湖泊水库水环境修复技术

内容
外部污染源的范围和类型； 内部污染源的变化规律； 底泥土壤环境的形态和性质； 水动力学特征
2020/12/8
10
水环境修复设计
制定合理的修复目标以及遵循法律法规方面的要求。
项 明确设计概念思路，比较各种方案；进行现场研究。
目 考虑可能遇到的操作和维修方面的问题，公众反应，健康和安全方面 原 估算投资、成本和时间等因素的限制，结构施工容易程度以及编制取样捡测操作维修手 则 册等。
法
富营养化
铁盐或铝盐
体中的无机磷酸盐产生化
学沉淀；氢氧化铝“薄层”
铝盐、铁盐、硫酸铝铁、钙盐、泥
钝化法
富营养化
土颗粒和石灰泥
与无机和颗粒磷产生沉淀
CLEAM—FLOLAKE—CLEASETm
❖ 酸化碱学中法和虽然见磷 效快酸，盐但浓容度易造成“二次污染”，具有一定危险性，只适合对突发性水污染或小范围严
重法 水污染的修和 复。叶绿素水
石灰
酸碱中和
平较高
化学除藻 富营养化 易溶性的铜化合物（硫酸铜），或
直接杀死藻类
法
者螯合铜类物质
2020/12/8
16
8.1.5.3 生物修复法
概念： ❖ 生物修复是利用生物（特别是微生物）催化降解有机污染物，从而去处或消除环境污染的过程，即
利用培育的植物或培养、接种的微生物的生命活动，对水中污染物进行转移、转化及降解，从而使 水体得到净化的技术。
物理 感官性污染物 HS、NH、胺、硫、醇、染料、色素、恶臭、肉眼可见物、泡沫等
性污 染物
热污染 放射性污染物
工业热水等
235U（铀）、232Th（钍）、226Ra（镭）、90Sr（锶）、137Cs（铯）、 289Pu（钚）等
2020/12/8
4
2 水污染源类型
水污染源 分类方法
2020/12/8
8.1 概述
1
水环境污染
2
水环境修复
3
水环境修复技术
4
2020/12/8
1
8.1.1 水环境污染
❖ 水污染是指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。
❖ 右上图：黑龙江重大水污染事故 右下图：黄河流域水污染
自然退化
图8-1 水环境修复目标示意图
人类干扰
受损水环境
水环境结构 （物种和多样性）
2020/12/8
8
水环境修复原则 水环境修复原则
水体的 地域性
2020/12/8
生态学原则
最小风险和 最大效益原则
9
8.1.4 水环境修复的基本内容
❖ 水环境现场调查 ：
目的
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 。
1 生态塘
2 人工湿地
3 土地处理技术
2020/12/8
25
生态塘
❖ 生态塘是一种资源化技术： （1）能将进入塘中的有机污染物进行降解和转化； （2）将水生作物、水产作为资源回收； （3）净化的污水也能作为再生水资源予以回收再
用。
2020/12/8
26
人工湿地
概念 ❖ 人工湿地是在一定长宽比及底面有坡度的洼地中，由
21
植被群落恢复
❖ 植被作用： “营养泵（库）”，有效分配水体营养盐，避免单一优势种的过度孳生，保持水体净化能力； 对于富营养化的水体，水生植物会与藻类竞争氮、磷等营养物，从而抑制藻类的生长。
❖ 恢复目的： 逐步恢复受损水体的生态系统的结构，在生产者、消费者、分解者等之间建立有效的食物链，促进系 统的物质循环，恢复水体的功能。
❖ 首要目标： 水生植物，包括沉水植物、挺水植物、浮游植物…
2020/12/8
源自文库22
植被群落恢复措施
• 改善植物生境条件
• 改善湖底光照 • 植被人工重建 2020/12/8
围隔消浪、促淤、底质改善、降低水位等
通过增加水体透明度、水下补光等措施 增加光补偿深度，促进沉水植物恢复。
针对已丧失自动恢复能力湖区或 不符合水质改善要求的情况 23
土壤和填料(如卵石等)混合组成填料床，废水可以在 床体的填料缝隙中流动，或在床体的表面流动，在床 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)，形成一个独特的生态环境，对污水进行 处理。
2020/12/8
27
人工湿地净化污水途径
途径： （1）填料床：过滤和截留去除颗粒物； （2）湿地介质：通过吸附、络合、离子交换等作用
❖ 2007年6月11日，在巢湖北岸的烟墩至义城沿岸， 湖面上聚积了大量蓝藻，沿岸边水域呈翠绿色、粘 稠状，非常难闻。
2020/12/8
36
3 湖泊水库酸化
❖ 使用化石燃料产生的SO2、NOx 被氧化后产生 硫酸和硝酸，通过湿沉降/干沉降进入水体。当 湖泊水体的pH 值小于5.6 时，水体与空气中二 氧化碳平衡，水体呈酸化状态。
❖ 严重地区：欧洲，我国西南
2020/12/8
37
酸化危害 酸化危害
对水生生物造成严重危害 ，尤其是对鱼类的生长：
酸碱度＜5.5，生长受阻 ；
酸碱度＜5，鱼类生殖功 能失调，繁殖停止
酸性条件下沉积物、 土壤中有毒重金属元素 活化
2020/12/8
38
4 湖泊水库萎缩
❖ 湖泊水库萎缩导致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大为降低。 表 8-2 长江中下游湖泊水库面积缩小统计
非金属 F-、CN-、AS
质 有机物 酚、苯、醛、有机磷农药、多氯苯酚（PCB）、多环芳烃、芳香烃
生物 性污 染物
油类污染物 营养性污染物
病原微生物 固体污染物
石油等 有机氮、有机磷化合物（洗涤剂）、砷、NO3-、NO2-、NH4+等 细菌、病毒、病虫卵、寄生虫、原生动物、藻类等 溶解性固体、胶体、悬浮物、尘土、漂浮物
会对流域的下游造成污染
水工程
能耗大，运行费用高
韩国釜山港湾 的曝气设施.
受风力和水流影响较大 太湖水环境修
复工程
底泥疏浚程度；被清除的污 昆明市草海底
染底泥的最终处置
泥疏浚工程
2020/12/8
13
物理修复法工程实例介绍
❖ 苏州河综合调水工程：苏州河综合调水工程通过控制吴淞路桥闸的启闭(涨闭落启)，将苏州河由潮 汐往复流变为单向流，同时控制苏州河上下游支流水闸的启闭，增加上游清洁水的水量，减少严重 污染支流的入流量，从而达到改善下游水质的目的。
无 机
非金属 Se、N、B、C、Br、I、Si、CN-等
无 毒 物
酸、碱、 盐污染物
HCl、H2SO4、HCO3-、HS-、SO42-、CO32-、Cl-、酸雨等
化 学
硬度
Ca2+、Mg2+
性 污 染
需氧有机物
碳水化合物、蛋白质、油脂、氨基酸、木质素等
（有机物毒物）
物
有
重金属 Hg、Cd、Pb等
毒 物
项 目 设 计 综述已有的项目材料数据和结论；确定设计目标；确定设计参数指标；完
计划 成初步设计；收集现场信息；现场勘察；列出初步工艺和设备名单；完成
项
平面布置草图；估算项目造价和运行版本。
目 项 目 详 细 重新审查初步设计；完善设计概念和思路；确定项目工艺控制过程和仪表；
程 设计 详细设计计算、绘图和编写技术说明相关设计文件；完成详细设计评审。
2020/12/8
2
1 水污染类型
地表水污染 地下水污染
河流污染 湖泊污染 水库污染 海洋污染
➢水的存在形式
➢水域
汞污染 酚污染 有机物水污染 热污染
物理性污染物 化学性污染物 生物类污染物
➢污染物
➢污染物的性质
水污染分类
2020/12/8
3
水污染的主要类型及其污染物质
类型
主要污染物
微量金属 Fe、Cu、Zn、Ni、V、Co等
主要机理
污染类型
引水冲刷/ 富营养化
降低污染物浓度
稀释
有机污染
直接改善河流水质
人工曝气 严重有机污染
氧化还原反应
❖ 物理修复法处理程度低、费促用进高有且机治标污不染治物本降。解 机械/人工 富营养化 借助风力或造流水流
除藻
底泥疏浚 严重重金属与 移出河道内源污染物
有机污染
存在问题
工程实例
污染物只是转移而非降解， 苏州河综合调
❖ 城郊湖库和东北地区湖库：有机物污染； 西北干旱地区湖库：盐碱化
2020/12/8
33
2 富营养化
概念： ❖ 富营养化是指湖泊水库等水体由于接纳过多的氮、
磷等营养性物质，使生产力水平异常提高，破坏 水生生态系统的过程。 表现： ❖ 藻类滋生，根生或者浮游生物大量生长。
2020/12/8
34
富营养化危害 2020/12/8
去除磷和重金属离子； （3）湿地微生物：降解有机污染物，去除水中的氮； （4）水生植物：吸收去除水中的氮磷，富集重金属。
2020/12/8
28
人工湿地修复技术优点
❖ 人工湿地优点： （1）对有机污染物有较强的降解能力，出水质量好；
2020/12/8
29
人工湿地修复技术优点
（2）可结合景观设计，种植观赏植物改善风景区的水质 状况（右图）；
形成原因 污染物属性
污染源的空间分布方式 受纳水体
人类社会活动
5
8.1.2 水环境修复
概念 目标与原则 基本内容 2020/12/8
水环境修复 6
1 水环境修复概念
❖ 水环境修复技术是利用物理的、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。
2020/12/8
31
8.2 湖泊水库水环境修复
1
湖泊水库水环境污染
2
湖泊水库水环境修复
3
湖泊水库水环境修复技术
4
2020/12/8
32
1 水质污染
❖ 污染源： 工业废水和生活污水排放的重金属、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、矿化度和pH等。
2020/12/8
17
生物修复法优点
污染物可在原地降解
修复时间较短
遗留问题少
优点
就地处理操作简便
不产生二次污染 2020/12/8
修复经费较少 18
1 生物操纵
生物修复具体技术
2
植被群落 恢复
3 生物除藻
2020/12/8
19
生物操纵技术
❖ 水体中生态系统的结构和功能是“营养盐-浮 游植物-浮游动物-鱼类”的“上行效应”和与 之相反的“下行效应”共同作用的结果。
（3）造价及运行费远低于常规处理技术。
2020/12/8
30
土地修复技术
❖ 土地处理技术以土地为处理设施，利用土壤—植物系统的吸附、过滤及净化作用和自我调控功能， 达到对水净化的目的。土地处理系统可分为快速渗滤、慢速渗滤、地表漫流、湿地处理和地下渗滤 生态处理等几种形式。国外的实践经验表明，土地处理系统对于有机化合物尤其是有机氯和氨氮等 有较好的去除效果。
❖ 韩国釜山港湾的曝气设施：比较有意思的是，这项工程是为迎接1986年亚运会和1988年夏季奥运会 的，为快艇比赛提供了良好的水质条件。
2020/12/8
14
机械除藻
滇池蓝藻水华治理工艺流程图
2020/12/8
15
8.1.5.2 化学修复方法
技术名称 适用的水体
添加药剂
主要作用机理
类型
化学沉淀
通过吸附或絮凝作用与水
序 施工建造 接收和评审投标者并筛选最后中标者；提供施工管理服务；进行现场检查。
系统操作 编制项目操作和维修手册；设备启动和试运转。
验收和编制长期监测计划。
2020/12/8
11
8.1.5 水环境修复技术
物理方法 化学方法 生物方法 生态修复法
2020/12/8
12
8.1.5.1 物理修复方法
技术名称 适用的水体
❖ 从生态学角度看,生物多样性的丧失是水环境 受损的关键和核心
2020/12/8
20
水生植物
关键物种的引入 浮游动物
放养鱼类
能大量吸收水体中的营 养物质；
水生高等植物会提高水 体溶解氧
摄食浮游藻类, 控制藻 类密度
增加食鱼性鱼类或减少 食浮游动物或食底栖动 物鱼类； 利用 “食藻鱼”
2020/12/8
生物除藻
• 外源菌本身能迅速分 解污水中的有机物， 并代谢出抗氧化物质
• 唤醒或激活土著微生 物，恢复其自净功能
❖ 主要外源菌： 酵母菌、放线菌、乳酸菌、光合菌等多种有益微生物。
• 外源菌与具有净化功 能的土著微生物则会 与藻类竞争氮、磷等 营养物质
2020/12/8
24
8.1.5.4 生态修复技术
❖ 成都市府南河（右上图：整治前；右下图：整治 后）综合整治工程曾先后五次夺得国际大奖。
2020/12/8
7
8.1.3 水环境修复的目标与原则
水环境功能（生物量、营养物含量和循环）
❖ 水环境修复目标： 在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功能的要求。
修复水环境
初始水环境 人工强化 自然修复
富营养化危害
藻类大量繁殖，水体严重缺氧，水质恶化，鱼、 虾等水生生物大量死亡；
大量浮游植物或者浅水根生植物的生长繁殖，可 能导致湖泊水库沼泽化；
藻类在代谢死亡过程中能够释放各种藻毒素，具 有比较强的毒理作用。
35
安徽巢湖蓝藻局部爆发
❖ 我国富营养化湖泊水库表现出的共同特征： （1）总氮和总磷浓度； （2）透明度差； （3）多数湖泊水库叶绿素高。