水環(huán)境的修復技術——河流生態(tài)修復

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1、2021/6/4 1 水環(huán)境的修復技術 河流生態(tài)修復黃敏娟 黃楚茹 黃少藝 郭銘先 2021/6/4 2 l河流生態(tài)修復的定義： 指使用綜合方法，使河流恢復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)修復的步驟 制定總體目標; 協(xié)調分目標 包括分析約束條件 ; 分析目標要素 包括功能指標閾值與功能受損程度 ; 確定修復方案。需要包括四個步驟:明確修復階段 ,排列優(yōu)先次序 ,制定修復措施 ,維護修復成果 2021/6/4 3 河流生態(tài)修復的主要技術方法：緩沖區(qū)恢復植被恢復 河道補水 生物 -生態(tài)修復 生境修復 水生生物群落修復技術 2021/6/4 4 緩沖區(qū)恢復作用： 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鍵因素。將洪水中污染物沉淀、 過濾、 凈化, 改善水質; 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 植被恢復作用：植被可以通過影響河流的流動、 河岸抗沖刷強度、 泥沙沉積、河床穩(wěn)定性和河道形態(tài)而對河流產生很大影響。合理分布的植被還有助于減輕洪水災害、凈化水體,提供景觀休閑場所和多種生態(tài)服務功能。 2021/6/4 6 河道補水： 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,補水措施尤為重要。 2021/6/4 7 生物 -生態(tài)修復：是生態(tài)修復和構建自然環(huán)境和人居環(huán)境和諧統(tǒng)一的主要技術主要包括 人工曝氣復氧 底泥污染控制 生物強化人工河道 自然河道生態(tài)塘 生態(tài)溝渠 生態(tài)修復耦合系統(tǒng) 生態(tài)護岸等技術， 2021/6/4 8 生境修復：生境修復技術涉及多個領域的技術淺灘深塘結構的再造有助于植被的良好發(fā)育和構建多樣性的生物棲息地,還可營造天然的河流景觀。裁彎河流的恢復則可利用彎曲河流消耗河流能量 強化河流的自凈功能,同時恢復河流的天然景觀, 是實現(xiàn)流域中河流回歸

4、自然的重要改造措施。魚道恢復則是近年來河流系統(tǒng)生態(tài)修復中最受關注的問題之一 2021/6/4 9 水生生物群落修復技術 ：水生生物群落修復技術利用生態(tài)學基本原理以及水生生物的基礎生物學特性,以人工和生物調控相結合的方式改善水體生態(tài)與環(huán)境條件,通過引種移植、保護和生物操縱等技術措施,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 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)境污染嚴重 點源排放 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。建設控制閘壩，河流暢通受到影響，閘門關閉期間，河內的水體基本不流動，使其成為死水或半死水狀態(tài) ,加快了河流水質惡化 ,給河流水生生態(tài)系統(tǒng)造成嚴重破壞。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系） 2021/6/4 14 針對以上問題的相應對策將規(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）； 拆除河床鋪設的硬質材料及廢舊攔河壩 ,恢復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。改造原有的河道護坡護岸 , 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根據(jù)

7、鎮(zhèn)江水污染狀況，其治理試驗濕地構型選擇了復合垂直人工濕地 2021/6/4 16 試驗設計：填料：碎石，填入模型池前用自來水反復清洗，去除污染物質，以避免影響試驗結果。生物：蘆葦，以16株/平方米的密度進行移栽。并用水泵抽古運河河水，對人工濕地的微生物、植物系統(tǒng)進行馴化培養(yǎng)。蓄水池：為了實現(xiàn)復合垂直流人工濕地連續(xù)流的運行方式，在人工濕地模型邊構建了一個容積為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，在污水進入濕地布水系統(tǒng)之前通過流量計控制流入污水量。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 試驗內容 此試驗設在古運河京口閘段，古運河污染較嚴重，屬于劣V類水體，其中有機污染物濃度較低，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：從2005年3月8日至4月30日， CODMn, TN, TP等水質指標，分析復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理試驗：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， （3）根據(jù)污染河水中懸浮

9、態(tài)污染物較多的特點，從5月1日起，開始進行全溶解態(tài)污水的運行試驗。 2021/6/4 19 人工濕地對污水的處理效果 時間：從2005年3月8日至4月30日，每隔2天取水樣測定進出水CODMn, TN, TP等水質指標，分析復合垂直流人工濕地水的處理效果。 2021/6/4 20 結果： 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到53.7%，45%， 40.8%左 右。隨著運行時間增加，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，當填料的吸附逐漸接近于飽和時，對磷的去除效果就會逐漸降低。 2021/6/4 21 結論：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；無論是好氧細菌對耗氧有機物的降解，還是消化反消化細菌對氮的去除，均表現(xiàn)出微生物在系統(tǒng)中的關鍵作

11、用；無論是因為蘆葦?shù)耐⑸L與微生物數(shù)量的正相關關系，還是因為根系表面積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: 在本試驗中，復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)揮應有的去除作用。 2021/6/4 24 人工濕地的凈化機理 為了區(qū)分出人工濕地對懸浮態(tài)物質的物理過濾作用，開始進行全溶解態(tài)污水的運行試驗 試驗依據(jù)古運河水的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)污水運行人工濕地，經過一周待出水水質穩(wěn)定后，開始沿程取樣測試水質指標。將實際污染河水的試驗數(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)律進行了比較。污染河水試驗數(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)配水試驗采用5月12日的數(shù)據(jù)。 2021/6/4 25 人工濕地的凈化機理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 污染物的轉化 下行池中的污染物以溶解狀態(tài)進入上行池 2021/6/4 27 總結(1）復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)物質轉化為溶解態(tài)物質。(2)與生活污水不同，復合垂直流人工濕地對污染河水進行處理時，上

14、行池的作用不夠明顯，可能原因：一是表層懸浮態(tài)物質的轉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物時消耗了大量的溶氧，造成污水流至上行池時水中溶氧濃度和C/N過低，從而影響有機物、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，能夠將劣V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上的可行性。 2021/6/4 28 2021/6/4 29 人工濕地凈化技術簡介： 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構與功能，選擇一定的地理位置與地形，根據(jù)人們的需要人為設計與建造的濕地，它利用物理、化學和生物的三重協(xié)同作用來實現(xiàn)污水的凈化。 它主要由以下三部分組成:透水性的基質材料，水生植物(主要指挺水植物)，棲息在根系和基質材料表面的微生物及原生動物。 2021/6/4 30 構型運行方式優(yōu)點缺點表面流人工濕地（SFW） 污水在填料表面漫流。污染物質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)，氧可通過大氣擴散和植物傳輸進入人工濕地系統(tǒng)。 與潛流人工濕地相比還具有一下有點：硝化能力強；占地面積小。 控制相對復雜，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的主體。3，植物作用： 促進生物生長（大表面積，分泌物質）， 吸收污染物（吸收氮磷）。 正因為人工濕地系統(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。 部 分 資 料 從 網(wǎng) 絡 收 集 整理 而 來 ， 供 大 家 參 考 ，感 謝 您 的 關 注 ！