污染水环境修复技术

1、第八章 污染水环境修复技术 邓欢欢,目录,水环境污染 水环境修复 水环境修复的目标与原则 水环境修复的基本内容,定义：水体因某种物质的介入，而导致其化学、物理、生物或者放射性等方面特征的改变，从而影响水的有效利用，危害人体健康或者破坏生态环境，造成水质恶化的现象。 分类： 存在形式：地表水污染与地下水污染； 水域类型：河流污染、湖泊污染、水库污染、海洋污染 污染物：有机物污染、重金属污染等 污染物性质：物理性、化学性、生物类污染,一、水环境污染 P205,水体污染物的来源分类： 形成原因：天然污染源和人为污染源； 污染物属性：物理性、化学性、生物类污染源； 污染源的空间分布方式：点源和非点源；

2、 受纳水体：地面水污染源、地下水污染源、海洋污染源； 人类社会活动：工业污染源、农业污染源、交通运输污染源和生活污染源。,定义：利用物理的、化学的、生物的和生态的方法减少水环境中有毒有害物质的浓度或使其完全无害化，使污染了的水环境能部分或完全恢复到原始状态的过程。 进展： 美国：十分庞大的生态恢复计划； 欧洲：重新自然化的工作，进展较大； 日本：多自然河道技术 中国：三湖三河为代表，也进行了较多工作,二、水环境修复,修复目标：保证水环境结构健康的前提下，满足人类可持续发展对水环境的要求。,三、水环境修复的目标与原则,水环境修复原则： 不同于传统的环境工程学！ 修复对象是环境的一部分，不可能建造

3、能将整个修复对象包容进去的处理系统，也几乎不可能采用传统治理技术。 水环境修复比传统环境工程需要的专业面更广，包括环境工程、土木工程、生态工程、化学、生物学、毒理学、地理信息和分析监测等，需要将环境因素融入技术中。,一条受污染的河流，可能就有数十万方的水量，河流水系长度可能达几百上千公里，涵盖几十到几百平方公里的流域范围，怎么能像传统污水处理？,水环境修复原则： （1）水体的地域性 根据地理位置、气候特点、湖泊类型、功能要求、经济基础等因素，制订适当的水环境修复计划、指标体系和技术途径。 （2）生态学原则 根据生态系统自身的演替规律分步走分阶段进行修复，并根据生态位和生物多样性原则构建健康的水

4、环境生态系统。 （3）最小风险和最大效益原则 需要对工程仔细论证，降低风险，同时获得环境效益、经济效益和社会效益的统一。,水环境现场调查： 目的是确定污染程度，包括污染区域位置、大小、污染区域特征、形成历史、污染变化趋势和程度等； 内容包括外部污染源的范围和类型，内在污染源的变化规律，底泥土壤环境的形态和性质，水动力学特征等。 水动力学：流向、流速、流量、水深等等水文数据。,四、水环境修复的基本内容,水环境修复设计： （1）设计原则 制定合理的修复目标以及遵循法律法规方面的要求； 明确设计概念思路，比较各种方案，进行现场研究； 考虑可能遇到的操作和维修方面的问题，公众反映、健康与安全方面的问题

5、； 估算投资、成本和时间等因素的限制，结构施工容易长度以及编制取样监测操作维修手册等。 （2）设计程序 项目设计计划 项目详细设计 施工建造 系统操作 监测计划,浅析日本河流生态建设,2006年4月28日,李建华 同济大学长江水环境教育部重点实验室,日本河流特征: 坡度大、流程短,利根川：平水流量/洪水流量 1/100,河川法内容的変遷与GDP推移（5598）,日本治水事业的成就,都市型水害发生频率增加,History of River Restoration in Japan,River Law for Environment,1997年河川法：将治水、水资源利用和生态环境重建融为一体，着重

6、强调了河流生态环境的保护和创建 。,河流生态环境的整治、保护与重建（1）,1957: 第一次河流环境整治行动 1st aquatic environment project 1970:环境污染控制基本法 Basic Law for Environmental Pollution Control,Bypath Cannel National 3 (Edo, Yodo, Ishikari),流水直接汚濁 負荷取除施設 設置,悪臭景観損原因河床堆積底泥除去,水量少、汚 濁河川対 、清浄河川水 、下水高度処 理水導入,水利用高度化 河川 、河道内新 低水路整備 清浄水汚 濁水 分離,礫間接触酸化法 植

7、生浄化法 瀬淵利用浄化方法,Bypath Channel Project,Number of Water Purification Facilities,亲水景观、运动休闲场所建设 1974: 城市亲水公园建设 River Park for urban amenity (The end of rapid economic growth),赏樱花，篮球，棒球，网球，焰火等,亲水公园等,景观、运动、野营、休闲,90年代以前生态修复工程案例,1982年 Itachi River城市河流河道自然再生工程,1974年 Ichinosaka River萤火虫生境修复工程,河流生态环境的整治、保护与重建（2

8、）,1990: 多自然型河流建设 Naturally-diverse river works; Japanese version river restoration project 1997: 河川法修改 Amendment (on River Environment of River Law and enactment of Environmental Assessment Law ); 2003 : 自然再生促进法 Nature Restoration Promotion Law;,多自然型河川建设 Naturally-diverse river works (Japanese river

9、 restoration),多自然型,鱼类友好型,自然再生型,1990年多自然型河川建设实施要领，对建设多自然型河流的目的、定义、实施细则及注意事项等都作了非常明确和具体的规定，从此揭开了日本河流生态重建的序幕。,多自然型河川建设计划由建设省正式启动 Officially started in 1990 by MOC(MLIT),截止2000年底 日本共完成多自然型河流改扩建工程2万余处,精进川生态重建事例,施工前 为混凝土护岸，加之， 有栅栏，无法接近。,施工后2个月 拆毁混凝土护岸，通过蛇行方案 和恢复生境等手段，恢复了较开 阔的河畔空间。,断面构造图,生态护岸参照施工案例2,铺设砾石：保

10、存水中生态系，提供鱼类产卵、 停留和捕食的场所、增强河川的自我恢复能力。,多摩川鱼类生息环境重视型生态河流的重建,鱼道改善前,鱼道改善后,日本河流生态重建的基本原则,在满足防洪和水资源开发的同时，充分尊重自然所具有的各种属性，特别是原有的生态多样性； 依照现存的自然条件，建设和恢复健康的水生态环境； 采取有效措施,积极保护自然生态系统的同时重建河流生态系统 ；,主要工程措施,营造自然的河道形态 ； 塑造生态的滨岸环境 ； 注重构造物的生态功能 ； 应用生态材料 ；,非工程措施,建设蓝图 保障制度 技术标准 评价体系,技术保障,河川环境与绿化生态研究； 河川生态修复、自然共生技术研究； 评价技术

11、研究；,更加注重评价,自然再生事业的实施技术路线,High ecological value,Rare species,评价研究,河流环境评价技术研究 河流环境评价系统研究 河流环境评价标准研究,指导性蓝图（A guiding image exists） 生态系统的改善：河流的生态环境明显改善 恢复能力的提高：河流生态系统比修复前更加可持续 无持续性损害：完成修复不能造成无法恢复的损害 完成生态评价：进行项目前后的评价，信息共享,评价比标准的指导原则,River Restoration Team,多摩川上流処理場,八王子処理場,多摩大橋地区 調査範囲地点 概要,多摩川上流幹線樋管,八王子排水樋

12、管,日野用水堰,八高線下,多摩大橋直下,排水樋管,多摩大橋下流100m,多摩大橋下流700m,多摩大橋 下流1300m,多摩大橋,加大专项投入,日本政府逐年增加用于河川鱼类生存环境、水边活动点和城市多自然空间整备等建设的投入,其比例已接近日本国土交通厅河川局总财政预算的10%,河流环境是儿童接触大自然和从事自然观察的最为理想的环境教育基地,宣传、教育、交流、参与,宣传、教育、交流、参与,注重对各级行政官僚的再教育,Old map Old photos Old books and papers Old people,市民団体等設立河流环境保护団体数的推移,宣传、教育、交流、参与,宣传、教育、交流

13、、参与,参加河流水生生物调查人数推移 （国土交通省 河川局 川環境課集計）,生态恢复事例（1）,日本环境省和国土交通省对全国109条一级河流中的具有典型代表的26种对环境变化敏感的淡水鱼的调查统计结果表明，淡水鱼类得到明显恢复。,Number of river Fig.1. Variation of fresh water fish population in 109 1st degreed rivers since 1970s.,利用天然种子库（natural seed banks）在日本的霞浦湖湖滨带成功恢复已经灭绝的植物物种的研究案例,流域管理的新举措,自然共生型流域圈、都市再生计划 加

14、速制定各流域内主要领域的基本管理计划 鹤见川流域水基本计划第一部比较完整的流域水管理计划,从注重建设到更注重管理,Water Master Plan,洪水时-6项对策 平水时- 12项对策 自然环境-4项对策 震灾/火灾- 3项对策 水际管理-9项对策,自然恢复,水质改善,生态重建,景观、亲水,产、官、学、业、民的参与和互动，特别是行政界的作用,谢谢各位,温瑞塘河GIS研究与管理平台 建设项目汇报,张明华 二九年九月,河流水质净化工程实践中面临的难题,如何制定科学、合理的净化目标？ 如何选用适宜的实用技术？ 如何进行技术优化与集成？ 如何评价水质净化工程的综合效果？ 如何保持工程措施的长效运行

15、？,河流水环境质量改善方针,污染源控制（点源、面源、内源） 内源：底泥溶出 污染河流的水质净化与保持 生态修复与保护 景观建设 多方位利用（旅游、教育）,控、治、修、建、用,科学管理,管,管理平台建设技术路线,物理结构 设计,逻辑结构 设计,概念结构 设计,需求分析,数据字典,元数据,航片及遥感影像数据,系统用户数据,土地利用,污染源及排污设施,基础地形数据,土壤,气象数据,水体数据,为了能够表现出各种类型的数据之间的关系，将温瑞塘河GIS数据库的几大子数据模块合并为四个大部分，通过数据库管理技术建立各个部分的关联。,水体数据 模块,污染源数据 模块,土地利用 数据模块,基础地理与气 象数据模

16、块,DC,DC,DC,RC,DC,RC,行政区划码,河段代码,DC,RC,温瑞塘河的污染分布呈现显著的区域差异， 氨氮、溶解氧等主要污染指标均呈现三级河道二级河道一级河道的趋势（右图）。鉴于这一趋势可能同各级河道周边人口密度及相应的单位面积水体容纳的生活排污量分布趋势相近，意味着塘河的污染可能主要来自于生活排放。,塘河主河道从上游向下游的氨氮浓度变化显著。进入市区后浓度逐渐增高，在市区南端城乡结合部达到最高，随后逐渐降低（左图），证明市区是塘河污染的主要来源。,温瑞塘河污染来源分析,秋、冬季从珊溪水库引水冲污后除上游一级河道和相邻二级河道污染程度有较明显减轻外，大部分三级河道污染物浓度均没有显

17、著下降（右图），相比之下，降雨的稀释作用则可覆盖到各级河道。定性分析污染物的输运特征显示这两种来水状态下不同的水流模式存在差异（下图），需要在增加对塘河水文信息的采集的基础上通过GIS管理平台的水质模拟以充分发挥调水的效能。,引水冲污效果评估,GIS平台数据分析,3级支流的污染明显要比2级支流和主干道的污染严重（差异显著；NH4+N 、TN 平均值超过2倍；BOD5、CODmn接近2倍）； NH4+N 、TN是温瑞塘河流域最主要的污染物质（整个区域水质都低于国家V类标准）； 污染最严重的区域是北面的五马街商业区，西北部的流动人口聚集的区域，该区域集中了很多人工的小作坊，东北部集中的一片畜牧业养

18、殖区； 污染主要是居民生活污水的排放造成的，而北部的服务业，畜牧业，和个人的小作坊可能加剧了水体的污染；,降雨和冲污可以稀释水中污染物，但污染状况一般在1个月内会恢复。,水动力学模型与水质迁移转化模型在环境管理中的实际运用 温瑞塘河突发水污染的模拟 温瑞塘河生态调水模拟及效果预测 温瑞塘河取水口水质模拟与预测（水资源评价） 温瑞塘河排污口水质模拟与预测（环境影响评价） 温瑞塘河重点区域水质预测,例子：,勤奋河排污口排污及生态调水对水质影响效果的模拟,GIS管理平台对河流整治的指导,管网规划,1,城市河流修复工程优化,2,农村污染控制,3,科学冲污与疏浚,4,如何适用于温州,河流水质净化技术体系,物理法,引水冲污、底泥疏浚 气浮技术 物理结构改造（巨石堰技术）,絮凝沉淀、化学除藻 化学固定、 化学氧化,微生物强化技术 生物过滤技术 接触氧化技术 植物净化技术 滞留塘及生态沟渠技术 人工湿地技术 多自然型河流构建技术,通过GIS规划排水管网科学建设，待区域截污工程正确实施后，结合河道水文数据在GIS平台上借助空间分析对底泥疏浚进行科学规划； 后续应着手进行生态修复工程技术以净化河道水质，包括过去在塘河应用取得一定效果的曝气复氧、生态浮床技术等，条件具备的河段应进行水生植被恢复工程以建立良好的