第七章 污染河流的生物修复 污染环境生物修复工程

• 特点：
• • • • 1.水力负荷1.5~7.5m/a； 2.适用于粘土及有均匀坡度的土地； 3. 出水一般可达二级标准； 4. 对预处理要求较低。
（四）地下渗滤修复
• 地下渗滤系统（SI） 是将污染的河水投配 到具有一定构造和良 好扩散性能的地下土 层中，污水经毛管浸 润和在土壤渗滤作用 下向周围运动且达到 处理利用要求的土地 处理类型。
投配 污水 蒸腾
渗滤 图 7－ 2 慢速渗滤系统的水流 途径
• 特点：
• 1.负荷小0.3~1.5m/a，水力停留时间长，出水效 果好，补充地下水，不产生二次污染； • 2.适于的场地：土层厚度大于0.6米，地下水深 大于1.2米，土壤渗滤系数大于0.15m/a； • 3.根据土壤、气候、污水特点选择适宜的植物， 能充分利用营养物；在冬季、雨季、作物播种、 收获期不能投配污水； • 4.以深度处理和利用水、肥为目的，要求预处 理高，可采用一、二级预处理对工业废水进行 处理。
第二节 陆生生态修复
概念：
• 陆生生态修复（terrestrial ecoremediation），也称土地处理技术（land
treatment），它是指利用土壤－植物系统
的自我调控机制和对污染物的综合净化功能 对被污染的河水进行易位处理的技术。
分类：
主要分 析
土地渗滤技术 （land filtration）
15
10 －
表7-2 土地渗滤系统的平均出水水质（mg/L）
五、土地渗滤修复的设计
• 考虑如下因素：
（1）对被污染的河水要进行详尽的调查与检测，充分了 解其组分与排放量，特别是难降解与蓄积性污染物（如 难降解有机物与重金属）的含量与特征，确定优先控制 污染物； （2）对场地进行适宜性评价； （3）制定土地渗滤的水质要求，并依次确定预处理的程 度与河水修复范围； （4）确定土地渗滤系统对优先控制污染物的环境同化容 量； （5）要建设完善、有效的管理与监测系统。
（三）地表漫流修复
投配污 • 地表漫流系统（OF）是 水 草与植 将污染的河水有控制地 被 投配到生长多年生牧草、 坡度和缓、土地渗透性 能低的坡面上，使污水 在地表沿坡面缓慢流动 过程中得以净化的土地 坡度 2%~8% 处理工艺类型。其水力 路径如图7-4。
蒸 腾 径流 收集
地表漫 流
渗 滤 图 7－ 4 地表漫流系统
二、土地渗滤的净化机理
• 包括土壤的过滤截流、物理化学吸附、 化学分解、生物氧化以及植物和微生物 的摄取等。
三、土地渗滤修复类型
慢速渗滤 快速渗滤 地表漫流 地下渗滤
类型
（一）慢速渗滤修复
• 慢速渗滤系统（SR）:将河 水投配到覆盖植物的土壤表 面，河水在流经地表土壤－ 植物系统时得到充分净化的 一种土地处理工艺类型。投 配的河水一部分被作物吸收， 一部分渗入地下。系统的水 流途径取决于污水在土壤中 的迁移以及处理场地下水的 流向，其水流途径如图7-2。
修复途径：
• 1、河流水体曝气复氧（aeration of river water）： 指向河流中进行人工复氧，可以是空气，也可以是纯 氧。 • 2、多功能河道生态工程修复（multifunctional ecological engineering）是将城市河道设计成具有 多种自然景观和生物类群，景观与净化功能并存的多 功能河道净化系统，是利用多功能河道净化污水的生 态工程技术。 • 3、生物试剂添加技术，也称投菌法（biotic additives）：向被污染的河流中投加人工培养的活性 微生物，强化河流有机物的降解。
水生植物塘 养殖塘
（一）微生物稳定塘修复
1.好氧塘修复
好氧塘（aerobic pond）是完全依靠藻类光
合作用供氧的稳定塘，其水深应保证阳光透 射到水底，以保证藻类在每个深度均能进行
光合作用，而为净化有机污染物提供足够氧
气。好氧塘在实际应用时一般均须形成一个 塘系统或同其它修复技术结合形成复合系统。
投配 污水 蒸发
渗滤 图 7－ 3 快速渗滤系统
• 特点：
• 1.水力负荷大3.3~150m/a，水力停留时间短， 出水效果较差； • 2.适于的场地：土层厚度大于1.5米，地下水深 大于2.5米，土壤渗滤系数大； • 3. 地面坡度〈10%； • 4.为减少污水中悬浮固体堵塞孔隙，一般要求 一级预处理。
污泥回流比
0.2～2.0
0.2～2.0
－
表7-3 主要稳定塘的修复工艺
（二）水生生物塘修复
• 1、水生植物塘修复
水生植物包括藻类和水生维管束植物。水生植物塘通常 由一种或几种维管束植物种植于塘中组成，植物的作用 为同化和贮存污染物，向根区输送氧气，为微生物存活 提供条件。 缺点：植物生长的季节性，特别是在寒冷地区不能自然
投配方式 水力负荷（m/a） 有机负荷（t BOD5/hm2· a） 土地面积 （hm2/104m3· d） 土层厚度(m) 地面坡度（%） 地下水位（m） 排水去向 占地性质 典型植物
表面布水 6～120 36.0
地下布水 0.4～3.0
180 ＞0.6 ＜30 0.6～ 下渗、蒸发/蒸 腾 农、林、牧业
DO 盐分 浊度 NH3 PO43– 细菌 原生动物 真菌 BOD
NO3－
藻类
Tubificidae
摇蚊类
Asellus
清水动物群落
河流方向
图7－1
受污染河流自然净化修复过程
பைடு நூலகம்
二、强化自然净化修复
• 强化自然净化修复（enhanced natural purification）：指通过采取措施，向河流输 送某种形式的能量或者物质，强化河流固有的 自我净化过程，加快河流的修复过程，是一类 原位修复技术。 • 包括三条途径：1 河流水体曝气复氧技术；2 多功能河道生态工程修复技术；3 生物试剂添 加技术。
第七章 污染河流的生物修复
第七章
污染河流的生物修复
自然净化修复
陆生生态修复 水生生态修复 湿生生态修复
第一节 自然净化修复
• 一、自然净化（natural purification）：是河流的一个重要特 征，指河流受到污染后能够在一定程度 上通过自然净化使河流恢复到受污染以 前的状态图7－1 。 • 注：河流自然净化修复的关键是有机物 的好氧生物降解过程。
好氧塘分类
前置塘
设置在系统 前部的好氧 塘
塘深深度为0.5～1.0 m
熟化塘
设置在处理 系统后部的 好氧塘
塘深深度为0.2～0.3 m
好氧塘： 出水中藻类含量高，ss可高达几十至几百 mg/l，如处理不当，可造成二次污染。
2、兼性塘修复
• 兼性塘（facultative pond）一般水深0.9～2.4m，由 上层好氧区、中层兼氧区和底部厌氧区组成，并在其 相应部位形成了好氧菌群落、兼氧菌群落与厌氧菌群 落，因而比只依靠好氧菌群落的处理系统具有更广泛 的净化功能，因而可更有效地去除多种难降解有机物。 • 兼性塘的水力停留为5～30d，常被用于曝气塘后作为 二级处理塘使用，在夏季，其污染负荷要远远高于冬
区别
以净化、回 收利用河水 为主要目
污水灌溉技术 （sewage irrigation）
以利用水肥资 源为主要目的 的
一、土地渗滤修复系统
• 污染河水的土地渗滤技术属于陆生生态 工程范畴，可以划分为若干子系统，每 一子系统均具有相对独立的结构与功能。 一般地，完整的土地渗滤修复技术系统 由预处理、水量调节与贮存、配水与布 水、土地－植物田间工程、排水及监测 等部分组成
好氧性曝气塘
兼性曝气塘
曝气塘：
优点： 1.工艺设备简单、工程造价低，易于建造， 运行管理方便； 2.对入流废水有稀释和混合作用，具有较 高的耐冲击负荷能力。 缺点：占地面积大、出水中悬浮物浓度高。
上述三种微生物塘的工艺特征见表7-3。
兼性塘 好氧塘 塘深（m） BOD5负荷 （mg/m2· d） BOD5去除率 （%） 藻类浓度 （mg/L） 停留时间（d） 0.15～0.5 11.2～22.4 80～95 100～200 2～ 3 0.9～2.4 2.2～5.6 75～90 10～100 7～50 1.8～4.5 3.4～11.2 60～80 － 7～20 曝气塘
10 ＞1.5 0.36～0.6 ＜15 1.0 下渗、蒸发/ 蒸腾 征地 无要求
25 ＞0.3 ＜0.12 ＜15 不限 径流、下渗、 蒸发/蒸腾 牧业 牧草 ＞0.6 0.036～1.2 ＜15 ＞1.0 下渗、蒸发/ 蒸腾 市政绿化 花木、草坪
土壤渗透系数（m/d） 0.036～0.36
谷物、牧草、 林木
改良土层
砾石层 陶管 粗砂层 水槽 图 7－5 地下渗滤（毛管浸润式）示意图
• 特点：
• 1.仅限于小流量污水； • 2.可用于处理居民区及乡镇企业的污水，处理 后可引至城市绿地灌溉。
各种土地渗滤系统类型的典型工艺特征见表7-1。
慢速渗滤 表面布水、 高压喷洒 0.6～6.0 2.0 快速渗滤 地表漫流 表面布水、 高压/低压喷 洒 3～21 15.0 地下渗滤
注：必须对进塘河水水质实行严格控制。因当进水中含 有重金属和难降解有机物时，可通过食物链在动物体内 富集，如供人食用可对健康造成威胁。
二、水生生态修复流程
•（一）处理－贮存塘修复系统
1、我国北方地区冬季寒冷，有较长的结冰期，污水 净化效率低，因此冬季贮存污水，待到春、夏、秋 季进行修复。其水生生态修复流程如下： 被污染河水→深兼性塘→贮存塘→农田排灌→出水 2、在缺水的北纬40º 以南至长江以北地区，可采用如下 流程： 被污染河水→兼性塘→好氧塘→河水排灌→补充地下水
第三节
水生生态修复
• 水生生态修复技术，俗称氧化塘技术或稳
定塘技术或生物塘技术，它是利用天然水
体的净化能力，将被污染的河水在一种类
似于池塘的处理设备内经长时间缓慢流动 和停留，通过生物的代谢活动降解有机污 染物的修复技术。
一、水生生态修复的类型
好氧塘
微生物稳定塘
优势
兼性塘 曝气塘
氧化塘 （稳定塘） 水生生物塘
（三）沟－塘结合型修复系统
• 稳定塘系统占地面积大，且易受各种因素的影响而导
（二）多级生态修复系统
• 在长江以南地区，气候温暖，水量丰富，大多不需要 污水灌溉。因此，可利用氧化塘的水面种植多种水生 植物，养殖鱼、贝、虾、螺、鸭、鹅等，建立复杂的 人工水生生态系统，对污染河水进行多级利用与修复， 同时实现环境、经济、社会效益的统一。其流程如下：
被污染河水→浮游植物兼性塘→鱼塘→鸭、鹅养殖塘→ 芦苇塘→出水 ↓ 稻田养鱼→出水
（二）快速渗滤修复
• 快速渗滤系统（RI）将污染 的河水有控制地投配到具有 良好沙滤性能的土壤表面， 污水在向下渗滤过程中通过 生物氧化、硝化、反硝化、 过滤、沉淀、还原等一系列 作用而得到净化的污水土地 渗滤工艺类型。RI通过淹水 －干燥交替运行而使渗滤池 表面在干燥期好氧条件得到 再生，同时有利于水的下渗 （图7-3）。
季。兼性塘的主要控制参数包括营养物、光照、温度 和产氧量，其处理效果直接受上述参数控制。
3、曝气塘修复
特点
• 曝气塘采用机 用机械曝气装 置补氧的人工 塘，其塘深一 般为1.8～4.5m 水力停留时间 3～6d。其主要 优点是所需土 地面积少。
分类
系统中的全部固 体均处于悬浮状 态，且全部液体 中均有溶解氧存 在 系统动力输入水平只 能维持液相中有溶解 氧存在，固体颗粒不 能保持悬浮状态，仍 沉淀于塘底被厌氧分 解
表7-1
四、土地渗滤修复效果
• 土地渗滤系统的出水水质同常规二级出水的比较见表7-2。
二级出水 慢速渗滤 快速渗滤 地表漫流 地下渗滤 BOD5 悬浮固体 总氮（以N计） 铵氮（以N计） 总磷（以P计） E. coli（个/L） ＜2 ＜1 3 ＜0.5 ＜0.1 0 5 2 10 0.5 1.０ 100 10 10 5 ＜4.0 4.０ 2000 ＜2 ＜1 3 ＜0.5 ＜0.1 0 30 30 20
越冬；收获的水生植物在作为农肥或饲料时，它所富集
的有害物质须控制在允许的范围之内。
2、养殖塘修复
• 养殖塘（cultured pond）：普通好氧塘和兼性塘缺乏 对藻类进行控制，造成承接水体的二次污染，如果利 用稳定塘系统进行水产养殖，就可在水体中形成由原 生动物、浮游动物、底栖动物、鱼类、禽类等参与的 多条食物链。它们与塘环境形成复杂的塘生态系统。