（环境工程专业论文）荔枝湖综合治理实践研究.pdf

摘要 摘要 本人在深圳市环境科学研究所研究期间，参与了荔枝湖第四次综合治理的运 行调试和国家高技术研究发展计划( 8 6 3 计划) “人工湿地水质净化系统参数优 化技术”的部分实验，以上为小论文的丰要内容。 荔枝湖位j ：深圳市中心区域福r r | 区内，为人工建造湖，建成于1 9 8 3 年，湖 面面积为1 0 9 l 万平方米，有效水深1 5 米，平时蓄水量约为1 0 万奇：方米。由于 多方面的原因，荔枝湖水污染比较，重，属j 重一富营养化水体，刘公州景观和 市民的7 l i 活质量造成极大的影响。 深圳市水务局对荔枝湖展开了第四次综合治理，主要内容包括截污工程； 补水工程：臭。i 及箱涌出口垃圾清除工程；清淤、补漏、驳岸景观与园 内点源污染治理工程；荔枝湖内水质综合治理工程。本论文卡要研究了荔枝 湖内水质综合治理工挥中人工湿地工艺和生态砾石床工艺，分析了荔枝湖水的变 化趋势、人工湿地及生态砾石床的去污原理。 通过连续峪测，发现荔枝湖经综合治理后，湖水水质有明显好转，经过综合 营养状态指数卡尔森指数计算后发现：从2 0 0 6 年8 月到2 0 0 7 年1 月六个月的营 养状态指数在5 2 ，0 8 5 8 4 5 之间；各湖区的污染物浓度均有所下降，五个湖区综 合营养状态指数值在5 3 4 6 5 6 8 2 之间，属于轻度富营养状态，受到轻度污染。 在进水为湖水c o d = 1 4 4 2 4 4 m g l 、n h 3 - n = o 2 o 9 m g l 、t p - - 0 0 6 0 11 m g l 和叶绿素a = 1 4 9 3 5 2 m g m 3 的条件下，人工湿地系统对各污染物的半 均去除率分别为6 0 6 8 、3 7 0 8 、2 8 8 3 、3 8 1 5 ，山水浓度分别为6 1 1 0 9 m g l 、o 0 5 o 3 5 m g l 、o 0 0 9 0 0 4 m g l 、4 ，9 1 1 1 m g m 3 。 在进水为湖水c o d = 1 6 7 3 0 7 m g l 、t n - 0 7 8 1 5 5 、n h 3 n = 0 1 0 7 m g l 、t p = 0 0 5 7 0 1 2 m g l 和叶绿素a = 1 5 7 4 7 7 m g m 3 的条件下，生态砾 石床系统对各污染物的平均去除率分别为3 6 9 3 、6 6 、8 2 、5 3 1 、3 7 1 ， 出水浓度分别为1 0 2 2 1 1 m g l 、1 0 1 m ，5 5 m g l 、 砂砾级配填料； 3 不同植物种类对污染物的去除总体效果：象草，风车草 再力花： 4 荔枝湖综合治理工程的作j _ f j 是叫娃的，湖水经过循环净化处理后，达到i i l 类 水质标准： 5 在污水处理中，乖卣流人工湿地系统对c o d c r 、b o d 5 、f n 、n h 3 一n 和t p 等 主要污染物都有良好的处理效果： 6 在污水处理巾，生念砾石床系统对c o d c r 、b o d 5 、t n 、n h 3 n 和7 f p 等主要 污染物都有良好的处理效果。 关键词：荔枝湖；综合治理；人工湿地；生态砾石床 i i a b s t t a c t a b s t r a c t w h e ns t u d i e di ns h e n z h e nl n s t i t u t eo fe n v i r o n m e n t a ls c i e n c e 1 p a r t i c i p a t e d i nm o v e m e n t d e b u g g i u go ft h e f o u r t hc o m p r e h e n s i v et r e a t m e n t so fl i c h il a k ea n d p a r te x p e r i m e n t so ft h e n a t i o n a lh i g ht e e h l o g yr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n tp r o g r a m ( 8 6 3p r o g r a m ) 。c o n s t r u c t e dw e t l a n d w a t e rq u a l i t yp u r i f i c a t i o ns y s t e mp a r a m e n to p t i m i z a t i o nt e c h l o g y a b o v ei st h em a i nc o n t e n t so f t h i sp a p e r l i t c h il a k ew a sm a d ei n1 9 8 3 w h i c hs t a n d sa tf u t i a nb o r o u g hs b e n z h e nc i t y t h el a k ei s 1 0 9 1 0 0 m 2 ，t h ee f f e c t i v ed e p t hi s 1 5 m e t e r s ，t h ec o m m o nw a t e r h o l d i n gc a p a c i t yi s1 0 5c u b i c m e t e r sf o rm a n yr e a s o n s ，t h ew a t e r p o l l u t i o nh a db e e ng r a d u a l l yg r a v et i l el i t c h il a k eh a db e e n t oa ne u t r o p h i c a t i o nl a k e ，w h i c hh a sm u c ha f f e c t i o n so nr e s i d e n t sl i f ea n dp a r ks i g h t t h es h e n z h e nw a t e rb u r e a uc a r r i e do u tt h ef o u r t hc o m p r e h e n s i v et r e a t m e n t so nl i t c h il a k e t h e m a i nm e a s u r e si n c l u d e d r e d u c i n gp o l l u t e dw a t e rt ol i c h il a k e s u p p l i n gc l e a nw a t e rt ol i t c h i l a k e ， c l e a r i n ga w a ys t i n ka n dr u b b i s hi nl i t c h il a k e ，c l e a r i n gs u l l a g e ，f i l l e dt h eh o l e ，d i s p o s e d p o i n ts o u r c ep o l l u t i o ni nl i t c h il a k ea n ds oo n ，t r e a t m e n t so nl i t c h i l a k ew a t e rt h i sp a p e r s t u d i e dv e r t i c a lf l o wc o n s t r u c t e dw e t l a n da n dz o o l o g yg r a v e lb e de r a t l so ni i l c h il a k ew a t e r ，a n d t h ew a t e rc h a n g i n gt r e n di nl i t c b il a k e t h em i n o t o r i n gd a t a si nm a n ym o n t h si n d i c a t e st h a t ：t h el a k ew a t e rh a db e c a m eb e t t e ra n d b e t t e r t h ec o m p r e h e n s i v en u t r i t i o ni n d e x ( k a e r s e ni n d e x ) w e r e5 2 0 8 - 5 84 5f r o ma u g u s t ，2 0 0 6 t oj a n u a r y ，2 0 0 7 t h ec o n t a m i n a t i o nc o n c e n t r a t i o ni ne v e r yl a k ea r e ad e s c e n d e d ，a n df i v el a k e a r e ak a e r s e ni n d e xw e r e5 3 4 6 5 68 2 t h a ti n d i c a t e sl i t c h il u k ei sal o w g r a d ee u t r o p h i c a t i o nl a k e n o w c o d ，n h s n ，t p , a n dc h l o r o p h y l - a ( o h l - a ) o ft h ei n f l u e n tw a t e rt ot h ev e r t i c a lf l o w c o n s t r u c t e dw e t l a n dw e r e1 4 4 2 4 4 m g l ，o 2 o9 m g l o0 6 - 0 11 m g l ，a n d1 4 9 - 3 5 2 m g m 3 r e s p e c t i v e l y t h ec o r r e s p o n d i n gr e m o v a le f f i c i e n c yw e r e6 06 8 ，3 7 0 8 2 88 3 ，a n d3 8 15 ， c o d ，n i - 1 3 - n ，t p ，a n dc h l - ao ft h ee f f l u e n tw a t e rw e r e6 1 t 0 9 m l ，o0 5 0 3 5 m g l ， o 0 0 9 0 0 4 m g l a n d1 4 9 3 5 2 m g m 3r e s p e c t i v e l y c o d ，t n ，n l t 3 n 1 p a n dc h l ao ft h ei n f l u e n tw a t e rt ot h ee c o l o g yg r a v e lb e dw e r e 1 6 7 3 0 7 m g l ，0 7 8 1 5 5 m g l 、0 1 - 0 7 m g l ，0 0 5 7 01 2 m g l a n d 1 5 7 - 4 7 7 m g m 。 r e s p e c t i v e l y t h ec o r r e s p o n d i n gr e m o v a le f f i c i e n c yw e r e3 6 9 3 ，66 8 2 ，5 3 i a n d i i i r 。东： 业入学t 学硕十论文 3 7 1 ，c o d t n ，n h 3 一n t p , a n dc h l ao ft h e e f f l u e n tw a t e i w e r e 1 0 5 15 5 m g l s h u c k s a n ( 1a n ds t o n e ， 3d i f f e r e n tk i n do fp l a n t si nd e c r e a s i n gc o n t a m i n a t i o no r d e rw a sg r a s s i n e s s w i n d m i l lg r a s s t h a l i ad e a l b a t e ， 4c o m p r e h e n s i v et r e a t m e n t s0 nl i t c h il a k eh a sg r e a te f f e c tt h ew a t e rh a db e c a m e1 1 if r o mt h e p r o j e c tc a r r i e do u t ， 5 i nw a s t e r w a t e rd i s p o s a l ，v e r t i c a lf l o wc o n s t r u c t e dw e t l a n dh a sn i c e re f f i c i e n c yt od i s p o a lo f c o d ，t n ，n h 3 一n ，t p ，a n dc h l aa n ds oo n 6i nw a s t e r w a t e rd i s p o s a l e c o l o g yg r a v e lb e dh a sw c l le f f i c i e n c yt od i s p o a lo fc o d ，t n ， n h 一n t p a n dc h a aa n ds oo n k e y w o r d s ：l i t c h il a k e ，c o m p r e h e n s i v et r e a t m e n t s ，v e a i c a lf l o wc o n s t r u c t e dw e t l a n d 。e c o l o g y g r a v e lb e d 攻读学位期间发表论文 独创性声明 秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所里交的论文是我个人在 导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以 标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，不包 含本人或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明，并表示了谢意。 本学位论文成果是本人在广东工业大学读书期间在导师的指导下取得的，论 文成果归广东工业大学所有。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任，特此声明。 艚教师虢甲断 论文作者签名：亲宝互 二o o 七年五月二十日 第一章绪论 第一章绪论 中国有两万多个湖泊，湖泊总贮水量达7 0 0 0 多亿m 3 ，其中面积在1 k i n 2 以 上的湖泊就有2 8 0 0 多个，中国的湖泊及其流域从古至今就是人工稠密的居住区， 养育着她们的人民。但是随着经济的增长，污染物排放量的不断增加和人类的不 正当行为，某些地方的湖泊污染日趋严重，富营养化进程加快。水质的恶化使湖 泊失去了供水、旅游、养殖等功能，直接影响了居民的生活和生产，因此，湖泊 污染、湖泊富营养化已经成为中国最重要的环境问题之一【h l 。 2 0 0 5 年，2 8 个国控重点湖( 库) 中，满足i i 类水质的湖( 库) 2 个，占7 ； i i i 类水质的湖( 库) 6 个，占2 1 ；i v 类水质的湖( 库) 3 个，占1 1 ；v 类 水质的湖( 库) 5 个，占1 8 ：劣v 类水质的湖( 库) 1 2 个，占4 3 。与2 0 0 3 年相比，i v 类水质的湖( 库) 减少4 个，v 类水质的湖( 库) 增加1 个，劣v 类水质的湖( 库) 增加2 个。城市内湖的污染则更加严重，在2 0 0 5 年检测的5 个城市内湖中，2 个是v 类水质，3 个是劣v 类水质，并全部处于富营养化状态。 由此可见，我国的湖泊污染状况十分严重，控制湖泊污染刻不容缓。湖泊污 染综合治理是一项复杂的系统工程，必须在充分研究目前流域内存在的主要环境 问题及其发展趋势和生产环境问题的主要原因的基础上，从全流域统一考虑，通 过各部门的通力合作，有计划分层次逐步实施【5 1 。 1 1 我国湖泊污染成因分析 我国的湖泊污染主要由以下有个方面： ( 1 ) 生活污染：人类生活的排放物和废弃物，如粪便、污水、洗涤剂、生 活垃圾等进入湖泊，引起湖泊的污染。 ( 2 ) 文化污染：人类的各种旅游、文化活动，特别是在湖泊周边及水面进 行的活动：如戏水、赛艇、垂钓以及相应的服务设施所引起的水质变化。 ( 3 ) 农牧业生产污染：包括牲畜排泄物以及农业生产过程中的流失物，农 业生产过程中的水土流失及农药、化肥等，这些也会引起湖泊的污染。 ( 4 ) i 业生产污染：各种产业生产过程中的废水和废弃物及其处理技术等， 特别是在工业生产过程中所产生的有毒有害物质，这些污染进入水体后，会导致 湖泊产生某方面的变化。 广东工业大学工学硕士学位论文 以上这些物质进入湖泊后将引起湖泊水质和生态系统的变化，这种变化不同 于湖泊水质和生态的缓慢自然变化过程，可以在几年或几十年毁掉一个湖泊。 1 2 我国湖泊面临的主要环境问题 水作为最重要的自然资源，为经济社会高速发展提供了优越的条件，但是随 着城市化进程的加速和经济的高速发展，流域内的水环境问题也日益严重。 1 2 1 湖泊富营养化及有机污染 水体富营养化是水体“衰老”的一种表现。从字面上看，“富营养化”的意 思是“喂养状态变好的过程”。但在文本中其含义是指湖泊、水库、缓慢流动的 河流以及某些近海水体中营养物质( 一般指氮和磷的化合物) 过量从而引起水体 植物( 如藻类及大型植物) 的大量生长 6 1 。 天然水体中的藻类本来以硅藻、绿藻为主，随着富营养化的发展，最后变成 以蓝藻为主，蓝藻的大量出现是富营养化的征兆，在水面覆盖蓝藻的现象，在湖 泊中称为水华，在海洋中则叫做赤潮n 叼。大量藻类被分解时消耗水中氧气，溶 解氧浓度降低到一定程度就造成鱼类死亡；有些浮游生物( 如蓝藻) 产生的生物 毒素也会使其他生物死亡。 中国主要湖泊由于氮磷污染而导致富营养化的占统计湖泊的5 6 9 1 。其中水 体总氮和总磷浓度异常高，透明度很低以及水体叶绿素极高；中国五大淡水湖中 的营养盐均大大超过氮磷富营养化发生浓度，尤其总氮浓度高达l o 倍以上【1 0 】。 据统计，2 0 0 0 年太湖8 7 的检测点水质劣于i v 类，2 9 的检测点营养盐浓 度达中富营养水平，7 1 达富营养化水平，全湖年均t p 达o 1 0 m g l ，t n 达 2 5 4 m g 1 1 i l l o 1 2 2 生态系统破坏 近年来，由于强烈的人类活动及人们对湖泊资源的不合理开发等问题，使许 多湖泊的湖滨湿地受到破坏，湖内水生生物群落的合理结构被打破，生态系统的 结构和功能出现严重退化。湖泊生态系统的破坏，使湖泊失去自我调节和恢复能 力，其结果是导致许多湖泊出现严重退化，表现为如藻类大量增长、水生植物衰 退或呈劣性化发展趋势、生物区系小型化现象严重、水质迅速恶化，不能满足多 种湖泊功能的要求。根据调查，多数湖泊的鱼类减少率达3 0 ，有的达到6 0 ， 2 第一荦绪论 例如湖北西凉湖原有近9 0 种鱼类，现已经不到5 0 种【1 2 1 。 1 ，2 3 湖泊萎缩，水量减少 由于气候变迁、泥沙淤积以及围湖垦殖等不合理的活动，致使我国湖泊面积 迅速减少。号称“千湖之省”的湖北省，建国以来湖泊数量从1 0 6 6 个减少到3 0 9 个，总面积缩小2 6 5 6 k m 2 ；青海黄河源头县( 马多素县) 原有4 0 7 7 个大小湖泊， 而今剩下不到1 0 0 0 个。水资源的匮乏已成为制约我国经济发展的主要因素，每 年仅因缺水造成的经济损失就达2 0 0 0 亿元以上。 1 3 湖泊综合治理研究现状 1 3 1 加强污废水的治理与回用 研究表明，人类使用过的水，污染杂质只占o 1 ，绝大部分是可再用的清 水。城市供水量的8 0 变为污水排入下水道，是一种很大的资源浪费，至少有 7 0 的污水( 相当于城市供水量的一半以上) 可以再生处理后安全回用。全国城 市污水年排放量大约在4 1 4 亿立方米，但城市污水处理率和二级处理率分别仅达 到3 0 和1 5 ，污水回用率的比例更低。 回用污废水，一方面可以减少污废排放量，降低废水排放对环境的污染，同 时也可以节约大量的新鲜水，通过分质供水提高资源使用效率【3 2 】。在这方面， 西方的发达国家已经有了许多成功的实例，如日本1 9 9 5 年污水回用率已经达到 7 7 ，美国2 0 0 0 年污水回用率也达到7 2 ，美国c a l i f o r n i a 州根据其农业发达、 用水量大的特点，提出的基本模式是将灌溉回用作为该地区水资源回用的重点， 而f l o r i d a 州根据其城市用水集中的特点，提出的基本模式是非饮用回用，大规 模实行双管供水系统，以自来水4 0 左右的价格将城市污水处理水供给城市绿化 和建筑物、住宅区的中水管道用水。 1 3 2 湖泊内源污染中的底泥处理技术 湖泊沉积物是湖泊富营养盐的重要积蓄库0 3 1 。污水的排放、地表径流的注 入以及湖泊水生生物的死亡残骸，往往会导致湖泊沉积物中营养盐逐步累积，尤 其城市湖泊会形成营养盐的内负荷，我国城市湖泊中总磷高达 1 2 2 7 6 4 5 0 4 7 p p m ，巢湖的磷年释放量高达2 2 0 s t ，占全年磷释放量的2 0 9 。 广东t 业大学工学硕士学位论文 目前富营养化湖泊底泥的处理技术分为：异位处理技术和原位处理技术两种【1 4 】。 底泥的异位处理技术即指环保疏浚。环保疏浚旨在清除湖泊水体中的污染底 泥，清除污染水体的内源，减少底泥污染物向水体的释放。滇池草海一期疏浚工 程之前，水体发黑发臭，水质超过地面水环境质量标准v 类指标，c o d 为 v 类指标的3 8 倍，t p 为7 6 倍，一期工程实施后，疏浚区水体不再黑臭，水质 明显好转，与此同时水体透明度由原来的0 3 7 m 提高到o 8 m ，草海部分重要指 标在局部达到i i i i v 类水质标准【l3 1 。 许多学者对疏浚的优缺点进行了相关的研究和讨论，意见并不统一，但疏浚 作为一种可以将污染物移出湖泊生态系统的重要方法是值得推广的。 底泥原位处理技术是指，在湖泊内利用物理、化学或生物方法减少受污染底 泥的容积，减少污染物量或降低污染物的溶解度、毒性或迁移性，并减少污染物 释放的底泥的污染整治技术【1 5 1 。按其原理不同，可以分为：原位化学处理、原 位物理处理、原位生物处理和原位生态处理四种i l 6 1 。 原位化学处理是指通过投加含氧量高的化合物，补充底泥中有机物分解所需 的氧，减少h 2 s 、n h 3 等厌氧代谢产物的生成【1 7 1 。w e l c h 和c o o k e 研究了美国2 1 个铝酸盐处理的湖泊后认为，当没有大型水生植物干扰时，多湖循环湖中进行铝 盐处理，有效期约为l o 年【1 3 】。采用原位化学处理技术处理底泥，能耗较低、投 资较少。但通过向水体或底泥中投加化学物质会对底牺生物产生较大影响，其次 在短期内底泥的污染物降低，但从长期看，底泥的污染并没有得到最终的解决。 特别对于浅水湖泊，由于自然因素和人为因素的影响，极易引起底泥的扰动，造 成污染物重新向水中释放。 原位物理处理技术，主要是指采用物理的方法，通过人工曝气、破坏分层等 方法造成异重流，提高底层水体的溶解氧含量和水体温度，加速水体和底泥中污 染物的降解，以去除污染物。原位物理处理技术处理底泥效果明显，但一次性投 资较大，同时物理处理技术会破坏湖泊原有生态系统，可能导致新的生态危机。 原位生物处理技术是指，利用底泥中生物的代谢活动降解或减轻污染物的毒 性，改变有机污染物结构、重金属的活性或在底泥中的结合态，通过改变污染物 的化学或物理特性而影响他们在环境中的迁移、转化和降解速率，从而对底泥污 染进行处理【1 9 - 2 0 1 。 4 第一章绪论 1 3 3 沉积物中磷的提取技术 水体富营养化是当今世界工业化国家和发展中国家一个重要的水环境问题， 磷元素被认为是引起水体富营养化的一个重要因子【2 1 1 。水体中磷主要有两个来 源，外源负荷磷和内源负荷磷，外源负荷磷主要来自工业废水、生活污水、农业 地表径流的输入；内源负荷磷来自水体沉积物磷的释放。沉积物磷的形态和相对 丰度有很大差异，并不是所有形态的磷都会从沉积物中释放出来导致水体富营养 化。水环境中各种形态磷的提取在过去几十年取得了很大的进展，目前研究最多 提取方法有p 法【2 2 1 、g 法【2 3 1 、s m tp r o t o c o l 法i 堋和连续提取法【2 5 1 。 各种提取磷的浸提剂虽然不同，但起决定作用的络合离子、酸碱度是一致的： 即采用中性偏碱性条件下的氯离子提取易溶性和弱吸附型磷；采用批h 7 2 的氟 离子提取铝结合磷；采用n a o h ( 或e d t a 钙盐溶液、氨基三乙酸钙溶液) 溶液 提取铁结合磷；采用连二亚硫酸钠柠檬酸钠浸提液除f e 2 0 3 胶膜，与n a o h 溶 液一起提取闭蓄态磷。 沉积物中各种形态p 的提取方法主要集中针对磷酸盐，它依据各无机络合相 在不同试剂( 浸提剂) 中不同的反应活性，有选择性地采用特定浸提剂释放并测 定特定结合相中的磷沉积物中有机磷的组成结构、化学形态和性质仍很不清楚， 较难分离。 1 3 4 藻类控制技术 由于水中氮、磷等无机物的大量增加，引起自养型浮游植物异常增殖，藻类 大量死亡后的残骸深入湖底，在细菌的作用下分解【2 6 】。在此过程中，水体透明 度下降，溶解氧减少或表层溶解氧超饱和，湖底沉积率增加，悬浮物和c o d 也 随之增加。藻类增殖引起底层缺氧，使鱼类窒息死亡大量的藻类还会聚集在湖 水表面形成水华，从而使水体的感官性状和使用功能大大下降。而藻类释放出来 的各种毒素对水生生物和人畜的饮水安全也造成威胁，所以必须对形成优势种类 的浮游藻类予以去除，以维护生物多样性和生态平衡。目前常用的除藻方法有物 理法和化学法。 藻类受温度、光照、水的运动等因素的影响，具有不同的生存条件，可以用 物理的方法予以去除。微滤是一种简单的物理过滤方法，它采用滤网去除水中直 径大于或等于滤网孔径的浮游生物和藻类，该法对藻类的去除优于混凝沉淀，但 广东工业大学工学硕士学位论文 对于浊度、色度及c o d 的去除率远低于混凝沉淀 2 7 l ；气浮法是依据气泡粘附于 絮粒，以实现絮粒的强制性上浮，达到固液分离而去除藻类的目的，武汉东湖团 山水厂从东湖取水，藻类密度在高峰时达5 亿个l ，经气浮后藻类的去除率达 9 0 t 2 s i 。 化学除藻指利用絮凝、抑制等化学方法去除水体中的藻类。混凝除藻：藻类 细胞分泌可溶性有机物，胞外有机物主要有含氮物质和戊糖胶类物质组成。在使 用常规混凝剂的同时，调节p h 值或加入一定剂量的助凝剂可大大提高除藻效率， 石颖等1 采用高锰酸钾复合药剂p p c 聚合铝可有效地提高水中藻类的去除率， 与高锰酸钾、氯气除藻作用相比，相同投量的p p c 的沉后除藻率比预氧化提高 1 4 ；臭氧除藻：臭氧可以改变藻类分泌物的性质，使藻类胞外分泌物的分子量 变小，臭氧可作为预处理与传统水处理工艺结合使用，从技术上讲，臭氧是最佳 的除藻剂，但是运行费用较高，限制了这种高效氧化技术的应用。 1 3 5 污染水体的生物修复技术 生态修复是指生物特别是微生物催化降解有机污染物，从而去除或消除环境 污染的一个受控过程，即利用培育的植物或培养接种的微生物的生命活动，对水 中的污染物进行转移、转化及降解，从而使水体得到净化的技术1 3 0 】。生物修复 技术可以分为原位生物修复和异位生物修复，原位生物修复是指对受污染的介质 不作搬运或输送而在原位污染地进行的生物修复处理，其修复过程主要依赖于被 污染物自身微生物的自然降解能力和人为创造的合适降解条件；异位生物修复是 指被污染介质搬运或输送到它处进行生物修复处理。但这里的输送或搬运价格较 高，而且更强调人为调控和优化处理。目前常用的生物修复技术包括人工湿地处 理技术、生态砾石床及土地处理技术、生物膜处理技术、植物修复技术和微生物 处理技术等。 ( 1 ) 人工湿地处理技术 湿地是地球表层的地理综合体，是地表径流或被浅水体( 一般深度小于3 m ) 淹盖的部分，生长着水生湿生生物群，土壤具有泥炭层或潜育层所构成的水 陆复合生态系统【3 ”。作为地球表层一类重要的地理综合体，其巨大的环境调节 功能、生物多样性、旅游和科研等价值在2 0 世纪日益受到全球的关注。 人工湿地是近年来迅速发展的生体生物一生态修复技术，人工基质、水生植 物和微生物是人工湿地的主要组成部分。人工基质一方面为微生物的生长提供稳 6 第一章绪论 定的依附表面，同时也为水生植物提供了载体和营养物质。当污水流经人工湿地 时，基质通过一些物理和化学的途径( 吸附、过滤、络合反应等) 来净化去除污 水中的氮磷等营养物质。k s a k a d e v a n 等1 3 2 l 比较研究了土壤、两种工业废料和沸 石作为潜流型湿地基质除磷的可行性，结果发现其中一种工业废料( 炉渣) 吸磷能 力最大，可达4 4 2 9 k g ，他认为将这些物质单独或组合使用可以提高湿地系统的 除磷能力。杨敦等 3 3 1 分别采用砾石和沸石作基质，水生植物分别选用芦苇和菖 蒲，组成4 个湿地处理系统，研究它们对暴雨径流的净化效果，结果发现，采用 沸石作填料的湿地系统，有较好的综合净化能力，c o d c r 、t n 、t p 的平均去除 率分别为8 7 1 3 、9 7 3 3 、7 7 2 9 * , 4 ，砾石和菖蒲则对磷有较好的净化和吸收能 力，可以用于处理含磷较高的废水。 植物通过自身的生长及协助湿地内的物理、化学、生物等作用去除湿地中的 营养物质，同时还可以延长水在湿地内的停留时间、沉淀悬浮颗粒、为微生物的 生长提供可依附的表面，还有输送氧气到根区、提高水在土壤中的传导等作用， r e d d y 3 4 1 等研究了风眼莲等八种水生植物净化污水的能力，结果发现：夏季水生 植物去除氮的效果优劣次序为：风眼莲( e i c k k o r n i ac r a s s i p e ss o l m s ) 、永浮莲 ( p i s t i as t r a t i o t e sl ) 、水鳖( h y d r o c o t y l eu m b e l l a t el ) 、浮萍( l e m n am i n o rl ) 、 槐叶萍( s a l v i n i ar o t u n d i f o l i a ) 、紫萍( s p i r o d e l a p o l y r h i z al ) 、水筛( e g e r i ad e n s a p l a n c h ) ，而在冬季则依次为：水鳖、风眼莲、浮萍、水浮莲、紫萍、槐叶萍、 水筛。在欧洲芦苇是最常用的植物，而草则在美国应用得更为普遍。一般来说， 选择湿地植物要注意几个原贝, l j l 3 7 】：耐污能力和抗寒能力强，对不同的污染物 采用相应的植物种类；选择在本地适应性好的植物，最好是本地植物；根系发达， 生物量大；抗病虫害能力强；最好有广泛用途或经济价值。 污水中有机物的降解和转化主要由植物根区微生物活动来完成，人工湿地中 微生物的活动是废水中有机物降解的主要机制。同时它们互相联系，互为因果， 形成一个系统，有关研究表明，天然环境条件下各类微生物的数量都比较少，但 随着湿地对废水的处理，微生物的数量逐渐增加，在一定时间内达到最大值并趋 于稳定。李科德等比较了芦苇床系统与天然芦苇场中根面和根际土的细菌、真菌、 放线菌等的数量，结果发现人工芦苇床系统中各类微生物的数量明显地高于天然 芦苇场，芦苇床系统的根表面、根际土的细菌数量可达1 0 1 个g 干重，且趋于稳 定，随季节变化不大【3 7 枷4 1 i ( 2 ) 生态砾石床及土地处理技术 7 广东工业大学工学硕士学位论文 生态砾石床及土地处理技术是将污染水体的一部分导入由砾石、土壤或其他 材料制成的生态滤床进行处理的方法。其净化机理是通过滤料的过滤作用去除水 中的悬浮性污染物后，由在滤料表面形成的生物膜进一步分级有机物及藻类，并 通过在生物膜表面和内部分别形成的好氧和厌氧环境进行硝化反硝化作用对氮 进行去除，而磷的去除主要靠土壤及砾石的吸附作用。 董宛示范工程采用了“生态砾石床+ 造流曝气技术”对受污染水体进行处理， 处理后蓝绿藻平均去除效率达8 5 ，浊度的平均去除率为6 8 ，透明度平均提 高2 7 倍，平均达到8 8 c m ，水体中的t n 、t p 水质指标下降6 0 左右。董宛示 范工程根据水体的水质情况和当地土壤的物化特性，配制土壤，利用土壤净化槽 中厌氧、好氧交替及土壤毛细管吸附作用，使水体中的污染物分解为土壤可吸收 的可溶性物质，将污染物滞留在土壤中。处理后水质可达城市污水处理厂a 级 标准。 ( 3 ) 微生物处理技术 水体中存在一些有益的微生物菌群( e m 菌) ，包括光和细菌、硝化细菌、 芽胞杆菌、放线菌和酵母菌等，对污染水体特别是水产养殖水体的修复是非常有 效的，近年来采用有益微生物修复水体取得了一定的研究成果。中国科学院淡水 渔业研究中心采用光和细菌修复鳗鱼养殖池水，水中氨氮下降5 7 1 ，溶解氧增 加5 4 6 ，对虾养殖池投放光和菌后，氨氮的去除率为5 8 ，硫化氢的去除率为 5 0 ，溶解氧增加1 3 6 1 4 2 】。在使用光和细菌修复大观河的研究中，b o d s 、 c o d c r 、t n 、t p 和s s 的去除率分别为8 1 4 8 4 7 、7 6 7 8 9 、6 3 - 6 5 3 、 3 6 7 - 5 2 5 、和7 2 6 毋3 3 ；对成都府南河某些河段进行光和细菌处理后， 水中c o d c r 的去除率可达6 2 3 , - 7 7 1 ，特别是使用高活性包埋载体将光和细 菌包埋固定后，可增强水体的修复效果【4 3 1 。美国a l k e w m y r a y 公司生产的美菌方 a l k e n e l e a r - f 1 0 就是利用酶和光和细菌的功能，修复水产养殖水体的先进产品1 4 4 】。 人工介质可以对湖中的土著微生物进行富集，在介质表面形成一层生物膜， 降解水体中的污染物。纪荣平等【4 5 1 采用人工介质富集微生物对藻类和藻毒素的 降解进行了试验研究，发现人工介质上富集有大量的假单胞菌和芽胞杆菌属。中 试结果表明：在水力停留时间6 - - 7 d ，源水叶绿素a 为1 6 3 , - - 2 6 6 1l lg t , 条件下， 人工介质对叶绿素a 的去除率达5 9 4 ，当进水总藻毒素t m c r r 和t m c - l r 分别为o 2 5 8 9 “g l 、1 0 4 0 7 ug l ，胞外藻毒素e m c r r 和e m c l r 分别 0 1 3 - - - 0 7 i ig 几、0 0 2 3 , - - 0 1 11 1g ，l 时，人工介质富集的微生物对总藻毒素t m c r r 、 第一章绪论 t m c - l r 和胞外藻毒素e m c r r 、e m c l r 的平均去除率分别为4 7 9 0 6 、9 6 8 ， 4 1 5 、7 7 。在纪荣平的另外一个中试实验中m 发现，在水力滞留时间6 - - 7 d ， 原水c o d 为4 1 7 9 8 8 m g l ，u v 2 5 4 0 0 9 - 0 1 3 m g l ，t n 3 3 5 1 1 6 m g l ，氨氮 o 2 2 , - - 5 1 9 n g l ，亚硝酸盐o 1 1 - 4 ) 9 4 m g l ，t p 0 0 8 - - 0 7 9 m g l 的条件下，人工介 质r z 富集的微生物对c o d u a 、u v 2 5 4 、t n 、氨氮、亚硝酸盐、t p 的平均去除 率分别为2 2 8 、8 6 、2 2 1 、3 2 4 、4 9 7 、6 0 7 。 ( 4 ) 植物修复技术 各种水生植物是水生生态系统的重要组成部分，它们在湖泊水体生物生产中 占有着极其重要的地位，是湖泊生态系统中物质与能量流的主要传递者，其种群 数量变动对湖泊生态及水域有着极其重大的影响。许多常见的水生植物都能够有 效地吸收水中的氮磷等营养物质，如芦苇、风眼莲、水葫芦、水花生等。这些水 生植物一方面可以直接吸收水中的营养物质，降低水中营养盐的含量，其根茎还 可以截留过滤一些污染物质；另一方面因为水生植物与藻类存在着生态竞争，可 以对藻类的繁殖有一定的抑制作用。通过水生植物的收割可以去除营养盐。张智 【4 7 1 等选用风车草、水芹菜、水壅菜三种高等植物进行水面种植，通过植物的吸 收和吸附作 1 。4 课题来源 随着我国城市经济的发展和人们生活质量的改善，对城市景观水环境的要求 也越来也高。天然湖泊、人工湖泊、人工河流的数量迅速增长。由于容易受到各 类排入污水、初期雨水以及植物枯叶、降尘、垃圾等的污染，城市景观水体一般 处于有机低污染水体，长期处于封闭或半封闭状态，水体不流动或流动缓慢，自 然复氧困难，生态系统单一，自净能力差。经过一段时间累计后，水体中的氮、 磷营养盐会大量积累，蓝绿藻异常繁殖，使得水体富营养化，水体透明度下降， 并且出现恶臭等现象，严重影响水体的景观特征。 我国湖泊的9 0 0 , 6 以上处于中营养或富营养状态，有效治理富营养化水体、去 除氮、磷等营养物及修复水环境生态己成为刻不容缓的重大课题。对于在已经形 成严重富营养化湖泊水体的治理及净化上，因其与城市污水等相比有机物、氮磷 等营养物浓度偏低且所需处理水量较大而不适合应用传统污水处理工艺。以往治 理富营养化水体一般采用物理( 清除底泥等) ，化学( 投加絮凝剂或化学药品) 等方法，这些方法在不同程度上存在费用较高、易对环境产生二次污染及效果难 9 以持续等缺点。因此寻找一种既能有效净化水体，同时能够改善水体生态环境， 且长效、低成本的符合我国国情的净化技术意义重大。 l o 第二章荔枝湖综合治理内容 第二章荔枝湖综合治理内容 荔枝湖位于深圳市中心区域福田区内，为人工建造湖，建成于1 9 8 3 年，湖 面面积为1 0 9 l 万平方米，有效水深1 5 米，平时蓄水量约为l o 万立方米。 由于多方面的原因，荔枝湖水污染比较严重，对公园景观和市民的生活质量 造成极大的影响。从1 9 8 9 年到2 0 0 4 年的1 5 年时间内，荔枝湖先后经过了3 次 大规模的治理，虽然取得了一定效果，但未能彻底解决荔枝湖的水体污染现状， 目前荔枝湖的污染相当严重，属于重一富营养化水体。 表1 - 12 0 0 3 - - 2 0 0 5 荔枝湖水质及评价 时间 t n1 1 p c o d 均值类型标准均值类型标准均值 类型标准 2 0 0 3 篮 2 6 7重一富劣v 类0 1 5富 v 类8 2富类 2 0 0 4 芷1 9 4富v 类0 1 2富i v - v 类6 4 4富v 类 2 0 0 5 薤 3 7 6重一富 劣v 类0 3 重一富 劣v 类 4 7 ( c o o e , ) 劣v 类 荔枝湖治理前水质状况照片如下图所示： 图1 - 1 荔枝湖绿色水体及悬浮物污染 ( f i 9 1 - 1t h eg r e e nl a k ew a t e ra n ds sp o n u f i o n ) 图1 2 荔枝湖湖面枯枝落叶与悬浮物 伊i g l - 2t h ed e a d w o o da n dd e f o l i a t i o no n l a k ea n ds u s p e n s i o n ) 荔枝湖于2 0 0 4 年展开了第四次综合治理，治理内容如下： ( 1 ) 截污工程 l l 广东工业大学工学硕士学位论文 图l - 3 荔枝湖深绿色水体图 ( f i 9 1 3 t h e d a r k g 1 w a 把l o f l i c h i l a k e ) 图l - 4 荔枝湖枯枝落叶污染 ( f i 9 1 4t h ed e a d w o o da n dd e f o l i a t i o no f i i c h il a k e ) 减少荔枝湖的外源污染。 ( 2 ) 补水工程 选用经济合理的补水方式，保持荔枝湖的蓄水量，在满足景观娱乐用水 要求的同时也起到改善湖水水质的作用。 ( 3 ) 臭气及箱涵出口垃圾清除 消除视觉、嗅觉污染，减少外源污染。 ( 4 ) 清淤、补漏、驳岸景观与园内点源污染治理方案 减少内源污染和湖水损失，改善园内景观。 ( 5 ) 荔枝湖内水质综合治理 目的是去除湖水中污染物，改善湖水水质，恢复荔枝湖生态平衡。 以上五项措施对荔枝湖水的改善作用以及措施之间的互动关系见下图。 图l - 5治理措施互动效应图 ( f i g l - 5t h ew a y sw h i c hw a t l hp o l l u t i o n c l l 锄妒删 第二章荔枝湖综合治理内容 2 1 截污工程 2 1 1 排水管网现状 目前，荔枝湖受污染程度已较重，由于污水管的错接及污水的乱排，在雨水 流入荔枝湖的同时，大量生活污水也通过雨水箱涵直接排入湖旱所造成的。汇入 荔枝湖截污管的污水系统主要有三个主箱涵，西面箱涵沿振华路从西向东穿过华 强路、华发路、燕南路、上步路，从荔枝湖西侧汇入荔枝湖截污管；背面箱涵先 沿红荔路从西向东穿过华发路、燕南路、上步路，再由北往南垂直红荔路，在荔 枝湖北侧汇入荔枝湖