氧困难，使大量生物窒息 死亡，水质恶化变臭。根据研究成果，他们采取了如下控制措施：( 1 ) 为使水体掺 气复氧，便在湖泊周围造成了许多喷水管；( 2 ) 为稀释湖中营养物质，又把附近溪 流引入湖泊。从此，m a r d e n 湖波光粼粼，清澈见底。 韩国清溪川在河道护岸的设计和亲水环境的构建上注重了自然和谐。在下游比 较宽的河道段，两岸设计成近似天然河道的形式，河道顺势自然弯曲，不规则岸边 及激流为鱼类产卵繁殖提供了条件。清溪川重建前，研究人员对河道周边的地区进 行了广泛的生态调查，重建工作中首先改造了水源系统，将污水和雨水分开排放， 城市污水不会进入河道，这样保持了河道水的清洁。由于上游已不再具有原来的流 域形态，清溪川的水源主要来自于下游的汉江，每日抽水1 2 万吨左右，另外还有 来自沿途约两万吨的中水作为补充，河水清澈透明，为营造一个环境友好的清溪川 提供了一个最基本的条件，也为水生物和各类鸟类提供了良好的栖息环境。 日本规模最大的河流自然修复工作是在离东京较近的荒川进行的，开展了流域 整体的生态系统恢复工作。由国家、县、市、町、村共同进行，在琦玉县还成立了 ( 财团法人) 墒玉县生态保护协会，对荒l i i 中游距河口5 7 k m 处的3 0 h m 2 河滩地开 展了国内最大规模的自然修复工作。现在已发现有黄鸟、狐狸等平原生态系统的上 位物种出现，一般认为这些生物的出现最少需要5 0 h m 2 以上的良好环境才行。荒川 上游工程事物所在河滩地内创造了水池、苇地、凹凸地、草地、沙地等适合多种生 物的生息环境。除鹪鸟、狐狸之外，还有焉、大鹰、翡翠鸟等鸟类栖息。 以上事实说明，水利工程不但在防洪、供水等方面作用巨大，而且在改善江河 湖泊流域的生态系统方面也是大有作为的，流域生态系统的改善对流域的经济社会 的可持续发展作用更大。生态建设已经成了水利工作的重要任务。 山东大学工程硕士学位论文小清河水生态对策研究 1 3 本文研究主要内容 本文以生态水力学、生态水利工程学为理论基础，综合了水力学、生态学、动 物学、植物学和自然地理学等学科，以济南市小清河综合治理为例分析目前城市河 流主要污染源，河流污染成因，本着标本兼治的原则，提出工程措施和非工程措施 进行河道水生态治理。 工程措施包括控制污染源、提高水体自净能力、清水补源、等，非工程措施包 括水土保持，建设监督管理体系等，实施节水政策和推行分质供水，推行中水回用 困r 刚署 厂回t 曷 獭瓢 r 回 国t 三 厂圈 4 山东大学工程硕士学位论文小清河水生态对策研究 2 1 生态水利理论基础 2 1 1 水生态概述 2 水生态理论体系 生态系统( e c o s y s t e m ) 是指一定空间中的生物群落( 动物、植物、微生物) 与其环境组成的系统，其中各成员借助能量交换和物质循环形成一个有组织的功能 复合体。生态系统包含两层基本含义：一是它由一些相互依赖、相互作用的部分所 组成；二是这些部分按照一定的规律组织在一起，从而使这个整体具备了统一的功 能特性。 生态系统是一个整体，任何一种要素发生变化，当其超出某种承载能力，就会 引起生态系统的失衡。任何一种因素的减少，都会引起生态系统的失衡。人类要尊 重生态系统的平衡，更要防止由于人类的自身活动破坏这种平衡。一旦出现失衡现 象，人类要竭尽努力恢复这种平衡。江河湖库的水体也不例外，水必须与生物群落 共存，水不能从水生态系统中分割出来，更不能离开它的好朋友生物群落( 动 物、植物和微生物) 。在一个健全的生态系统中，水质洁净是必然的结果。 水生态是直接依赖于水环境的生态系统，它为水系统内生物种群提供栖息地并 链接其相互关系。与流域水环境密切关联的水生态系统包括：1 ) 河流生态，2 ) 河 岸生态，3 ) 滞洪区生态，4 ) 沼泽及湿地生态，5 ) 河口生态，6 ) 潜水层生态。这 六种生态型式并非独立，它们相互关联或重叠，如河岸系就是河流系中水生物的能 量与物质的提供源。水环境三大要素之间相互关联，任一基本要素的改变，都可能 造成水环境状况及其赖以生存的水生态状况的变化。例如，湿地和蓄滞洪区的无序 开发利用，不仅剥夺洪水出路、对防洪安全形成严重威胁，而且导致该区域生物多 样性破坏和生态功能丧失，隔断水生环境与陆生环境的沟通。 对于河流来说，要提供这样一种生态环境，其水流必须是清洁的，这是保证动 山东大学工程硕士学位论文小清河水生态对策研究 植物生存的基本条件；其流势必须是自然的，蜿蜒曲折，既有浅滩，也有深潭，时 快时慢，时动时静：河中要有供植物扎根的土壤，河岸要创造保持空气、水分流通、 交换的利于植物生长的环境。同时这种多生物形态的河道必须能够抵御洪水的冲 刷，完全没有防护功能的天然河道亦不能满足要求。 2 1 2 生态水力学 生态水力学是一门近年来出现的与河流、湿地保护和生态自我修复能力息息相 关的综合性学科。它的形成为河流、湿地保护工作提供支持，通过研究河流水力特 性、水流、河流与生态系统之间的紧密联系，为河流、湿地恢复提供科学的信息和 指导。 生态水力学作为- 1 7 独立的学科提出来，目前还基本处于探索与融合的初级阶 段。虽然国外学者专家从不同角度进行了多方面阐述，但到目前为止尚未形成一个 大家公认的定义。其中较普遍认为它是集水力学、生态学、动物学、植物学和自然 地理学于一体，并且彼此间相互影响渗透而形成的- 1 7 新型边缘交叉学科。 生态水力学产生的主要目的在于提高人类理解河流、湿地保护过程中与生态环 境有关的现象，以便获取相应的知识和能力，预测人类的活动对自然生态的影响以 及修复工作是否能达到所预想的状态，以寻求可行的途径来维持可接受的水体质量 和良性河流湿地恢复工作的成绩。其研究的主要方向是通过对物理、化学、生态过 程的观测、描述、统计分析及进一步的挖掘，定性、定量地描述自然系统的修复过 程应达到何种程度，方能获取最大的生态效益。 生态水力学主要研究对象不仅是水流的力学特性，即流速、水位、压力、水力 坡降等水力变量及其时间的变化过程，还包括水流条件与生态环境之间的相互影响 关系。水流条件影响生态环境，反过来生态环境的变化又引起水力特性的改变。生 态和水流二者相辅相成，存在紧密的联系，探索二者之间的关系，成为生态水力学 的首要任务。 2 1 3 生态水利工程学 传统意义上的水利工程学作为一门重要的工程学科，以建设水工建筑物为手 6 山东大学工程硕士学位论文 小清河水生态对策研究 段，目的是改造和控制河流，以满足人们防洪和水资源利用等多种需求。现代科学 发展使我们认识列，传统意义上的水利工程学在力图满足人的需求时，却在不同程 度上忽视了河流生态系统本身的需求。而河流生态系统的功能退化，也会给人们的 长远利益带来损害。未来的水利工程在权衡社会经济需求与生态系统健康需求这二 者关系方面，是应强调水利工程在满足人类社会需求的同时，兼顾水域生态系统的 健康和可持续性。学科的进一步发展吸收了生态学的理论及方法，促进水利工程学 与生态学的交叉融合，用以改进和完善水利工程的规划及设计理论，形成水利工程 学的新的学科分支生态水利工程学。 生态水利工程学( e c o - h y d r a u l i ce n g i n e e r i n g ) 是研究水利工程在满足人类 社会需求的同时，兼顾水域生态系统健康与可持续性需求的原理与技术方法的工程 学。 生态水利工程的内涵是：对于新建工程，是指进行传统水利建设的同时( 如治 河、防洪工程) ，兼顾河流生态修复的目标。对于已建工程，则是对于被严重干扰 河流进行生态修复。生态水利工程将与传统治污技术、清洁生产( 生态产业) 以及环 境立法和资源管理一起，成为河流生态建设的主要手段之一。 2 - 2 水体污染源概述 水体污染源( w a t e rb o d yp o l l u t i o ns o u r c e s ) ：按成因，分为自然污染源和人 为污染源两类。前者属自然地理因素，如特殊的地质或其他自然条件使一些地区某 种化学元素大量富集，或天然植物在腐烂中产生的某些毒物等：后者属人为因素， 由人类的生产、生活活动所引起：按排入水体的形式，分为点污染源、面污染源两 种。 点污染源( p o i n tp o l l u t i o ns o u r c e s ) ：简称“点源”，水体污染源的一种。工 业或生活污水以地点集中的形式排入水体。有固定地点排出和流动排出之分。前者 排放具有经常性，如工业废水的排放口、城镇生活污水的排污口，其规律依工矿废 水、城镇污水排放而改变，既有季节性又有随机性，有的则集中污水处理厂经处理 山东大学工程硕士学位论文小清河水生态对策研究 后再排入水体。后者指污染物从分散的、流动的运设备排出，如轮船等。 面污染源( a r e ap o l l u t i o ns o u r c e s ) ：亦称“非点源”，简称“面源”。水体污 染源的一种。在水体的集水面上，因降雨冲刷形成污染径流汇入水体。如农业污染 源，城市地面、矿场采矿的径演冲刷污染源和自然污染源等。大都在降雨成径流之 时发生；农田灌溉回归水在灌溉时期发生，具有间歇性。依降雨径流产流、汇流规 律及作为受污染的下垫面因素而变化。雨洪径流中的污染物来自三个方面：降水、 土地表面和下水道系统。其中污染物大概分为：悬浮固体( s s ) ，重金属，富营养 化物质( 如氮，磷) ，细菌和病毒，油脂类物质，酸类物质，有毒有机物( 除草剂 等) 和腐殖质。排入水体的污染物当在数量上超过该物质在水体中的本底含量和水 体的环境容量时，就会导致水的物理、化学及微生物性质发生变化( 溶解氧降低、 富营养化和毒性作用) ，使水体固有的生态系统和功能受到破坏。面污染源造成的 污染和危害很大，据美国估计，目前美国的水体污染约5 0 由面污染源造成，尚无 法处理。 工业废水( i n d u s t r i a lw a s t ew a t e r ) ：工矿企业在生产过程中排出的废污水， 是水体的主要污染源之一。其成分和数量依生产性质和工艺过程而异。一般可分为 工业冷却水和工艺废水两种。前者与原料不直接接触，只要回收热量或稍加处理， 就可以循环利用。后者与原料直接接触，危害性较大，所含有的毒物、病原体和有 机物等对水资源的利用有很不良的影响，有时甚至交失水资源的使用价值，对居民 身体造成危害。 生活污水( d o m e s t i cs e w a g e ) ：人类生活过程中产生的污水，是水体的主要染 污源之一。主要是粪便和洗涤污水。城市每人每日排出的生活污水量为1 5 0 - - - 4 0 0 l ， 其量与生活水平有密切关系。生活污水中合有大量有机物，如纤维素、淀粉、糖类 和脂肪蛋白质等。也常含有病原菌、病毒和寄生虫卵；无机盐类的氯化物、硫酸盐、 磷酸盐、碳酸氢盐和钠、钾、钙、镁等。总的特点是含氮、含硫和含磷高，在厌氧 细菌作用下，易生恶臭物质。 化学性污染( c h e m i c a lp o l l u t i o n ) ：有机化合物和无机化合物对水体的污染， 使水中溶解氧减少，溶解盐类增加，水的硬度变大，酸碱度发生变化及水中合有剧 8 山东大学工程硕七学位论文小清河水生态对簟研究 毒物质。造成水体自净能力降低，腐蚀船舶、管道及水利建筑，破坏水产资源和生 态系统，甚至危及人类的身体健康等。 物理性污染( p h y s i c a lp o l l u t i o n ) ：漂浮物、浑浊物、有色废水和热废水对水 体的污染，包括水面漂浮油膜、泡沫及水中放射性物质等。会导致水中溶解氧减少， 有机物分解速度加快，水中氧的消耗增大。造成浮生植物的光合作用减少，水温上 升，有毒物毒性增加，破坏鱼类生存条件，危害人类的健康。 生物性污染( b i o l o g i c a lp o l l u t i o n ) ；污水微生物、细菌对水体的污染，主要 污染源是生活污水。其中含有丰富的营养基，非常适合微生物和细菌的滋长。大量 的未经处理的生活污水排放入水体中，会造成水源的污染，引起病原微生物的传播。 最常见的有病菌、寄生虫卵、病毒等。生活污水是伤寒、霍乱、痢疾、蛔虫、血吸 虫、呼吸道病毒和肝炎病毒等的滋生地。一般在每升污水中，肠道传染病菌可达数 百万个，病毒可达5 0 7 0 0 0 万个，对人体危害极大，很容易引起疾病的蔓延相传 染，排放之前应作净化处理。 水污染物( w a t e rp o l l u t a n t ) ：排入水体中引起污染的物质，按性质大致可分 为九类：( 1 ) 有机物质。如有毒的酚、醛，硝基化合物等；无毒的蛋白质，脂肪， 木质素等，在微生物作用下消耗水中大量溶解氧，在厌氧条件下产生有毒物质，使 水发臭变质。( 2 ) 无机盐类和酸、碱。如硫酸盐类、碳酸盐类、硝酸盐类和磷酸盐 类等。( 3 ) 悬浮固体。如采矿、建筑、农田水土流失及工厂和生活污水中汇入体的 悬浮固体物。( 4 ) 漂浮固体和液体。如石油，油脂及其他漂浮物质。( 5 ) 重金属。如 汞、铅、铜、锌、铬等。( 6 ) 有毒化学品。某些浓度很低但仍有毒性的有机及无机 化合物，如有机氯和有机磷农药等。( 7 ) 致病微生物。( 8 ) 放射性物质。( 9 ) 工业废 热水。 易降解的水污染物( n o n c o n s e r v a t i v er a t e rp o l l u t a n t ；d e g r a d a b l er a t e r p o l l u t a n t ) ：可由生物分解或水解作用降低浓度的有机水污染物，包括有机酸、 醛、醇、醚和酚等有机氧化物，环氧化物，卤化物，有机硫化物，有机氮，有机磷 化物和高分子化合物等数千种含有一定毒性的有机污染物；腐殖质、纤维素、脂肪、 淀粉、蛋白质、糖类等一般有机污染物。以各种化合物形式排入水体，在微生物的 9 山东大学工程硕士学位论文小清河水生态对策研究 生化作用或水解作用下，分解为结构简单的水和二氧化碳，从而降低了浓度。如这 类污染物经过水体承纳能力，会耗尽水中的氧，使水体成嫌气状态，发生黑臭。 悬浮固体污染物( p o l l u t a n to fs u s p e n d e ds o l i d s ) ：不溶于水，并悬浮于 水中的有机和无机固体污染物。例如石油，氯化镁，钠、铁、铝或硅的氧化物，钙 盐，木质素，微生物的残骸等。按其性质、粒径，可分为浮上物、浮上膜、胶体和 沉淀物四类。浮上物和浮上膜增加水体浊度，影响观感性状，妨碍水面复氧，减少 阳光透射率。胶体会被泥沙吸附，或与潮汐带入海水中的盐类作用发生沉积。沉淀 物是粒径较大和凝聚的悬浮物。胶体和沉淀物产生的沉积，阻碍底层生物生长，减 少鱼类饵料来源，着其中有一定数量的有机质，便消耗水中的氧，甚至会发生嫌气 发酵，使水生物遭受毒害。 漂浮液体污染物( p o l l u t a n to fd r i f tl i q u i d ) ：具有非对称二亲分子结构 的不溶或微溶于水的有机液体化合物。说要有分子量较高的脂肪酸盐、磺酸盐等皂 类物质，羧酸盐，硬脂酸钠，油酸钠，烷基磺酸盐，烷基芳香族磺酸盐，胺盐，化 十六烷三甲基胺，羟基，酰胺基等；以及分予量较低的有机酸、醇、胺等。其一分 子结构亲水，另一分子结构亲油、气。当这种化合物在水中时，亲水分子向下与水 保持稳定，亲气分子向上与大气保持稳定，“因而上升到水表层呈漂浮状。水体放 射性污染物( r a d i o a c t i v ep o ll u t a n ti nw a t e r ) 水体中含有原子核在衰变过程中能 放出“q 、b 和y 射线的放射性物质。其放射性活度以每秒发生核衰变的数目来表 示，单位是b q ( 贝可勒尔) 。主要来自铀、钍、镭等矿脉及尾矿的雨水淋溶和径流冲 刷，矿坑和沈矿废水，核反应堆冷却水和核燃料再生废水，核试验放射性沉降物等。 它们通过直接辐照和食物链对人体产生危害：能导致脱发，皮肤红斑，白血球、红 血球、血小板减少，白血病和癌症等。 富营养化( e u t r o p h i c a t i o n ) ：水体接纳过量的富营养物质，使生态平衡失调， 导致水体功能丧失的现象。食有氮、磷、钾、碳、钙、镁、硫、氢、硅、维生素及 微量元素等成分的废水，都含有过量的富营养物质，排入水体后，使水中的藻类迅 速繁殖生长，产生绿色的浮垢或“红潮”，阻碍水体的光合作用，影响观感性状； 有些藻类代谢作用产物带有毒性，使鱼、贝难以生存，造成经济资源损失；甚至会 l o 山东大学工程碗士学位论文小清河水生态对策研究 耗尽水中的氧，发出硫化氢等臭气，以致最后使水体功能丧失。 2 3 水生态治理常用方法及应用 2 3 1 连续循环曝气系统( c c a s ) c c a s ( c o n t i n u o u sc y c l ea e r a t i o ns y s t e m ) 工艺，即连续循环曝气系统工艺， 是一种连续迸水式s b r 曝气系统。这种工艺是在s b r ( s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ， 序批式处理法) 的基础上改进而成。s b r 工艺早于1 9 1 4 年即研究开发成功，但由于 人工操作管理太烦琐、监测手段落后及曝气器易堵塞等问题而难以在大型污水处理 厂中推广应用。s b r 工艺曾被普遍认为适用于小规模污水处理厂。进入6 0 年代后， 自动控制技术和监测技术有了飞速发展，新型不堵塞的微孔曝气器也研制成功，为 广泛采用间歇式处理法创造了条件。1 9 6 8 年澳大利亚的新南威尔士大学与美国a b j 公司合作开发了“采用间歇反应器体系的连续进水，周期排水，延时曝气好氧活性 污泥工艺”。1 9 8 6 年美国国家环保局正式承认c c a s 工艺属于革新代用技术( i a ) ， 成为目前最先进的电脑控制的生物除磷、脱氮处理工艺。 c c a s 工艺对污水预处理要求不高，只设间隙1 5 m 的机械格栅和沉砂池。生物 处理核心是c c a s 反应池，除磷、脱氮、降解有机物及悬浮物等功能均在该池内完 成，出水可达标排放。 经预处理的污水连续不断地进入反应池前部的预反应池，在该区内污水中的大 部分可溶性b o d 被活性污泥微生物吸附，并一起从主、预反应区隔墙下部的孔眼以 低流速( 0 0 3 - 0 0 5 m m i n ) 进入反应区。在主反应区内依照“曝气( a e r a t i o n ) 、闲 置( i d l e ) 、沉淀( s e t t l e ) 、排水( d e c a n t ) ”程序周期运行，使污水在“好氧一缺氧” 的反复中完成去碳、脱氮，和在“好氧一厌氧”的反复中完成除磷。各过程的历时 和相应设备的运行均按事先编制，并可调整的程序，由计算机集中自控。 c c a s 工艺的独特结构和运行模式使其在工艺上具有独特的优势； ( 1 ) 曝气时，污水和污泥处于完全理想混合状态，保证了b o d 、c o d 的去除率， 山东大学工程硕士学位论文小清河水生态对镱研究 去除率高达9 5 。 ( 2 ) “好氧一缺氧”及“好氧一厌氡”的反复运行模式强化了磷的吸收和硝化一 反硝化作用，使氮、磷去除率达8 0 以上，保证了出水指标合格。 ( 3 ) 沉淀时，整个c c a s 反应池处于完全理想沉淀状态，使出水悬浮物( s s ) 极低，低的s s 值也保证了磷的去除效果。 c c a s 工艺的缺点是各池子同时间歇运行，人工控制几乎不可能，全赖电脑控制， 对处理厂的管理人员素质要求很高，对设计、培训、安装、调试等工作要求较严格。 2 3 2 卵r 高浊度污水处理技术 “s p r 高浊度污水净化系统”( 美国发明专利) 将污水的“一级处理”和“三 级处理”程序合并设计在一个s p r 污水净化器罐体内，在3 0 分钟流程里快速完成。 它容许直接吸入悬浮物( 浊度) 高达5 0 0 毫克升至5 0 0 0 毫克升的高浊度污水， 处理后出水的悬浮物( 浊度) 低于3 毫克升( 度) ；它容许直接吸入c o o c r 为2 0 0 毫克升至8 0 0 毫克升的高浓度有机污水，处理后出水c o d c r 可降为4 0 毫克升以 下。只需用相当于常规的一、二级污水处理厂的工程投资和低于常规二级处理的运 行费用，就能够获得三级处理水平的效果，实现城市污水的再生和回用。 s p r 污水处理系统首先采用化学方法使溶解状态的污染物从真溶液状态下析 出，形成具有固相界面的胶粒或微小悬浮颗粒；选用高效而又经济的吸附剂将有机 污染物、色度等从污水中分离出来：然后采用微观物理吸附法将污水中各种胶粒和 悬浮颗粒凝聚成大块密实的絮体；再依靠旋流和过滤水力学等流体力学原理，在自 行设计的s p r 高浊度污水净化器内使絮体与水快速分离：清水经过罐体内自我形成 的致密的悬浮泥层过滤之后，达到三级处理的水准，出水实现回用；污泥则在浓缩 室内高度浓缩，定期靠压力排出，由于污泥含水率低，且脱水性能良好，可以直接 送入机械脱水装置，经脱水之后的污泥饼亦可以用来制造人行道地砖，免除了二次 污染。 最新发明的s p r 污水净化技术以其流程简单可靠、投资和运行费用低、占她少、 净化效果好的众多优势将为当今世界的城市污水的再利用开创一条新路。城市污水 实现再利用之后，为城市提供了第二淡水水源，为城市的可持续发展提供了必不可 1 2 山东大学工程硕士学位论文小清河水生态对策研究 少的条件，其经济效益和社会效益是不可估量的 2 3 3b i o l a k 百乐卡污水处理技术 百乐卡工艺是一种具有除磷脱氮功能的多级活性污泥污水处理系统。它是由最 初采用天然土池作反应池而发展起来的污水处理系统。自1 9 7 2 年以来，经多年研 究形成了采用土池结构、利用浮在水面的移动式曝气链、底部挂有微孔曝气头的一 种具有一定特色的活性污泥处理系统。 由于采用土池而大大减少了建设投资，采用曝气链曝气系统进一步强化了氧的 转移效率，并减少运行费用，大大提高了处理效果。工艺设计简捷，不需复杂的管 理，在适宜的条件下具有较大的经济和社会效益。 2 3 4 “- t f g ”生物法技术 美国富美生物工程有限公司运用具有世界先进水平的“w t f g ”微生物技术 成功地对中国的高浓度的工业污水和城市污水以及被污染的河流进行了卓有成效 的治理，这是生物工程在污水治理中的实际运用。 “盯1 2 ”固体微生物具有高度浓缩和高度组合的特点，具备1 2 0 0 种微生物， 可以针对不同的污水组合为不同的微生物菌剂，这种高效的微生物菌群，每克中含 有l o 亿6 0 亿个微生物。利用它治理污水后，不会产生第二次污染，不会有新的 活性污泥产生。“f g 1 2 ”专用助荆，它在水中具有吸收、蓄存。释放氧气的作用， 因此“耵一f g ”生物法完全抛弃了传统的机械曝气设备，采取了用电量极少的循 环喷水装置和“f g 一2 1 ”专用助剂来增加水中的溶解氧，这就大大节约了投资成 本和运行费用。 美国富美公司三年来在中国作了大量的实验和实际工程，取得了突出的成绩。 首先在海南省环保厅的直接支持、领导下，用低成本的“耵f g ”生物法攻克了用 生物法治理河流污染的重大课题，开创了中国用生物法彻底治理被污染河流的先 例，达到既治标又治本的目的，这为中国的l e l 城镇的改造有着重大的现实意义。 我国的各大中城市都有被污染的河流，因河水流动性大、变化大，采用常规的 方法，即用人工和机械疏通河道，都不能根治河流的污染问题，在世界上治理河流 山东大学工程硕士学位论文小清河水生态对策研究 的污染是属于前沿技术。1 9 9 9 年1 0 月经省环保厅的批准，在海口市环保局的大力 支持下，于l o 月2 7 日开始在海日市大同沟银河路地段的3 0 米长、2 0 米宽，2 0 米深的河段上进行生产性的工程试运行。该河流位于海口市区内，全长近5 公里， 由于有大量的城市生活污水排人河中，河水严重污染，污泥大量产主，海水倒流， 蓝藻不断繁殖，臭气很浓，河水变黑，多年来老百姓称之为“臭水沟”。近年来市 政府对河流也多次清掏河床，但成效不显著，治标未治本。这次运用“盯一f g ”生 物法处理后，三天内臭气全部消除，经过二个月的处理，河水变成无味，无色。透 明的河水，污泥由4 5 公分，减少至8 公分，每天有2 0 0 0 2 4 0 0 吨上游被污染的