第12章 污染水体的生物修复-2

1、第第12章章 污染水体的生物修复污染水体的生物修复 第第1节节 污染河流的生物修复污染河流的生物修复第第2节节 污染湖泊的生物修复污染湖泊的生物修复第第3节节 地下水污染的生物修复地下水污染的生物修复第第4节节 污染海洋的生物修复污染海洋的生物修复第第2节节 污染湖泊的生物修复污染湖泊的生物修复 我国我国80以上的湖泊受到污染，许多湖以上的湖泊受到污染，许多湖泊已达不到泊已达不到III类水质标准，湖水和颜色、类水质标准，湖水和颜色、气味均有不同程度的恶化，部分湖泊甚气味均有不同程度的恶化，部分湖泊甚至成为纳污水体，导致城市景观质量下至成为纳污水体，导致城市景观质量下降，严重影响居民身心健康。降

2、，严重影响居民身心健康。 从技术上，消除湖泊富营养化的关键是从技术上，消除湖泊富营养化的关键是消减湖泊水体的氮磷以及底泥有机碳、消减湖泊水体的氮磷以及底泥有机碳、氮磷的负荷，消除水体中藻类的疯长的氮磷的负荷，消除水体中藻类的疯长的基础，达到降低水体藻类生物量，提高基础，达到降低水体藻类生物量，提高水体透明度的目的。水体透明度的目的。修复目的：技术途径：技术途径： 消除消除点源污染点源污染，减少和控制，减少和控制面源污染面源污染 机械清淤法机械清淤法 引水清洗引水清洗 生物修复法：包括微生物修复法，植物生物修复法：包括微生物修复法，植物修复法，生态修复法修复法，生态修复法1 湖泊富营养化的微生物

3、修复湖泊富营养化的微生物修复 与污染河流修复一样，富营养化湖泊的生与污染河流修复一样，富营养化湖泊的生物修复也分为强化土著微生物功能的曝气物修复也分为强化土著微生物功能的曝气修复和添加外来微生物的投菌剂修复修复和添加外来微生物的投菌剂修复1.1 深水曝气修复深水曝气修复 深水曝气（深水曝气（aeration in deep site）目的：）目的： 1)在不改变水体分层情况下提高溶解氧在不改变水体分层情况下提高溶解氧浓度浓度 2)改善鱼类的生长环境和增加食物供给改善鱼类的生长环境和增加食物供给 3）改底泥界面厌氧环境为好氧条件，降）改底泥界面厌氧环境为好氧条件，降低内源性磷的负荷低内源性磷的负

4、荷 4）降低铵氮、铁锰离子浓度）降低铵氮、铁锰离子浓度 深水曝气方式：深水曝气方式： 机械搅拌：将底层水抽上，在地面曝气，机械搅拌：将底层水抽上，在地面曝气，再灌回深处。不常用。再灌回深处。不常用。 注入纯氧注入纯氧 注入空气注入空气1.2 生物试剂添加曝气生物试剂添加曝气 投加微生物菌种。筛选各类微生物。投加微生物菌种。筛选各类微生物。 颇有争议。颇有争议。 也有成功的例子。也有成功的例子。2 湖泊富营养化的植物修复湖泊富营养化的植物修复 水草茂盛则水质清澈、水产丰盛、湖泊生水草茂盛则水质清澈、水产丰盛、湖泊生态稳定；态稳定； 水草缺乏，则水质浑浊、水产贫乏、湖泊水草缺乏，则水质浑浊、水产贫

5、乏、湖泊生态脆弱。生态脆弱。 水生植被的恢复是湖泊环境综合治理的一水生植被的恢复是湖泊环境综合治理的一个重要环节。个重要环节。 水生植被的恢复包括：水生植被的恢复包括： 人工强化自然植被修复与人工强化自然植被修复与 人工重建水生植被的自然恢复两条途径。人工重建水生植被的自然恢复两条途径。2.1 水生植被修复的优化设计水生植被修复的优化设计 问题的提出：问题的提出： 在一个湖泊中，应该建立怎样的水生植在一个湖泊中，应该建立怎样的水生植被？被？ 多大的面积比例比较适宜？多大的面积比例比较适宜？ 在湖泊内如何分配？在湖泊内如何分配？优化设计的基础优化设计的基础 1）湖盆形态、底质条件和水文条件决定水

6、生）湖盆形态、底质条件和水文条件决定水生植被类型、面积和分布植被类型、面积和分布 砾石质湖滩可以栽种芦苇、茭白等挺水植物；砾石质湖滩可以栽种芦苇、茭白等挺水植物； 砂质沉积物和淤泥适于任何水生植物；砂质沉积物和淤泥适于任何水生植物； 浪击带的浅水区、坚硬的湖底不适合植被生存浪击带的浅水区、坚硬的湖底不适合植被生存 严重的有机污染不适应苦草、水车前等植物严重的有机污染不适应苦草、水车前等植物 湿生植物生长在季节性显露的滩地上；湿生植物生长在季节性显露的滩地上； 挺水植物必须露水；挺水植物必须露水； 沉水植物最深沉水植物最深10m优化设计的基础优化设计的基础 2) 水质和湖水透明度是决定水生植物分

7、水质和湖水透明度是决定水生植物分布深度和面积的重要因素布深度和面积的重要因素 有机污染太重时，在沉水植物叶面形成有机污染太重时，在沉水植物叶面形成附着层，影响光合作用，同时还招致微附着层，影响光合作用，同时还招致微生物大量繁殖，引起沉水植物死亡。生物大量繁殖，引起沉水植物死亡。 湖水透明度低，还限制沉水植物和浮叶湖水透明度低，还限制沉水植物和浮叶植物的分布深度。植物的分布深度。优化设计的基础优化设计的基础 3）湖泊利用方式决定水生植被的类型、面积）湖泊利用方式决定水生植被的类型、面积和分布格局和分布格局 调蓄型湖泊：不宜大规模的发展水生植被；调蓄型湖泊：不宜大规模的发展水生植被； 水源性湖泊：

8、应该尽可能扩大水生植被面积，水源性湖泊：应该尽可能扩大水生植被面积，并且以沉水植被为主。沉水植被修复能力最高并且以沉水植被为主。沉水植被修复能力最高 娱乐型湖泊，不宜用沉水植被，而以挺水植被娱乐型湖泊，不宜用沉水植被，而以挺水植被为好为好 观光游览型：各类都需要观光游览型：各类都需要优化设计的基础优化设计的基础 4）水质保障的营养平衡原则）水质保障的营养平衡原则 包括磷平衡原则和氮平衡原则：包括磷平衡原则和氮平衡原则： 在湖水满足氮磷水质限制标准（在湖水满足氮磷水质限制标准（CN、CP）的）的前提下，湖泊生态系统的氮磷输入总量与输出前提下，湖泊生态系统的氮磷输入总量与输出总量必须达到平衡。总量

9、必须达到平衡。 氮磷的输出：水产品捕捞、水生植物收获、自氮磷的输出：水产品捕捞、水生植物收获、自然净化等然净化等优化设计的基础优化设计的基础 5）水质保障的生态平衡原则：）水质保障的生态平衡原则： 恢复水生植被必须要达到一定的规模，以保障水恢复水生植被必须要达到一定的规模，以保障水质和控制蓝藻水华；同时，又要防止因水生植被质和控制蓝藻水华；同时，又要防止因水生植被过度发展引起沼泽化问题。过度发展引起沼泽化问题。 一般认为，在外源磷负荷不超过一般认为，在外源磷负荷不超过0.5 g/m2.年年 的浅的浅水湖泊中，水生植被面积不应超过湖面积的水湖泊中，水生植被面积不应超过湖面积的1/3. 挺水植物对

10、沼泽化贡献最大；浮叶植物和漂浮植挺水植物对沼泽化贡献最大；浮叶植物和漂浮植物次之，沉水植物最小。物次之，沉水植物最小。优化设计优化设计 1）先锋物种的选择）先锋物种的选择 原则：原则： 适应性原则：对污染和湖泊条件有很好的适应适应性原则：对污染和湖泊条件有很好的适应性性 本土性原则：优先考虑湖内现有物种本土性原则：优先考虑湖内现有物种 强净化能力原则：超强的强净化能力原则：超强的NP吸收能力吸收能力 可操作原则：易于栽培、管理并具有经济价值可操作原则：易于栽培、管理并具有经济价值优化设计优化设计 确定植物种类确定植物种类 水葫芦；满见红；水花生；水葫芦；满见红；水花生； 慈姑；芦苇；茭白；菱角

11、；莲慈姑；芦苇；茭白；菱角；莲 苴草；金鱼藻；红线草；微齿眼子菜；苴草；金鱼藻；红线草；微齿眼子菜； 黑藻；伊乐藻黑藻；伊乐藻优化设计优化设计 2）群落配置）群落配置 应以湖泊历史上存在过的植物群落结构为模板，应以湖泊历史上存在过的植物群落结构为模板，适当引进经济价值高，有特殊用途。适应能力适当引进经济价值高，有特殊用途。适应能力强及生态效益好的物种，配置多种、多层、高强及生态效益好的物种，配置多种、多层、高效、稳定的植物群落。效、稳定的植物群落。 总之，要同时考虑生态学原则和经济学原则。总之，要同时考虑生态学原则和经济学原则。2.2 水生植被修复的技术途径水生植被修复的技术途径 包括修复水生

12、植物基本条件包括修复水生植物基本条件 的建立和建的建立和建立水生植被的方法立水生植被的方法修复水生植被基本条件的创建修复水生植被基本条件的创建 1）蓝藻水化的控制：）蓝藻水化的控制： 沿岸带是水生植被的核心区，也是蓝藻水华聚沿岸带是水生植被的核心区，也是蓝藻水华聚集的场所。由于蓝藻水华引起植被死亡，因此，集的场所。由于蓝藻水华引起植被死亡，因此，必须首先要控制蓝藻水华。必须首先要控制蓝藻水华。 控制方法：控制方法： 全湖性控制：适合于小型湖泊全湖性控制：适合于小型湖泊 局部控制：采取围隔技术局部控制：采取围隔技术修复水生植被基本条件的创建修复水生植被基本条件的创建 2）风浪控制：）风浪控制：

13、采用水花生做成的采用水花生做成的“浮毯浮毯”，组成阵列，组成阵列，具有很好的效果具有很好的效果 3）沿岸浅滩创建：）沿岸浅滩创建： 退耕还田恢复湖滩湿地退耕还田恢复湖滩湿地 利用清淤堆积形成滩地利用清淤堆积形成滩地 填土堆造浅滩填土堆造浅滩修复水生植被基本条件的创建修复水生植被基本条件的创建 4）污泥的清除）污泥的清除 对有机污染很重的湖区，特别需要。对有机污染很重的湖区，特别需要。 直接抽吸法；直接抽吸法； 排干后冲洗法；排干后冲洗法； 5）水质改造）水质改造 先用水葫芦等植物净化水体，带湖水透明度提先用水葫芦等植物净化水体，带湖水透明度提高后进行。高后进行。恢复水生植被的技术措施恢复水生植

14、被的技术措施 1）挺水植物的恢复：）挺水植物的恢复： 直接种植。一般选择芦苇、茭白、香蒲直接种植。一般选择芦苇、茭白、香蒲等宿根性植物。等宿根性植物。 控制最大水深控制最大水深1m。播种和种苗移栽。播种和种苗移栽。恢复水生植被的技术措施恢复水生植被的技术措施 2）浮叶植物的恢复）浮叶植物的恢复 多采用营养体移栽，撒播种子活繁殖芽，多采用营养体移栽，撒播种子活繁殖芽，插载根状茎。插载根状茎。恢复水生植被的技术措施恢复水生植被的技术措施 3）沉水植物的恢复）沉水植物的恢复 沉水植物对水深和光照要求高。恢复沉沉水植物对水深和光照要求高。恢复沉水植物是重点也是难点。水植物是重点也是难点。3 湖泊富营养

15、化的生物操纵修复湖泊富营养化的生物操纵修复 3.1 生物操纵（生物操纵（biomanipulation）的基）的基本概念本概念 用调整生物群落结构的方法控制水质。用调整生物群落结构的方法控制水质。主要是调整鱼群结构，保护和发展大型主要是调整鱼群结构，保护和发展大型牧食性浮游动物，从而控制藻类的过量牧食性浮游动物，从而控制藻类的过量生长。生长。Phytoplankton are tiny water plants Zooplanktonsmall fishlarger fish Problem? 鱼群调整的方法：鱼群调整的方法： 投放、发展某些鱼种，而抑制或消除另投放、发展某些鱼种，而抑制或消除

16、另一些鱼种，使整个食物网适合于浮游动一些鱼种，使整个食物网适合于浮游动物或鱼类自身对藻类的牧食和消耗，从物或鱼类自身对藻类的牧食和消耗，从而改善湖泊环境质量。而改善湖泊环境质量。3.2 生物操纵的途径生物操纵的途径 1）人为去除鱼类）人为去除鱼类 先将湖中的鱼类全部捕出或用鱼腾酮先将湖中的鱼类全部捕出或用鱼腾酮（rotenone）杀死后，重新投放以肉食性）杀死后，重新投放以肉食性为主的鱼类群落，控制浮游生物食性鱼为主的鱼类群落，控制浮游生物食性鱼类，保护浮游动物，进而控制藻花的发类，保护浮游动物，进而控制藻花的发生。生。 2）投放肉食性鱼类）投放肉食性鱼类 引入肉食性鱼类促进大型浮游动物发展，

17、引入肉食性鱼类促进大型浮游动物发展，借以抑制藻花发展，这是生物操纵的主借以抑制藻花发展，这是生物操纵的主要途径。要途径。 引用的肉食性鱼类有河鲈、北方狗鱼、引用的肉食性鱼类有河鲈、北方狗鱼、大嘴黑鲈等。大嘴黑鲈等。 3）水生植被的管理）水生植被的管理 采用草鱼控制水草：成年草鱼日食草量达采用草鱼控制水草：成年草鱼日食草量达其体重的其体重的5060。采用草鱼去除水草效。采用草鱼去除水草效果很好。果很好。 采用草鱼控制水草要注意适度，负责会导采用草鱼控制水草要注意适度，负责会导致负效应的发生。致负效应的发生。 采用投放植物病原体河昆虫控制水草采用投放植物病原体河昆虫控制水草“以鱼养水以鱼养水”生态

18、渔业生态渔业 水利部科学研究院水库渔业研究所刘家寿研究水利部科学研究院水库渔业研究所刘家寿研究员在面积亩的深圳茜坑水库研究提出：员在面积亩的深圳茜坑水库研究提出：以生物操纵为主的生态渔业以生物操纵为主的生态渔业“以鱼养水以鱼养水”新模新模式式. 这个水库主要为附近部分居民提供生活用水，这个水库主要为附近部分居民提供生活用水，近年来随着工业废水、生活污水的增加以及经近年来随着工业废水、生活污水的增加以及经济鱼类的过分养殖导致使水库水质变差。济鱼类的过分养殖导致使水库水质变差。“以鱼养水以鱼养水”的过程的过程 放养鳜鱼抑制野杂鱼增加浮游动物减少放养鳜鱼抑制野杂鱼增加浮游动物减少浮游植物提高水体透明

19、度增加水库自净化浮游植物提高水体透明度增加水库自净化能力。能力。 鳜鱼（鳜鱼（Siniperca spp）属鲈形目，鮨科，鳜亚）属鲈形目，鮨科，鳜亚科，鳜属。俗称：鳜花鱼、季花鱼、桂花鱼、科，鳜属。俗称：鳜花鱼、季花鱼、桂花鱼、桂鱼、鯚鱼。英文名：桂鱼、鯚鱼。英文名：Chinese perch 。 席上有鳜鱼，熊掌也可舍主要做法主要做法 首先放养一定数量的食鱼性鱼类如鳜鱼，让它吃掉首先放养一定数量的食鱼性鱼类如鳜鱼，让它吃掉水库里的野杂鱼；水库里的野杂鱼； 野杂鱼减少，使浮游动物大幅增加，它们又再吃掉野杂鱼减少，使浮游动物大幅增加，它们又再吃掉水中大量的浮游植物；水中大量的浮游植物； 这样一来，水的透明度就会变好，水中的主要污染这样一来，