水環(huán)境的修復(fù)技術(shù)——河流生態(tài)修復(fù)

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1、2021/6/4 1 水環(huán)境的修復(fù)技術(shù) 河流生態(tài)修復(fù)黃敏娟 黃楚茹 黃少藝 郭銘先 2021/6/4 2 l河流生態(tài)修復(fù)的定義： 指使用綜合方法，使河流恢復(fù)因人類活動的干擾而喪失或退化的自然功能l 河流生態(tài)修復(fù)的步驟 制定總體目標(biāo); 協(xié)調(diào)分目標(biāo) 包括分析約束條件 ; 分析目標(biāo)要素 包括功能指標(biāo)閾值與功能受損程度 ; 確定修復(fù)方案。需要包括四個步驟:明確修復(fù)階段 ,排列優(yōu)先次序 ,制定修復(fù)措施 ,維護(hù)修復(fù)成果 2021/6/4 3 河流生態(tài)修復(fù)的主要技術(shù)方法：緩沖區(qū)恢復(fù)植被恢復(fù) 河道補(bǔ)水 生物 -生態(tài)修復(fù) 生境修復(fù) 水生生物群落修復(fù)技術(shù) 2021/6/4 4 緩沖區(qū)恢復(fù)作用： 分蓄和削減洪水河流

2、與緩沖區(qū)河漫灘之間的水文連通性是影響河流物種多樣性的關(guān)鍵因素。將洪水中污染物沉淀、 過濾、 凈化, 改善水質(zhì); 截留 、過濾暴雨徑流,凈化水體; 提供野生動植物的生息環(huán)境;保持景觀的自然特征;為人類提供良好的生活 、休閑空間等。 2021/6/4 5 植被恢復(fù)作用：植被可以通過影響河流的流動、 河岸抗沖刷強(qiáng)度、 泥沙沉積、河床穩(wěn)定性和河道形態(tài)而對河流產(chǎn)生很大影響。合理分布的植被還有助于減輕洪水災(zāi)害、凈化水體,提供景觀休閑場所和多種生態(tài)服務(wù)功能。 2021/6/4 6 河道補(bǔ)水： 水是河流生態(tài)系統(tǒng)中最重要的環(huán)境因素,也是維持河流系統(tǒng)健康的重要因素。不論是規(guī)定水庫最小下泄流量,還是引水、 廢水、回

3、用補(bǔ)水等, 都有利于增加河流流量,提供輸沙 、自凈、 供水和生態(tài)功能需水量。對于水量不能滿足其基本功能的河流,補(bǔ)水措施尤為重要。 2021/6/4 7 生物 -生態(tài)修復(fù)：是生態(tài)修復(fù)和構(gòu)建自然環(huán)境和人居環(huán)境和諧統(tǒng)一的主要技術(shù)主要包括 人工曝氣復(fù)氧 底泥污染控制 生物強(qiáng)化人工河道 自然河道生態(tài)塘 生態(tài)溝渠 生態(tài)修復(fù)耦合系統(tǒng) 生態(tài)護(hù)岸等技術(shù)， 2021/6/4 8 生境修復(fù)：生境修復(fù)技術(shù)涉及多個領(lǐng)域的技術(shù)淺灘深塘結(jié)構(gòu)的再造有助于植被的良好發(fā)育和構(gòu)建多樣性的生物棲息地,還可營造天然的河流景觀。裁彎河流的恢復(fù)則可利用彎曲河流消耗河流能量 強(qiáng)化河流的自凈功能,同時(shí)恢復(fù)河流的天然景觀, 是實(shí)現(xiàn)流域中河流回歸

4、自然的重要改造措施。魚道恢復(fù)則是近年來河流系統(tǒng)生態(tài)修復(fù)中最受關(guān)注的問題之一 2021/6/4 9 水生生物群落修復(fù)技術(shù) ：水生生物群落修復(fù)技術(shù)利用生態(tài)學(xué)基本原理以及水生生物的基礎(chǔ)生物學(xué)特性,以人工和生物調(diào)控相結(jié)合的方式改善水體生態(tài)與環(huán)境條件,通過引種移植、保護(hù)和生物操縱等技術(shù)措施,系統(tǒng)重建水生生物多樣性 2021/6/4 10 案例分析 鎮(zhèn)江水污染修復(fù) 2021/6/4 11 一 鎮(zhèn)江水系概況 2021/6/4 12 二 鎮(zhèn)江城市河流存在主要問題 城市河流河道遭到破壞小河流遭到填埋 建設(shè)了控制閘壩 河流岸坡許多被混凝土或者漿砌石等覆蓋 城市河流水環(huán)境污染嚴(yán)重 點(diǎn)源排放 面源污染控制較差成為生活

5、污水和工業(yè)廢水的受納體水體中氮磷污染嚴(yán)重 2021/6/4 13 三、城市河道遭到破壞的影響后果：小河流遭到填埋后，整個河流原來的生境遭到完全的破壞，致使河流中的某些河段成為地下狀態(tài) ,這種做法破壞了河流的生態(tài)景觀 ,減弱了河流行洪能力 ,給城市的防洪排澇帶來隱患。建設(shè)控制閘壩，河流暢通受到影響，閘門關(guān)閉期間，河內(nèi)的水體基本不流動，使其成為死水或半死水狀態(tài) ,加快了河流水質(zhì)惡化 ,給河流水生生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重破壞。河流岸坡許多被混凝土或者漿砌石等覆蓋,不僅破壞了河流原先的生態(tài)環(huán)境，減少了河流的生物多樣性，還隔絕了河流與地下水的聯(lián)系，阻斷了水循環(huán)(無底泥層 、水溫迅速升高、阻止河水滲入地下形成漏斗

6、、割裂了水體與土壤的關(guān)系） 2021/6/4 14 針對以上問題的相應(yīng)對策將規(guī)則化的矩形或梯形河道斷面修整為自然形式（河道空間特征再造）； 拆除河床鋪設(shè)的硬質(zhì)材料及廢舊攔河壩 ,恢復(fù)河底的自然泥沙狀態(tài)，通過河道河底及坡面表層泥面生長的大量微生物、藻類、水生動植物形成的自然生物膜凈化水體 , 提高河道本身的自凈能力。改造原有的河道護(hù)坡護(hù)岸 , 可采用植物、石塊或其他透水材料加固河岸，既保證河岸的穩(wěn)定，又不阻止河道水體中的物種與岸邊物質(zhì)的交換。如：利用活的枝條插入河岸起到固定的作用，采用可透水的材料生態(tài)磚、魚集磚、天然材料墊等。 2021/6/4 15 四、針對河流的污染狀況的人工濕地治理試驗(yàn)根據(jù)

7、鎮(zhèn)江水污染狀況，其治理試驗(yàn)濕地構(gòu)型選擇了復(fù)合垂直人工濕地 2021/6/4 16 試驗(yàn)設(shè)計(jì)：填料：碎石，填入模型池前用自來水反復(fù)清洗，去除污染物質(zhì)，以避免影響試驗(yàn)結(jié)果。生物：蘆葦，以16株/平方米的密度進(jìn)行移栽。并用水泵抽古運(yùn)河河水，對人工濕地的微生物、植物系統(tǒng)進(jìn)行馴化培養(yǎng)。蓄水池：為了實(shí)現(xiàn)復(fù)合垂直流人工濕地連續(xù)流的運(yùn)行方式，在人工濕地模型邊構(gòu)建了一個容積為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濃度的污水。布管：下行池具有給水管道，在污水進(jìn)入濕地布水系統(tǒng)之前通過流量計(jì)控制流入污水量。上行池填料表面具有集水管路，其管路上的孔徑（0。5cm）比下行池的管路孔徑稍大(0

8、.3cm)，將處理后的水收集排走。 2021/6/4 17 試驗(yàn)內(nèi)容 此試驗(yàn)設(shè)在古運(yùn)河京口閘段，古運(yùn)河污染較嚴(yán)重，屬于劣V類水體，其中有機(jī)污染物濃度較低，氮磷污染物濃度較高，C/N比較低（3.54.5）；水體中懸浮態(tài)污染物所占比重較大，懸浮態(tài)磷含量約占總含量的3065。 2021/6/4 18 （1）人工濕地對污染河水的去除效果試驗(yàn)：從2005年3月8日至4月30日， CODMn, TN, TP等水質(zhì)指標(biāo)，分析復(fù)合垂直流人工濕地水的處理效果。（2）人工濕地沿程對污染河水的去除機(jī)理試驗(yàn)：人工濕地對污染物的去除率穩(wěn)定后，從4月2日一4月26日，做污染物的沿程去除效果試驗(yàn)， （3）根據(jù)污染河水中懸浮

9、態(tài)污染物較多的特點(diǎn)，從5月1日起，開始進(jìn)行全溶解態(tài)污水的運(yùn)行試驗(yàn)。 2021/6/4 19 人工濕地對污水的處理效果 時(shí)間：從2005年3月8日至4月30日，每隔2天取水樣測定進(jìn)出水CODMn, TN, TP等水質(zhì)指標(biāo)，分析復(fù)合垂直流人工濕地水的處理效果。 2021/6/4 20 結(jié)果： 從圖3.4 3.6可以看出，濕地系統(tǒng)對污染河水具有穩(wěn)定的去除效果，對CODMn. TN. TP的平均去除率分別可以達(dá)到53.7%，45%， 40.8%左 右。隨著運(yùn)行時(shí)間增加，濕地系統(tǒng)對CODMn, TN的去除率逐步提高，并趨于穩(wěn)定，而對TP的去除率則呈現(xiàn)緩慢下降的趨勢濕地系統(tǒng)對CODMn的去除主要通過填料表

10、面的生物膜及植物根系附著的大量的微生物。隨著生物膜的逐漸形成以及蘆葦?shù)纳L。去除效率有所提高。氮的去除主要靠人工濕地中微生物的硝化反硝化過程，當(dāng)然植物吸收也起到一定的作用。對于磷而言，微生物對磷的同化作用并不是去除磷的主要途徑。因此，可能主要依靠填料的吸附作用，當(dāng)填料的吸附逐漸接近于飽和時(shí)，對磷的去除效果就會逐漸降低。 2021/6/4 21 結(jié)論：無論是濕地系統(tǒng)對CODMn的去除主要通過填料表面的生物膜的降解作用，還是系統(tǒng)中的填料對磷的吸附作用都正正體現(xiàn)著填料作為微生物的載體作用以及過濾吸附的作用；無論是好氧細(xì)菌對耗氧有機(jī)物的降解，還是消化反消化細(xì)菌對氮的去除，均表現(xiàn)出微生物在系統(tǒng)中的關(guān)鍵作

11、用；無論是因?yàn)樘J葦?shù)耐⑸L與微生物數(shù)量的正相關(guān)關(guān)系，還是因?yàn)楦当砻娣e的增加而對污染物的吸附吸收作用，也反映出植物在濕地系統(tǒng)中的重要作用。 2021/6/4 22 人工濕地沿程對污染河水的治理效果與規(guī)律 2021/6/4 23 人工濕地沿程對污染河水的治理效果與規(guī)律Conclusion: 在本試驗(yàn)中，復(fù)合垂直流人工濕地對污染河水中污染物的去除主要發(fā)生在下行池，尤其是人工濕地表層，而上行池對污染物沒有能夠發(fā)揮應(yīng)有的去除作用。 2021/6/4 24 人工濕地的凈化機(jī)理 為了區(qū)分出人工濕地對懸浮態(tài)物質(zhì)的物理過濾作用，開始進(jìn)行全溶解態(tài)污水的運(yùn)行試驗(yàn) 試驗(yàn)依據(jù)古運(yùn)河水的CODMn, TN, TP濃度

12、，在蓄水池中配制全溶解態(tài)的污水，其中氮采用NH4HC03，碳源采用葡萄糖，磷采用KH2P04 .通過使用全溶解態(tài)污水運(yùn)行人工濕地，經(jīng)過一周待出水水質(zhì)穩(wěn)定后，開始沿程取樣測試水質(zhì)指標(biāo)。將實(shí)際污染河水的試驗(yàn)數(shù)據(jù)與全部為溶解態(tài)污染物的模擬污水的沿程去除規(guī)律進(jìn)行了比較。污染河水試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用較具代表性的4月26日的數(shù)據(jù)，全溶解態(tài)配水試驗(yàn)采用5月12日的數(shù)據(jù)。 2021/6/4 25 人工濕地的凈化機(jī)理Compare:（1）CODMn, TN和TP在污染河水中的去除明顯地表現(xiàn)為下行池的濃度降低較大，而上行池的濃度降低比較平緩；（2）懸浮態(tài)的污染物基本上在下行池的前30cm基本去除； （3）在全溶解態(tài)的配置

13、污水中，下行池和上行池表現(xiàn)為較為均勻的降低，但是總的來說，表現(xiàn)出上行池對河水溶解態(tài)污染物的去除率較模擬污水低的現(xiàn)象。 2021/6/4 26 人工濕地的凈化機(jī)理Possible reason:懸浮污染物的截留 污染河水的低碳氮比 污染物的轉(zhuǎn)化 下行池中的污染物以溶解狀態(tài)進(jìn)入上行池 2021/6/4 27 總結(jié)(1）復(fù)合垂直流人工濕地對污染物的去除主要發(fā)生在下行池，尤其是濕地表層30cm范圍。可以認(rèn)為在人工濕地表層，濾料和植物根系對懸浮態(tài)污染物的過濾、吸附等物理截留是主要作用，至于微生物作用則主要表現(xiàn)為將懸浮態(tài)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為溶解態(tài)物質(zhì)。(2)與生活污水不同，復(fù)合垂直流人工濕地對污染河水進(jìn)行處理時(shí)，上

14、行池的作用不夠明顯，可能原因：一是表層懸浮態(tài)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化增加了上行池溶解態(tài)污染物的濃度，抵消了上行池的一部分去除效果。另一方面，由于表層微生物降解有機(jī)物時(shí)消耗了大量的溶氧，造成污水流至上行池時(shí)水中溶氧濃度和C/N過低，從而影響有機(jī)物、TN的降解速率（3）對于含有較多懸浮物、碳氮比較小的鎮(zhèn)江古運(yùn)河污染河水，人工濕地發(fā)揮了較為穩(wěn)定的去除效果，能夠?qū)⒘覸類水處理為IV類水甚至III類水。因此利用人工濕地系統(tǒng)處理污染河水具有技術(shù)上的可行性。 2021/6/4 28 2021/6/4 29 人工濕地凈化技術(shù)簡介： 濕地是指被地表水或地下水長期或間斷性地淹沒或飽和，并通常伴生有優(yōu)勢的水生植被與水生生物的地方

15、，具有強(qiáng)大的生態(tài)功能與環(huán)境容量。而人工濕地則是通過模擬天然濕地的結(jié)構(gòu)與功能，選擇一定的地理位置與地形，根據(jù)人們的需要人為設(shè)計(jì)與建造的濕地，它利用物理、化學(xué)和生物的三重協(xié)同作用來實(shí)現(xiàn)污水的凈化。 它主要由以下三部分組成:透水性的基質(zhì)材料，水生植物(主要指挺水植物)，棲息在根系和基質(zhì)材料表面的微生物及原生動物。 2021/6/4 30 構(gòu)型運(yùn)行方式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)表面流人工濕地（SFW） 污水在填料表面漫流。污染物質(zhì)的去除主要通過生長在植物水下莖桿上的生物膜來完成。 富氧能力較好；利于去除氨氮和耗氧有機(jī)物污染物；不被填料的淤睹問題所限制 不能充分利用填料和植物根系的作用；且衛(wèi)生條件也不好 潛流人工濕地(S

16、SFW) 污水在濕地床內(nèi)流動，分為水平潛流人工濕地與垂直潛流人工濕地（即垂直流人工濕地） 充分利用系統(tǒng)中微生物、植物、填料的協(xié)同作用降解污染物；因此具有較強(qiáng)的凈化能力；保溫性較好、處理效果受氣候影響小、衛(wèi)生條件較好 容易造成管道淤塞 垂直流人工濕地(VFW) 污水從濕地表面縱向流向填料床的底部；床體處于不飽和狀態(tài)，氧可通過大氣擴(kuò)散和植物傳輸進(jìn)入人工濕地系統(tǒng)。 與潛流人工濕地相比還具有一下有點(diǎn)：硝化能力強(qiáng)；占地面積小。 控制相對復(fù)雜，建造要求較高。 2021/6/4 31 人工濕地的凈化原理1，填料作用： 載體作用， 過濾吸附作用（煤碴土壤碎石沙子）， 化學(xué)沉積作用。2，微生物作用： 微生物通過同化與異化作用降解污染物，是人工濕地降解污染物質(zhì)的主體。3，植物作用： 促進(jìn)生物生長（大表面積，分泌物質(zhì)）， 吸收污染物（吸收氮磷）。 正因?yàn)槿斯竦叵到y(tǒng)特別適合于含磷量較高且懸浮污染物量較高的污水處理，才選擇用人工濕地系統(tǒng)作為對鎮(zhèn)江水系污染治理的試驗(yàn)。 部 分 資 料 從 網(wǎng) 絡(luò) 收 集 整理 而 來 ， 供 大 家 參 考 ，感 謝 您 的 關(guān) 注 ！