当前水环境污染现状分析与生态修复技术初探.doc

当前水环境污染现状分析与生态修复技术初探第33卷第7期2008年7月上海化工ShanghaiChemicalIndust当前水环境污染现状分析与生态修复技术初探赵丰黄民生戴兴春华东师范大学资源与环境学院环境科学系(上海200062)摘要受污染水体的治理过程中如何保持污染水体原有的结构与功能,一直以来是环境工程领域的研究重点.在分析当前水环境的污染现状及其污染成因的基础上,详细阐述受污水体生态修复技术,并对其机理进行介绍,指出了生态修复技术必将成为将来应用的热点.关键词受污水体污染现状生态修复中图分类号x520引言大量研究表明,对受污水体进行有效治理的前提是控制污染源,了解水体污染产生的来源及其作用机理,这是水体污染修复工作必不可少的条件,也只有外源得到了有效控制,作为末端治理技术的水环境污染治理才能见效.目前广泛应用的污染水体整治工作如驳岸景观,河床硬化,综合调水及引流冲污等方法都难以解决水体生态系统重建与水体功能的再现问题.因此,从20世纪70年代后开始采取水污染治理与生态修复相结合的方法,强调水环境生态系统的修复逐渐成为受污水体治理的主导思路L1l.所谓水环境生态修复,是指使受损水环境生态系统的结构和功能恢复到被破坏前的自然状况,强调在不断减少水域污染源的前提下,采用生态方法净化水质,提升水体自净能力,还原水体生态系统的结构,恢复水体在区域或流域的结构功能.因此,在对污染水体进行治理时,生态修复方法是解决污染问题的根本措施2l.1水环境污染现状及其污染成因1.1从单一污染向复合型污染转变近年来,水环境污染已从陆地蔓延到近海水域,从地表水延伸到地下水,从单一污染发展到复合性污染,从一般污染物扩展到有毒有害污染物,已经形成点源与面源污染共存,生活污染和工业排放彼此叠加,各种新旧污染与二次污染形成复合污染的态势.1-2从工业污染为主向生活污染为主转变造成水污染的最直接原因是工业废水和城市生活污水的治理速度赶不上产生和排放速度.这其中包括工业点源污染仍没有得到很好的控制,城市生活污水处理率低和越来越严重的面源污染问题.随着工业结构的不断调整和优化,政府管理部门加强了对工业污染的控制,使得工业废水的排放量和污染负荷呈现逐年下降的趋势.与此同时,随着城市人口的增加和生活质量的提高,生活污水的排放数量和污染负荷正以较快的速度上升.根据2006年中国环境状况公报【3I,近几年中国污水的排放总量稳中有升,从1999年开始,生活污水的排放量和COD排放量一直超过工业废水排放量.从2001年到2006年,生活污水的氨氮排放量明显超过工业废水,并且比工业废水氨氮排放量多一倍左右.1.3流域性水污染问题严重近年来,水污染的影响早已超越局部和点源的范围,发展成为流域性污染问题.2006年,长江,黄河,珠江,松花江,淮河,海河和辽河等七大水系的197条河流408个监测断面中,I类,V类和劣V类水质的断面比例分别为46%,28%和26%.主要污染指标为高锰酸盐指数,石油类和氨氮.总体上看,我国流域污染状况是干流水质好于支流,一般河段强于城市河段,污染从下游地区逐步向上游转移,第一作者简介:赵丰男1983年生硕士主要研究方向为水和废水处理工程/.第33卷湖泊水库富营养化严重.1.4水污染Jj,EJ水资源短缺并引发水生态和水灾害问题由于水污染程度的加剧,导致区域水质性缺水,引发水资源短缺.同时,严重的水污染还会导致水体中和周围地区动植物大量死亡,使水域的生态物种退化,生物多样性减少,并产生一系列的水生态问题.另外,如果当地的水体污染问题严重而且治理难度较大或者成本太高,就可能转而超采地下水,采取调水或大规模建设水源地保护工程等措施,这些水利工程建设若处理不当就会影响区域生态环境J.2生态修复技术大自然在长期发展变化过程中具有自净能力,因此自然界可以持续发展.人类活动所造成的污染超出自然界本身的修复能力时,生态环境就遭到破坏;水体生态修复技术就是按照自然界的自身规律使水体恢复自我修复功能,强化水体的自净能力,修复被破坏的水体生态环境.生态修复是利用生态系统原理,采取各种方法修复受损伤的水体生态系统的生物群体及结构,重建健康的水生生态系统,修复和强化水体生态系统的主要功能,并能使生态系统实现整体协调,自我维持,自我演替的良性循环.其特点是:(1)综合治理,标本兼治,节能环保;(2)设施简单,建设周期短,见效快;(3)因地制宜,擅长解决现有水体的水质问题;(4)综合投资成本低,运行维护费用低,管理技术要求低;(5)生物群落本土化,无生态风险;(6)生物多样性强,生态系统稳定;(7)对污染负荷波动的适应能力强;(8)环境影响小,不会形成二次污染或导致污染物转移,可最大限度降低污染物浓度61.目前,国际上已在使用或已进入中试阶段的受污水环境生态修复技术主要是物理法,化学法,生物法和生态法四大类相结合.2.1物理方法2.1.1人工增氧污染严重的水域由于耗氧量远大于水体的自然复氧量,溶解氧普遍较低,甚至处于严重缺氧状态,此时的水体水质严重恶化,水体自净能力低下,水生态系统遭到破坏.人工增氧(曝气复氧)能较大幅度地提高水体中溶氧含量,加快水体中溶解氧与黑臭污染物质之间发生氧化还原反应的速度,并且提高水体中好氧微生物的活性,促进有机污染物的降解,这些作用对消除水体黑臭现象具有较好的效果.2.1.2外源控制实施截污工程或者引排污染源.对于工业废水和生活污水这样的点源,应排入城市污水处理系统,严禁未经处理排入湖泊与河流;对初期雨水应适当进行简单处理后,再排入水体.通过水利设施(闸门,泵站等)的调控引入污染水域上游或附近的清洁水源冲刷稀释污染水域,以改善其水环境质量,有利于提高水体的自净能力8-9.2.1.3底泥疏浚通过疏浚清除湖泊及河道底泥,减少底泥再悬浮而造成的水体黑臭和底泥的耗氧量加剧所造成水质恶化进程的环境问题.在水体生态修复工作中,对底泥的疏浚实际上是削减水体中污染负荷的总量,减少参与水体生态系统物质循环的营养元素,避免由于底泥中释放的营养物质过剩而引发的生物链某一环节过量滋生.2.2化学方法2.2.1杀藻技术利用化学药品(如硫酸铜,二氧化氯,臭氧等)来控制藻类是一种快速有效的传统除藻方法.但是化学除藻只能作为一种应急措施,并不能将氮,磷营养盐移出水体,也不能从根本上解决水体的富营养化问题.而且不可长期使用,否则会造成化学药品的生物富集和生物放大,从而对整个生态系统产生负面影响,同时死亡藻类也会引起二次污染1lJc2.2.2凝聚沉淀水中的内源性磷对水体富营养化具有很重要的作用.磷的凝聚和沉淀可以延缓内源性磷从底泥中的释放,使其不能成为藻类的营养物质.常用药剂有Cac0,A1,(so4),明矾等.沉淀技术发挥作用较快,但一般只作为临时措施使用.同时底泥中的磷释放,除与其存在形态有关外,还与许多环境因素有关;研究表明,升高温度,厌氧状态,酸.1生或碱性条件能促进底泥磷的释放.2.2.3转化处理通过化学方法改变污染物的化学本性,使其从有害转化为无害或可分离物质,然后再从污染水体第7期赵丰等:当前水环境污染现状分析与生态修复技术初探中分离.这种技术通常使用氧化还原法,中和法等3.2.3生物方法2.3.1生物修复目前常用的生物处理技术包括好氧生物处理,厌氧生物处理,厌氧一好氧生物组合处理;利用细菌,藻类,微型动物的生物处理;利用湿地,土壤,河湖等自然净化能力处理等.比较先进的针对江河湖库污染大水体的生物修复技术主要有:生物膜法处理技术,CBS水体修复技术和EM水体修复技术.2.3.2生物制剂向水体中投加微生物制剂,微生物与水中的藻类竞争营养物质,从而使藻类缺乏营养而死亡.生物制剂的选择十分严格,价格昂贵,需定期投放,同时存在外来物种破坏水体生态系统的风险61.2.3.3生物介质为微生物提供生物附着表面积,有利于微生物的栖息,繁衍,它上面和周围的微生物将水体中的污染物进行代谢分解,平衡水体内部的营养成分.这种方法设施简单,建设周期短,投资成本低,运行费用低,无生态风险,适应能力强,并且单独使用效果不显着.2.4生态方法2.4.1生态塘法以太阳能为初始能源,通过在塘中种植水生作物进行水产和水禽养殖,形成人工生态系统.在太阳能的推动下通过生态塘中多条食物链的物质迁移,转化和能量的逐级传递,转化,将进人塘中污水的有机污染物进行降解和转化,最后不仅去除了污染物,t而且以水生作物,水产的形式作为资源回收,净化的污水也作为再生水资源予以回收再用,使污水治理与利用结合起来,从而实现了污水处理资源化18-19.2.4.2人工湿地人工湿地的原理是利用自然生态系统中物理,化学和生物的三重共同作用来实现对污水的净化.其显着特点是对有机污染物有较强的降解能力,原理是利用自然生态系统中物理,化学和生物的三重共同作用来实现对污水的净化.这种湿地系统是在一定长宽比及底面有坡度的洼地中,由土壤和填料(如卵石等)混合组成填料床,污染水可以在床体的填料缝隙中曲折地流动,或在床体表面流动.在床体的表面种植具有处理性能好,成活率高的水生植物(如芦苇等),形成一个独特的动植物生态环境,对受污水体进行处理.2.4.3植物净化在水体生态环境中,高等水生植物与浮游藻类同属于初级生产者,两者竞争营养,光照和生长空间等生态资源,高等水生植物能释放化学物质,抑制浮游藻类生长,同时吸收水体和底泥中氮,磷等营养物质,从而达到净化水体的效果.其最大优点是可以通过水生植物的吸收,吸附作用,降解,转化水体中的有机污染物,继而通过收获植物体的形式将有机污染物从水域系统中清除出去,可以达到标本兼治的效果.水生植物技术用于生态修复阶段,它不仅能起到净化水体的作用,还能改善水体生态环境,促进退化水体生态系统的恢复2.3结论与展望水环境生态修复技术既是人与自然和谐相处的合乎实际的治污思路,也是一条创新的高科技路线.但是水体污染的产生往往是由于综合性的因素,成功的水体修复工作建立在多方面的共同努力之下,在优化流域内社会经济发展模式及加强人们环保意识的同时,还应做好以下三点:(1)坚持水环境基础领域的研究,了解水体污染产生的原因及污染物来源,采取有效的控制方法截断外来污染物质.只有从根本上控制外源性污染,才能为内源性污染的治理提供保证.(2)采用最为合理的生态修复措施,力求费省效宏,为水生植物,水生动物创造更为优化的水体环境,重建生态平衡,形成良好的水环境食物链,最终恢复水体自净功能.(3)政府部门则需要进行政策引导和立法控制,进一步转变经济发展模式,加大环境保护力度,强化源头控制,保护生态环境,借鉴国内外成功经验,制定出符合中国实际情况的综合治理技术体系.参考文献:1董哲仁,等.受污染水体的生态修复技术fJl|水利水电技术,2002(2):3543.2国家环境保护总局.2006年中国环境状况公报,2007-06.3夏继红,严忠民.生态河岸带研究进展与发展趋势fJ1|河海大学,2004,32(3):252255.f4LoinKA,TothLA.KissimmeeRiverRestoration:Alter-nativePlanEvaluationandPreliminaryDesignReport?30?上海化工第33卷R1.SouthFloridaWatermanagementDistrict,WestPalmBeach,Fla,1990.张锡辉.水环境修复T程学原理应用【M.北京:化学工业出版社,2001.MossB,MadgwickJ,PhillipsG.AguidetotherestorationofnuientenrichedshallowlakesM.London:W.Hawes,i997.宋海亮,吕锡武.fJfH植物控制水体富营养化的研究亍实践lJ1.安全与环境工程,2004,11(3).PranciscoAConlin.Nitrogoenrenloalandcycinginrestoredwetlandsusedasfiltersofnut,ientsforagriculturalrunofflJ1.1WatSciTech,1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