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第五章水环境修复概述1、生态修复的概念2、水环境修复技术综述物理方法化学方法生物方法3、水环境修复评价河流修复可行性研究河流修复评价湖泊湿地修复评价5.1、生态修复的概念•生物修复（Bioremediation）是上世纪80年代发展起来的一项低投资，高效益环境治污技术，就是利用特定的生物（主要是微生物，包括土著或外源微生物）在一定的条件下进行消除或富集环境污染物，从而达到对污染环境进行治理的生物过程。•生态修复（EcologicalRestoration）是利用生态工学原理、技术，通过河道水污染控制、水量和水流态的调节，河道河底和岸坡的形态结构的生态改造，恢复河道生物多样性，重建河道生态系统的结构和功能，使之达到良性的自然生态平衡。生物修复与生态修复比较目的技术原理技术手段适应范围生物修复改善水质环境生物学曝气、氧化塘、生物接触氧化、曝气生物滤池、复合生态滤床、微生物合酶制剂的投放等重污染水体生态修复恢复受损的生态系统生态工学水体形态、结构的生态改造，河道水量、水流态人为调节微污染，富营养水体水环境污染控制技术和生态恢复技术主要分3类①化学方法，如加入化学药剂杀藻、加入铁盐(铝盐)促进磷沉淀、加入生石灰脱氮等。②物理方法，如疏挖底泥、机械除藻、引水冲淤等。③生物-生态方法，如放养控藻型生物、构建人工湿地和水生植被。5.2、水环境修复技术综述5.2.1物理方法水体功能受损的主要特征是水体富营养化，同时伴随着水体浊度增加、透明度下降等，这些现象进一步加剧水体富营养化进程，近而导致生态系统崩溃。根据目前国内外在水环境修复中所采用的主要物理措施有引水冲刷／稀释、曝气、机械／人工除藻、底泥疏浚等。引水冲刷／稀释：采取引水冲污稀释等污染水体，增加流域水资源量，加快污染水体流动，加强水体自净功能，提高水环境承载能力，使有限水资源经济效益、社会效益得到保障的条件下，最大程度地发挥环境效益。引水冲刷／稀释在国内外水污染控制中得到广泛运用，取得良好的效果。（1）冲刷／稀释青岛高新技术产业开发区(2)曝气厌氧状态，导致溶解盐释放以及臭味气体产生。通过人工曝气，使水体底层溶解氧得以恢复，溶解铁、锰、硫化氢、二氧化碳、氨氮以及其他还原组分浓度大为降低；同时，人工曝气可以显著提高河流下游水体溶解氧。因此，该技术可以改善水生生物的生存环境。此外，人工曝气可以有效限制底层水体中磷的活化和向上扩散，从而限制浮游藻类的生产力。(3)机械／人工除藻机械／人工除藻：可在短期内快速有效地去除藻类及避免“水华”的发生。在某些特定环境，利用自然动力收获藻类可有效地减轻富营养化的危害。太湖利用自然风能和湖流作用，在水源区域建造富集藻类的专门设施，利用风力、湖流，收集藻类，避免“水华”阻塞取水口并引起水质恶化，取得良好的运用效果。水华浒苔水体沉积物为水生生物提供重要的栖息生境，是水环境生态系统中的重要组成部分。沉积物中的大量污染物向水体的释放，是导致水体污染的一个不可忽视的污染源。因此，可以采取疏浚等手段降低底泥的释放风险，以及降低水体的内源污染负荷量。沉积物疏浚能够有效降低污染负荷，而沉积物中重金属、持久性有毒有机污染物等也只能通过疏浚方法从湖泊中去除。(4)底泥疏浚5.2.2化学方法进入水体中的污染物，在水环境中发生复杂的化学反应，污染物形态和化学性质不断发生变化。因此，根据水体中主要污染物的化学特征，采用化学方法进行处理，改变污染物的形态(化学价态、存在形态等)，降低污染物的危害程度。目前，国内外采用的化学方法主要有化学沉淀法、钝化法、酸碱中和法、化学除藻等。借助铁盐、铝盐等通过吸附或絮凝与水体中的无机磷酸盐共沉淀的特性，降低水体富营养化的主要限制因子磷的浓度，控制水体的富营养化。化学沉淀法通过向水体透加铁盐或铝盐，产生化学沉淀。同时，铝盐能够形成氢氧化铝沉淀，而氢氧化铝在沉积物表层形成“薄层”，阻止沉积磷的释放。(1)化学沉降法(2)钝化法钝化法：根据铝盐、铁盐、硫酸铝铁、钙盐、泥土颗粒和石灰泥等均能与无机和颗粒磷产生沉淀，减少水体中磷的含量。美国有一种称为CLEAM-FLOLAKE-CLEASETM的产品，是一种硫酸钙、硫酸铝和硼酸的混合物，可以沉淀水体中的铁和磷，同时也可以降低亚硝酸盐和锰的水平，在许多不同湖泊和水库的应用中能成功地去除藻类和其他水生植物。酸性污水、大气沉降等造成水体酸碱度发生变化，影响水体的生态系统结构和功能。目前，主要通过向水体中添加石灰进行酸碱中和，调整水体酸碱度，以适应水生态系统的物种生长、繁殖等需求。(3)酸碱中和法化学法除藻：采用各种化学除藻剂，其效果最显著，但也最具有危险性，所以使用时要非常慎重，严格按照要求的用量操作，否则会造成严重后果。因为这些除藻剂的化学成分均为易溶性的铜化合物(硫酸铜)，或者螯合铜类物质，这些化合物对鱼类、水草等生物产生一定程度的伤害甚至导致死亡，并且有致癌作用，还会产生其他的一些不可预测的不良后遗症。(4)化学除藻法5.2.3生物方法生物修复：用一种或多种微生物来降解有机毒物，如农药、石油烃类和有机磷、有机氯等。目前已成功应用于底泥、地下水、河道和近海洋面的污染治理。原位生物修复：对受污染的介质(土壤、水体)不做搬运或输送而在原位污染地进行的生物修复处理，其修复过程主要依赖于被污染地自身微生物的自然降解能力和人为创造的合适降解条件。异位生物修复：植被污染介质(土壤、水体)搬动或输送到他处进行的生物修复处理。地下水生物修复技术地下水生物修复工程技术可以分为三类原位处理：与土壤(底泥)基本相同物理拦阻：使用暂时的物理屏障以减缓并阻滞污染物在地下水中的进一步迁移，该方法在一些受有毒有害污染物污染的地点已取得成功经验；地上处理：又称为抽取—处理技术，该技术是将受污染地下水从地下水层中抽取出来，然后在地面上用一种或多种工艺处理，之后再将水注入地层。地表水生物修复技术地表水环境的主要污染特征是水体富营养化、重金属、有毒有机物以及有机污染，根据污染物的主要特点，地表水环境修复技术可以分为生物操纵恢复法以及植被群落恢复、生物除藻等类型。生物操纵：以改善水质为目的的湖泊水生生物群落管理，水体富营养化主要是外源营养物质的大量输入引起藻类异常繁殖，进而使水质恶化的过程；比如：向巢湖投放适当密度的食藻性鱼类鲢（俗名白鲢）、鳙（俗名花鲢）鱼苗，通过藻类吸收水体中的氮磷、鱼类摄食吸收藻类的食物链关系，捕捞成鱼带出氮磷，从而达到遏制水华、减轻湖泊富营养化的目的。(1)生物操纵恢复法鳙鱼白鲢(2)植被群落恢复生态系统恢复通过逐步恢复受损水体的生态系统的结构，包括生产者(主要是水生植物)、消费者(鱼类)、分解者(细菌)等，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，进而恢复水体的功能，达到水体生态系统恢复的目的。生物除藻技术能从根本上解决水体的富营养化问题，消灭水藻，去除异味，降解含有大量氮磷营养积累的底泥，彻底消除藻类产生的根源，净化水质。生物修复除藻剂：目前世界上最先进的生物修复除藻产品，包含针对处理富营养化水体的十几种活性微生物和相应的酶，对水体中的水生生物以及人类等不产生危害及副作用，微生物迅速激活与水中藻类竞争营养源，从而使藻类缺乏营养死亡，沉入水底，越来越多的微生物继续降解死亡藻类，直至将其消灭，使水体变清。(3)生物除藻5.3水环境修复评价5.3.1河流修复可行性研究河流恢复目标：生态系统保护和重建，使得河流生态系统研究日益重视河流生态系统健康评价、流域生态系统与河流生态系统的相互作用、河流生物群落的生态功能以及河流生态系统的管理等。河流生态恢复的基本目标：促进生态系统自我维持和陆地、缓冲区域和水生生态系统间相互联系的出现，保护河流的生物完整性及其生态健康。河流生态系统价值和服务功能巨大，主要体现在水资源、水质、生态功能、对洪水的调节功能以及文化美学功能等方面。Moss(2000)建议河流生态系统的恢复是系统结构、功能的全面恢复，而不是局限于生态系统的种群保护。同时，河流生态系统的恢复应从流域生态学角度出发，综合考虑流域土地利用方式、森林砍伐、农田耕种、河流缓冲区域、管理措施、堤坝、防浪墙等的影响，而不能局限于河道范围内。目前的河流生态系统恢复主要侧重于某一个断面，过分强求生态系统的迅速恢复，这主要是出于政治、经济、社会等需求目的，而忽略河流生态系统是自然长期演替、进化的结果。河流生态系统健康程度是河流生态系统的结构、功能的综合反映，河流生态系统健康日益引起人们的重视，而河流生态系统恢复的实质是使河流生态系统处于健康、可持续的发展状态。因此，对河流生态系统恢复的评价也可从河流生态系统健康的角度出发，对恢复河流生态系统中的水文水力、物理化学、生态特性等进行研究，分析恢复的效果以及相应的控制措施等。5.3.2河流恢复评价Rapport认为生态系统健康是指一个生态系统所具有的稳定性和可持续性，即在时间上具有其组织结构、自我调节和对胁迫的恢复能力。河流生物群落是在化学、物理和生物等因素影响下形成的，其结构和功能特性能够揭示外界干扰(化学污染、生境破碎化、物种入侵、水质恶化等)。因此，目前对污染的生态效应评价主要借助于生物监测，利用生物群落的变化揭示生态胁迫对水环境的生态效应。5.3.2.1河流生态系统健康生态系统健康的标准生态系统健康的标准有活力、组织、恢复力、生态系统服务功能的维持、管理选择、外部输入、邻近生态系统的影响及人类健康等。活力：表征生态系统的功能，可根据新陈代谢或者初级生产力等来测度；组织结构：根据系统组分间相互作用的多样性及数量进行评价；恢复力：指系统在胁迫作用下维持其结构和功能的能力。5.3.2.2河流生态系统健康评价河流生态系统的复杂性：(a)水体类型的复杂性，如不同类型的河流以及河流中存在浅滩、水塘等；(b)水生生物的多样性，包括浮游植物、浮游动物、高等水生植物、鱼类、爬行类等；(c)结构、功能的复杂性，河流生态系统包括生产者—消费者—分解者，而每一层次又具有复杂的特征；(d)格局、过程的复杂性，主要是河流生态系统的形成与流域环境密切相关，而流域环境的复杂性决定河流生态系统的格局、生态过程的空间异质性；(e)物质流动过程的复杂性，河流生态系统的重要界面包括水—大气、水—底泥、水—底泥—气等，物质和能量流动过程复杂，食物链相互交叉；(f)干扰的复杂性，河流生态系统的干扰可以分为自然干扰和人为干扰，其中人为干扰尤其复杂，包括生活污水、工业废水、大气沉降、地表径流、土地利用变换等。指示物种法：根据河流生态系统中的指示物种(浮游植物、底栖无脊椎动物、鱼类等)评价河流生态系统健康。指标体系法：采用底栖无脊椎动物的有机污染程度方法、多样性指标、生物指标评价河流生态系统健康。另一种方法是多指标方法，通过研究区域和参照区域的一系列生物特征对比分析，对河流进行生态健康评价，此法在美国的建坝以及大坝拆除评价过程中得到大量运用。河流生态系统健康评价方法河流参考断面法：在河流中选择受人为影响因素较小的断面，或者选择与研究河流的生物环境、非生物环境比较类似的河流，根据研究河流和参考河流的指示物种或指标体系，分析恢复措施或干扰作用下的指示物种、关键物种、生产力、物种多样性等的差异，确定恢复措施的生态效应。5.3.3湖泊湿地修复评价(1)协议评价法：将一些法律和保护措施用作对恢复和重建结果的评价依据。(2)参考湖泊湿地比较法：将恢复或重建的湖泊湿地与参考湖泊湿地进行比较。根据同一区域中自然存在的生态系统特征和变化建立一个恢复过程的定量化描述，将参考湖泊湿地的生物学特性定量化后转换成统计学意义上的表达式或者标准模式。参考湿地的选择方式①一个相似、就近的湿地：根据参考湿地确定湿地必须要恢复的退化或丧失的特征，确定湿地恢复项目的状况，提供湿地功能和恢复项目发展的机理研究。②自然湿地种群：通过自然湿地种群和恢复湿地比较，确定影响湿地恢复的主要环境条件及影响因素，确保恢复项目的预期目标都包含在生态过程的范围内。③参考湿地系列：在特定区域内，选择