水环境的修复技术——河流生态修复

水环境的修复技术——河流生态修复黄敏娟黄楚茹黄少艺郭铭先河流生态修复的定义：指使用综合方法，使河流恢复因人类活动的干扰而丧失或退化的自然功能河流生态修复的步骤Ⅰ制定总体目标;Ⅱ协调分目标包括分析约束条件;Ⅲ分析目标要素包括功能指标阈值与功能受损程度;Ⅳ确定修复方案。需要包括四个步骤:明确修复阶段,排列优先次序,制定修复措施,维护修复成果河流生态修复的主要技术方法：•缓冲区恢复•植被恢复•河道补水•生物-生态修复•生境修复•水生生物群落修复技术缓冲区恢复作用：–分蓄和削减洪水–河流与缓冲区河漫滩之间的水文连通性是影响河流物种多样性的关键因素。–将洪水中污染物沉淀、过滤、净化,改善水质;–截留、过滤暴雨径流,净化水体;–提供野生动植物的生息环境;–保持景观的自然特征;–为人类提供良好的生活、休闲空间等。植被恢复作用：–植被可以通过影响河流的流动、河岸抗冲刷强度、泥沙沉积、河床稳定性和河道形态而对河流产生很大影响。–合理分布的植被还有助于减轻洪水灾害、净化水体,提供景观休闲场所和多种生态服务功能。河道补水：水是河流生态系统中最重要的环境因素,也是维持河流系统健康的重要因素。不论是规定水库最小下泄流量,还是引水、废水、回用补水等,都有利于增加河流流量,提供输沙、自净、供水和生态功能需水量。对于水量不能满足其基本功能的河流,补水措施尤为重要。生物-生态修复：是生态修复和构建自然环境和人居环境和谐统一的主要技术主要包括•人工曝气复氧•底泥污染控制•生物强化人工河道•自然河道生态塘•生态沟渠•生态修复耦合系统•生态护岸等技术，生境修复：•生境修复技术涉及多个领域的技术•浅滩—深塘结构的再造有助于植被的良好发育和构建多样性的生物栖息地,还可营造天然的河流景观。•裁弯河流的恢复则可利用弯曲河流消耗河流能量强化河流的自净功能,同时恢复河流的天然景观,是实现流域中河流回归自然的重要改造措施。•鱼道恢复则是近年来河流系统生态修复中最受关注的问题之一水生生物群落修复技术：水生生物群落修复技术利用生态学基本原理以及水生生物的基础生物学特性,以人工和生物调控相结合的方式改善水体生态与环境条件,通过引种移植、保护和生物操纵等技术措施,系统重建水生生物多样性案例分析——镇江水污染修复一镇江水系概况二镇江城市河流存在主要问题•城市河流河道遭到破坏1.小河流遭到填埋2.建设了控制闸坝3.河流岸坡许多被混凝土或者浆砌石等覆盖•城市河流水环境污染严重1.点源排放2.面源污染控制较差3.成为生活污水和工业废水的受纳体4.水体中氮磷污染严重三、城市河道遭到破坏的影响后果：•小河流遭到填埋后，整个河流原来的生境遭到完全的破坏，致使河流中的某些河段成为地下状态,这种做法破坏了河流的生态景观,减弱了河流行洪能力,给城市的防洪排涝带来隐患。•建设控制闸坝，河流畅通受到影响，闸门关闭期间，河内的水体基本不流动，使其成为死水或半死水状态,加快了河流水质恶化,给河流水生生态系统造成严重破坏。•河流岸坡许多被混凝土或者浆砌石等覆盖,不仅破坏了河流原先的生态环境，减少了河流的生物多样性，还隔绝了河流与地下水的联系，阻断了水循环(无底泥层、水温迅速升高、阻止河水渗入地下形成漏斗、割裂了水体与土壤的关系）•针对以上问题的相应对策–将规则化的矩形或梯形河道断面修整为自然形式（河道空间特征再造）；–拆除河床铺设的硬质材料及废旧拦河坝,恢复河底的自然泥沙状态，通过河道河底及坡面表层泥面生长的大量微生物、藻类、水生动植物形成的自然生物膜净化水体,提高河道本身的自净能力。–改造原有的河道护坡护岸,可采用植物、石块或其他透水材料加固河岸，既保证河岸的稳定，又不阻止河道水体中的物种与岸边物质的交换。如：利用活的枝条插入河岸起到固定的作用，采用可透水的材料生态砖、鱼集砖、天然材料垫等。四、针对河流的污染状况的人工湿地治理试验根据镇江水污染状况，其治理试验湿地构型选择了复合垂直人工湿地•试验设计：•填料：碎石，填入模型池前用自来水反复清洗，去除污染物质，以避免影响试验结果。•生物：芦苇，以16株/平方米的密度进行移栽。并用水泵抽古运河河水，对人工湿地的微生物、植物系统进行驯化培养。•蓄水池：为了实现复合垂直流人工湿地连续流的运行方式，在人工湿地模型边构建了一个容积为6m3的蓄水池，一方面可以蓄污染河水，另一方面可以利用蓄水池配置一定浓度的污水。•布管：下行池具有给水管道，在污水进入湿地布水系统之前通过流量计控制流入污水量。上行池填料表面具有集水管路，其管路上的孔径（0。5cm）比下行池的管路孔径稍大(0.3cm)，将处理后的水收集排走。试验内容此试验设在古运河京口闸段，古运河污染较严重，属于劣V类水体，其中有机污染物浓度较低，氮磷污染物浓度较高，C/N比较低（3.5～4.5）；水体中悬浮态污染物所占比重较大，悬浮态磷含量约占总含量的30％～65％。（1）人工湿地对污染河水的去除效果试验：从2005年3月8日至4月30日，CODMn,TN,TP等水质指标，分析复合垂直流人工湿地水的处理效果。（2）人工湿地沿程对污染河水的去除机理试验：人工湿地对污染物的去除率稳定后，从4月2日一4月26日，做污染物的沿程去除效果试验，（3）根据污染河水中悬浮态污染物较多的特点，从5月1日起，开始进行全溶解态污水的运行试验。Ⅰ人工湿地对污水的处理效果时间：从2005年3月8日至4月30日，每隔2天取水样测定进出水CODMn,TN,TP等水质指标，分析复合垂直流人工湿地水的处理效果。结果：从图3.4－3.6可以看出，湿地系统对污染河水具有稳定的去除效果，对CODMn.TN.TP的平均去除率分别可以达到53.7%，45%，40.8%左右。随着运行时间增加，湿地系统对CODMn,TN的去除率逐步提高，并趋于稳定，而对TP的去除率则呈现缓慢下降的趋势湿地系统对CODMn的去除主要通过填料表面的生物膜及植物根系附着的大量的微生物。随着生物膜的逐渐形成以及芦苇的生长。去除效率有所提高。氮的去除主要靠人工湿地中微生物的硝化反硝化过程，当然植物吸收也起到一定的作用。对于磷而言，微生物对磷的同化作用并不是去除磷的主要途径。因此，可能主要依靠填料的吸附作用，当填料的吸附逐渐接近于饱和时，对磷的去除效果就会逐渐降低。•结论：无论是湿地系统对CODMn的去除主要通过填料表面的生物膜的降解作用，还是系统中的填料对磷的吸附作用都正正体现着填料作为微生物的载体作用以及过滤吸附的作用；无论是好氧细菌对耗氧有机物的降解，还是消化反消化细菌对氮的去除，均表现出微生物在系统中的关键作用；无论是因为芦苇的旺盛生长与微生物数量的正相关关系，还是因为根系表面积的增加而对污染物的吸附吸收作用，也反映出植物在湿地系统中的重要作用。Ⅱ人工湿地沿程对污染河水的治理效果与规律Ⅱ人工湿地沿程对污染河水的治理效果与规律Conclusion:在本试验中，复合垂直流人工湿地对污染河水中污染物的去除主要发生在下行池，尤其是人工湿地表层，而上行池对污染物没有能够发挥应有的去除作用。Ⅲ人工湿地的净化机理为了区分出人工湿地对悬浮态物质的物理过滤作用，开始进行全溶解态污水的运行试验试验依据古运河水的CODMn,TN,TP浓度，在蓄水池中配制全溶解态的污水，其中氮采用NH4HC03，碳源采用葡萄糖，磷采用KH2P04.通过使用全溶解态污水运行人工湿地，经过一周待出水水质稳定后，开始沿程取样测试水质指标。将实际污染河水的试验数据与全部为溶解态污染物的模拟污水的沿程去除规律进行了比较。污染河水试验数据采用较具代表性的4月26日的数据，全溶解态配水试验采用5月12日的数据。Ⅲ人工湿地的净化机理Compare:（1）CODMn,TN和TP在污染河水中的去除明显地表现为下行池的浓度降低较大，而上行池的浓度降低比较平缓；（2）悬浮态的污染物基本上在下行池的前30cm基本去除；（3）在全溶解态的配置污水中，下行池和上行池表现为较为均匀的降低，但是总的来说，表现出上行池对河水溶解态污染物的去除率较模拟污水低的现象。Ⅲ人工湿地的净化机理Possiblereason:•悬浮污染物的截留•污染河水的低碳氮比•污染物的转化•下行池中的污染物以溶解状态进入上行池总结(1）复合垂直流人工湿地对污染物的去除主要发生在下行池，尤其是湿地表层30cm范围。可以认为在人工湿地表层，滤料和植物根系对悬浮态污染物的过滤、吸附等物理截留是主要作用，至于微生物作用则主要表现为将悬浮态物质转化为溶解态物质。(2)与生活污水不同，复合垂直流人工湿地对污染河水进行处理时，上行池的作用不够明显，可能原因：一是表层悬浮态物质的转化增加了上行池溶解态污染物的浓度，抵消了上行池的一部分去除效果。另一方面，由于表层微生物降解有机物时消耗了大量的溶氧，造成污水流至上行池时水中溶氧浓度和C/N过低，从而影响有机物、TN的降解速率（3）对于含有较多悬浮物、碳氮比较小的镇江古运河污染河水，人工湿地发挥了较为稳定的去除效果，能够将劣V类水处理为IV类水甚至III类水。因此利用人工湿地系统处理污染河水具有技术上的可行性。人工湿地净化技术简介：湿地是指被地表水或地下水长期或间断性地淹没或饱和，并通常伴生有优势的水生植被与水生生物的地方，具有强大的生态功能与环境容量。而人工湿地则是通过模拟天然湿地的结构与功能，选择一定的地理位置与地形，根据人们的需要人为设计与建造的湿地，它利用物理、化学和生物的三重协同作用来实现污水的净化。它主要由以下三部分组成:透水性的基质材料，水生植物(主要指挺水植物)，栖息在根系和基质材料表面的微生物及原生动物。构型运行方式优点缺点表面流人工湿地（SFW）污水在填料表面漫流。污染物质的去除主要通过生长在植物水下茎杆上的生物膜来完成。富氧能力较好；利于去除氨氮和耗氧有机物污染物；不被填料的淤睹问题所限制不能充分利用填料和植物根系的作用；且卫生条件也不好潜流人工湿地(SSFW)污水在湿地床内流动，分为水平潜流人工湿地与垂直潜流人工湿地（即垂直流人工湿地）充分利用系统中微生物、植物、填料的协同作用降解污染物；因此具有较强的净化能力；保温性较好、处理效果受气候影响小、卫生条件较好容易造成管道淤塞垂直流人工湿地(VFW)污水从湿地表面纵向流向填料床的底部；床体处于不饱和状态，氧可通过大气扩散和植物传输进入人工湿地系统。与潜流人工湿地相比还具有一下有点：硝化能力强；占地面积小。控制相对复杂，建造要求较高。人工湿地的净化原理1，填料作用：•载体作用，•过滤吸附作用（煤碴土壤碎石沙子），•化学沉积作用。2，微生物作用：微生物通过同化与异化作用降解污染物，是人工湿地降解污染物质的主体。3，植物作用：•促进生物生长（大表面积，分泌物质），•吸收污染物（吸收氮磷）。正因为人工湿地系统特别适合于含磷量较高且悬浮污染物量较高的污水处理，才选择用人工湿地系统作为对镇江水系污染治理的试验。