章_污染湖泊的生物修复

1、第九章 污染湖泊的生物修复 沿岸带 湖 敞水带 泊 深水带 沿岸带沿岸带是指靠近湖岸的浅水区，日光可以透射到水底，一般为水生高等植物所占据。沿岸带以外从水面到光有效透射深度，即补偿深度为止的水层区是敞水带敞水带，该深度处的光合作用正好与呼吸作用平衡，其光照强度通常为饱和光强度的1%。由于沿岸带和敞水带的下限都是以光有效透射深度为基准的，这两个区域常常合称为总透光层或光亮带总透光层或光亮带。敞水带以下的区域是深水带深水带。 富营养化的微生物修复 富营养化的水生植被修复 富营养化的生物操纵修复 底泥环境疏浚修复第一节 富营养化的微生物修复 富营养化湖泊的生物修复分为:1. 强化土著微生物功能的曝气

2、曝气修复2. 添加外来微生物的投菌剂投菌剂修复1. 深水曝气修复p 深水曝气的目的目的:a) 在不改变不改变水体分层的状态下提高溶解氧浓度；b) 改善冷水鱼类的生长环境和增加食物供给；c) 改底泥界面厌氧环境为好氧条件，降低内源性磷的负荷。深水曝气方式: 机械搅拌机械搅拌(深水抽取、处理和回灌), 传质效率低,成本也较高 注入纯氧注入纯氧, 传质效率高, 但易引起水层混合 注入空气注入空气, 包括全部提升和部分提升Q = O2Ahts*2*10-6Q 空气需要量空气需要量O2 DO消耗速率消耗速率Ah 水层面积水层面积ts 水体分层时间水体分层时间1.205*0.2 深层曝气的设计 深水曝气带

3、来的具体影响:a. 增加增加深层水的氧含量,一般可达7 mg/Lb. 氨氮和硫化氢等还原性气体还原性气体得以降低c. 深水高等动物例如冷水鱼类冷水鱼类将会增加，底栖生物增加也增加鱼类食物供应。如: 某湖泊在曝气后，鳟鱼重新出现，其胃内含有好氧条件下生长的浮游和底栖生物 d. 但要注意内源性磷的降低是可逆可逆过程2. 生物试剂添加有效微生物(effective microorganisms，EMs)是由乳酸茵、 酵母菌、放线菌、光合细菌等四大类80余种微生物组成的复合菌剂的统称。对于EMs ，国内外学者颇有争议， 甚至有相反结论的报道。李雪梅等在重度富营养化的人工湖(约1000m2)进行投加多糖

4、EMs制剂试验，从投菌之日起经75d，湖水透明度从原来的0.09m提高到0.48m，提高了 433 水生植被修复包括人工强化自然修复人工强化自然修复与人工重建人工重建水生植被水生植被两条途径。 前者是通过对湖泊环境的调控来促进湖泊水生植被的自然恢复自然恢复。 后者则是对已经失去自动恢复能力的湖泊，通过生态工程途径重建重建水生植被。 重建水生植被要依据系统生念学和群落生态学生念学和群落生态学理论，重新设计和建设全新的能够稳定生存的水生植被和以水生植被为核心的湖泊良性生态。第二节 富营养化水体的水生植被修复1.水生植被修复的优化设计p设计基础:a.由湖盆形态、底质条件和水文条件决定水生植被面积、

5、类型和分布格局b.强烈的风浪扰功能决定水生植被的分布格局和面积c.水质和湖水透明度是决定水生植物分布深度和面积的重要因素d.人类需求是决定水生植被类型、面积和分布格局的主导因素 (1)调蓄型调蓄型湖泊：以蓄洪、泄 洪、灌溉为主要功能，吞吐量大，要求水流通畅。修复重点修复重点：忌讳淤积，不易大规模发展水生植被。 (2)水源型水源型湖泊： 以城镇供水为主要功能，保护水质是恢复水生植被的主要目标。修复重点修复重点：应该尽可能地扩大水生植被的面积，并以沉水植被为主。 (3)运动娱乐运动娱乐型湖泊：以水上运动、娱乐为主要功能，水生植被主要起美化环境的点缀作用。修复重点修复重点：水生植被恢复主要在沿岸带，

6、应以观赏性湿生植物和挺水植物为主，辅以少量浮叶植物。 (4)观光游览观光游览型湖泊：以观光游览为主要功 能，要求湖水清澈，自然景色优美。修复重点修复重点：水生植被选择既应满足水质保持的需求，也应考虑植物的景观效果。e)营养平衡和生态平衡原则 营养平衡原则 VRP=植被面积植被面积初级生产力初级生产力磷磷含量含量(收获率收获率+水产品增产效率水产品增产效率+沉积效应沉积效应)VRP: 水生植被在湖泊磷平衡中的综合效应不同湖泊初级生产力会有所差异,水产品增产效率和沉积效应变化更大p 优化设计:a. 先锋物种的选择物种选择原则: 适应性、本土性、强净化可操作确定植物种类b. 群落配置通过人为设计，将

7、欲恢复重建的水生植物群落， 根据环境条件和群落特性按一定的比例在空间分布、时间分布方面进行安排。一般来说，配置应以湖泊历史上存在过的某营养水平阶段下的植物群落的结构为模板，适当引入外来物种。水平空间配置 分为生态型生态型植物群落和经济型经济型植物群落 生态型生态型群落，以水体污染治理、促进生态系统恢复为目标。建群物种选择建群物种选择：建群物种一般为耐污、生长快、 繁殖能力强、环境效益好的物种。 经济型经济型群落，以推动流域经济发展，顺应地方需求为目的。建群物种选择：建群物种选择：建群物种一般为经济价值较高、具一定社会经济效益的物种。 配置时，污染严重时应以生态恢复为目标， 污染较轻湖区，应同时

8、考虑经济效益。 垂直空间配置 考虑不同生活型植物群落与不同沉水植物群落对水深的要求 群落配 置时从湖岸边至湖心，随水深的加深，分别选用不同生活型或同一 生活型不同生长型的水生植物，分别占据不同的生态空间 2. 水生植被修复的技术途径p 基本条件创建蓝绿藻风浪浅滩创建清除淤泥水深，控制在1m以内水质，透明度2/5p 恢复水生植被的途径a) 挺水植物可直接种植,深水区必须有1/3露出水面,茭草最大水深可达1米,但需要有两个以上叶片浮出b) 浮叶植物可采取营养体移栽、种子播撒或繁殖芽、扦插根状茎等方式c)沉水植物 对水深和光照条件的要求高，是水生植被恢复的重点和难点。 在沉水植被几乎绝迹、光效应差的

9、次生裸地上，应选择光补偿点低、耐污的种类建立先锋群落。 在光效应较好，可选择具中等耐污和较高光补偿点的种类为先锋种。 沉水植物恢复时，应从水浅的岸边开始，并在低水位季节进行。 凤眼莲芦苇水生美人蕉菖蒲第三节 富营养化的生物操纵修复 一一几个概念几个概念p生物操纵生物操纵 F指应用湖泊生态系统内营养级营养级之间的关系，通过对生物群落及其生境的一系列凋整，从而减少藻类生物量，改善水质。F主要原理主要原理是调整种群结构， 保护和发展大型牧食性浮游动物，从而限制藻类的过量生长。F调整方法调整方法是在湖泊中投放、发展某些鱼种，而抑制或消除另外一些鱼种，使整个食物网适合于浮游动物或鱼类自身对藻类的牧食和消

10、耗肉食性肉食性鱼鱼 类类浮游生物浮游生物食性鱼类食性鱼类浮游动物浮游动物藻类藻类底食性底食性鱼鱼 类类再循环再循环营养物质营养物质p 庇护机制庇护机制F 是指浮游动物赖以逃避鱼类捕食的行为机制或环是指浮游动物赖以逃避鱼类捕食的行为机制或环境条件境条件F 可能的可能的庇护机制包括：庇护机制包括：a. 低光照低光照庇护庇护. 水质混浊或藻类密集使光线减弱，可水质混浊或藻类密集使光线减弱，可能降低鱼类的视觉能降低鱼类的视觉，从而减少捕食率；从而减少捕食率；b. 低温低温庇护庇护. 前者对温度适应范围较宽，能通过变温前者对温度适应范围较宽，能通过变温层，而鱼类则较窄；层，而鱼类则较窄；c. 厌氧厌氧庇

11、护庇护. 前者耐低氧能力较一般鱼类强；前者耐低氧能力较一般鱼类强；d. 对肉食性鱼类的对肉食性鱼类的回避回避行为；行为；e. 大型水生植物大型水生植物庇护庇护. 水生植物的屏蔽作用，提供了水生植物的屏蔽作用，提供了良好的庇护场所。良好的庇护场所。这是在实践中首先被考虑利用这是在实践中首先被考虑利用的庇护机制。的庇护机制。 二二 生物操纵途径生物操纵途径1. 人为去除鱼类人为去除鱼类先将湖泊小的鱼类全部捕出或用药剂毒杀后， 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， 保护浮游动物我国浅水湖泊中应用密网、密箔的捕捞方法鱼藤酮毒性很大，在沿岸投放浓度达0.25m/L的鱼藤酮可杀死小鱼

12、，也能毒杀溞类，产生负效应2. 投放肉食性鱼类投放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，是生物操纵的主要途径之一。许多实验表明这种方法对改善水质有明显效果。但在实践中, 该方法常使肉食性鱼类不能长久维持其密度3. 水生植被管理应用草鱼控制水草效果明显，美国依阿华和佛罗里达几个水草密集的湖泊, 放养草鱼3年后, 水草去除91-94%该方法草鱼数量数量的确定是关键4. 投放微型浮游动物 5. 投放细菌微生物6. 投放植物病原体和昆虫第四节 底泥环境疏浚修复 一一底泥的危害底泥的危害湖泊环境变化会导致营养盐再释放再释放氮的释放氮的释放取决于氮化合物分解的程度。氮化合物在细菌的作用

13、下可以相互转化厌氧时，以氨态氮溶出为主；好氧性时，则以硝态氮溶为主磷的释放磷的释放与其化学沉淀的形态有关。一般情况下首先进入沉积物的间隙水中，逐步扩散到沉积物表面，进而向上层水混合扩散。 西湖每年沉积物中磷的释放量可达1.3t左右，相当于年入湖磷负估量的41.5%。p环境疏浚与工程疏浚的差异差异 环境疏浚环境疏浚旨在清除湖泊水体中的污染底泥，并为水生生态系统的恢复创造条件，同时还需要与湖泊综合整治方案相协调。 工程疏浚工程疏浚则主要为某种工程的需要如流通航道、增容等而进行。 二底泥环境疏浚的调查p分两个阶段进行:项目立项和可行性研究而进行的初步调查和分析 为项目设计而进行的勘测与分析p包括以下

14、内容: 污染底泥及污染物的来源、种类及含量; 底泥分布、厚度、数量; 处理场地确定; 疏浚设备，现场环境及地下水状况; 二次污染预防等三疏浚设备的选型首先应符合一般疏浚的要求:疏浚工程技术规范(GIJ 319-99)同时,考虑污染疏浚的要求,对设备进行进一步筛选,包括对常规设备改进和专用环保挖泥船设计常规设备改进: 耙吸挖泥船耙吸挖泥船 适于沿海和大江而且污染土分布范围较大地区 绞吸挖泥船绞吸挖泥船 应用最广泛,可在陆地拼装后下水, 距离岸边较近,适于湖泊污染土清理 抓斗式船抓斗式船 可配以泥驳装载，宜在底泥分布集中且厚度较大地区使用专用环保挖泥船技术特点 全球卫星定位系统(DGPS) 仪器传感器 水下地形及污染土层分布数字模型 污染监测系统 新机具环境疏浚设备的选择原则 第一，既要考虑一般疏浚工程的条件，又要考虑污染物与生态等环境保护方面的要求 第二，不同的污染物对疏浚和处置有不同要求，应经济合理地确定控制指标和要求 第三，如果要求不严，应优先选用现有的一般疏浚设备，或者加以改进以达到经济合理的目标; 第四，多方案筛选和比较，选取最优化途径。 p底泥综合利用底泥综合利用 湖滨绿化带湖滨绿化带，使堆场所在地形成绿化