环境管理_湖泊水库水体修复技术概述

第五章 湖泊水库水体修复技术 5 1 湖泊水库水环境污染5 2 湖泊水库水环境综合评价5 3 湖泊水库水环境修复外源污染控制技术内源污染控制技术水动力学修复技术藻类控制和去除技术污染湖泊水库生态恢复技术 5 1 湖泊水库水环境污染 水质污染 污染源 工业废水和生活污水中重金属 有机化合物等有毒有害物质 主要污染物 COD TP NH3 N 挥发酚 汞 排入湖泊水库等水体过多的氮 磷等营养性物质 使生产力水平异常提高 破坏了水生生态系统结构 水体富营养化 藻类爆发 水体缺氧 水生动物等水生生物大量死亡 湖泊水库沼泽化 藻类在代谢死亡过程中释放毒理强的藻毒素 我国富营养化湖泊水库的共同特征 总氮和总磷浓度高透明度差水体叶绿素过高 使用化石燃料产生的SO2 NOx被氧化后产生硫酸和硝酸 通过干 湿沉降进入水体 湖泊水库酸化 湖泊水库水环境污染 湖泊水库萎缩 湖泊水库生态结构受损 岸边带湿地破坏 使湖泊水库失去滞留流域非点源污染物的天然屏障 造成湖泊水库的自净能力降低 长江中下游湖泊水库面积缩小统计 5 2 湖泊水环境综合评价 决定对湖泊水库进行水环境修复前 需要进行可行性研究 对其本身及周围环境进行科学调查和评价 可行性研究目的 1 调查进入湖泊水库的营养元素 悬浮泥沙 有机物的定量负荷或速率2 调查研究湖泊水库的状态和周期性变化规律3 确定适合湖泊水库的最有效修复技术 5 2 1 基础资料收集 地理地质数据水文学数据物理参数化学参数生物学参数 水质数据收集 1 采样点的设定湖泊水质评价中 对水质监测有相应要求 监测点的布设应使监测水样具有代表性 应在下列区域设置采样点 河流 沟渠入湖的河道口 湖水流出的出湖口 湖泊进水区 出水区 深水区 浅水区 渔业保护区 捕捞区 湖心区 岸边区 水源取水处 排污处 如岸边工厂排污口 预计污染严重的区域采样点应布置得密些 清洁水域相应地稀些 在采样时间和次数上 可根据评价等级的要求安排 湖泊分层采样和湖泊水库采样点最小密度要求 2 监测项目湖泊水质监测项目的选择 主要根据污染源调查情况 湖泊的用处 评价目的而确定 一般情况下 可选择pH值 溶解氧 化学耗氧量 生化需氧量 悬浮物 大肠杆菌 氮 磷 挥发酚 氰 汞 铬 镉 砷等 5 2 2 参数计算 水量动态平衡热量衡算 污染负荷衡算氮 磷是富营养化主要指标水体中 磷浓度在稳定状态时可描述为 5 2 2 参数计算 水体自净速率溶解氧变化是衡量水体自净过程的主要指标 水生态系统包括水体生态结构组成 能量流动 物质转化和循环 5 2 2 参数计算 生物学评价 1 湖泊的生物学评价方法有 一般描述对比法指示生物法种的多样性指数法生物指数法等 2 Beck指数按底栖大型无脊椎动物对有机污染的耐性分成两类 类是不耐有机污染的种类 类是能忍受中等程度的污染 但非完全缺氧条件的种类 将一调查地点内 类和 类动物种类数分别用N N 表示 生物指数按式 2N N 计算 这种生物指数值 在净水中一般为10以上 中等污染时为1 10重污染时为零 3 硅藻类生物指数用硅藻类的种类数计算生物指数 如果用A表示硅藻类中不耐污染的种类数 B表示耐污染的种类数 C表示在调查区内独有的种类数 则硅藻生物指数按下式计算 5 2 3 综合模型 利用数学模型达到以下目的 掌握水体内部有关物理 化学和生物过程的认识预测不同条件下的水体变化趋势预测各种管理和工程技术措施对水体的影响 如 富营养化预测模型 5 3 湖泊水库水环境修复 指通过调控 使受污染损害的湖泊生态系统恢复到受干扰前的自然状态 恢复其合理的结构和功能 修复的原则 整体性遵守自然法则 技术类型 湖泊水库外源污染控制技术湖泊水库内源污染控制技术水动力学修复技术藻类控制和去除技术污染湖泊水库生态恢复技术 点源污染控制非点源污染 面源 污染控制 1 湖泊水库外源污染控制技术 生活污染处理技术 工业废水处理技术前置库技术 通过改变生产和消费方式减少污染物的产生 建设相关处理设施 减少排入湖泊的污染物质的种类和总量 前置库工艺流程 湖泊水库外源污染控制技术 前置库工程剖面图 湖泊水库外源污染控制技术 前置库是指利用天然水塘或人工水库的蓄水功能将因表层土壤中的污染物 营养物质 淋溶而产生的径流污水截留在水库 塘 中 不让其直接进入所要保护的水体 经沉淀自然净化后用于日常农灌 前置库技术 滇池湖中湖计划 特点 湖泊水体修复中控制难度最大的污染物来源 内容 城镇地表径流 农村等地表径流 大气沉降 湖区养殖等 其中农村非点源问题突出 工程技术类型 污染物源头控制污染迁移转化的控制污染物净化工程 1 湖泊水库外源污染控制技术 非点源污染 面源 污染控制 湖泊水库外源污染控制技术 非点源治理设计程序 湖泊水库外源污染控制技术 非点源管理技术特征 湖泊水库外源污染控制技术 非点源工程处理技术特征 湖泊水库外源污染控制技术 非点源工程处理技术特征 续表 湖泊水库外源污染控制技术 拦沙坝实景图 湖泊水库外源污染控制技术 农业生态工程示意图 湖泊水库外源污染控制技术 湖泊水库及流域污染控制工程 湖泊水库外源污染控制技术 2 湖泊水库内源污染控制技术 湖泊水库沉积物疏浚湖泊水库沉积物原位处理技术 湖泊内污染底泥中污染物重新排入水体的过程 内源 污染底泥环境疏浚工艺流程 湖泊水库内源污染控制技术 机械式疏挖 湖泊水库内源污染控制技术 有效降低湖泊水库的重金属 持久性有毒有机物等难降解污染物的浓度 湖泊水库沉积物疏浚 沉积物疏浚过程中的扰动 造成短时期内水体中污染物浓度升高 对底栖生态环境造成影响 疏浚后新生表层界面暴露 可能出现污染内源回复现象 投入高 湖泊水库内源污染控制技术 湖泊水库沉积物原位处理技术 原位覆盖原位封闭原位钝化原位化学原位生物 原位覆盖 在污染沉积物表面覆盖一层固体物质 如沙子 卵石和粘土等 依次隔离污染沉积物和水体 将污染封闭在沉积物中 达到控制沉积污染内源的目的 湖泊水库内源污染控制技术 原位封闭 原位钝化 原位化学 原位生物 湖泊水库内源污染控制技术 3 水动力学修复技术 通过人工措施 防止水体分层或者破坏已经形成的分层 提高湖泊水库水体溶解氧的浓度 控制内源性污染 降低湖泊水库水体污染物的浓度 进而改善水体质量 引水稀释 冲刷人工曝气人工循环 引水稀释 冲刷 短期效果预测 定量描述稀释冲刷效果的经验公式 长期效果预测 加快水体的交换频率 缩短污染物在湖泊水库中的滞留时间 从而降低污染物浓度水平 水体流动性的加强 增加湖泊水库下层水体的溶解氧含量 从而抑制沉积物中污染物的活化释放 水动力学修复技术 滇中调水工程 引金沙江之水解滇中之渴 冲刷滇池污染 以流动的贫营养水代替停滞的富营养水的目的 局限性 换水法是对污染的转嫁 营养物绝对量并未减少 污染了下游的环境 不能从根本上解决问题 人工曝气 水动力学修复技术 4 藻类控制和去除技术 物理法化学法生物法 富营养原因 物理法 藻类控制和去除技术 人工解层 混凝沉淀 机械打捞 以宜兴地区太湖的一处约4400m2左右的水域作为实验区域 采用半封闭拦截方式隔离出面积约为400m2的水面作为超声处理组 余下部分4000m2左右作为对照组 在400m2的实验水域中往返运行1h 确保单位面积上超声处理时间不小于15s 分别于超声处理0 1 24h和7 14d后 在处理组和对照组的中心水域采样检测水样 观察水样外观变化 藻类控制和去除技术 化学法 操作简便 一次性使用成本低 不能长期投用一种药 可能对环境产生二次污染 利用杀藻剂杀死藻类 从而消除湖面水华 藻类控制和去除技术 生物法 利用水生动 植物 藻类病原菌 病毒来抑制和杀死藻类 利用藻类病原菌控制藻类生长通过竞争作用抑制藻类生长酶处理技术 5 污染湖泊水库生态恢复技术 湖滨带生态恢复水生植被恢复生物操纵技术 湖滨带生态恢复 污染湖泊水库生态恢复技术 主要内容 湖滨带物理基底的修复水生植物组建水生植物群落的优化 湖滨带生态恢复 水生植被恢复技术 污染湖泊水库生态恢复技术 人工辅助措施 改善植物生长条件改善湖底光照增加水体透明度补充植物繁殖体 生物操纵技术 污染湖泊水库生态恢复技术 通过对湖泊水库生物群及其栖息地的一系列调节 增强其中的某些相互作用 促使生产者结构合理 经典生物操纵理论 非经典生物操纵理论 控制高级消费型鱼类及放养食浮游生物的鱼类直接消费蓝藻 生物操纵的基本概念最初 生物操纵 biomanipulation 即利用调整生物群落结构的方法控制水质 主要原理是调整鱼群结构 保护和发展大型牧食性浮游动物 从而控制藻类的过量生长 近年来 发现浮游动物的庇护 refuge 机制对于生物操纵有重要作用 因此 生物操纵被重新定义为应用湖泊生态系统内营养级之间的关系 通过对生物群落及其生境的一系列调整 从而减少藻类生物量 改善水质 生物操纵技术 污染湖泊水库生态恢复技术 庇护机制 浮游动物赖以逃避鱼类捕食的行为机制或环境条件 可能的庇护机制包括 低光照庇护 低温庇护 厌氧庇护 对鱼食性鱼类的回避行为 大型水生植物庇护 生物操纵技术 污染湖泊水库生态恢复技术 生物操纵技术 污染湖泊水库生态恢复技术 生物操纵的基本概念生物操纵与生态工程概念相似 都是研究对生态系统的优化管理技术与方法 生态工程强调通过不同营养级生物的调整组合 使生态系统结构功能趋于协调 最大限度促进物质的循环再生和多级利用 达到防治污染 化害为利 促进经济持续发展的目的 生物操纵则强调对种群及其生境的调控 主要是控制藻花的发展 防止水体发生富营养化 没有涉及系统的协调 物质的再循环再生与多级利用问题 因此生物操纵的范围较窄 生物操纵技术 污染湖泊水库生态恢复技术 生物操纵途径 1 人为去除鱼类 2 投放肉食性鱼类 3 水生植被管理 4 投放微型浮游动物 5 投加细菌微生物 6 投放植物病原体和昆虫 生物操纵技术 污染湖泊水库生态恢复技术 生物操纵途径 1 人为去除鱼类先将湖泊中的鱼类全部捕出或用鱼藤酮杀灭后 重新投放以肉食性鱼类为主的鱼类群落 控制浮游生物食性鱼类 保护浮游动物 进而控制藻花的发生 2 投放肉食性鱼类引入肉食性鱼类控制浮游生物食性鱼类 进而促进大型浮游动物发展 借以抑制藻花发生 生物操纵技术 污染湖泊水库生态恢复技术 3 水生植被管理国内外应用草鱼控制水草的实例很多 具有费用低 长期有效 对环境无害的优点 应用草鱼