第5章-水环境修复技术概述.

第5章水环境修复技术概述/281主要内容2物理方法化学方法生物-生态方法设计作业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，进而导致生态系统崩溃。/285.1物理方法3冲刷/稀释曝气机械/人工除藻底泥疏浚/285.1.1冲刷/稀释技术要点：向污染水体引水，稀释污染物浓度，增加流域水资源量，加快污染水体流动。应用情况：这种技术在国内外水污染控制中得到广泛运用，取得良好的效果。直接作用机制：加快水体交换，缩短污染物在水体中的滞留时间，降低污染物浓度指标，使水体水质得到改善；间接作用机制：加强水体流动性，改善沉积物-水体界面的物质交换，增加湖下层溶解氧含量，对底泥污染物释放产生一定的抑制作用，有助于水体生态系统的恢复。4/285.1.2曝气显著提高河流下游水体溶解氧，起到改善水生生物生存环境的效果；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；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。5/285.1.3机械/人工除藻用机械/人工方法收获水体中的藻类，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。6/285.1.4底泥疏浚底泥（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。底泥的重要功能：1）底泥是水环境中污染物的主要蓄积库，进入水环境的污染物大部分会迅速转移到沉积物中；2）污染物在水生食物链中的转移和积累，在很大程度上受到底泥的影响，尤其是底栖生物可能从底泥中富集重金属及其他污染物。7/28水体污染的重要内源因素：底泥中含有大量污染物，在一定水体条件下可向水中释放，是导致水体污染的一个不可忽视的污染源。治理对策：采取疏浚手段降低底泥的释放风险和水体的内源污染负荷量，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。8/285.2化学方法9化学沉淀法钝化法方法原理：污染物进入水体，在其中发生复杂的化学反应，其形态和化学性质都产生变化。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，改变污染物的存在形态（化学价态、存在形态等），可有效降低污染物的危害程度。酸碱中和法化学除藻/285.2.1化学沉淀法作用机制：1）铁盐、铝盐等化学药剂能够吸附或絮凝水体中的无机磷酸盐，产生共沉淀，降低引起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。2）铝盐在水中水解生成氢氧化铝沉淀，覆盖在沉积物表层形成“薄层”，阻止沉积磷的释放。在荷兰的Braakman水库和GroteRug水库，运用该技术使水体总磷和藻类生产量大幅度降低。10/285.2.2钝化法作用机制：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。11/285.2.3酸碱中和法造成水体酸碱性变化的原因：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。作用机制：1）向水体中添加石灰进行酸碱中和，调整水体酸碱度。2）加入熟石灰，可促进磷酸盐形成稳定的磷酸钙沉淀，控制水体中的磷酸盐浓度和叶绿素水平。石灰材料包括石灰石（CaCO3）、生石灰（CaO）和熟石灰[Ca(OH)2]。投加石灰在美国、加拿大、挪威和瑞典等国广泛运用。12/285.2.4化学除藻法采用各种化学除藻剂，效果显著，但也最具有危险性。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。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。13/285.3生物方法14生物修复是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，使这类物质变成无毒或变成二氧化碳。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。生物修复方法的分类：分类依据类型概念特征修复场地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修复过程主要依赖于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将被污染介质（土壤、水体）搬动或输送到他处进行的生物修复处理。可以进行更多的人为调控和优化处理修复对象土壤（底泥）生物修复、地下水修复、地表水修复/285.3.1土壤（底泥）生物修复技术原位处理疏浚法15/28（1）原位处理原位处理不需要将土壤挖出和运输，而是采用生物修复技术直接在受污染地区开展修复。一般采用微生物处理，有时也加入经过驯化和培养的微生物以加速处理，同时辅以用各种工程化措施进行强化。方法1：在受污染区钻两组井，一组是注水井，用来将接种微生物、水、营养物和电子受体等物质注入土壤中；另一组是抽水井，从地下向地面抽取地下水，造成地下水在地层中的流动，促进微生物的分布和营养等物质的运输，保持氧气供应。16/28方法2：在受污染地区，土壤（底泥）中的有机污染物会降低土壤底泥中的氧气浓度，增加二氧化碳浓度，进而形成抑制污染物进一步生物降解的条件，因此，为提高土壤/底泥中的污染物降解效果，通过真空或加压进行曝气，使土壤／底泥中气体成分发生变化，恢复土壤/底泥中的氧气。生物通风/曝气方法已成功地应用于各种土壤/底泥的生物修治理。17/28（2）疏浚法将受污染的土壤/底泥从污染地区挖掘起来，运输到经过各种工程准备（包括布置衬里，设置通风管道等）的地点堆放，并在那里进行生物修复处理，可有效防止污染物向地下水或覆盖水扩散。对底泥的滤液也应进行处理，避免造成二次污染。18/285.3.2地下水生物修复技术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（包括汽提去除挥发性物质、活性炭吸附、超滤臭氧/紫外线氧化或臭氧/双氧水氧化、活性污泥法以及生物膜反应器等），之后再将水注入地层。19/28进行地下水生物修复处理的注意事项：1）注意调查该地的水力地质学参数是否允许向地上抽取地下水并将处理后的地下水返注；2）调查地下水层的深度和范围；3）调查地下水流的渗透能力和方向；4）确定地下水的水质参数，如pH值、溶解氧、营养物、碱度以及水温等，是否适合于运用生物修复技术开展修复。20/285.3.3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、植被群落恢复和生物除藻等类型。21/28（1）生物操纵恢复法基本原理：水体富营养化主要是由于外源营养物质的大量输入，引起藻类异常繁殖，使得水质恶化。同时，高密度的浮游动物捕食鱼类也有加重富营养化程度的倾向。生物操纵是一种以改善水质为目的的湖泊水生生物群落管理技术，通过向湖泊中放养凶猛鱼类来逆转食浮游鱼类对浮游植物的影响，从而改善富营养化状况。22/28湖泊生态系统的结构和功能是“营养盐-浮游植物-浮游动物-鱼”的“上行效应”和与之相反的“下行效应”共同作用的结果。“上行效应”决定湖泊系统可能达到的最大生物量，而生物量的实现不仅与营养盐的可得性有关，同时还受食物链下行效应的控制。从20世纪80年代开始，欧美各国开始尝试在富营养化湖泊的治理中，采用生物操纵来调整湖泊的营养结构和促进水质的恢复。23/28（2）植物群落恢复生态系统恢复，是指通过逐步恢复受损水体的生态系统结构，包括生产者（主要是水生植物）、消费者（鱼类）、分解者（细菌）等，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，进而恢复水体的功能，达到水体生态系统恢复的目的。目前,国内外水生态系统恢复的首要目标是恢复水体的水生植物，包括沉水植物、挺水植物、浮游植物等。24/28人工辅助是植被生态恢复的必要措施，通过对水环境的调控，可以有效促进水生植被的自然恢复。人工辅助措施包括：改善植物生境条件，如采用围隔消浪、促进底质改善、降低水位等；改善光照，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；植被的人工重建，在已丧失自动恢复能力区域或不符合水质改善要求的情况下通过生态工程进行人工重建。25/28（3）生物除藻生物修复除藻剂是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相应的酶，且不对水体中的水生生物以及人类等产生危害及副作用。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而死亡，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。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。26/285.4设计作业XX区位于北京市区的西北部，系古代永定河冲积扇的一部分，是北京市区地表水资源相对丰富的区域。然而，区内河流长期以来一直超负荷接纳周边区域直排的城镇污水，水环境没有受到应有的保护。经初步调查，目前该区境内水系除上游河段污染较轻外，其余河段均受到一定程度污染或被严重污染，现状水质下降到劣Ⅴ类水体。/2827XX屯域内的XX渠，基本上以沿岸直排的生活污水和雨水为主要水源，发生严重的水质污染。深度污染的河流水系严重制约着当地经济社会的可持续发展，也与北京市河道还清指导思想相逆，其境内地表水体的环境治理问题迫在眉睫。本工程项目，以XX屯XX渠受污染河道水体开展水环境生态修复技术示范。/2828