（环境科学专业论文）原位生物生态组合技术改善景观水体水质研究.pdf

扬州大学硕士学位论文 曝气生物氧化工艺能够有效去除景观水体污染物且效果稳定，能够有效去除初雨 水污染物。装置在运行过程中具有水质改善效果稳定，维护费用低的特点，可广 泛推广应用于城市景观水体水质改善与生态恢复中。 关键字：原位生物生态技术景观水体初雨水溶解氧 仇丽娟原位生物生态组合技术改善景观水体水质研究 3 a b s t r a c t d e s p i t ea l o to fw o r kh a db e e nd o n ei nt h ew a t e re n v i r o n m e n tc o n s t r u c t i o n ，t h e s e m e a s u r e sf o c u s e do ne l i m i n a t i n gs o u r c e so fp o l l u t i o n ，b u tt h ew a t e rq u a l i t yd i d n tm e e t t h el e v e lp e o p l ee x p e c t e d t h a tw a sb e c a u s et h ec i t ys e c t i o no ft h ec r e e ks t i l lh a dt o r e c e i v et h ep o l l u t i o nc a u s e db yt h ei n i t i a lr a i n ，t h ee c o l o g i c a ld e t e r i o r a t e df o rt h eg a t i n g s t a g n a t i o na n dt h ew a t e rr e t e n t i o nc a p a c i t yw a sp o o r t h ei s s u eb a s e do nt h ei n - d e p t h i n v e s t i g a t i o no ff i v e rp o l l u t i o ni nu r b a ns t a t u s ，t o o ky a n g z h u a n gc r e e kw a t e rq u a l i t y i m p r o v e m e n ta st h er e s e a r c ho b j e c t , u s e dt h ec o m b i n a t i o no fi n - s i t ub i o - e c o l o g i c a l t e c h n o l o g yt oi m p r o v et h el a n d s c a p ew a t e rq u a l i t y b yb i o - e c o l o g i c a lt e c h n o l o g ys u c h a si n - s i t ua e r a t i o n b i o l o g i c a lo x i d a t i o np r o c e s sc o u l dr e m o v et h ep o l l u t a n t so ft h e l a n d s c a p ew a t e ra n dc a r d e db yt h ei n i t i a lr a i n a tt h es a m et i m e ，is t u d i e dt h er e l a t i o n s b e t w e e nl a n d s c a p ew a t e rd oa n dw a t e rq u a l i t ya n ds e n s o r yi n d i c a t o r s 砀em a i nc o n c l u s i o n sw e r ea sf o l l o w s ： f i r s t ，i n s i t ua e r a t i o n - b i o l o g i c a lo x i d a t i o np r o c e s sc o u l de f f e c t i v e l yi m p r o v et h e q u a l i t ya n de n h a n c et h ee c o l o g i c a lf u n c t i o no fl a n d s c a p ew a t e r d u r i n gs t e a d y - s t a t e o p e r a t i o n ，t h ea v e r a g er e m o v a lr a t eo fc o dw a s4 5 ，t h ea v e r a g er e m o v a lr a t eo f n h 3 - n ，t n ，t pw a s3 3 ，2 8 ，3 2 ，a n dt h er e m o v a le f f i c i e n c yw a ss t a b i l i t y d u r i n g s t e a d y s t a t eo p e r a t i o n , t h ea v e r a g er e m o v a l r a t eo fc o dw a s4 5 ，t h ea v e r a g er e m o v a l r a t eo fn h 3 - n ，t n ，1 1 pw a s3 3 ，2 8 ，3 2 ，a n dt h er e m o v a le f f i c i e n c yw a ss t a b i l i t y s e c o n d ，i na l l u s i o nt ol a n d s c a p ew a t e rd e t e r i o r a t i o nc a u s e db yh e a v yr a i n ，t h e e q u i p m e n tc o u l dq u i c k l yr e s t o r et h ew a t e rq u a l i t yt ot h en o r m a l b yt h r e et i m e s e x p e r i m e n t sw ek n e w , t h er e c o v e r yt o o ka b o u tt h r e ed a y sw h i l eg e n e r a l l yt h er i v e r w a t e rq u a l i t yr e s t o r e di n15d a y s w ea l s of o u n dt h a tt h er e c o v e r yt i m es h o r t e ri n s u m m e rt h a ni nw i n t e r , t e m p e r a t u r ew a sai m p o r t a n ti n f l u e n c ef a c t o r t h i r d ，i na l l u s i o nt ot h ep o l l u t i o nc a r r i e db yt h ei n i t i a l 曲，t h ei n n o v a t i v ed e s i g na t t h ee n do fg u l l yw a si n s i t ub i o - r e d u c t i o n ，i tc o u l dt a k eao b v i o u se f f e c to nt h er e d u c e o f 4 扬州大学硕士学位论文 t h ep o l l u t i o nc a r r i e db yt h ei n i t i a lr a i n m o n i t o r i n gr e s u l t ss h o w e dt h a td e v i c ec o u l d r e t a i n5 0 o ft h ec o d ，w h i l en h 3 - n ，t n ，t pc o u l da c h i e v ed i f f e r e n tl e v e l so f r e d u c t i o n ，r e d u c e dt h ei m p a c to ft h ei n i t i a lr a i n f i n a l l y , w ef o u n dt h a ta e r a t i o nt om a i n t a i nl a n d s c a p ew a t e rd o a ts o m el e v e lw a sa i m p o r t a n tm e a s u r et ok e e pw a t e rq u a l i t ya n ds e n s o r yi n d i c a t o r sm a i n t a i n e d b yc h a n g e d t h ea e r a t i o nd e v i c e w em a d et h ed oi nw a t e rm a i n t a i n e da td i f f e r e n tl e v e l s w ec o u l d s e et h a tw h e nt h ew a t e rw a sd om a i n t a i n e da t1 8m g l ，t h ew a t e rq u a l i t ya f t e rt h e s e c t i o nc o u l db em a i n t a i n e d ，a n dt h et r a n s p a r e n c yw a sg r e a t l yi n c r e a s e d w h e nt h e w a t e rd ow a sm a i n t a i n e dj u s ta t0 8m g l ，t h ew a t e rq u a l i t ya f t e rt h es e c t i o nd e c r e a s e d ， t h et r a n s p a r e n c yr e d u c e da n da tt h ee n do ft h ec r e e ke x i s t sn o t i c e a b l ed i f f e r e n c e s o l f a c t o r y t h r o u g ht h et r i a lr u na b o u t1y e a rw ec o u l ds e e ，i n s i r eb i o e c o l o g i c a lt e c h n o l o g y w a se f f e c t i v e l ya n ds t a b l e l yi np r a c t i c a lp r o c e s s ，t o o kao b v i o u se f f e c to nt h er e d u c eo f t h ep o l l u t i o nc a r r i e db yt h ei n i t i a lr a i n i n s i t ub i o l o g i ca n de c o l o g i ct e c h n o l o g ye f f e c t s i nt h ea p p l i c a t i o np r o c e s sw a ss t a b l e ，a d a p t a b l e ，w i t hl o wm a i n t e n a n c ec o s t ，c o u l db e w i d e l ya p p l i e dt o u r b a nl a n d s c a p ew a t e r q u a l i t yi m p r o v e m e n t a n d e c o l o g i c a l r e s t o r a t i o n k e yw o r d s ：i n - s i t ub i o l o g i ca n de c o l o g i ct e c h n o l o g y ；l a n d s c a p ew a t e r ；i n i t i a l r a i n w a t e r ；d o ( d i s s o l v e do x y g e n ) 扬州大学学位论文原创性声明和版权使用授权书 学位论文原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下独立进行研究工作所取得的研 究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表 的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 局呋丽娟 签字日期：知i o 年s 月引日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向 国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子文档，允许论文被查阅和借阅。 本人授权扬州大学可以将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、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学 技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向 社会公众提供信息服务。 一 学位论文作者签名： 石屯荫婚 签字日期： 厶l 口年j 月专le t 导师签名：卜卜嗖、迄 签字日期：砂l t ，年3 - - 月歹f e l ( 本页为学位论文末页。如论文为密件可不授权，但论文原创必须声明。) 仇丽娟原位生物生态组合技术改善景观水体水质研究 1 综述 1 1 景观水体的污染现状与成因 1 1 1 景观水体的污染现状 景观水体是指有景观功能需求的水体，是具有景观功能的水生态系统【1 1 。所谓 城市景观水体，是指以水体为中心的具有结构和功能整体性的生态学单位构成的 自然系统【2 1 。城市景观水体大致有以下四种类型【3 】：( 1 ) 小型的天然湖泊，如无锡 的太湖等；( 2 ) 人造湖泊，如各大中城市公园内的湖泊；( 3 ) 与房地产开发相配 套的人造景观湖；( 4 ) 各种景观用的河道。 随着经济的发展和生活水平的不断提高，人们对居住环境的要求也越来越高， 碧波荡漾、鱼翔浅底的自然水景成了人们的追求。为满足人类亲水的需求，许多 城市及其近郊建设了各种具有观赏、娱乐等功能的湖泊、水库、河道、景观水池、 小区水景等景观水体【l 】。城市景观水体多为静止或流动性差的封闭缓流水体，一般 具有水域面积小、易污染、水环境容量小、水体自净能力低等特点。因此小区水 景很容易成为居民生活污水、雨水及垃圾的受纳体，而天然湖泊则可能成为工业 废水的排放地，从而导致不同程度的污染，甚至发生水体富营养化严重影响周围 的自然环境和居民的生活环境。 近1 0 年来，我国7 0 0 多条河流( 总长1 0 万余k m ) q 丁，7 0 6 的河流受到污染， 3 6 的城市河段丧失服务功能【4 ，习；全国有9 3 的公园水体遭到不同程度污染，水 体黑臭及富营养化现象比较严型卅。上海市污染河道占8 7 9 2 ( 河长比) ，江苏 省污染河道占8 0 8 7 ( 河长比) ，浙江省污染河道7 2 7 9 ( 河长比) ，环太湖出入 湖河流9 2 受到污染，特别是太湖西北部入湖河道水质基本为v 类、劣v 类 7 1 。 由此可见我国水体受到污染的比例比较大，特别是包括景观水体在内的城市水环 境污染较为严重1 8 , 9 1 ，景观功能降低。因此改善城市水环境质量、恢复水体的景观 功能是城市水环境治理的重要任务。 2 扬州大学硕士学位论文 1 i 2 景观水体的污染成因 景观水体是一个由物理环境、化学物质和水生生物共同组成的复杂体系，景 观水体生态系统的结构和功能受到诸多因素相互作用、相互影响、相互制约【1 0 1 。 引起景观水体生境恶化和生态退化的原因是多方面的，有自然原因，也有人为原 因，其中自然原因的影响较慢长，而人为因素表现的更强烈，特别是近年来人类 活动增强，加速了景观水体环境质量恶化和生态系统退化过程。 受高密度人口及其高强度活动的影响，城市景观水体更易发生富营养化乃至 黑臭。因为它除了流入水质较差，还有城市其他特殊的污染源，归纳起来城市景 观水体的污染原因有以下几个方面： l 、大气沉降 大气沉降包括大气干沉降和大气湿沉降，其中大气湿沉降对水体的水质有很 大的影响，因为工业生产过程中向大气排放多种、大量的污染物，通过降水( 雨、 雪、冰雹等) 和径流携带进入城市河湖，包括颗粒态和溶解态的污染物质，如烟尘 和气态污染物( 如氨气、氮氧化物、硫化氢等) 。有研究报道【l l 】，城市河湖纳污负荷 中大气湿沉降约占5 1 0 。 2 、城市面源污染 城市尤其是中心城区不透水下垫面( 屋面、路面等) 的污染物比例都很高，人类 活动产生的大量污染物集聚在这些下垫面上，经大气降水及其径流冲刷并快速进 入景观水体。有研究报道f 1 2 , 1 3 1 ，城市( 特别是中心城区的商业区) 初雨水径流中 的c o d 、n h 3 - n 和t p 浓度均超过了地表水v 类水质标准。其中，主要机动车道 的初雨水径流中c o d 浓度最高可达2 0 0 m g l 1 4 1 。 。赵剑强、车武等人【1 5 , 1 6 分别调查分析了路面径流和屋面径流，发现路面径流 主要污染物平均浓度和典型生活污水污染物浓度相当，屋面初期径流的污染也比 较严重，主要污染物为c o d 和s s ；通过北京地面径流化学污染指标和城市市政 污水比较发现，除磷外，其它与城市污水基本相近，而总悬浮物及c o d 则远大于 城市污水【1 7 1 。 仇丽娟原位生物生态组合技术改善景观水体水质研究 3 、其他污染源 景观水体岸边植物落叶、花絮等进入水体后，不仅影响水体景观，也会恶化 水体水质。景观水体是游人观光游览的地方，但部分不文明的游客随意向景观水 体中丢弃垃圾和杂物，或随意投放鱼饵，某些小型餐饮机构产生废水暗排水体等， 也会对水质有一定的影响。 4 、设计不合理 许多景观水体( 如人工湖泊、池塘、河流等) 没有按自然生态理念进行设计 和构建，水体及其护岸硬化( 钢筋混凝土或浆砌块石结构) ，自净能力弱，加上外 来污染物的过多输入，随着时间的推移最终导致水体产生富营养化，导致水体发 黑、变臭，最终水体变得浑浊不堪，严重恶化了景观水体的水景观赏效果。 现有的景观水体在设计和构建中，过于突出水体的景观手法和表现效果( 重点 在岸边) ，而很少考虑水体净化的问题，为水质恶化埋下了隐患。出于节省用地和 水利安全的需要，许多城市景观水体的驳岸被改造成高耸、直立、硬化的防汛墙， 影响了水体的亲水性并破坏了水岸的自然生态结构和功能。 1 2 景观水体治理技术的研究和进展 目前，国际上修复和重建受损水体生态系统的重要性已越来越被人们所认识 并形成研究重点【1 8 , 1 9 】。本文就景观河道水体修复技术研究进行系统的总结和分析， 旨在为景观水体治理和修复提供科学依据。 改善受污染城市景观水体水质有多种途径，例如源头减量、源头治理、提高 人们的水消费观念、将污水收集后在城市污水厂进行处理等。但是，对于城市内 已污染的河段、沟渠、湖塘等就有必要采取一定的措施对其进行处理，加速改善 其水质，使受污染景观水体还清，例如成都府南河治理工程【2 0 】和上海苏州河治理 工程f 2 l 】。和给水水源水相比，城市受污染景观水体水质与城市污水属于污染水体 或重度污染水体。在污水处理技术日益发展的今天，处理此类污染水体的工艺很 多。目前国内外常见的城市景观水体水质改善技术主要有：物理法、化学法、生 4 扬州大学硕士学位论文 物生态法等。 1 2 1 物理法 ( 1 ) 外源控制 南京玄武湖是一个富营养化严重的小型浅水湖泊，从1 9 9 0 年开始实行外源控 制，进行工程截污，但截污后，湖区水质改善进程十分缓慢，死鱼事故依旧频频 发生，富营养化藻类生物量和种类组成亦未见明显变化【2 2 1 。 一些国家和地区还采取了“禁用或限用含磷洗涤用品的措施，美国、加拿 大、日本及西欧的一些国家根据各国水体富营养化程度，分别提出了地区性的“禁 用或限用 含磷洗涤用品的政策、法规，在一些地区己经有效地控制了地表水中 的磷浓度2 3 , 2 4 1 。我国太湖流域1 9 9 9 年1 月起全面禁用含磷洗涤剂，禁磷后的第一 年( 1 9 9 9 年) 与禁磷前( 1 9 9 8 年) 相比较，入湖河道的总磷浓度有所下降，由0 1 4 9 m g l 下降到o 1 2 4 m g l ，但2 0 0 0 年的监测数据却表明，入湖河道的磷浓度又上升至 o 1 7 5 m g l 。与1 9 9 8 相比，太湖湖水中磷浓度和富营养化指数均值1 ：9 9 9 年分别下 降了1 6 0 7 和3 2 9 ，但2 0 0 0 年却分别上升了1 8 7 5 和6 7 5 ；湖心区的总磷浓 度2 0 0 0 年较1 9 9 8 年上升4 5 。看来禁磷既不是主导入湖河水磷浓度变化的主要 因子，对太湖入湖河道磷浓度的影响并不明显，也不是影响湖体水域磷浓度和富 营养化程度的主要因子。 因此，只有从根本上控制了外源性污染，才能为内源性污染的治理提供可靠 保证。 ( 2 ) 底泥疏浚 污染水体的内源污染处理主要采用异位处理和原位处理两种技术【2 5 】。如底泥 疏浚是沿用最早，应用最广泛的一种异位处理技术，其目的是通过底泥疏浚去沉 积物中所含的污染物，减少底泥污染物向水体的释放，国内外均有采用该项措施 的成功范例。 如瑞典的t r u m m e n 湖，清除表层l i i l 厚的底泥后，水深增加1 1 1 7 m ，湖水的 仇丽娟原位生物生态组合技术改善景观水体水质研究 5 磷含量减少了9 0 ，平均生物量从7 5 m g l 减少至1 0 m g l 2 6 - 2 8 1 ；我国滇池草海疏 浚一期工程已经成功完成，疏浚污染底泥3 7 7x1 0 6 m 3 ，工程实施后共去除总氮 3 9 6 0 0 t ，总磷7 9 0 0 t ，清除大量潜在的内污染源，每年削弱氮、磷污染物分别是外 源治理工程的5 9 倍和7 0 倍；疏浚水体不再黑臭，水质明显好转，水体透明度由 原来小于0 3 7 m 提高到0 8 m t 2 9 1 。安徽巢湖底泥疏浚工程预期将去除有机质1 3 1 0 5 t ，总氮1 3 2 0 0 t ，总磷6 6 0 0 t ，届时将使巢湖水质得到明显改善【3 0 】。杭州西湖的 底泥淤积问题比较突出，其中富含n 、p 营养物质。通过底泥疏浚去除了大量氮、 磷等污染内源负荷，使得水质在疏挖后的一段时间内一定程度上减少了西湖n 、p 内负荷，使湖水得到很大的改善【3 。范成新【3 2 1 等人对城郊污染湖泊五里湖和玄武 湖底泥疏浚前后内源负荷模拟研究和现场样品采集分析的结果表明，疏浚可在短 期内使内源污染负荷得到一定程度的抑制，但由疏浚方法所造成的疏浚质量差异 将对底泥内源控制效果产生影响【3 3 j 。随着颗粒沉降、生物转化和动力扰动等生物 地球化学过程的持续作用，内源污染回复现象将有可能逐步出现，沉积物本底中 高的营养物和有机物含量对底泥界面过程和营养物再生起促进作用【3 4 】，疏挖底泥 的厚度也缺乏科学的依据。因此许多学者认为，疏浚底泥的治理工程与实施生态 工程相结合是治理富营养化水体的有效途径。 由于底泥厚度、密度和污染物浓度分布差别很大，故在施工前，应确定挖泥 量和挖泥深度。需要特别注意的是，底泥清除后，会对水底生态系统造成一定破 坏，必须对底部生态系统进行修复，包括水生植物修复、微生物修复、水生动物 修复等。 ( 3 ) 引水换水 当水体中的悬浮物( 如泥、沙) 增多，水体浑浊透明度下降，可以通过引水、换 水的方式稀释水中的杂质，以此来降低杂质的浓度。水体稀释也是一种改善水环 境的快速有效途径。太湖的梅梁湖泵站经过6 8 天时间的引水，五里湖水质可达到 稳定，各项水质指标明显的改善，c o d ，t n ，t p 分别下降3 8 5 ，2 7 7 ；4 9 4 t 3 5 1 。 惠州西湖从2 0 0 0 年开始每年补水5 1 0 6 m 3 ，加之底泥疏浚和外源控制大大降低了 西湖的污染负荷，t p 从0 2 6 8 m g l 下降到o 1 2 m g l ，t n 从4 9 3 6m g l 下降到 6 扬州大学硕上学位论文 0 9 2 m g l ，c o d 从1 1 6 4 m g l 下降到5 1 3 m g l t 3 6 】。当然，此法存在污染物向下游 转移的问题，所换水的受纳水体须具有足够的环境容量方可采用该方法。该方法 只适用于小型的景观水体，但由于水价的提高、保护水资源和解决问题的角度， 引水换水法不是一个经济可行的方法。 ( 4 ) 水动力循环 2 0 世纪6 0 年代后期，水体动力循环技术开始逐步用于水体富营氧化的控制和 水体水质的改善。它可以通过泵、射流或者曝气实现。通过水体循环，可增加水 中溶解氧，使污染物质氧化速度加快。根据需曝气水体水质改善的要求f 如消除黑 臭、改善水质、恢复生态等) 、水力条件( 包括水深、流速、河道断面形状、周边环 境条件等) 、水体功能要求( 如航运功能、景观功能等) 、污染源特征( 如长期污染负 荷、冲击污染负荷等) 的不同，人工曝气一般采用固定式充氧站和移动式充氧平台 两种形式。常见的人工曝气技术有：曝气船、深水充氧曝气、悬挂链曝气、射流振 荡曝气、微气泡纯氧曝气等。 德国在s a a r 河、英国在t h a m e s 河口、澳大利亚在s w a n 河的治理中均采用曝 气复氧船，取得了良好的效果【3 7 1 。德国在e m s e h e r 河、f u l d a 河、t e l t o w 河的治理 中分别建立的曝气设施采用纯氧曝气形式，通过管道式布气扩散系统对河道进行 人工充氧，有效地满足了水体的需氧要求【3 8 】。孙从军、张明旭等例对苏州河进行 的实验室人工曝气复氧研究和动力学分析结果表明：即使严重黑臭的水体，在有 氧条件下2 0 h 后臭味基本消除，水体颜色明显改观，c o d c ，、b o d 5 都有大幅度 ( 3 0 - - 一5 0 ) 降低。通过复氧，可以使天然水体逐步恢复自然的生态功能，最终达到 消除黑臭污染的目的。上海苏州河道治理采用曝气船对河道进行曝气复氧1 4 0 ，仅 用了4 5 d 就基本上消除了黑臭，并在一年时间内保持了张家洪的水质达到景观用 水的目标，即符合国家地面水环境质量标准中v 类水体的标准。 1 2 2 化学法 ( 1 ) 混凝沉淀 仇丽娟原位生物生态组合技术改善景观水体水质研究 7 混凝沉淀法的处理对象是水中的悬浮物和胶体杂质。沉淀或澄清构筑物的类 型很多，但是除藻率却不相同。例如用静沉池处理泰晤士河水时1 4 1 1 ，平均除藻率 为5 9 0 0 ，可是用它处理衣阿华河水时除藻率为3 7 ( 硫酸铝混凝h 7 ( 石灰软化) ； 应用澄清池处理波兰河水时【4 2 1 ，平均除藻率为8 5 8 6 ( 无预氯化) 和9 5 , - - 9 7 ( 预 氯化) ，并且浮游生物量也分别相应下降了9 3 , - - 9 6 和9 9 。水中的内源性磷对水 体富营养化具有很重要的作用，磷的沉淀可以延缓内源性磷从底泥中的释放。常 用药剂有c a c 0 3 、a 1 2 ( s 0 4 ) 3 、明矾等。研究表明阳删，升高温度、厌氧状态、酸 性或碱性条件能促进底泥磷的释放。因此这种技术最大缺点是易受p h 影响，一般 控制在中性条件下进行。混凝沉淀法具有投资少、操作和维修方便、效果好等特 点，可用于含大量悬浮物、藻类水的处理。 ( 2 ) 化学杀藻 用化学药品( 如硫酸铜和其他除藻剂) 控制藻类可能是最古老原始的方法， 化学药品可快速杀死藻类，但死亡藻类所产生的二次污染及化学药品的生物富集 和生物放大效应对整个生态系统的负面影响较大，而且长期使用低浓度的化学药 物会使藻类产生抗药性，因此，除非应急和健康安全许可，化学杀藻目前一般不 宜采用【4 孓4 7 1 。1 9 9 9 年昆明世博会期间，采用了生化、微生物和化学的“综合抑藻 法 ，在滇池草海进行了大面积开放性生产试验，湖水透明度明显提高，藻类数量 显著降低，水质感观和景观等均好于往年【4 引。此次应急除藻试验，为我国攻克湖 泊藻类泛滥难题积累了宝贵经验。 ( 3 ) 加药气浮 按照微细气泡产生的方式，可将气浮净水工艺分为分散空气气浮法、电解凝 聚气浮法、生物及化学气浮法和溶气气浮法( 真空式气浮法和压力溶气气浮法) 。目 前，应用较多的是部分回流式压力溶气气浮法，其处理效果显著而又稳定，并能 大大降低能耗。 上海盛大花园人工湖( 水域面积为8 0 0 0 m 2 ) 的补水为雨水和自来水，该人工湖 没有别的污染源，水质、水量较稳定 4 9 1 。它通过对水进行不断地流动循环曝气、 喷泉曝气充氧以及采用化学加药气浮工艺来去除水中滋生的藻类、其他固体杂质 8 扬州人学硕上学位论文 和磷酸盐，从而使整个水体保持良好的状态。运行结果表明，该工艺具有如下主 要优点：可有效去除水中的细小悬浮颗粒、藻类、固体杂质和磷酸盐等污染物； 气浮使水中的溶解氧含量得到了较大幅度的增加，有效地改善了水环境的质量； 易操作和维护，可实现全自动控制；抗冲击负荷能力强，对水质、水量的变 化适应性好。但是基建费用高，只适用于小面积污染的景观水体。 1 2 3 生物一生态法 生物生态修复是一项投资少，效益高，发展潜力大的新兴技术f 5 0 。5 2 】。从1 9 8 9 年美国阿拉斯加原油溢油事故治理开始，生物修复只有几十年历史。它是一种利 用特定生物( 特别是微生物) 对水体污染物的吸收、转化或降解，达到减少或消除水 体污染，恢复水体生态功能的生物措施。由于自然生物修复是完全依靠自然的修 复过程，这对多数生态遭到破坏的受污染水体来说，是远远不够的，必须采用人 工的生物修复技术。人工的生物修复技术包括原位生物修复技术和异位生物修复 技术。对于受污染的公园水体来说，适宜于采用原位生物修复技术。这里主要介 绍水生植物修复技术、微生物技术、微生物生态技术、人工绿地系统。 ( 1 ) 水生植物的修复 水生植物和藻类是湖泊生态系统的两大初级生产者。它与藻类竞争营养、光 照和生态位，具有较大的竞争优势，还能分泌出某些尚不知的它感物质，直接干 扰藻类的生长。水生植物的修复对富营养化水体来说具有极其重大的意义，它具 有低投资，低能耗，有助于重建和恢复良好水生态系统等优点，日益受到专家和 学者们的关注。童昌华、吴振斌等防5 6 】对水生植物净化受污染水体的机理及净化 效果进行了研究，取得了相应的成果。 ( 2 ) 微生物净化 微生物净化是水体生态系统平衡的一个重要特征。在未受污染的天然水体中， 存在着大量依靠有机物生存的微生物群体，它们或悬浮在水体中，或附着在河床 及其他载体上，或沉积于淤泥中。它们在与水中有机物接触的过程中，利用自身 仇丽娟原位生物生态组合技术改善景观水体水质研究 9 的新陈代谢功能，在有溶解氧的条件下，使在水体中呈溶解和胶体状态的有机污 染物被降解并转化为无机物，如水、二氧化碳和硝酸盐等，从而使水体得到净化。 投加微生物技术是直接向污染水体中接入外源的污染降解菌，然后利用投加的微 生物激活水体中原本存在的可以自净的、但被抑制而不能发挥其功效的微生物， 并通过它们的迅速增殖，强有力地钳制有害微生物的生长和活动，从而消除水域 中的有机污染及水体的富营养化，消除水体的黑臭，而且还能对底泥起到一定的 净化作用。目前国内外常用的有集中式生物系统( c b s ) 、高效复合微生物菌群( e m ) 及固定化细菌等技术。 ( g c b s c b s 技术是由美国c b s 公司开发研制的一种高科技生物修复技术。它能唤醒 水体中原有益微生物或激活被抑制的微生物，并使其大量繁殖，进而分解水中有 机污染物。它主要包括了光合菌、乳酸菌、放线菌、酵母菌等构成的功能强大的 菌团，利用向水体河道喷洒生物菌团使淤泥脱水，让水与淤泥分离，然后消除有 机污染物，达到消化底泥，净化水体的目的。重庆桃花溪在2 0 0 0 年3 4 月间曾使 用c b s 技术净化河水【5 7 】。结果显示，b o d 5 的去除率为8 3 1 8 6 6 ，c o d 的去 除率为7 4 3 8 0 9 ，氮的去除率为5 3 6 8 2 ，磷的去除率为7 4 3 8 0 9 ，净化 效果十分明显。 e m e m 技术是日本琉球大学教授比嘉照夫先生于2 0 世纪8 0 年代开发成功的一项 生物技术。e m 为高效复合微生物菌群的总称。它是一种由酵母菌、放线菌、乳酸 菌、光合菌等多种有益微生物经特殊方法培养而成的，在生长过程中，能迅速分 解污水中有机物，同时依靠相互间共生繁殖及协同作用，代谢出抗氧化物质，生 成稳定而复杂的生态系统，抑制有害微生物生长繁殖，激活水中具有净化功能的 水生生物。通过这些生物的结合效应，从而达到净化与恢复水体的目的。王琴、 李捍东等1 5 8 , 5 9 利用e m 对污水进行处理，向水面定期投放e m 菌液，b o d 5 的去除 率达7 0 7 ，c o d 的去除率在6 0 以上。 固定化细菌 1 0 扬州大学硕士学位论文 固定化细菌技术是选用某些有机物，按照一定的比例混合，在适当的温度和 适当剂量射线的辐照下，聚合成固定化载体。然后，采集、驯化形成具有某种净 化能力的优势菌群，再使之固定在载体。由于固定化载体提供的是具有良好微孔 结构的材料，构成了一种适宜于菌种生长、增殖的“微生态”环境，从而使菌种 对外界条件的变化具有很强的适应性。李正魁等【6 0 】应用固定化氮循环细菌技术对 富营养化湖泊修复的研究显示，固定化氮循环细菌技术能在被修复水体中人为营 造一种具有良好水气通道和硝化一反硝化微孔立体结构界面的微环境，从而大大 增加了水体的硝化一反硝化能力，使水体中过量的氮污染物被不断地去除。 光合细菌( p s b ) 光合细菌是一种在水系中生长的微生物，纯光合细菌菌体含有6 0 ( 质量分数) 的蛋白质，含量相当于酵母蛋白与鱼粉蛋白，同时还含有丰富的维生素和叶酸等。 由于光合细菌能利用光能和氧将微污染水或废水中的无机和有机碳源及其它营养 物质转化为菌体，从而能起到净化水质的作用。 投加p s b 是一种新颖的处理方法，具有工艺简单，无需单独建处理构筑物， 一次性投资省等特点。但投加菌种所需费用较高，处理费用相应会增加。同时由 于光合细菌属光能自养菌，不含有硝化及反硝化菌种，因此，光合细菌对微污染 水或废水中的有机污染物的去除率较高，但对氮、磷等植物营养物只能以c o d ： n ：p = 1 0 0 ：5 ：1 的比例去除，去除率相对较低。曹式芳洲等使用光合细菌和硝化 细菌净化湖水，使其有机物降低了6 0 。但是导致湖泊、塘水等缓流水体发生富 营养化的根本原因是由于氮、磷等植物性营养物的大量流入，而光合细菌不具有 脱氮除磷的特性，因此对于微污染水采用投加光合细菌的处理方法，不能从根本 上解决水体富营养化的发生。 ( 3 ) 微生物生态 微生物生态技术主要是通过调节污染物场所微生物的生存状况，从而提高土 著微生物降解有机污染物的能力。与微生物技术相比，采用无毒且不含外来菌种 的制剂已成为目前生物修复研究的一个发展方向。 生态护岸 仇丽娟原位生物生态组合技术改善景观水体水质研究 l l 护岸是水体和陆地的景观边界，是在特定时空尺度下，水、陆相对均质的景 观之间所存在的异质景观【6 2 】。在自然条件下，生态的动态系统多种功能主要表现 在：通道和廊道作用。护岸是水陆生态系统或水陆景观单元内部及相互之间生 态流流动的通道。过滤和障碍作用。在水陆景观单元之间生态流的流动中，护 岸犹如细胞膜，起着过滤作用【6 3 1 。护岸的障碍作用主要体现在植物树冠降低空气 中的悬浮土壤颗粒和有害物质，地被植物吸收和拦阻地表径流及其中的杂质，并 沉积来自高地的侵蚀物，使吸附在沉积物上的n 、p 、c a 和m g 等被有效截留。护 岸带的泥土、生物及植物根系等可降解、吸收和截留来自高地地下水中携带的大 量营养物质和农药。研究表明，1 6 m 宽的河岸带可使硝酸盐浓度降低5 0 ，5 0 m 宽的河岸带则能有效截留来自农田的泥沙和养分【6 4 1 。生态护岸坡面的多孔隙结构 形成不同流速带和紊流区，有利于氧从空气中传入水中，增加溶解氧，帮助好氧 微生物、鱼类等水生生物的生长，促进水体自净。环境作用。护岸把水体、水 畔植被连在了一起，具有自己特有的生物和环境特征，是水生、陆生、水陆共生 等各种生态位物种的栖息地。洪水和干旱在时间和空间上交替地出现，沿水岸带 创造了许多丰富多彩的小环境，为大量的植物、无脊椎动物和脊椎动物提供了生 存和繁衍的空间、场所，同时也是许多水生、陆生生物某个生活阶段的停留处【6 5 1 。 滇池、太湖也正在着手生态护岸工程建设。 人工湿地 湿地通常处于陆地生态系统和水生生态系统之间的过渡区域，它一般由湿生、 沼生和水生植物、动物、微生物等生物因子以及与其紧密相关的阳光、水分、土 壤等非生物因子所构成。处理水污染物的基本原理：人工湿地系统运行稳定后， 基质表面和植物根系生长了大量的微生物并形成了生物膜，污水流经湿地时，大 量的污染物被基质和植物根部截留，有机物则通过生物膜的吸附、吸收、同化及 异化作用而得到去除。同时，通过植物的收割，也将部分污染物从水中去除。湿 地系统中因植物根系对氧的传递释放，使其周围的环境依次呈现好氧、缺氧和厌 氧状态，通过硝化和反硝化可有效地提高湿地系统的脱氮能力。 人工湿地融合了自然净化和生物膜法优点，将污水净化、污水资源化及美化 1 2 扬州大学硕士学位论文 环境有机结合起来，因而被受到广泛关注。人工湿地自2 0 世纪7 0 年代作为一种 新型的污水处理工艺蓬勃兴起以来，在欧洲得到推广应用，在美国和加拿大等国 得到迅速发展f 6 6 - 6 9 1 。我国于“七五”期间才正式开始较大规模的人工湿地研究， 我国第一座规模最大的人工湿地为深圳白泥坑人工湿地，处理规模达3 1 0 0 m 3 d ， 之后北京的昌平、天津、深圳、武汉和成都等陆续建立了人工湿地试验基地 7 0 , 7 1 】， 湿地的生态服务价值较高。田刚等人对北京市人工草地与人工林木、人工景观水 面与人工湿地的生态服务价值进行了估算和对比分析，结果显示北京地区的人工 草地和人工景观水面的生态服务价值皆为负值，而人工林木和人工湿地的生态服 务价值较高，所以种草不如种树，造水面不如建湿地【7 2 】。且人工湿地其对污水的 净化效果也已得到证实：已有研究结果显示，对b o d 5 、c o d 、s s 、t n 和t p 的 去除率分别为8 5 9 5 、 8 0 、 9 0 、 6 0 和 9 0 ，对污水中的藻毒素和酚酸 酷的去除率分别达9 0 和9 9 9 5 ，对苯二甲酸二丁酪( d b p ) 亦有较好的去除效果。 各种修复技术的优势与特点如表1 1 所示。 表1 1 不同修复技术的优势与特点 名称分类优点缺点存在问题 物理外源控制短期效果好投资大，治标不治( 1 ) 底泥疏浚较难确定 法底泥疏浚 本 挖泥量和挖泥深度：( 2 ) 引水换水曝气方式的选择与景观 水动力循环效应的协调 化学 混凝沉淀 短期效果好治标不治本，费用 ( 1 ) 难以确定化学药剂 法 化学杀藻高，不已长期使的适当投加量；( 2 ) 使用 加药气浮用，知识一种应急不当会引起二次污染 技术 生物水生植物修复( 1 ) 费用少，人( 1 ) 周期比较长，( 1 ) 由于大多数水生植 一生微生物净化为管理控制少；受自身水环境的物冬季代谢活动减弱，如 态法生态护岸( 2 ) 环境影响小，制约；( 2 ) 净化效何保证低温下生物修复 人工湿地 副作用少；( 3 ) 能果受季节变化影效果；( 2 ) 微生物技术易 持续发挥和强化响；( 3 ) 微生物不受低温影响，并且对原生 净化作用；( 4 ) 与能讲解所有进入态系统构成威胁；( 3 ) 采 水经管功能相结 水环境的污染物用湿地技术需占用一定 合，更加亲近自然的土地资源，其净化效果 受多种因素影响，如温 度、p h 、流态、水力负荷 仇丽娟原位生物生态组合技术改善景观水体水质研究 1 3 当前，受污染景观水体的修复技术主要有截污、减污和除污技术。截污技术 主要为了控制外源性污染，从而为控制内源性污染创造了有利条件。减污技术是 指底泥疏浚技术、水动力循环技术和一些化学修复技术，但这些在某种程度上只 能作为辅助性的措施，治标不治本。而生物生态修复技术才是具有广阔发展空间 的技术，尽管它存在一定局限性，却具有投资少，对环境影响小，永久性消除污 染物等其他技术无法比拟的优点。由于景观水体是小水域系统，对于一些河流、 湖泊的污染治理方法只能吸收借鉴。各种修复技术都有自身优点和缺点。依靠单 一技术处理受污染水体，往往效果不佳。虽然我国各景观水体污染情况不同，但 是根据具体条件，扬长避短，采取以生物一生态为核心多种技术的优化组合方法 将成为今后景观水体污染治理的一个较好发展方向【3 l 】。 1 3 课题研究的意义 近年来，经济社会飞速发展，城市化进程加快，大量城市污水直排河道水体， 加上大量污染物的倾倒，造成水体污染不断加剧，水质恶化，水体恶臭。城市水 环境质量的下降，由此引发了一系列的环境问题，不但危害人体健康，而且造成 一定的经济损失，制约了城市的发展【7 3 ，7 4 1 。其危害可概括为： ( 1 ) 景观水体水质恶化严重影响了游人和周围居民的身体健康。扬州市区内 大小景观河道和湖塘水体遍布，景点分布与住宅小区依水布设。由于人与景观水 体近距离接触甚至直接接触，景观水体水质好坏势必直接影响到人的身体状况， 作为