河湖生态修复技术概述

• 调水
– 仅能起到稀释或转移藻细胞浓度或藻类种源的作用，不能解决氮 磷超标问题。
水体富营养化控制技术
• 物理和化学去除 – 打捞：属于应急技术，目前已有多种类型的打捞船及藻类浓缩、处理工艺。 – 化学去除：包括絮凝剂、除藻剂、抑制剂等。属于应急技术，治标不治本， 有二次污染。 – 物理去除：包括吸附、气浮、光磁照射等。效率低，成本高。 – 水体内循环及曝气：适应水体较深的湖库，可以抑制藻类水华，但治标不治 本。 • 水生植物修复及净化 – 沉水植物：与藻类竞争营养、光合作用释放氧气、微生物载体作用、庇护幼 小生物和浮游动物。 – 湖滨带水生植物：截留面源污染物，水下部分起微生物载体和庇护浮游动物 作用。 – 漂浮类植物。圈养水葫芦等植物。 – 生态浮岛：与藻类竞争营养，根部泌氧、微生物载体和庇护浮游动物作用
2015-1-28 浮岛式生物处理系统推广应用 24
水体富营养化的成因及治理技术
• 成因
– 无机氮磷含量升高，超过地表水（湖库）水质Ⅱ标准； – 气温高且相对稳定、水温适宜、光照充足； – 水体交换不畅，或缓流水体； – 湖（库）盆结构比较单一，缺少水草或湖（库）滨水带，水温及水化学参 数比较均质一致； – 生物群落结构发生改变，食物链（网）结构不完善，物质、能量和水产品 输出功能阻塞，导致营养物质和有机物质不断积累、沉淀。 – 水体内及湖塘结构体内缺少足够的水生动物巢穴、产卵场或庇护所。特别 是对幼小动物、浮游动物的庇护、保护和孵化，是十分重要的指标或参数。 – pH、溶解氧，水的色度、透明度、浑浊度等指标，会随着主要藻种的类型 和藻细胞密度指标等发生变化。 – 风及表层扰动、表层曝气等，对蓝藻生长影响不显著。上下层水体交换效 果显著，表层水体均衡循环或流动对抑制藻类生长的影响不显著。
– 浮岛式生物处理系统：输氧通气+微生物处理+生态浮岛+ 浮游动物孵化及庇护。能很好地恢复生物群落结构和生物 多样性，完善食物链网，使之形成自然的金字塔结构。 – 通气生态浮岛：输氧通气+微生物处理+生态浮岛。
– 前置库与人工湿地修复技术：污水生物处理+水生植物修 复技术结合。
食藻虫引导的沉水植物修复技术
圈养紫根水葫芦
紫根水葫芦根长70—100cm， 是普通水葫芦的2-3倍，具有强吸附 蓝藻和竞争营养功能，可使湖水尽 快清澈。
放养滤食性的鱼类及蚌蛤等
蓝藻打捞处理
湖滨带生态修复
普通生态浮床
通 气 生 岛态 式浮 生岛 物、 处生 理物 系孵 统化 器 和 浮
前 置 技库 术处 理
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人工湿地
水体富营养化控制技术
• 生物操纵技术
– 投放鱼食性鱼类，间接控藻。通过高密度放养肉食性鱼类来减少浮游 生物食性的发展。 – 人工去除浮游动物食性鱼类，重构水生态系统和生物组成，使之朝着 人们所期望的生态系统自净功能强化的方向发展。 – 投放滤食性鱼类及软体动物，直接控制藻类水华。利用鲢、鳙的滤食 作用来直接摄食控制水体中的浮游植物
武汉东湖摇蚊导致的问题
三、河流生态学理论与修复治理 的技术原则
河流属性与功能
• 在”纯自然”情况下，河流是排泄降水径流的天然通道。然而，自然界 的河流，往往有水草、灌木、乔木及水生和陆生动物干扰，以及受人类 的各种活动严重干扰、甚至改变等。因而，河流的形态、结构和水文、 水质等，会受到生物、生态系统演化和人类活动共同作用、相互影响。 因而，河流的属性包括：自然与环境属性、生物与生态属性和社会与经 济属性，共3方面。
水体富营养化控制技术
• 控源
– 城镇污水截污、雨污分流、污水处理厂、深化处理。 – 农村污水分散和土地处理，包括：污水生物稳定塘、人工湿地、 土地漫滤、污水灌溉、土壤净化槽、水体污染原位治理和各种类 型的污水分散处理装置，等等。 – 面污染源控制。初期雨水处理、生态清洁型小流域及水土保持与 生态建设，控制农药化肥使用等等。 – 一般的污水处理工艺不能解决氮磷污染问题，深度处理和生态处 理能够溢出无机氮磷，但不彻底。
– 污染水体自净过程或微生物处理技术过程产生的微生物增量，由水生态系统中 的原生动物、浮游动物消费掉，产生的无机氮、磷等营养盐由水生植物和藻类 所利用，大型水生动物将浮游植物、浮游动物及水生植物消费掉，人类通过捕 鱼和收割水草等行为将污染物物质溢出。
不同类型的直接曝气技术
固 定 式 的 直 接 曝 气
• 污水处理技术理论
– 就是如何提高处理效率。包括：优选高效生物菌种，提高曝气效率，改善处理工艺，以及 采用高效生物载体和微生物固定化技术等。
污水处理与水生态修复技术理论的关系
• 水生态修复技术
– 是污水生物处理与生物操纵、植物修复和生物栖息地改善或重建等技术或理论 的结合或复合。
• 理论关系及过程
湖库蓝藻水华
滇池 太湖
澳门大水塘水库水华
珠海大镜山水库水华
水体富营养化的成因与治理技术
• 成因及影响因素
– 营养盐（无机氮磷）含量升高，超过地表水（湖库）水质Ⅱ标准。导致无机氮磷 升高的原因包含：面源污染物（一般在汛期发生）、点源污染物（含污水处理厂 出水，春季容易发生）、内源污染物（在厌氧、高温和高pH值条件下易发生）； – 气温高且相对稳定，水温增高、光照充足； – 水体交换不畅，或缓流水体；包含调度和水温分层影响的水层交换；
⑩布水管
⑾框架
⑿支架隔层
②浮箱式 滤池体
⑨固定桩
河底
改进型沉箱式生物处理系统A-A剖面图
阿科曼生态基、生态水草、生物飘带
二、水体富营养化与修复治理 的理论与技术
湖泊生态学理论
湖泊生境相对封闭，生物群落捕食及食物链呈网 状结构，生产者、消费者、分解者之间及与 生存环境之间不断进行着物质交换和能量流
普通生态浮床
通气生态浮岛
浮 岛 式 生 物 处 理 系 统
河道堤岸
浮箱式曝气生物 滤池
①载体包
⑨固定桩
③输气管
⑧离心气泵
A
②浮箱式滤池壁 ⑦污水泵 ④输水管 ⑤气阀 ⑥水阀
A
改进型沉箱式生物处理系统平面图
河道堤岸
⑨曝气管
T
④输水、 ③输气管 ⑦水泵
T T
⑤气阀、⑥水阀 ⑧气泵
T T T
①载体包 水面
治理措施不当可能出现的生态问题
• 武汉东湖长期放养滤食性鱼类导致摇蚊爆发； • 生态系统失衡导致水库放养滤食性鱼类只见投入， 不见产出和生态效益； • 放养水葫芦导致水面覆盖、物种单一和二次污染； • 沉水植物收割困难可能导致沼泽化； • 引进外来物种可能导致生态失衡和病毒危害； • 化学杀藻会导致难以恢复的二次污染； • 物理除藻一般成本较高，效果不显著。 • 换水、调水成本较高，指标不治本，导致藻种转 移。 • 正确的水体富营养化修复技术是——构建健康、 高效的水生态系统。
– 生物群落结构发生改变，食物链（网）不完善，氮磷溢出和水产品输出功能阻塞， 导致营养物质和有机物质不断积累、沉淀。如：滤食性鱼类过多，导致浮游动物 减少，浮游植物爆发等。
– 湖（库）盆结构形态，水草或湖（库）滨带面积多少，水温及水化学参数均质性； 缺少足够的生物庇护、繁衍空穴，特别是对幼小动物、浮游动物的庇护、保护和 孵化功能不完善等。 – 风及表层扰动、直接曝气等，对藻类生长影响不显著。上下层水体交换对抑制藻 类生长显著，表层扰动及均衡缓流、环流扰动等对抑制藻类生长的影响不显著。 – pH、溶解氧，水的色度、透明度、浑浊度等指标，会随着主要藻种的类型和藻细 胞密度指标等发生变化。
评价标准及地表水质标准的关系
标准 类型 富营养 化评价 标准 状态分级（类） 总磷(mg/l) 总氮(mg/l) 叶绿素(mg/m ) 透明度(m) <3 3-7 7-40 >40 >4 2.5-4 1-2.5 <1
3
地表水 湖库水 质标准
贫营养 Ⅰ类 <0.015 <0.4 中营养 Ⅱ类 0.015-0.025 0.4-0.6 富营养 Ⅲ.Ⅳ类 0.025-0.1 0.6-1.5 极富营养 Ⅴ类 >0.1 >1.5 Ⅰ类 ≤0.01(0.02) ≤0.2 Ⅱ类 ≤0.025(0.1) ≤0.5 Ⅲ类 ≤0.05(0.2) ≤1 Ⅳ类 ≤0.1(0.3) ≤1.5 Ⅴ类 ≤0.2(0.4) ≤2 注;括号内为河流标准
• 水体污染与自净理论
– 水体污染：一般指看得到、嗅得到的有机污染。水体中的微生物（细菌）在有氧情况下， 对污染物进行分解或降解的过程。广义的水体自净包括：稀释、沉淀和化学氧化等过程。
•
污水处理与水体污染原位治理技术：
– 污水处理：一般是指依据水体自净理论，利用微生物对中有机污染物进行分解或降解的过 程。广义的污水处理包括：物理和化学处理，以及物理和化学、生物和化学处理技术的结 合等。污水生物处理技术包括：厌氧生物处理和好氧生物处理两大类。 – 水体污染原位治理技术是利用污水好氧处理技术，对水体进行直接净化的过程或工艺。
河湖污染原位治理与水生态修复技术
报告内容
一、水体污染自净与修复治理的理论与技术
二、水体富营养化与修复治理的理论与技术
三、河流生态学理论与修复治理的技术原则
四、湖塘及感潮河道污染治理工程案例 五、山溪河道污染治理与生态修复工程案例
一、水体污染自净与修复治理 的理论与技术
水体污染自净与污水处理技术理论
水体富营养化的成因及治理技术
• 治理技术 – 截污、控污，生物操纵，物理或化学杀藻，人工打捞，调水稀释或换水，生物集 成技术与构建绿色健康的水生态系统等。所有的单向技术都不完美；包括综合使 用都不敢保证有显著效果。 • 生物操纵技术理论 – 经典理论：浮游植物的生物量不仅与营养物质有关，也与鱼及其他生物（包括大 型植物、浮游动物、微生物等）有关。鱼的存在将会减少浮游动物的数量，进而 使浮游植物生物量增加。通过人工去除浮游生物食性鱼类或放养肉食性鱼类，调 控浮游动物的群落结构，促进滤食效率高的植食性大型浮游动物的发展，从而提 高对浮游植物的摄食效率，最终减少浮游植物生物量。 – 非经典理论：利用滤食性鱼类直接进行对浮游植物的进行操纵。如：放养鲢鳙鱼 及软体动物等。 • 生物集成技术与构建绿色健康的水生态系统理论 – 包括：湖滨带生态恢复、生物操纵、生态浮岛、生物孵化器，并与微量通气等技 术结合，以及人工科学的管理，提高生态系统的转化效率和水产品产出，增加生 态系统的环境效益，可以控制藻类暴发，使其在水体内的密度达到合理的限度， 从而即使水体营养丰富，也不会产生恶性循环和富营养化。
量进入湖泊，引起的藻类及其他浮游生物
迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化， 鱼类及其他生物大量死亡的现象。具有春 秋季节比较严重的特征。
富营养化与富营养（氮磷含量）的关系
• 富营养：无机氮磷（营养盐）含量升高，超过地表水（湖库）Ⅱ类标准， 该水体就有发生富营养化或藻类爆发的水平（总氮大于1mg/L,总磷大于 0.025mg/L）。按照磷评价：地表水Ⅰ类水质为贫营养，Ⅱ类为中营养， Ⅲ、Ⅳ为富营养， Ⅴ类为极富营养，劣Ⅴ类为污染水体。 • 富营养化：营养物质增加引起藻类过量生长，透明度降低，生态平衡发生 改变，生物群落结构退化，高等级生物减少、死亡，而造成的一种水体污 染现象。
– 增加浮游动物庇护功能及增加对藻类的营养竞争。如引种大型沉水植 物，恢复湖滨带。
– 直接投加浮游动物控藻。
– 直接投加微生物溶解藻类和稳定浮游动物种群数量。
水体富营养化控制技术
• 综合型的生物与生态修复技术
– 食藻虫引导的沉水植物修复技术：浮游动物放养+沉水植 物修复。 – 人工水草、阿克曼生态基等：增加水体自净能力+浮游动 物庇护、增值。
不同类型的直接曝气技术
曝气船和移动式 曝气装置
不同类型的直接曝气技术
微 孔 曝 纳气 米、 曝纯 气氧 曝 气 、
直接投加微生物（操作流程）
河底和河岸污水处理工程
日 本 古江 崎户 净川 化支 场流 坂 川
河底和河岸污水处理工程
韩国良才川水质 生物－生态修复 设施
河底和河岸污水处理工程
深 圳 试大 点沙 工河 程污 水 处 理
动，并处于动态平衡状态，物质、能量传递
呈金字塔结构。因而，湖泊生态修复主要是 指对生物群落结构的修复。
湖泊生态学理论
在自然状况下，湖泊也会从贫营养过渡到富营 养状态，沉积物不断增多，先变为沼泽， 后变为陆地。这种自然过程非常缓慢，常 需几千年甚至上万年。而人为排放含营养 物质的污水所引起的水体富营养化现象， 可以在短期内出现。 富营养化——生物所需的氮、磷等营养物质大