【教学】第八九章 污染湖泊的生物修复 污染环境生物修复工程

第八章污染湖泊的生物修复整理ppt我国湖泊共有2759个，总面积达91019km，占国土面积的95％，其中约三分之一为淡水湖泊，主要分布在东部沿海与长江中下游地区，占全国淡水湖泊总数的60％，且绝大多数为浅水湖泊.湖泊地处东南沿海或长江中下游平原地区，人口稠密、经济发达，加上近年来欠适当的人类活动方式，极大地改变了自然湖泊生源要素的循环规律，这些湖泊中多数已经富营养化或正在富营养化中．湖泊生态系统结构和功能退化，蓝藻水华频繁暴发，水质性缺水日趋严重，并造成巨大经济损失．整理ppt湖泊污染特点

湖泊污染来源广、途径多、种类多湖水稀释和运移污染物质能力弱湖泊对污染物质的生物降解、积累和转化能力强整理ppt第八章污染湖泊的生物修复

目前，我国80%以上的湖泊受到污染，而污染的主要特征是由人类经济活动引起的人为富营养化。削减湖泊水体氮、磷及有机碳负荷的技术途径除了消除点源（截流污染源并施行清污分流）、减少和控制面源污染这类最基本的途径外，最常见的有机械清淤法，另外引水冲洗和生物修复法也是有效的方法。湖泊生物修复包含微生物修复、水生植物修复、生态修复几大类，它们之间相辅相成，不可弃一，才能获取总体治理效果。整理ppt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湖泊的生态修复底泥环境疏浚修复第八章污染湖泊的生物修复

整理ppt第一节富营养化的微生物修复

曝气修复投菌剂修复整理ppt一、深水曝气修复（一）原理1、深水曝气（aerationindeepsite）有三个目的。第一，在不改变水体分层的状态下提高溶解氧浓度。第二，改善冷水鱼类的生长环境和增加食物供给。第三，改底泥界面厌氧环境为好氧条件，降低内源性磷的负荷。其它附带的目的或者效果包括降低氨氮、铁、锰等离子性物质的浓度。整理ppt曝气设备机械搅拌深水抽取回灌注入纯氧注入空气应用并不曾遍，主要原因是空气传质效率比较低，成本比较高能大幅度提高传质效率，但易引起深层水与表层水混层成本最低而效果最好应用得最多空气全部提升空气部分提升2、曝气设备分类整理ppt二、投菌法（一）有效微生物修复有效微生物（effectivemicroorganisms，EMs）是由乳酸菌、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。1998年4～6月投加的制剂达到湖水菌剂浓度187mg/L，均匀投加60个固定了高浓度EM的泥球。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%；此后停止投菌45d，透明度回落到0.3m。可喜的是停止投菌后，尽管各项指标有所反弹，但再未见“水华”发生。所以，从这个案例看EM修复华南植物园人工湖泊富营养化是有效的。整理ppt二、投菌法（二）Clear-Flo系列菌剂修复

治理后BOD5下降97%，COD下降85%，SS总量下降98%，磷酸盐下降69%。整理ppt第二节富营养化的水生植被修复一、湖泊水生植被修复的意义湖泊水生植被（aquaticvegetation）由生长在湖泊浅水区和湖周滩地上的沉水植物群落、浮叶植物群落、漂浮植物群落、挺水植物群落及湿生植物群落共同组成，这几类群落均由大型水生植物组成，俗称水草。整理ppt湿生植物群落整理ppt挺水植物群落整理ppt浮叶植物群落整理ppt漂浮植物整理ppt漂浮植物整理ppt沉水植物群落整理ppt水草茂盛则水质清澈、水产丰盛、湖泊生态稳定，水草缺乏则水质浑浊、水产贫乏、湖泊生态脆弱。整理ppt水生植被修复强化自然水生植被修复人工重建水生植被修复通过对湖泊环境的调控来促进湖泊水生植被的自然恢复对已经丧失了自动恢复水生植被能力的湖泊，通过生态工程途径重建水生植被水生植被修复分类整理ppt1．挺水植物：即植物的根、根茎生长在水底泥中，茎、叶挺出水面者。常分布于0-1.5米的浅水处，其中有的种类生长于潮湿的岸边，因此又有诏生植物之称。当水位下降时，植物体完全露出水面后，仍能生长很好；但当水位升高时，植物体被淹没，则不能生存。在水深1.5米以内的小水体，这类植物常可长满整个水面；在较深的水域，多分布于浅滩。常见有：芦、蒲草、荸荠、莲、水芹。

二、水生植被的生态学特性整理ppt整理ppt整理ppt整理ppt2.浮叶植物：根生泥中，叶具长柄浮于水面，时常有异叶现象，即有漂浮叶与沉水叶之分。沉水叶的特征与沉水植物相同；漂浮叶叶柄长，植物体水生性较强，常间杂在挺水植物的群落中，在无挺水植物的地方，形成明显的群落。分布区域一般达水深3米处。常见的浮叶植物有菱、睡莲、水葵等。二、水生植被的生态学特性整理ppt整理ppt3.沉水植物：根生泥中，植物体沉没水中，一般分布在6米左右的水深中。这类植物受透明度影响较大，透明度愈大，分布也就愈深。因此，一般植物在失水后很快就会枯死。有些种类在开花时可以挺出水面，或漂浮于水面。典型的沉水植物为眼子菜属和茨藻属的种类；此外，聚草、轮叶黑藻等也是常见种类。二、水生植被的生态学特性整理ppt整理ppt4．漂浮植物：这类植物的根多退化或完全没有根，整个植物体漂浮于水面。植物体的细胞间隙非常发达或者具有气囊，以增加浮力。漂浮水面的种类，它的叶（或茎）有浮叶植物的特征；完全沉没水中的种类，它的叶有沉水植物的特征。种类有：芜萍、紫背浮萍、水浮莲等。二、水生植被的生态学特性整理ppt整理ppt5．湿生植物：生长在过度潮湿环境中的植物。抗旱能力小，不能长时间忍受缺水。生长在光照弱、湿度大的森林下层，或生长在日光充足、土壤水分经常饱和的环境中。前者如热带雨林中的各种附生植物（蕨类和兰科植物）和秋海棠等；后者如红蓼、毛茛、灯心草和半边莲等。。二、水生植被的生态学特性整理ppt红蓼

红蓼

整理ppt1、初级生产力;2、对湖水具有净化作用，降低湖水营养水平3、抑制藻类生长，提高水体透明度4、水生植物能为其它生物提供栖息环境，从而有利于生物多样性和系统的稳定性5、水生植物对湖泊生态系统演替的作用三、水生植被在湖泊生态系统中的功能整理ppt四、水生植被修复的优化设计建立什么样的水生植被？多大的面积比例比较适宜？在湖泊内怎样分布较为合理？水生植被的优化设计解决整理ppt（一）优化设计基础1、由湖盆形态、底质条件和水文条件决定的水生植被面积、类型和分布格局2、强烈的风浪扰动能决定水生植被的分布格局和面积3、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4、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（调蓄型湖泊水、源型湖泊、运动娱乐型湖泊、观光游览型湖泊）5、水质保障的营养平衡和生态平衡原则

整理ppt（二）优化设计适应性原则本土性原则强净化能力原则可操作性原则根据上述基本原则，并在广泛调查的基础上，结合原有水生生物种类，进行恢复先锋种的选择。近年来国内外有关水生植物的生理生态特性及其在湖泊治理中的许多研究为物种选择提供了可能（表8-1）。1、先锋物种的选择（1）物种选择原则（2）确定植物种类整理ppt表8-1水生植物综合功效分析表植物名称去N性去P性适用性耐成活耐污力净化能力水葫芦+++++++++++极强强满江红+++++++++耐污中强，对高浓度N、P净化效果好水花生+++++++++耐污中，对低浓度N、P净化效果好慈姑+++++++++++耐污强，对高浓度N、P净化效果好芦苇+++++++强强茭白+++++++++++耐污强，对高浓度N、P净化效果好菱角+++++++强强，对低浓度N、P净化效果好莲+++++++中等强菹草++++++++++中等中强，对低浓度N、P净化效果好金鱼藻++++++++耐污中强，对高浓度N、P净化效果好红线草--+++++强强微齿眼子菜--+++++耐污中黑藻--++++++耐污中伊乐藻++++++++++++中等强表8-1水生植物综合功效分析表整理ppt2、群落配置群落配置：人工植物群落的构建主要包括（水平空间配置、垂直空间配置）两个方面的内容。整理ppt（1）水平空间配置：水平空间配置：湖泊不同的受污水域或湖区上配置不同的植物群落。依据恢复目标的不同，所配置的植物群落可分为生态型植物群落和经济型植物群落。污染重污染轻生态型植物群落以水体污染的治理、污水净化、促进生态系统的恢复为主要目标，注重群落的生态效益，其建群种一般为耐污、去污能力强、生长快、繁殖能力强、环境效益好的物种经济型植物群落推动流域经济发展；顺应地方的需求为目的，注重群落经济效益的发挥，建群种一般为经济价值较高、有特殊用途、具一定社会经济效益的物种。整理ppt（2）垂直空间配置在进行群落的配置时，需考虑湖区的水质、水深、底质因素等条件挺水植物带浮水植物带沉水植物带图8－1群落垂直空间配置示意图整理ppt五、水生植被修复的技术途径（一）修复水生植被基本条件的创建1、蓝藻水华的控制2、风浪的控制3、沿岸带浅滩环境的创建4、污泥的清除5、水深的调控6、水质的改造整理ppt（一）修复水生植被基本条件的创建1、蓝藻水华的控制影响水体透明度危害分泌毒素依附植物体根系,妨碍其生长全湖性控制小型湖泊

控制类型控制局部湖区的蓝藻利用围隔技术

控制技术通常有机械捕捞、生物控制、药物控制

整理ppt（一）修复水生植被基本条件的创建2、风浪的控制风浪的危害直接效应植物的机械损伤间接效应沉积物再悬浮、再释放在小型湖泊用水花生网制成的大型“浮毯式”消浪带。在大型湖泊可以将水花生网制成小型“浮毯”，将众多的消浪“浮毯”以弹性方式固定在水生植被恢复区外侧，组成阵列。风浪的控制整理ppt（一）修复水生植被基本条件的创建3、沿岸带浅滩环境的创建水生植物的稳定生存是离不开浅滩环境的。挺水植物和浮叶植物只有在浅滩上能够生存。退垦还湖创建途径湖泥围埝泥土围埝整理ppt（一）修复水生植被基本条件的创建4、底泥的控制底泥有利：是湿生植物、挺水植物的生长基质，有固定作用不利：随时向环境释放污染物，有机物含量高、易形成厌氧环境，不利于植物生长处理方法：底泥清挖整理ppt（一）修复水生植被基本条件的创建5、水深的调控控制在1m以内将有利于沉水植物的成活和群落的发育。整理ppt（一）修复水生植被基本条件的创建6、水质的改造水质改造一方面可以提高潮水的透明度，改善水下光照条件，另一方面可以降低湖水中有机污染物的含量。

整理ppt（二）恢复水生植被的技术途径恢复水生植被是一个从无到有、从有到优、从优到稳定的逐步发展过程，其中包含了水生植被与环境的相互适应、相互改造和协同发展。3、沉水植物的恢复重点和难点水深和水下光照条件、底床硬度选不同先锋种对湖水水质和透明度要求不严，可以直接进行目标种的种植或栽植。无须任何演替过程，在确定目标植被的空间分布和种类组成之后，可以直接进行种植1、挺水植物的恢复2、浮叶植物的恢复整理ppt四、水生植被的收割利用采用水生植被修复富营养化水体时，必须及时收割水生植物。收割可以去除多余的或者不需要的水生植物，控制水生植物可能对环境产生的不利影响。一般的步骤包括收割、收集、加工储存、运输到岸边、处置或利用等。主要利用途径包括动物饲料、鱼饵料、能量来源如产沼气、堆肥作为土壤调节剂或者肥料添加剂等。收割的优点是见效迅速，而且收割不同于使用灭草剂，不会对水环境产生不利的影响。但是，收割的植物必须收集起来，避免产生腐败分解，败坏水体。对于大面积水生植物控制，设备投资可能比较大，收割可能不经济，也不容易做到。整理ppt第三节富营养化湖泊的生态修复最早由Shapiro提出，就是用调整生物群落结构的方法控制水质。一、生物操纵的基本概念（biomanipulation）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。主要原理：整理ppt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耗，从而改善湖泊环境质量。鱼群结构调整的方法整理ppt参与生物操纵的生物成员

浮游动物浮游植物大型浮游动物小型浮游动物生物操纵成员鱼类浮游生物水生植被细菌浮游植物食性鱼类草食性鱼类底食性鱼类肉食性鱼类浮游动物食性鱼类整理ppt水生食物链模式

肉食性鱼类浮游动物食性鱼类浮游动物藻类氮、磷营养物再循环底食性鱼类草食鱼类水生植物浮游植物食性鱼类EMs微生物食物竞争整理ppt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与生态工程的区别相同点：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的是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不同点：整理ppt生物操纵途径投放植物病原体和昆虫投加细菌微生物投放微型浮游动物水生植被管理投放肉食性鱼类人为去除鱼类二、生物操纵途径整理ppt1、人为去除鱼类（重建鱼群结构）

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。注意：鱼藤酮除无选择地杀死鱼类以外，也能毒杀蚤类，产生负效应，一般不宜采用。在我国浅水湖泊中应用密网的捕捞方法基本上可以达到控制鱼类种群数量的目的。整理ppt2、投放肉食性鱼类（改建鱼群结构）

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，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。河鲈、北方狗鱼、虹鳟和大嘴黑鲈等整理ppt3、水生植被管理国内外应用草鱼控制水草的工作做的很多，大部分都证明有效，而且费用低、长期有效，对环境无害。草鱼成鱼专吃水草，食量大，生长快，喜温性，耐低氧，是控制水草疯长的优良鱼种。

应用草鱼控制水草关键是放养量整理ppt4、投放微型浮游动物微型动物直接以藻类为食，通过投放微型浮游动物，能够抑制藻类的疯长。微型动物通常在专用的水池中，通过人工培养液，大量快速繁殖，然后直接投放目标水域中。主要内容包括食藻微型动物的大规模培养条件、捕食速率、投加数量和方法等。目前主要限于实验室规模的研究整理ppt5、投加细菌微生物投加预先培养的细菌微生物，能够迅速吸收和转化水体中高浓度的氮磷污染物质，抑制藻类的“疯长”。这些细菌一般都是专一性地或者说有选择性地，不影响其它动物群落和植物群落，不破坏水质和设备。目前的研究主要局限于实验室，现场实验很少。整理ppt6、投放植物病原体和昆虫

投放植物病原体和昆虫是一种有效地控制水生植物的方法。优点：植物病原体多种多样包括病毒、病菌、真菌、支原体和线虫等等，多达10万余种，而且大多数是有针对性的，容易散播，自我繁殖维持。

整理ppt1、成功的生物操纵需要考虑的条件水体小，大约＜4hm2；水浅，最深不超过4m，均深＜1m；水的滞留时间30d以内，防止一些生长慢的藻类（如束丝藻、颤藻）的发展；一半以上底部为水草覆盖；未形成蓝藻水华，优势藻类是栅藻、小球藻或小环藻、针杆藻以及隐藻；有鱼类生存，易于人为控制；浮游动物主要由蚤属占优势。三、生物操纵问题与展望整理ppt2、目前，生物操纵研究方向（1）研究水质和渔业生态学之间的关系。管理大型鱼食性鱼类是生物操纵的关键因素。食物网不稳定的湖泊中鱼类资源和营养盐负荷能力变化较大，需要研究渔业生态学与湖沼学之间的相互作用，研究在保护水域环境质量的前提下如何适度发展渔业；（2）研究沿岸带生态学和敞水区食物网之间的关系。在浅水湖泊，去除鱼类，改善水质，沉水植物得到发展；沉水植物发展后，隐蔽的鱼类消灭浮游动物的牧食，恶化水质，又减少沉水植物。生物操纵或水生植物管理都可引起大型植物与藻类优势状况之间的突然改变。需要进一步了解水生植物、渔业和浮游植物管理与湖泊恢复之间的作用。整理ppt第四节底泥环境疏浚修复一、底泥对湖泊的潜在污染湖泊污染底泥是湖泊污染的潜在污染源，在湖泊环境发生变化时，底泥中的营养盐会重新释放出来进入水体。因此，国内外都采取多种方法对污染底泥采取工程措施，对城市附近污染底泥堆积深度很厚的局部浅水域，环境疏浚工程技术最为普遍，效果也最为明显。整理ppt二、底泥环境疏浚的特点

工程疏浚：主要为某种工程的需要如流通航道、增容等而进行环境疏浚：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。环境疏浚与工程疏浚的区别具体区别见表8-2整理ppt项目环境疏浚工程疏浚生态要求为水生植被恢复创造条件无工程目标清除存在于底泥中的污染物增加水提溶积，维持航行深度边界要求按污染土壤分层确定底面平坦，断面规则疏挖泥层厚度较薄，一般小于1m较厚，一般几米至几十米对颗粒物扩散限制尽量避免扩散及颗粒物再悬浮不作限制施工精度5～10m20～50m设备选型标准设备改造或专用设备标准设备工程监控专项分析严格控制一般控制底泥处置泥、水根据污染性质特殊处理泥水分离后一般堆置表8-2环境疏浚与工程疏浚的区别整理ppt三、底泥环境疏浚的调查与勘测在湖泊污染综合治理工程中，考虑对污染面源、点源治理的同时，应对湖泊污染的内源（即污染底泥）存在的危害性及分布进行调查和分析，并确定是否应对污染底泥进行疏浚和处置。第一阶段：为项目立项和可行性研究而进行的初步调查和分析。第二阶段：为项目设计而进行的勘测与分析调查与分析一般分两个阶段进行整理ppt四、底泥环境疏浚设备的选型（一）环境疏浚设备的选择原则第一，环境疏浚设备的选择既要考虑一般疏浚工程的施工条件，又要考虑污染土疏浚与处置的化学、生态等环境保护方面的要求，是一项比较复杂的工作，应该通过周密的调查与分析后妥善地进行。第二，不同的污染物对疏浚和处置有不同的要求，应该经济合理地确定控制指标和要求，过高的指标和要求可能会对疏浚设备的选择带来困难，同时会导致工程费用的大幅度上升。整理ppt第三，环境疏浚如果控制指标不严，应优先选用现有的一般疏浚设备，或者加以改进达到经济合理的目标，同时应对设备改造的投资，由于环保要求对设备生产能力的影响从经济上做出合理安排。第四，由于疏浚设备类型很多，一项工程可能会有多种工艺方案，在疏浚设备选择时应进行多方案的筛选和比较，找出技术上可行、经济上合理的最佳方案。为此同时应对有关疏浚设备进行必要的调查。整理ppt五、堆场余水及污染底泥处置（一）堆场余水处理及水质控制国内某些湖泊环境疏浚工程堆场余水监测结果表明，采用自然沉淀的堆场在吹填初期及中期堆场排放的余水水质良好，吹填后期及中后期的部分时段可能出现超标现象，说明采用堆场自然沉淀的方法控制余水水质是基本有效的。整理ppt（二）污染底泥处置污染底泥中含有各种对环境有害的污染物，不能直接吹填堆放，尚须经过无害化处理或采取防止污染扩散的措施。污染底泥处置的基本原则如下。（1）根据底泥中污染物种类，选择有效的处理方法，保证处理效果；（2）污染底泥疏浚一般工程量浩大，宜选择处理成本低的处理工艺；（3）污染底泥处理过程中不产生二次污染；（4）在可能条件下，污泥处置与综合利用相结合。整理ppt（三）堆场设计堆场是污染底泥存放的场所，其主要设施包括围墙、泄水口、排水沟等，堆场设计必须符合环境疏浚的特定要求整理ppt（四）底泥综合利用第一，建立湖滨绿化带，美化环境。第二，填地造景，开发旅游资源。第三，无害化处理后作为林地肥料。第四，造聚合物及废弃物复合材料、建筑墙体材料、混凝土轻骨料、硅酸盐胶凝材料。整理ppt第九章

污染地下水的生物修复

整理ppt第一节抽提－处理修复第二节空气吹脱修复第三节原位工程生物修复第四节地下水的自然生物修复第九章污染地下水的生物修复整理ppt抽提－处理修复（pump-treatment）

地下水异位修复空气吹脱修复（blow-off）整理ppt第一节抽提－处理修复抽提－处理修复是一种传统的异位修复技术，通过采用一定方法，将地下水中的液态污染物与气态污染物抽取出来，在地面进行处理净化。因此它又可分为：泵－处理修复（pump-treatment）抽气－处理修复（airextracted-treatment）整理ppt一、泵－处理修复

在地下水层受到污染时，采用水泵将地下水抽取出来，进行地面处理。优点12不能保证地下水尤其是土壤中的污染物能够得到有效地去除。缺点用泵抽取出来的水中的污染物可以得到高效率的去除整理ppt二、气体抽提修复利用真空泵和井，在受污染区域诱导产生气流，将有机污染物蒸气，或者将被吸附的、溶解状态的或者自由相的污染物转变为气相，抽提到地面，然后再进行收集和处理。典型的气体抽提系统包括抽提井、真空泵、湿度分离装置、气体收集管道、气体净化处理设备和附属设备等。整理ppt监测井分离净化处理排放泵典型气体抽提系统组成整理ppt气体抽提技术的优点能