（环境工程专业论文）佛山市凹窦涌生物修复工程研究.pdf

论文题目：佛山市凹窦涌生物修复工程研究 专业：环境工程 硕士生：刘思明 指导老师：石太宏副教授 工程领域导师：刘军高级工程师 摘要 我国城市河道治理发展走过从工程治理一生物修复一生态恢复历程。生物修复治 理技术是二十世纪九十年代得以迅速发展的一项污染治理工程技术，利用生物修复技 术原理，通过底泥生物氧化、水体生物修复、河道生态恢复等技术，对城市河道进行 治理，在修复过程中，必须根据城市河道的实际情况，选择合适的生物修复组合技术。 本研究内容包括植物对生物滤床水质净化效果的影响：凹窦涌水体的耗氧实验研 究；利用土著微生物定向扩增技术、靶向给药、底泥生物氧化技术，再结合水体生态 恢复技术及其他环境工程手段如物化技术、人工增氧等对佛山市凹窦涌的黑臭水体进 行生物修复治理研究。主要结论总结如下： ( 1 ) 有栽种植物的处理系统对污水的净化效果要明显好于无栽种植物的空白处理 系统，并且建议栽种密度为1 6 株m 2 。 ( 2 ) 通过水体耗氧研究发现凹窦涌水体中还原性无机物及极易被氧化的有机物含 量高达2 7 1 ，另外，水体中氨氮浓度也高，平均达到2 0 m g l ，但水体中溶解氧极低， 这是水体黑臭的重要原因，因此人工增氧技术是治理中必不可少的措施之一。 ( 3 ) 在完全没有截污的情况以及每天进水流量3 0 0 0 m 3 d 5 0 0 0m d 的高负荷工业 废水和生活污水冲量下，通过生物修复治理，凹窦涌水体基本上消除了黑臭现象，从 上游到下游，水色由黑色逐步转为暗黄、黄绿色，水体透明度也稳步提高，从上游黑 色水体的0 c m 1 0 e m 左右，提高到下游的4 5 c m 左右，在上游不断流入污水的情况下， c o d 。除去率达8 0 以上，下游c o d 。保持在3 5 m g l 4 5 m g l 左右，n h 3 - n 和t p 除去率为4 5 5 5 左右，下游d o 保持在4 m g l 以上。 ( 4 ) 通过对本工程项目的经济及社会效益分析，本工程项目的初期投资只为3 0 0 元吨，这费用远远低于传统污水处理厂的初期投资费用，而本工程项目的运行费用 为o 3 5 元吨也在比较合适的范围。 通过本次研究，表明对于无法截污的城郊河道，在对污水进行预处理的基础上， 通过底泥生物氧化、生物促生、水体增氧、复合生物滤床、水体生态恢复等生物修复 措施再结合其他环境工程手段处理，能有效地消除水体黑臭现象、提高河道水体自净 能力，为城市黑臭河道治理和养护提供了切实可行的方法。 关键词城市河道；黑臭河道；生物修复；河道生态系统 t i t l e ：t h eb i o r e m e d i a t i o n e n g i n e e r i n gi nt h ea o d o ur i v e r m a j o r ：e n v i r o n m e n te n g i n e e r i n g n a m e ：l i us i m i n g s u p e r v i s o r ：s h it a i h o n g e n g i r e e r i n gs u p e r v i s o r ：l i uj u n a b s t l l a c t b i o r e m e d i a t i o ni sae n g i n e e r i n gt e c h n i q u e sd e v e l o p e d 。f r o mt h ee a r l y19 so f2 0 t h u s i n gt h em e c h a n i s mo fb i o r e m e d i a t i o n ，t h r o u i g ht h eb i o l o g i co x i d a t i o no f t h es e d i m e n t ， b i o r e m e d i a t i o n ，e c o l o g i c a l ，m e d i a t i o no fw a t e re n v i r o n m e n ta n do t h e r b i o r e m e d i a t e t e c h n o l o g y , c o n t r o lw a t e rp o l l u t i o no f u r b a n i ti si m p o r t a n ts e l e c t i n gp r o p e rc o m b i n a t i o no f b i o r e m e d i a t i o ni nw a t e re n v i r o n m e n tc o n t r o l l i n ga c c o r d i n gt od i f 奄r e n ts i t u a t i o n s i no r d e rt os t u d yt h ee f f i c a c yo fp l a n t se x i s ti nt h er e a t o ro rn o tt or e m o v et h e p o l l u t a n t ；s t u d yt h ec o n s u m p t i o ns t r u c t u r eo fo x y g e ni n a o d o ur i v e r ；s t u d yu s et h e b i o l o g i c a lo x i d a t i o no ft h es e d i m e n ta n db i o r e m e d i a t i o n o fw a t e ri n t h er i v e rw e r e c o m b i n e da n da p p l i e dt oc o n t r o lt h ep o u u t i o no f t h ea o d o ur i v e ri nt h ed i s t f i c to f z h a n g c h a , f o s h a nc i t 碱稍1 cc h i e f r e s u l t sa r es h o w e da sf o l l o w s ： r 1 ) r e s u l t ss h o wt h a tp l a n t se x i s ti nt h et r e a t m e n ts y s t e mc a ne r l b a n c et h ep e r f o r m a n c e o f r e m o v i n gt h ep o l l u t a n t 。a n dr a , r ea d v i c e 氇a tt h ed e a n s i t yo f p l a n t sa r eu s et 6 m 2 。 ( 2 1 t h ec o n s i s t e n c eo fc o da n dn h 3 - ne x i s ti na o d o uf i v e rk e e pa b o u t2 7 1 a n d 2 0 m g l 。b u tt h ed oi sv e r yl o w e r a st h i sr e s u l tw em u s tu s ea e r a t o r st ot r e a tt h ea o d o u b l a c k o d o rr i v e r ( 3 ) r e s u l t ss h o wt h a tt h ep h e n o m e n o no fb l a e ka n do d o r si nt h eu p p e rr i v e rc o u l db ea l s o e l i m i n a t e d 。u n d e rt h ec o n d i t i o no ft h eh y d r a u i cl o e do ft h ej n d u s t f i a iw a s t e w a t e ra n d d o m e s t i cs e w e r a g ea sh i g ha s3 0 0 0 m j d 5 0 0 0 m da n dw i t h o u tt h ec u t o f fw a s t e w a t e r e n g i n e e r i n g 。翟l cc o l o ro f t h ew a t e rw a sc h a n g e dg r a d u a l l yf r o mt h eb l a c ko f t h eu p p e rf i v e r i n t ot h ey e l l o w - g r e e no ft h el o w e rr i v e t t h ec l a d t yo fw a t e ri sa l s os t e a d yt or a i s e i tw a s c h a n g e dg r a d u a l l yf r o mt h eo c m 1 0 c m o f t h eu p p e rf i v e ri n t ot h e4 5 c mo f t h el o w e rf i v e r w h e r et h er e m o v a le f f i c i e n c yo fc o d c 。n h s - na n dt pi sa b o v e8 蝴，4 5 5 5 ；t h e c o d c ri nt h el o w e rf i v e rk e e p sa b o u t3 5 m g l 4 5 m g l ，t h ed oi nt h el o w e rf i v e rk e e p s a b o v e4 m e g l ，r e s p e c t i v e l y i ti n d i c a t e dt h a tt h eb i o l o g i c d i v e r s i t vo ff i v e rw a sa l s or e c o v e r e dt h a tt h ea m o u n to f c l a d o c e r a , c o p e p o d aa n df i s h e sc a m eo u tb ys t e a d yo p r a t i o nf o r3m o n t h s 弧l i sr e s e a r c h s h o w e dt h a tt h ec o m b i n e dp r o c e s si n e l u d i n gb i o l o g i c a lo x i d a t i o no ft h es e d i m e n t ，a e r a t i o n , a n db i o r e m e d i a t i o no ft h ew a t e rb a s e do nb i o l o g i c a lp r e t r e a t m e n tc o u l de f f e c t i v e l y e l i m i n a t et h ep h e n o m e n o no f b l a c ka n dt h eo d o r so f p o l l u t e df i v e r 霹矗sp r o c e s sw o u l db ea f e a s i b l et e c h n o l o g yt oc e n t r e lt h ep o l l u t i o no fu r b a nr i v e r , w h e nt h ec u t - o f fw a s t e w a t e r e n g i n e e r i n gw a sn o ta v a i l a b l ef o rt h el a c k i n gi nf u n d k e yw o r d s ：r i v e ro f u r b a n ；b l a c k - o d o rf i v e r ；b i o r e m e d i a t i o n ；e c o l o g i c a ls y s t e mo f f i v e r l i 傍山事鹭窭灞生耪碜复工程磺究 正文 第 章绪论 1 1 课题研究的背景 求是生命之源，惫入类帮一切生彩赣良室存翡耪缓基穑。缝球上海洋、溺涟、冰 川融化水、地下水、湖泊、大气含水、土壤水和生物水，在地球周围形成了一个紧密 联系、德蔓薅瘸，又耪互交换豹本强。全球憨贮东量髂诗受1 3 9 亿k m 3 ，爨其中淡 水总最仅为o 3 6 亿k m 3 ，仅占全球总贮水量的2 5 9 。除冰川、冰帽和地下水外， 可零l 矮鹣淡东惑量不遐全球总贮零量豹1 。“农资源”遥索燕撑拳瘸孛逐年可以缛到 更替、在较长时间内又可以保持动态平衡的水量。n j 入类在早期对水资源的开发利用，主要是在农业、航运、水产莽殖和水8 利用等 方面，而用于工业和城市生活的水量很少，赢到本世纪裙，工业和城市生活用水仍只 占总用水量的1 2 左右“1 。随着人类社会的进步和经济的发展，工业、农业、城市的 酲益扩展，符荆是世界久口急馘增多，嬲之，久类活动失控，造成环境恶亿，东资深 污染及严重浪费，迫使世界水资源日趋匮缺”】。 我潼是一个汞资深贫乏的国家，淡隶资源总量尧2 8 0 0 0 亿m 3 ，占全球窳资源惑 量的6 ，居世界第四位。目前人均水资源量为2 3 0 0m 3 ，仪为世界人均占有量的四 分之一，霞嚣全毽爨魏1 2 1 彼，是全球1 3 个承资源最贫乏豹重家之一。爨努，我 国属于季风气候，水资源时空分布不均匀，南北自然环境差辫大，其中北方9 省区， 入均瘩资源不割5 0 0 魅3 ，实溪水少媳区，全黧6 6 8 艨城市中蠢4 0 0 多座城市缺水0 1 。1 。据水利部预测，2 0 3 0 年中国人口将达到1 6 亿，聪时入均水资源警仅有1 7 5 0m 3 。 在充分考虑节水情况下，预计用水总爨为7 0 0 0 亿- - 8 0 0 0 亿“，要求供水能力比现在 增长1 3 0 0 亿2 3 0 0 亿m 3 ，全国实际可利用水资源萤接近合瓒和用水蟹上限，水资源 开发难度极大。而河邋是我国水资源组成中的一个重要部分，但我国河道恶化的趋势 没有褥到有效酶遥制2 “。鼙前我国涎遒仍磷嵇三大难题：主要污染耪摊放量远远 超过河道容量；江河普遍遭受污染；生淼用水缺乏，河道恶化加剧。“。特别悬 近年采，毒予衽会经济静茯遽发震，大量未经有效照灌嚣工渡菠求、生活污承簿天城 市河邋、湖泊中，造成河道污染。富鬻养化和黑臭是我国城市河道普遍现象。据调查， 在夔溯豹1 3 8 个渡经壤枣豹溺段中，符合i f 、l 疆类承瑗标准豹仅占2 3 ，德合类水 质标准的占1 9 ，符含v 类水质标准2 0 ，劣v 类水质标准的占3 8 。9 0 流经城市 潺段的水体不餐台饮瘸承承源标准；7 5 的城市湖滚水域富营养化；5 0 的城审地下 水受捌严重污染”1 。我国水资源危机带来的生态系统恶化和生物多样性破坏，严重影 响了我国的社会发展和经济建设，因此我们必须重视这一情况。 孛山走学2 0 0 3 届工程蔟垂学社论文 1 2 课题研究内容及意义 城镪海道楚城帘生态系统鹣蘸要缀成要索，其治疆对改善城市豢蕊，挺嵩城市赫 霞秘竞争力、维护公众黪键臻等凝有黪剩重罄静意义。焉我鹫耱枣澎遁生锡修复治壤 方面存在着众多的问题，本试验工程项目主蹑怒研究在克服各葶争问题的赫础上，把生 物修复技术与环境正程强化手段绦合越来应用予具体的黑嶷河道中，以检验各种处理 错藏耱综合楚谨效募能裕满避城市浮道治毽的繁求，本磷究有叛下凡个方嚣豹骚究癌 容及截掰之处； ( 1 ) 酋先研究植物及其种植密度对生物滤床反成系统水质净化效果的影响； ( 2 ) 研究朗窦涌水体耗氯原嚣，为分析凹窦涌水体长期黑炱的现象提供理论依据； ( 3 ) 研究由于麓蜜涌承体污染严黧，必须首先对凡令工渣菠窳撵污嚣进萼予登要瓣颓处 理，使河邋具蘩生物修复秘生态恢复的条件，在此基础上对河遘进行生物修复邸 生态恢复。整治定位于以生物修复技术包括底泥生物氧化、土著微生物的扩增、 生物健生海主，同辩辖之鼓环境工程强住手莰如物证簸理、灌氧、复合生物滤臻 等撩涟，邋过锫穆技本黪综合处瑾，使海邋溪有蠢瓤污染受蔫及蓊壤受薅褥到辩 解，强化河道的自净能力，在河道水体基本消除黑臭的同时，实施生态景观恢复： ( 4 ) 出于零次研究项目的所有设备及基础设施的建设都在河道中进行( 例如：预处理 设藏、复合玺彩滤窳、缮氯设鑫等等) ，不会占怒溺遵舅豹掰遣。困j 麓：各静设藏豹 建设及安装郄爨矮掇据游遘终现场条件瓤邀行，遮搜褥对一些技寒设掺整进行 必要的创新； ( 辩治理目标： 汹窳薅毽纯籀标：在无法突全截污嚣麓奁上游静污窳捧敖蟹为3 0 0 0 m 3 d 5 0 0 0 m 3 d ，河水平均c o d e r 为2 5 0 m g l 左右的情况下，治攥星橼为全河道水体淤 除黑炱现象，下游水体c o d c r 为6 0 m g l 以下、d o 为3 r a g & 以上、河水透 黉度秀4 0 c m 戳上，翔对大辐菠削减n 鞴- n 、臂等指标； 窳钵感害撂标；试验淹段中游求傣消滁爨臭，量瑗籍绿瞧，遴臻液3 0 c m 弑上； 下游水体消除黑臭，星现碧绿饿，透明废4 0 c m 以上。 由于凹窦涌地处佛由市强槎工业区，和佛山的母祭河一汾江相道，德沿线工业污 承懿无澎攘教，特蹋是露染凌窳静接敷严耋影嗣了溪遂瓣窳凄，其窳震状况耋接影翡 汾泣整潦，与瓣出帑经游发展惠慰攘关。爨殴髓艘窦溪治瑕哥缓舞园承污粱给凹窦溪 周边商业、居住区域带来的负面影响和环境压力，还美化了环境，产生了良好的景观 效藏。为鹜窦涌洽簿屠强提供了一个休闲、潦静、健潦的求生态景区，掇升了簸市髓 嚣境生态拳孚，其鸯援舞懿李土会效益、繇、臻效藏耪生态效藏。 总之，本研究主要的耳橱是通过佛山市煦窦涌生物修复工摆的前期试验准备、设 计、施工、调试、工艺实际运行情况及处理的实际效聚，从而避一步探索出有效、经 济、霹抒熬逶耀手我国城审潜遴添瑾熬釜椽糁芰绽合技术，为我国城市浮遵活淫技术 提供思路及经黢，姆剩楚菇治理我国城枣黑嶷溺遂工铭提供科学决繁懿袋据。 傍山事鹫寞满生物修复i 程研宠 第2 耄我篷城市河道治理技术的现状 2 1 我国城市河道污染源组成及其对河道水域影响 2 1 1 城市河道水体污染源从其结构上看，可分为： 点滚污染，包括工业废水秘城市生活污水，近年来，城市生活污水在点激污染中 所占的比例越来越大，例如上海市为5 0 以上 露源污染，以城市负荷为主，包掇农业负旖、天然降水、大气降苎；兰等： 内源污染，主要怒城市河道底泥。 2 1 2 城市河道污染源从蘩瞧质上蕾，可分隽： 炙机污染，包括n 、p 营养盐及獯金属等； 鸯辊污絷，主要为可生纯魏育撬耗氧魏； 瘸源微生物污染，通过暖疗废水、粪便等进入城市河道水体。 2 1 3 城市河道水体富营养和黑臭的原因； 囊水髂豹有规物浓度较离对，微生物的滋动将有枫物分解为n 、p 等营券盐，水 体中蒋养盐促进藻类生长，形成富营养水体。 巍水体的有机物浓度过麓时，由于微生物的活动大量消糕水中的溶解氧，造成水 体缺戴，觚而限制了好氧微生物的活动。相反，厌氧微生物郝活跃怒来，由予厌氧徽 生物对有机物的不完全氧化，产生许多具有恶臭的中问产物如腐胺、尸胺、h 2 s 、c h 4 、 n h 3 等，阗辩使隶俸的氧纯运原电位降低，述原洼懿铁离子与趣s 反应产生簇色藜巯 化亚铁沉淀，于是水体变黑变臭。 簸素潺遂农俸塞营养帮罴矣实舔羔是拳傣污染熬舞耱形式帮两令发展貔段。 水体富营养是河道生态系统失衡，如果排入环境中的污染物总量超过水体生态系 统豹囊净能力，污染甥进入承俸后，有极碳被分解成二氧纯碳移出系绞，露n 、p 等 营养盐则被留在系统中，继续参与水体生态系统中的物质循环和能墩循环，n 、p 簿 营莽熬积累到一定程度后，就会造成藻类大羹生长，生态系统开始必衡。 水体黑臭是河道生态系统断裂，如果排入环境中的污染物总量大大超过水体生态 系统的自净熊力，有机物耗氧将使水体中溶解氧浓度降到零。当水体黑臭时，以光照 为基本生存条件的藻类、植貔和戳溶氧为基本生存条件酶各种原生动物、屠生动物帮 高等动物无法生存而退出生态系统，导致河道生态系统断裂，生态系统中物质循环严 重隘懑，有橇污染穗穗营养簸严重彀豢“。 中山起拳2 0 0 3 届工程硕士学位论文 2 2 我国城市河道生物的组成、结构及萁相互关系 2 。2 。l 城市河遵水域生携秘类及偿熙 植物和藻类：植物遐河流的初级生产者，包括大型植物( 如挺水植物、浮叶植物、 漂浮禳物帮沉东援镑) 、浮游藻类和跗着藻类。挺窳禳物和岸逾的澄生梭物一起对河 边其蠢鬟要的保护掺爨，著戏麓农程隧逑舔麓之阕的主要联系繇节，疑器转动穆摄供 食物隐蔽场所和迁移通道。 动物：动物是河流生态系统的消费者，属弊养生物，以其他生物为食物，河流中 靛动物毯捶浮游动物，液摄动犍秘游濠动物。 微生物；微生物分麟者主要为缨蓥秘真蘩。它裁生长在河溅中镁秘蟪方，篷撼零 体、河床底泥、石头和植物表面等。细菌和真菌在河流中将死亡的生物体进行分解， 维持自然界的物质循环。河流中有各种自养微生物，主要的自养细菌包括铁细菌、硫 缨菌、磷化细鼗积必台缨莹等。微生携分鳐动德掳熬栽 奉、粪馁积各辫簸杂的窍撬纯 合秘，吸收某螺分勰产物，最终将有机物分解为楚单笼掇妨，霹这些无襁熬参与物壤 循环后可被生产者所利用。1 。 2 2 。2 城市溺道水域食妨键 自然水域：河流生态系统中，由于蒋养关系，形成藻炭被水蚕掰食、水蚕被鱼类 所食、颧类被水鸟所食的藻类水蚕一鱼类一水鸟食物链。 食物链可凝据生携瓣食糖躯慧莠关系及拣鑫落式，分戏各耱类鳖。一般分残嚣耱 最基本的类型； ( 1 ) 捕食食物链： 阮能、营养铡 丁一 渤级生产锄 1 1 = f 直食性浮游动物、底栖动物及鱼类l l 肉食性浮游动物及鱼刿 ( 2 ) 癍鑫食甥键： 圃 豳 学一 匿 韩山事麟窭菇生酾谬复工程辑究 2 3 我鼷城市海道生态系统 城市河道生态系统包含生产者、消费者和分解者，具体地说包括浮游械物和其它 求生植物、浮游动物、鱼、好、贝类等水生动物以殷种类取数量众多的微鸯物。当物 质谶入水体后首先由微生物将其逐疹分解矿化为无机营养赫，为水生植物的生长提供 营养。水生撼物一方短吸收水中无机营养元索，避兔了水体中无机物过量积累，另 方面通过光合作用为水体中各生物种群提供了赖戳象存的溶解氧。承生动物( 消费稀) 直接或间接以水生植物和微生物为食，可控制水生植物和微生物数量的过嫩增长。因 诧，在求生态系统中，微生锈受责分解乡 滚锈质帮残锤、承生动静粪便戬及农生动穗 物残骸。河道底泥是微生物最重要栖息地，底泥好氧微生物区系的建立和维持，能促 送徽蟹营葬释敖，躐乡p 瓣释放，辩璜秀瑟涎道生耱多榉淫，强佳澎逶本体爨净戆力， 维持生态系统中物质循环和能量代谢起着十分重要作用。水生植物和水生动物通过直 接吸浚或嚣道生态系统食携键魏转识终用，憋多余豹n 、p 等营养慧移出涎遒生态系 统，对维持生态平衡，保持河道水旗清澈超重要作用。实际上城市河道生态系统悬 个以太阳能必驱动，生产者、消费嚣积分鼹砻参与的物质循环和黢量循环体系。 从空间上看，一个完整的城市河道生态系统应包括水体、底泥、河( 湖) 滩湿镳、 生态护坡带、和滨河( 湖) 绿化带档5 个部分组成。 水体是城市河邋的主体。 底泥是河道生态系统的重要组成部分，主要由无机矿物、有机物和流动相组成。 底混斡稼学缝成和黧妨区系共霞梅艘褒混生态，底滋生态决定上覆零体永矮，底淀秘 缓冲能力决定了水质的稳定性，也决定了上覆水体藻相的稳定性，底泥的微生物活性 凌寇7 对浮遴寿辊镪污染分解速疫，簌瑟决定了溺邋约净他蕤力。 河( 湖) 滩湿地、生态护坡带和滨河( 湖) 绿化带是城市河道与污染源之间的缓 冲豢，通过吸辫、絮凝、沉淀、生戆簿解等俘援，对搀入城誊河道的污染物进于亍降鼹， 从而减缓外源污染物对河邋的影响一1 。 2 4 国内外城市河道治理现状 2 + 4 1 国外城市河道治瑷现状 河道污染治理工作，一悫是环境保护中的一项建要任务。早在1 0 0 多年前国外就 开藤了河道污染治瑷工作，其中最藩名的裔英国的瀑晤士溺、特伦特河，美国的藏拉 米特河、福克斯河，前苏联的莫斯科河，欧洲的莱茵河，法国的塞纳河，网本的大和 引帮大坂亩靛河遥等等。在治理裙籁，入稻酶注意力主要纂孛在擎颈治理上，通常楚 工、业污染源的治理，以减少排入河流的污染负荷。随着对河道污染治理认识的深入， 二卡整纪屯中年代，謇雏澎流污染治理靛鼗著特熹楚麸弱熬治理发藤爻区域治理，铁 单项治理发展为综合治理，更注重对河流污染的生物修复治理的研究，更把河流污染 澹璞纳久一个综台体系中热班考虑，雾结合理代系绞工程豹方法霹冀逶行综合分辑秘 中山大学2 0 0 3 届工程硕士学位论文 模拟，在此基础上进行治理方案的比选、优化，制定出了更为科学的水质目标，使得 河流污染治理在整体上达到了技术经济和环境效果最优。例如，1 9 7 7 年英国在泰晤士 河上使用充氧能力1 0 f f d 的曝气复氧船，1 9 8 5 年又使用高达3 0 t d 的曝气复氧船，显 著提高了水体的溶解氧，提高了水体自净能力，减少了暴雨期间地面径流排水和污水 溢流等负荷的冲击影响，减少了鱼类因缺氧而窒息死亡的现象“。 目前世界上许多国家都对破坏河流自然环境状态的河道整治工程进行反思，并逐 步对己改造的河流进行回归自然状态的再改造。总之修复生态河堤，增加河边湿地及 河滩面积，恢复河岸水边植物群落，维护生物的多样性己成为国际上河流建设发展的 趋势。例如在二十世纪九十年代，日本开始倡导多自然型河流建设，仅在1 9 9 1 年， 日本全国就有6 0 0 多处试验工程，在日本建设省第九次治水五年计划中，对5 7 0 0 k m 河流采用多自然型河流治理法，其中2 3 0 0 k m 采用植物堤岸，1 4 0 0 k m 采用石头及木材 护底自然堤岸，不得已使用混凝土的2 0 0 0 k m 堤岸也按生态型护堤法进行覆土改造 1 i 1 叮 2 4 2 国内城市河道治理现状 在我国，大规模的城市改造建设方兴未艾，城市河道的改造及治理更是其中的重 要组成部分。而我国传统的城市河道治理方法大多采用绿化、驳岸、配水、截污、清 淤、甚至底质硬化、明渠覆盖等市政工程手段，耗资巨大，涉及面广，见效慢，由于 没有注重河道生态系统建立和河道自净功能恢复，治理后易复发，造成“边治边黑， 边黑边治”、“两岸绿树婆娑，河道黑臭依旧”的窘境9 1 。 以深圳河( 含深圳湾) 的污染治理为例，截止2 0 0 3 年底，该流域已建污水处理 厂四座，设计污水处理能力为1 4 2 万m 3 d ，比当年实际污水排放量1 2 5 万m 3 d 高 1 6 6 。然而，深圳河水质依然黑臭，常年处于劣v 类的状态。通过分析得出结论为： 污水截流不彻底和深圳河纳污能力过小是主要原因，除此之外，还有城市面源和部分 城区尚未截流等原因。一般认为，对于类似深圳市自然环境和社区经济布局的城市， 污水截流管网健全，城市污水截流率可以达到9 0 ，最高很难超过9 5 。深圳市河流 枯水期的污水量远远大于径流水量，有1 0 的未截流污水，加上面源污染等因素，河 流依然黑臭，应该是在情理之中的。除此之外，还有城市污水管网收集不到的边缘村 镇污水，以及城市污水处理厂对氨氮、总氮、总磷的去处能力十分有限等，也是需要 实施河流污染生态修复的主要原因“。由此我们看出： 第一、截污并不能彻底解决河道外源污染问题。截污管网建设涉及面广、难度大、 耗时长，特别是广东等南方地区普遍存在的“城中村”的问题，污水管接驳以户为单 位，因此污水排放口接驳城市主干排污管工程问题更复杂。而且随着城市第三产业的 发展、城市人口增长和市民生活水平提高，生活污水排放量将越来越大，原来的截污 管网不一定能截住新增污水。另外大量中小河道无法截污，而大部分城市河道是相互 间连通，共同构成城市水网，未截污的河道一定会对已截污河道造成影响。 第二、雨污分流困难，大量生活污水仍将通过雨水管道排入城市河道。许多城市住 佛山审醴窦漏生物谬复工程研究 宅阳台改造成厨房或救洗衣梳，造成蹰房摊水及洗衣摊水雨、污合流。许多小的酒楼、 餐馆、发廊、店铺等由底层厝民住宅改变成商业用途，其污水捧放基有随意性。建筑 工地排水、洗车疲水也会排入雨水管道。雨季污水溢流也会使部分污水进入雨水管道， 造成大量生活污水通过雨水管道系统撵入城市弼道。而且截污后集中建污水处理厂静 建设和运行赞极高。 第三、城市嚣源污染无法控制。溺遭是一个开放豹河道，城市河蹲帮城邦淹瞬往往 是相互连通的，城市第三产业污水漱流、郊区农业污水、畜禽养殖、水产养殖等非点 源污染在总髂水污染孛所占比倒越寒越大，嚣源污水欧其分数性、滞后性、潜茯性、 突发性，客观上难以人为控制。 第四、清淤不能释决河道内源污染趣题。城市河遴疯泥污染是城市长翘承体污染约 累积，称为内源污染。研究表明，河道底溅对上覆水体的影响是巨火的，即使完全截 污，海道水体也可能因为底泥污染物的释放褥黑臭。对于长期底泥淤积造成河床捻高 和淤积，造成河道排水不畅或影响通航功能，从这个角度对河道进行清淤和疏浚，当 然悬无可非议的，但清淤势不解决河道内源污染问题。 第蠢、配水、调永措施是对城市溺道污染的转移。水资源调配是城市河道治理的重 要措施，随着截污工程的进程，城市河道必然面临缺水的问题，通过中水回用，上游 蓄承等东资源调配接施，使城市河道水体流动起来，交“死”永为“活”水，达到流 水不腐的目的，通过配水、调水措施确实能暂时解决城市河道黑嶷的问题，却加剧了 下淤她区和与城市溺道稳逡魏大江丈海的污染，并没有彻斌解决溺遴污染阏题。1 。 城市河道的污染情况越来越来严重，治理城市河道更是刻不容缓，因此，我园从 “六五”期耀，开始了河道污染治理豹硒究工作，我国城市湾道治理理念也是走过了 一条从各种污染源控制为基础的工粳治理阶段；到以各种环境工程技术手段的应用， 生貔调控、微生物剁荆投放为特，鲑的生物治理阶段；再到根据河道水本自身特征，应 用现代生态学理论，结合各种工程手段和生物修复治理手段的综合治理阶段。袄攀项 治理发展到综合治理，从局部治理发展到区域治理，越来越注重于进行河流治理规划 的制定和研究，戳南定出甥合实际黪整治方案。 经研究表明生物修复技术对提高河道自净能力，减少河道治理过程中各种内源和 乡 源污染，辩河道洛净好氧生态系统建立黔影璃等露明显豹处理露蠲，对予不可熊域 暂时不可能截污的城郊河道，可利用生物促生技术，生物操纵技术、人工湿地技术、 生物氧化壤技术、生耪滤床、底淀生物氧化技术、海道承体增氧技术等接术组合对黑 臭河道进行成接治理；对已截污的城市河道，通过底泥生物氧化技术、河道水体增氧 技零簿，能减少各秘难以避免的污染源对河道治理的干扰，尽炔恢复河道生态系绞和 生物多样性，强化河道自净功能9 1 。 2 5 生物修复技术 中南太擎2 0 0 3 磊工程硕士学臻论文 2 5 。1 生物修复的概念与类整 2 。5 。1 。1 檄念 所谓生物修复( b i o r e m e d i a t i o n ) 是指刹用生物的生命代谢活动减少存在于环境中 豹有毒有害物藤酶浓度或使箕宠全秃害纯，扶褥健浮染彳翡玮境熊镑帮分或宠全恢复 剿原穰状态瓣避程。与生物修复壤念稠聪或襁叛鲍焱这蠢生物滚熨( b i o r e s t o r a f i o n ) 、 生物清除( b i o e l i m i n a t i o n ) 、生物再生( b i o r e c l a r n a t i o n ) 、生物补救( b i o r e p a r a t i o n ) 、 生物熬治( b i o r e n o v a c a t i o n ) 。生物净纯强调的建自然环境系统和掰本身西有豁黛物体 避行静环境笼骞往过程。楚一耱叁发秘j 熏程，霞生糁修复更强漩入钠蠢意谖缝稠耀生 物传遴牙蜀境无害化脚。 随着工农业生产的发展，工业生产中排放的废水、固体废弃物、农田中施用的农 蓊、石漓开袋中的并矮及遴输中翡瀵漏等对隶体、主壤环境豹污潦弱憝严羹，姨嚣弓 怒久稻耱关 耋。微生镌楚巍然舞生态系绫孛斡分解密，它虿健避入繇境戆浮染黪不繇 地降解，最终转化为c 0 2 、i - h o 等无机物，使污染的环境得以净化，然而在某热天然 污染环境中往往因缺麓合适的降解微生物或瞬微生物数量( 浓度) 过低、缺乏使微生 貔生长掰必簧豹营养( 懿n 、p 等) 、缺乏足够静溶麟襞等条弹，傻污染环壤豹爨净过 稷掇其缓漫，甚至还会因涎染速度大予玲纯速度，馒污染物不断贮积，结慕蓦| ：壤污染 程度更趋严麓。生物修复技术就是在这种背景下被开发，并程= 十世纪九十年代得到 邈速发展的一项污染治理工程技术粥。 2 5 ，1 2 裳物修复技术的发展趋史 生物修复技术起源于辩有机污染物的治理，最初的生物修复是从微生物利用开 始。入类利用徽生秘涮终发赘食品跫经穗几千年静历变，裂爝好簸或获氧徽垄翰处理 浮瘩跫毒1 0 0 多年豹灏吏，稳蹩裂麓生羧修复技零处璎现场骞枫污染甥才只套勰苹 的历史。首次记录实际使用生物修复是程1 9 7 2 年，于荧国宾夕法尼亚州的a m b l e r 清 除管线泄漏的汽油m 。 晕在五十年代末六一卜牮戴裙，美瓣袋象絮大学舄丁、妥力由大葶曩德数学生铮瓣寂 黪豹蠢天发表矮人嬲对磷凌中农药瓣污染积残毒翘题躯关淀两鼹开了农药在壤中 w 降解性的研究，为后来嫩物修复技术在环境保护中的应用打下了基础，其后他坚持 辩不网的工驻合成秘及污染椽在壤中镌霹酶解淫送行研究。七十年代良嚣可戮说爨 秘凌技寒秘茹l ：凌镞生貔学鹣大发曩黪麓，这秘势头纛延续剿今天。程这袋爨期瘛， 污染物的可晦麟牲和分鳃途径等方躐的面毋究有了较大i ! 句进展，如靳坦福大学的麦母蒂 和列利杨等开始系统地研究芳香族化合物在厌氧及好氧条件下降解的途径及机理。 强辩埃克避涟辕在鬻控繁鸯鞋懿瀑漓攀藏爻生物穆筑技术在渗理海洋石涵污染串戆馥 爝提谈了一次怒援，并褥到了社会麓认爨。褒潼理嫩穰中，驻特掇额等微囊物攀家提 出了切实可行的实地示范和治理方案，证实了环境中的土著微生物( i n d i g e n o u s m i e r o o r g a n i z m s ) 能够分解石油成分，丽限制这些微生物在融然条件下分解石油的阂 壤山市辩窦臻生耪修复工程磺宪 素是黪境中n 、p 营襻成分搁对贫乏。与此同时，密歇根州立大学豹杰姆簸实验室， 首次从污染河泥中分离出了具有脱氯功能的淡氧微生物一蒂氏脱硫念珠蔼 ( d e s u l f o m o n i l et i e d j e i ) ，后来又提出还原脱氯反应与微生物的能量代谢是缕合在一起 翦理论。由予含氯有祝物在好氧条件下很难分解，灰氧还原脱氯为既类 二台物在鸯然 条件下的分解提供了条途径，也为人们对微生物代谢途径的了解增加了认识，后来 许多学者瓢不两繇境孛分离獭了髓分解不焉释类氯代有税秘翡裳生甥，其中惫括憨分 解二嗯英的细菌“。 2 5 1 3 生物修复的类型 拳貔骛笈是- - f 7 凝兴戆学秘，缀多蠹容逐处于发展之中，困姥茭分类体系还不够 完善。一般地生物修复可根据修复主体、修复受体和修复场所等进行分类。 修复主体是参与生物修复的生物类群，艇然这熙生物类群包括微生物、植物、动 物以及由它们构成的生态系统。因此，生街修复可阻分为微生物修复、植物修复、动 物修复和生态修复职大类，其中微生物修复就是我们通常所称的狭义上的生物修复。 修复受体是生秘修复的辩象，鞠我们通常所谎静环境要素。众掰周稚，环境要表 一般包括土壤、水体、大气等。因此，生物修复可以分包括：污染土壤的生物修复； 污染浮滚豹生耱掺复； 污染潮滚豹生物修复；污染蟾下承的篷秘修鬟；浮繁 海洋的生物修复：污染大气的生物修复；固体废物污染的生物修复等。本研究主 要惫污染海溅懿生携穆复，怒舞主要弱徽垒穆或徽生臻蓥群寒醛解涎滚瘩髂孛熬毒辍 物或有毒有害物质，如c o d 、b o d s 、有机氮或氨氮、石油类、挥发酚等，或使这类 物矮变成无瓣的、纛害的，麴二氧纯碳、氮气或求等，扶蕊使河漉承屡缛烈改善，溺 流生态得到恢复或修复。河流生物修复工程是指利用生物修复技术在河道内或河道 旁侧修建或实施的臻在改善河流水质、治理河流污染的工稷或非工程的技术手段。 根据修爱实施的场所( 成形式) ，可将嫩物修复分为原位生物修复、舁位生物修 复以及联合生物修复。顾名思义，原位生物修复，也称就地缴物修复( i n - s i t e r e m e d i a t i o n ) ，是指程基本不破坏壤帮途下东等各释鑫然环境酶条俘下，辩受污染豹 环境对象不作搬运或输送，而在原场地进行生物修复。原位生物修篾又分为原位工程 生秘修复窝鞭位叁熬生穆修笈。暴彼工程垒糖谚复捺采取工程措藏，毒嚣豹建捺露嚣 境系统中的生物过程，加快环境修复。在原位工程嫩物修复技术中，一种途径是提供 徽生魏生长绣零要麴营养，羧善徽煞携生长戆嚣臻祭传，扶嚣大壤发提裹著皴生甥 的数量和活性，提高其降解污染物的能力，这种途径称为生物强化修复：弱一种途径 是投鸯瑟实验塞培姜戆对污染物具有特殊亲和。陡豹微艇物，使其能够蹲解环境中的污染 物，称为生物接种修复。原位自然生物修复，是利用环境中原有的微生物，在自然条 件下对污染区域进行自然修复。但是，自然生物修复也并不是不采取任何行动措施， 同样需要制定详细的计划方案，鉴定现场活性微生物，监测污染物降解速率和污染带 的迁移等。舜位修复，有时也称为易位修复( e x s 沁r e m e d i a t i o n ) ，是指将受污染的环 境对象搬运藏输送劐其谴场所( 鲡实验室等) ，进行集中修复。穰瓣显，藤位生携修 中山大学2 0 0 3 届工程硕士学位论文 复具有成本低廉但修复效果差的特点，适用于大面积、低污染负荷的环境对象：异位 生物修复具有修复效果好但成本高昂的特点，适用于小范围内、高污染负荷的环境对 象。将原位生物修复和异位修复相结合，便产生了联合生物修复( c o m b i n e d r e m e d i a t i o n ) ，它能扬长避短，是当今环境修复中前途较广的修复措施。 2 5 2 生物修复的原理 受污染的环境中有机物除少部分是通过物理、化学作用被稀释、扩散、挥发、氧 化、还原及中和而迁移转化外，主要是通过微生物的代谢活动将其降解转化。因此， 在生物修复中首先必须考虑适宜的微生物的来源及其应用技术。其次，微生物的代谢 活动需在适宜的环境条件下才能进行，而天然污染的环境中条件往往较为恶劣，因此 我们必须人为提供适于微生物起作用的条件，以强化微生物对污染环境的修复作用。 2 5 2 1 用于生物修复的微生物及其他生物 2 5 2 1 t 土著微生物 由于微生物的种类多、代谢类型多样，“食谱”广，凡自然界存在的有机物都能被 微生物利用、分解。例如，假单胞菌属的某些种，甚至能分解9 0 种以上的有机物， 可利用其中的任何一种作为唯一的碳源和能源进行代谢，并将其分解。对目前大量出 现，且数量日益上升的众多人工合成有机物，虽说它对微生物是“陌生”的，但由于 微生物有巨大的变异能力，这些难降解、甚至是有毒的有机化合物，如杀虫剂、除草 剂、增塑剂、塑料、洗涤剂等，都已陆续地找到能分解它们的微生物种类。据报道， 能够降解烃类的微生物有7 0 多个属、2 0 0 余种，其中细菌约有4 0 个属。可降解石油 烃的细菌即烃类氧化菌广泛分布于土壤、淡水水域和海洋。 天然的水体和土壤是微生物的大本营，存在着数量巨大的各种各样微生物，在遭 受有毒有害的有机物污染后，可出现一个天然的驯化选择过程，使适合的微生物不断 增长繁殖、数量不断增多。另外，有机物的生物降解通常是分步进行的，整个过程包 括了多种微生物和多种酶的作用，一种微生物的分解产物可成为另一种微生物的底 物，在有机污染物的净化过程中我们还可以看到生物种群的这一生态演替，我们可据 此来判断净化的阶段和进程。由于土著微生物降解污染物的巨大潜力，因此在生物修 复工程中充分发挥土著微生物的作用，不仅必要而且有实际的可能“。 2 5 2 1 2 外来微生物 在废水生物处理和有机垃圾堆肥中我们已成功地用投菌法来提高有机物降解转 化的速度和处理效果，如应用珊瑚色诺卡氏菌来处理含腈废水，用热带假丝酵母来处 理油脂废水等。因此，在天然受污染的环境中，当合适的土著微生物生长过慢，代谢 活性不高，或者由于污染物毒性过高造成微生物数量反而下降时，我们可人为投加一 些适宜该污染物降解的与土著微生物有很好相容性的高效菌。 佛山市篮窭灞生劫谬复i 程磺宪 躁麓用于生物修复的高效降解菌大多是多种微生物混合聪成的复合菌群，其中不 少已被制成商啦化产品。如光合细菌( p h o t o s y n t h e t i cb a c t e r i a ，缩写为p s b ) ，这是一大 类在厌氧光照下进行不产氧光合作用的原核生物的总称。目前广泛应用的p s b 菌剂多 为红螺菌科( r h o d o s p i r i l l a c e a e ) 光合缁菡的复合菌群，它 | t l 程茨氧光照及好氧黑暗条 件下都能以小分子有机物为基质进行代谢和生长，因此对有机物有很强的降解转化能 力，丽辩对硫、氮素翁转纯迄起了弦大翡佟焉，嚣蘸瓣肉畜缀多毫校零毒碜 院掰蠢生秘 技术公司有p s b 菌液、浓缩液、粉剂及复合菌剂出售，经应用于水产养殖水体及天然 有枫耪污染淫遴静治遴邑显忝爨一定戆成效。倒絮鑫玉垒繇竣生兹鼓零公霉黛产瓣玉 垒菌，是以一类高温放线菌为主的复合菌剂，其中的y l 活性生物复合剂h 1 5 经用于 苏娴澎支滚掰淡港程家援涎段螽，1 8 0 天内对底渥中程掇物( 在毒乡 来污染物不叛进入 的条 牛下) 降解率为2 0 左右，对促进底泥的矿化也最示出一定的效聚。美国c b s 公 司开发戆复合壤制裁，内含光会细菌、酵母麓、乳酸麓、放线菌、硝化菌等多种微生 物，经对成都