第一章、环境修复技术绪论-____.ppt

环境修复原理与技术 污染预防工程传统的环境工程环境修复工程 从源头上遏制排放 三废 治理工程 产前 产中 产后 环境修复工程 所修复的水体是环境的一部分 不能与环境分离开来 在修复水体过程中 需要保护周围环境 即必须将环境因素融入技术中 环境修复工程和传统的污水处理工程的不同之处 传统的污水处理工程 处理对象能够从环境中分离出来 本章重点 环境修复的定义环境修复技术及特点 环境修复P8 一 环境修复的概念修复 remediation 借助外界作用力使受损的特定对象部分或全部恢复到原初状态的过程 恢复 restoration 使受损对象向原初状态发生改变重建 reconstruction 使完全丧失功能的对象恢复至原初水平改建 renewal 使部分受损的对象进行改善 增加人类期望的特点 减小人类不希望的自然特点 环境意义上的修复 对被污染的环境采取物理 化学与生物学技术措施 使存在于环境中的污染物浓度减少或毒性降低或完全无害化 二 环境修复的类型依照环境修复的对象可以分为 土壤环境修复 水体环境修复 大气环境修复和固体废物环境修复几个类型 土壤环境修复 对污染的土壤实施修复 以阻断污染物进入食物链 防止随生物造成危害 促进土地资源的保护和可持续发展 土壤污染 人为因素有意或无意将对生物有害的物质施加到土壤中 使某种成分的含量高于原有含量 引起土壤环境质量恶化的现象 原位修复 对污染物就地处理 使之得以降解和减毒 不需建设昂贵的地面环境工程基建和运输 操作维护简单 可对深层次污染的土壤进行修复 但缓慢 且有一定风险 异位修复 挖掘后通过其它手段或技术进行处理 时间短 代价较高 但环境风险较低 系统处理的可预测性较高 水体环境修复 利用物理的 化学的 生物的和生态的方法减少水环境中有毒有害物质的浓度或使其完全无害化 使污染了的水环境能部分或完全恢复到原始状态的过程 水环境 由水体 包括水文 水力 水质 生物 水生植物 微生物和动物等 水体下沉积物 水体周边的岸带 河岸带 潮滩 湖岸带等 及水体上的空间构成 在一定范围内具有自身结构和功能的有机体系 月湖生态修复示范工程 基地的人工浮岛 大气环境修复 采取一定的措施 包括物理 化学和生物的方法来减少大气环境中的有毒有害化合物 大气污染 人类的生活 生产活动和自然界中局部的质能转换向大气排放各种污染物 当污染物超过环境所能允许的极限 环境容量 时 大气质量就会恶化 固体废弃物环境修复 利用化学 物理或生物的方法对污染环境的固体废弃物进行处理 以达到减少污染的无害化处理 固体废弃物 在生产建设 日常生活和其它活动中产生 在一定时间和地点无法利用而被丢弃的污染环境的固体 半固体废弃物质 工业固体废弃物处理废弃矿山 采矿场复垦生活垃圾固废处理污水处理厂污泥后续处理 三 环境修复的技术环境修复技术是指人类修复环境时所采用的手段 技术的基本作用在于改变自然界的运动形式和状态 由此形成了工程技术 物理技术 化学技术和生物技术四类基本技术 环境物理修复技术 借助物理手段将污染物从环境中提取分离出来的技术 工艺简单 费用低 通常没有高度的选择性 多用作初步的分选 一般说来 物理分离技术没有充分达到环境修复的要求 环境化学修复技术 发展较早也相对成熟 主要包括 化学淋洗 溶剂浸提 化学氧化修复和化学还原修复等 比较而言 化学氧化技术是一种快捷 积极 对污染物类型和浓度不是很敏感的修复方式 在土壤修复中 化学还原和还原脱氯法则作用于分散在地表下较大 较深范围内的氯化物等还原反应敏感的化学物质 将其还原 降解 原位化学淋洗技术对去除低溶解度和吸附力较强的污染物更有效 但化学修复技术往往代价较高 容易导致其它化学物质留存于环境中 可能产生其它环境危害等 环境生物修复技术 利用生物的生命代谢活动减少存在于环境中有毒有害物质的浓度或使其完全无害化 使污染了的环境能部分或完全恢复到原始状态的过程 费用小 不会引入其它化学物质 对环境的整体修复性能好 但往往耗时 水体修复技术一般可分为水体物理修复技术 水体化学修复技术和水体生物修复技术 目前在研究应用上一般以水体生物修复技术为主 水体物理修复技术 水体化学修复技术为辅 水体修复技术概况 一 物理方法 现状 引水稀释 底泥疏浚 引水稀释就是通过工程调水对污染水体进行稀释 使水体在短时间内达到相应的水质标准 该方法能激活水流 增加流速 使水体中DO增加 水生微生物 植物的数量和种类也相应增加 从而达到净化水质的目的 底泥疏浚指对整条或局部沉积严重的河段 湖泊进行疏浚 清淤 恢复河流和湖泊的正常功能 趋势 由于物理修复技术存在暂时性 不稳定性以及治标不治本等缺点 所以与生物和化学技术相结合是物理修复技术以后的发展趋势 温瑞塘河引水稀释的水源 二 化学方法 现状 通过化学手段处理被污染水体达到去除水体中污染物的一种方法 如治理湖泊酸化可投加生石灰 抑制藻类大量繁殖可投加杀藻剂 如除磷可投加铁盐等 化学净化法由于投加的是化学药剂 因此不仅治理费用较高 而且还易造成二次污染 目前该方法主要用于酸化湖泊的治理 趋势 化学修复技术具有费用高 易造成二次污染等缺点 故高效 廉价 安全的药剂的研制 如絮凝剂的研制 和与生物技术相结合是化学修复技术现在以及将来的发展方向 三 生物方法 现状 已开发出多种有关污染水体生物修复的技术 从生物的选择和培养应用上来分主要包括直接投加微生物技术 培养微生物技术和高等生物修复技术等 按其工程实施的方式来分主要有原位修复技术 异位修复技术和原位异位联合修复技术 趋势 与传统的化学 物理处理方法相比 生物修复技术有以下优点污染物在原地被降解 修复时间较短 就地处理操作简单 对周围环境的干扰少 较少的修复资金 一般只为传统的物理化学方法的30 到50 人类直接暴露在这些污染物下的机会减少 不产生二次污染 遗留问题少的特点 是未来水体修复的重点发展趋势 水生态修复技术应用现状 一 污染水体生物生态治理技术 概念 该类技术是利用培育的高等植物或培养 接种的微生物的生命代谢活动 对水体中污染物进行富集 转化 吸收及降解而使水体净化的技术 优点 具有处理效果好 低耗能或不需耗能 工程造价相对较低 运行成本低廉以及不形成二次污染特点 强调对水质的净化效果 主要用于受污染而失衡的自然水生生态系统的修复 制约因素 包括气候条件 生物种类和物种引入 土地利用及运行维护等 按照与水生态系统融合的程度大小 生物生态治理技术 利用生物的新陈代谢对有机污染物及氮 磷营养物质的同化作用 将低浓度污染物进行富集转化 达到治理污染水体的目的 恢复退化水生态系统结构中缺失的组分 达到重建水生态系统的良好结构 实现其功能的恢复 同时改善水质 异同 1 生物修复技术 固定化细菌技术河道内曝气结合高效微生物处理修复技术生态浮床技术卵石床生物膜技术稳定塘 氧化塘 技术生物过滤技术土地处理技术人工湿地技术 2 生态修复技术 该类技术的特点是修复措施与退化水生态系统紧密融合 对于我国浅水型湖泊的富营养化防治是一项应用潜力很大的技术 通过生物操纵或沉水植物重建 减轻营养负荷的再悬浮程度 促使藻型富营养化水体向草型富营养化水体演替 抑制蓝藻暴发 达到提高水质安全性的目的 目前 在我国太湖地区正在对这种技术进行试验 二 生态水利工程技术 主要针对河流生态系统的修复 而且主要是小型河流 这一技术在欧美及日本正被推广应用 而在我国还处于典型试验研究阶段 广州河道生物修复成功案例 黑臭河道水体 朝阳涌古廖涌应用技术 底泥生物氧化水体生物修复河涌生态恢复 目前我国城市水环境生物修复存在的问题 重水体生物修复而忽视底泥生物修复重外源微生物投放而忽视土著微生物激活重单一措施而忽视综合处理重污染源控制而忽视水环境生态恢复 一 概况综观国内外工作 有关生物 生态修复的研究与应用大致可分三个方面 一是以应用微生物为主体的生物修复技术 美国 日本及国内一些生物工程公司的产品已进入应用试验阶段 在局部区域 特别是城市内河治理中不乏有成功的例子 二是应用高等植物为主体的植物 生态修复技术 适用于大面积 低浓度的污染位点 由于植物修复是一个自然的过程 易为公众接受 三是基于 食物链 原理的生物操纵技术 应用罗非鱼 鲢鱼及贝类等滤食性动物的放养及水体生物群落结构的优化 对控制富营养化水体蓝藻水华发挥了明显的作用 生物 生态修复技术被认为是21世纪我国生态环境保护领域最有价值和最具生命力的生物处理技术 其中的ESB水体修复技术 生态演替式水体修复技术 是一项目前世界上正在兴起的突破性的一种水体修复技术 发展前沿 ESB水体修复技术是利用培育的植物 动物或培养接种的微生物的生命活动 对水体污染物进行转移 转化及降解作用 从而使水体得到净化的技术 还可以绿化环境及景观改善结合起来 在治理区建设休闲和娱乐设施 创造人与自然融合的优美环境 ESB水体修复技术思路是 消除争氧物质 稳定水体的高溶氧状态 快速培植优势好氧微生物 打造生态基础 并通过水生动 植物定向培养 建立起人工生态 通过人工生态向自然生态演替 恢复水体生物多样性 并充分利用自然系统的循环再生 自我修复等特点 实现水生态系统的良性循环 ESB水体修复技术 微生物修复技术 浮岛技术 水生动物恢复 生态清淤技术 生态复氧技术 生态护提技术 植物操控技术 人工湿地技术 水生动物恢复和重建技术 ESB水体修复技术包括 二 ESB水体修复技术效益展望 1 经济分析ESB 生态演替式水体修复技术污水的消纳成本低 ESB 生态演替式水体修复技术如果生态修复的技术能进行全面推广的话 其工程成本和维护费用可以大大降低 其投资效益非常明显 随着河道水体生态系统的修复和城市水体生态景观的形成 可进行休闲垂钓 河流水体旅游等商业用途的开发 以提河流水体自身经济效益的产出 来筹集部分维护资金 减少长期支出河道维护费用的压力 拓宽了水体治理的资金来源 使河道治理进入市场化和社会化 2 社会效益人类的所有活动都必须依托于所栖息的生态环境 生态系统为人类提供了生存维护系统 提供了从事各种活动所需的最基本的物质资源 通过生物修复可缓解因水污染给周边商业 居住区域带来的负面影响和环境压力 还美化了环境 产生了良好的景观效应 采用浮岛种植的水生花卉清翠碧绿 色彩缤纷 鲜艳夺目 呈现一片欣欣向荣的景象 构成一幅美丽的人工自然生态景观 提升了城市的环境生态水平 普及河流生态知识 提高环保意识 具有极高的社会效益和环保效益 3 应用意义ESB 生态演替式水体修复技术实施 具体为采用耐污性强的活性微生物制剂 结合各种功能性水生植物的生物性能 运用陆生植物的水培技术和生物浮岛技术 生物膜技术 复氧技术等综合技术来分解 吸收水体的污染物质 利用滤食性水生动物的介入来转移水体的污染物质 达到人工重建水生生态系统的目的 同时在治理过程中还可以营造一个城市水体生态景观 在还没有建造污水处理厂或已有污水处理厂而无法短时间进行截污纳管的城市和地区 利用ESB 生态演替式水体修复技术可有效降低水体原有的污染指数 提高河道水体的自净能力和环境容量 提高自净能力后的河道 纳污能力增加 可以有效的分解和吸收连续流入的营养盐 其流出的水达到污水处理厂的一级排放标准 可以减少对下河段造成的污染压力 有利于河道整体水质的长期保持 思考 环境修复的定义环境修复的类型环境修复技术和各自突出的特点 以土地为处理设施 利用土壤一植物系统的吸附 过滤和净化作用以及自我调控功能 达到某种程度的净化水的目的 对于有机物尤其是有机氯和氨氮具有较好的去除效果 土地处理技术 目标和对象不同 河流生物修复的对象是水质 目标是改善河流水生生物生存 生活和繁衍 发展的水质条件 而河流生态修复的对象是水生生物生存和发展的整个环境 包括水量 水质 水位 流速 水深 水温 水面宽度 涨水 落水时间 以及产卵场 越冬场 育肥场 回游通道的修复或恢复等等 目标是为水生生物或特有的生物种群提供良好的生存和发展环境 所采用的技术和手段不同 生物修复的技术核心是微生物及微生物使用和利用等 生态修复的核心技术是生态工程学和生物 生命科学等 针对性不同 生物修复是针对水体污染的修复 生态修复是针对水生生物及其生存环境的整体修复 生态修复可以包含生物修复 生物修复可以是生态修复的一个部分或一项主要内容 对于污染严重 并有产卵场 育幼场 越冬场或回游通道损伤及破坏的河流 一般应首先采取生物修复技术恢复河流水质 然后采取生态修复措施恢复河流生物栖息地和回游通道等 河流生物修复与河流生态修复的异同 人工湿地技术 利用对水体中污染物的沉淀 过滤 吸附 吸收降解等作用 在恰当设计和良好管理的条件 可以有效地处理生活污水工业污水 农业面源污染垃圾场渗滤液 暴雨径流 富营养化水体等 显著减少水体内的生化需氧量 BOD 悬浮固体颗粒 SS 和氮 同时还可以去除金属 微量有机物和病原体 河流沿岸水生植物带 人工湿地 的水质净化要素有以下8个 植物根茎等表面生物膜对有机物 特别是对藻类的吸附去除 植物根系的营养吸收 昆虫的摄饵 羽化等 鱼类的摄饵 捕食 防止已沉淀的悬浮性物质再次上浮 日光的遮蔽效果 在污泥表面的除磷脱氮 保护河岸作用 高效微生物固定化技术 指将经过培养的高效率微生物或酶或菌藻共生群落限制在特定的材料区域内部 达到提高微生物或酶的浓度 创造有利的生物代谢环境 有效减少微生物流失并使固液容易分离的目的 该类技术主要用于治理富营养化水体 河道修复技术 主要针对由于地表活动 水利工程建设 采矿等活动造成的河流空间结构改变而进行的修复 这些河流空间结构的变化包括 泥沙负荷改变 河流直线化 非连续化 河道纵比降和断面形状变化等 包括三个方面内容 河床再造 洪水脉冲和河道空间特征再造 河道内栖息地修复技术 河道内栖息地是鱼类 水生无脊椎动物等生物的生活场所 其功能包括产卵场 索饵场 停歇地和通道 修复首先要明确修复目标的生活习性 技术手段有鱼道 浅滩 深塘结构 基质恢复 河岸覆盖物和设置乱石堆或丁坝等模拟水生生物所偏好的活动场所 河岸修复技术 河岸修复的目的是保证河岸的稳定可采用植物 石块或其他透水材料加固河床 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 鱼巢砖 天然材料垫等 流域内栖息地修复技术 主要指生活在河滨的半水生动物或涉水鸟类栖息地的恢复 修复技术包括林间水库 巢形建筑物 食物斑块 湿地的修复等 林间水库是指在森林覆盖的漫滩上通过建造低堤防和安装出流建筑物形成的浅水域 利用林间水库放水产生的洪水效应防止上层阔叶树木遭受破坏 巢形建筑物是为了恢复水边鸟类而增设的人工巢箱 该方法可有效弥补自然巢穴的不足 食物斑块恢复是通过有目的地种植目标物种所摄取的植物 改善目标物种的食物来源 该措施可直接改善物种的生存条件 湿地的修复包括人造湿地和对原有湿地的复原两种 通过湿地植物对营养物的吸收作用改善河流水质 削减洪峰 降低洪水危害 为涉水鸟类和两栖类动物提供食物和栖息场所 流域内土地利用修复技术 修复技术有封禁 人工补植 舍饲圈养 轮封轮牧等 包括岸边植被的恢复和陆域范围内水土流失的治理 可以减少地表径流和水土流失量 增强河岸的抗侵蚀强度 减少入河泥沙量和污染物量 有利于改善河道水质和提供生物栖息场所 返回 ESB 生态清淤技术 微生物降低内源污染 ESB 浮岛的净化作用 根据有关研究资料 人工浮岛植物的水质净化要素有以下6个 植物根茎等表面对藻类的吸附 分解 植物根系的营养吸收作用 为原生动物 轮虫 桡足类 枝角类 甲壳类等的摄食 繁衍等提供场所 为滤食性鱼类的摄饵 捕食 产卵繁殖 栖息等活动提供场所 去除悬浮性物质 日光的遮蔽效果 抑制藻类生长 平衡水温 ESB 生物膜对水体的净化作用 生物膜其反应过程是 基质向生物膜表面扩散 在生物膜内部扩散 微生物分泌的酵素与催化