水环境修复原理与技术课件

第三章水环境修复原理与技术1.物理修复技术2.化学修复技术3.生物修复原理及生物修复技术4.生态修复技术5.综合方法第三章水环境修复原理与技术1.物理修复技术1.水体修复概念水环境修复原理与技术利用物理的、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概念整治前整治后成都市府南河综合整治工程1.水体修复概念水环境修复原理与技术利用物理的、化学的、生2.水体修复的目标与原则在保证水环境结构健康的前提下，满足人类可持续发展对水体功能的要求目标水环境修复目标示意图水环境修复原则水体的地域性生态学原则最小风险和最大效益原则2.水体修复的目标与原则在保证水环境结构健康的前提下，满足处理对象不同传统的环境工程领域，处理对象能够从环境中分离出来，例如废水或废弃物，需要建造成套的处理设施，在最短的时间内，以最快的速度和低成本，将污染物净化去除；而在水环境修复领域，所修复的水体对象是环境的一部分，不可能建造能将修复对象包容进去的处理系统。如采用传统治理净化技术，即使局部小系统的修复，其运行费用也是天文数字。水环境修复过程中，需要保护周围环境。比传统环境工程学需要的专业面更广，包括环境工程、土木工程、生态工程、化学、生物学、毒理学、地理信息和分析监测，需要将环境因素融入技术中。水环境修复工程遵循的原则不同于传统环境工程学处理对象不同水环境修复工程遵循的原则不同于传统环境工程学3.水环境修复的基本内容水环境现场调查确定污染程度、包括污染区域位置、大小、污染区域特征、形成历史、污染变化趋势和程度等目的外部污染源的范围和类型；内部污染源的变化规律；底泥土壤环境的形成和性质；水动力学特征内容3.水环境修复的基本内容水环境现场调查确定污染程度、包括污染水环境修复设计水环境修复设计水环境修复设计(续表)水环境修复设计(续表)水环境污染控制技术和生态恢复技术主要分3类:①物理方法，如疏挖底泥、机械除藻、引水冲淤等②化学方法，如加入化学药剂杀藻、加入铁盐(铝盐)促进磷沉淀、加入石灰脱氮等。③生物—生态方法，如放养控藻型生物、构建人工湿地和水生植被。水环境修复技术概述水环境污染控制技术和生态恢复技术主要分3类:水环境修复技术概地表水污染的修复3.1物理修复技术物理修复是经过简单预处理的污水，在湿地系统中通过物理沉淀、过滤、吸附作用进一步除去可沉淀的固体、胶体、BOD5、氮、磷、重金属、细菌、病毒及难以溶解的有机物质。目前国内外在水环境修复中所采用的主要物理措施:引水冲刷／稀释、曝气、机械／人工除藻、底泥疏浚等。特点：物理方法操作简单、造价低，但往往治标不治本。地表水污染的修复3.1物理修复技术地表水污染的修复3.1.1冲刷/稀释

采取引水冲污稀释污染水体，增加流域水资源量，加快污染水体流动，加强水体自净能力。水体流动性的加强对沉积物-水体界面物质交换也有一定影响，增加河流下层溶解氧含量，对底泥污染物释放产生一定的抑制作用，有助于水体生态系统的恢复。地表水污染的修复3.1.1冲刷/稀释地表水污染的修复3.1.2曝气污染水体接纳大量的有机污染物后，有机物大量分解造成水体溶解氧浓度急剧降低，甚至出现厌氧状态，导致溶解盐释放以及臭味气体产生。通过人工曝气，可使水体底层溶解氧得以恢复，水体中溶解铁、锰、硫化氢、二氧化碳、氨氮以及气体还原组分浓度大为降低，改善水生生物的生存环境。同时，可有效限制底层水体中磷的活化和向上扩散，限制浮游藻类的生产力。地表水污染的修复3.1.2曝气地表水污染的修复3.1.3

机械/人工除藻收获水体中的藻类，可在短时间内快速有效的去除藻类及藻华。在某些特定环境，利用自然动力收货藻类可有效的减轻富营养化的危害。机械除藻在过去人工打捞藻类的基础上发展了臭氧/超声波除藻技术，此技术利用超声波的作用使藻类的细胞破裂，打破藻细胞内的气囊，使其失去浮动能力而沉淀。地表水污染的修复3.1.3机械/人工除藻地表水污染的修复

屠清瑛等人分别于2001年9月6-8日和14-20日在什刹海后海实验区（50m×50m）进行了两次超声波/臭氧复合试验，按每天作业7h计，臭氧/超声波试验证明对藻类有明显的去除作用。当水中臭氧浓度5mg/L时，1h后藻类的去除率平均在30%-50%左右；充入臭氧2h（浓度约10mg/L)，藻类去除率平均在80%左右。试验结果证明，总磷也有明显的递减趋势，但是对COD的作用不甚明显.地表水污染的修复屠清瑛等人分别于2001年地表水污染的修复例：在太湖水环境修复中，利用风力、湖流在水源区域建造富集藻类的专门设施来收集藻类，避免了“水华”阻塞取水口而引起的水质恶化，取得良好的效果。滇池、太湖、巢湖等设立藻水分离站地表水污染的修复例：在太湖水环境修复中，利用风力、湖流在水源地表水污染的修复3.1.4底泥疏浚

可降低水体的内源污染负荷量和底泥污染物重新释放的风险。对于沉积物中的重金属和持久性有毒有机污染物而言，只能通过环境疏浚方法从湖泊中去除。南明河、苏州河的治理均用到此技术。地表水污染的修复3.1.4底泥疏浚地表水污染的修复

在湖泊沉积物中，甲烷的产生和营养物的释放可以通过增加石膏（(CaSO4·2H2O).）来进行控制。进入到沉积物中的石膏可以增加氧化还原电位、减少甲烷的产生和抑制沉积物中磷的释放。地表水污染的修复在湖泊沉积物中，甲烷的产生和地表水污染的修复3.1.5光催化技术基于纳米材料的光催化特性，纳米材料应对水华和赤潮藻具有杀伤能力。纳米材料具有在光照（尤其是紫外光）下可以产生羟基自由基及强还原能力的特性，对藻细胞内的脂类、蛋白等生物大分子产生氧化作用，从而破坏其生物学功能最终导致细胞死亡。因此被认为在消毒杀菌、空气净化、污水处理、海洋原油污染清除、自清洁材料等方面具有很好的应用前景，并已得到广泛的研究。适合用于养殖水体、景观水体的应急性杀藻地表水污染的修复3.1.5光催化技术适合用于养殖水体、景观地表水污染的修复3.2化学修复技术

化学修复是添加化学药剂和吸附剂改变水体中氧化还原电位、pH，吸附沉淀水体中悬浮物质和有机质，是利用污染物的化学反应来分离、回收污水中的有害物质，或使其转化为无害的物质。化学方法操作简单，用量少，见效快，但利用化学方法治理污染水体需大量投加化学药剂，成本昂贵，同时容易引起二次污染。地表水污染的修复3.2化学修复技术地表水污染的修复3.2.1化学沉淀法

通过向水体投加铁盐或铝盐，通过吸附或絮凝作用与水体中的无机磷酸盐产生化学沉淀，降低水体磷的浓度，控制水体的富营养化。同时，铝盐能够形成氢氧化铝沉淀，在沉积物表层形成“薄层”，可阻止沉积磷的释放。地表水污染的修复3.2.1化学沉淀法地表水污染的修复3.2.2改性硅藻土强化混凝法硅藻土是由天然形成的硅藻矿石加工而成，不含有毒化学物质。改性硅藻土处理湖水时，直接吸附、化学沉淀、脱稳絮凝、吸附架桥等作用同时存在，湖水净化的过程是这些过程共同作用的结果。较适用于开放性大型水体的脱磷和除浊。地表水污染的修复3.2.2改性硅藻土强化混凝法地表水污染的修复吴蕾、陈云峰在《改性硅藻土用于巢湖水脱磷研究》中研究了改性硅藻土除磷最适操作条件，并将改性硅藻土同几种常规混凝剂的处理效果和其经济性进行了对比，与常规混凝剂相比，改性硅藻土出水更为清澈透亮，污泥沉降性能好，污泥量少，在建设成本和运行成本上更为节省。地表水污染的修复吴蕾、陈云峰在《改性硅藻土用于巢湖水脱磷研究地表水污染的修复3.2.3化学除藻法

采用各种化学除藻剂进行除藻，效果最显著，但也最具有危险性。例如：单一除藻剂有碘伏、水溶性甲壳素碘等复配除藻剂有碘伏-新洁尔灭、碘伏-异噻唑啉酮等地表水污染的修复3.2.3化学除藻法地表水污染的修复3.2.4酸碱中和法

向水体中添加石灰进行酸碱中和，调整水体酸碱度，以适应水生态系统的物种生长、繁殖的需要。地表水污染的修复3.2.4酸碱中和法24／120地表水污染的修复3.3生物修复原理及生物修复技术生物修复概述微生物在环境污染治理中的作用植物在环境污染治理中的作用水环境污染控制中的生物修复技术

24／120地表水污染的修复3.3生物修复原理及生物修复技3.3.1.生物修复(Bioremediation)

广义的生物修复通常是指利用各种生物（包括微生物，动物和植物）的特性，吸收、降解、转化环境中的污染物，使受污染的环境得到改善的治理技术，一般分为植物修复、动物修复和微生物修复三种类型。狭义的生物修复通常是指在自然或人工控制的条件下，利用特定的微生物降解、清除环境中污染物的技术。生物修复的概念及其原理3.3.1.生物修复(Biore生物修复的基本指导思想净化速度缓慢由于三方面的原因生物修复技术系统中添加氮、磷等营养盐接种、驯化高效菌自然条件下DO不足营养盐缺乏高效菌生长缓慢供氧快速去除污染物生物修复的基本指导思想净化速度缓慢由于三方面的原因生物修复技生物修复技术的特点优点：投资费用省，对环境影响小，能有效降低污染物浓度，适用于在其他技术难以应用的场地，而且能同时处理受污染的土壤和地下水。局限性：需对具体地点的状况和污染物进行详细而昂贵的考察，微生物活性受温度和其他环境条件的影响，某些情况下，生物修复不能去除全部的污染物。与生物处理的区别：两者原理一致，但生物修复侧重于受污区域的原位生物处理。生物修复技术的特点生物修复技术分类按场地划分：原位生物修复和异位生物修复1)原位生物修复：对受污染的介质(土壤、水体)不做搬运或输送而在原位污染地进行的生物修复处理，其修复过程主要依赖于被污染地自身微生物的自然降解能力和人为创造的合适降解条件。2)异位生物修复：植被污染介质(土壤、水体)搬动或输送到他处进行的生物修复处理。生物修复技术分类生物修复的生物类型土著微生物：环境中固有的微生物外来微生物：需大量接种的高效菌基因工程菌（Geneticallyengineeredbacteria,GEM）植物及超积累植物生物修复的生物类型生物修复的影响因素营养盐：需添加氮、磷营养元素电子受体：可通过对土壤鼓气或添加产氧剂的方式来提供DO作为有机物降解的电子受体；此外，硝酸根、硫酸根、铁离子也可作为有机物降解的电子受体。共代谢基质污染现场和土壤特性：土壤特性影响污染物和微生物的相对活性，最终影响生物修复的速度和程度。有毒有机污染物的物理化学性质生物修复的影响因素生物修复的影响因素

共代谢的含义早在20世纪60年代，人们就发现一株能在一氯乙酸上生长的假单胞菌能够使三氯乙酸脱卤，而不能利用后者作为碳源生长。微生物的这种不能利用基质作为能源和组分元素的有机物转化方式称为共代谢（co-metabolism）。共代谢又称为共氧化（co-oxidation）或联合氧化（combined

oxidation），辅助代谢（assistantmetabolism).因此，微生物不能依靠某种有机物生长并不一定意味着这种污染物能够抵抗微生物的攻击,当存在其他底物时，这种污染物就会通过共代谢作用而生物降解。生物修复的影响因素

共代谢的含义生物修复的基本措施接种微生物或引种超积累植物添加营养物提供电子受体提供共代谢底物以诱导共代谢酶产生添加表面活性剂生物修复的基本措施1.微生物对有机污染物的降解与转化微生物是自然界中的分解者在好氧条件下，它能将有机污染物彻底氧化，分解成CO2、H2O、SO42-、PO43-、NO2-、NO3-等无机物。在厌氧条件下，能将有机物降解，转化成小分子有机酸、CO2、H2、CH4等。因此，微生物是生物修复中污染物降解的主力军。3.3.2.微生物在环境污染治理中的作用1.微生物对有机污染物的降解与转化3.3.2.微生物在环境污2.微生物对重金属的转化与固定微生物虽然不能降解重金属，但是可以降低其毒性，并可将其累积在菌体内使之固定。①汞的去甲基化及还原例如：蓝绿色假单胞菌、变形杆菌可使汞离子转化成元素汞，经10小时后挥发掉的汞可达75%。假单胞菌K62能使无机汞和有机汞形成元素汞。②累积及固定重金属在微生物累积重金属方面，已阐明同细胞内金属硫蛋白(Metalothioneins简称MT)有关，MT是一种低分子量的细胞质蛋白，同Hg,Zn、Cd、Cu、Ag等重金属有强烈的亲和性，结果使重金属富集并抑制其毒性。

变形杆菌2.微生物对重金属的转化与固定变形杆菌难降解有机污染物和重金属

及其相应的降解转化微生物难降解有机污染物和重金属

及其相应的降解转化微生物水环境修复原理与技术ppt课件适宜的环境条件营养

微生物的生长需要维持一定量的C:N:P营养物质及某些微量营养元素。电子受体

环境中的有机污染物在微生物的作用下被氧化分解时需耗氧。有毒有害有机污染物的化学性质污染现场和土壤的特性适宜的环境条件营养适宜的环境条件有毒有害有机污染物的化学性质污染物的溶解度污染物的辛醇-水分配系数非水溶相液体的利用污染物的吸着性重金属的生物有效性适宜的环境条件有毒有害有机污染物的化学性质适宜的环境条件污染现场和土壤的特性土壤物理特性土壤化学特性适宜的环境条件污染现场和土壤的特性3.3.3.植物在环境污染治理中的作用植物修复的概念利用绿色植物清除环境中的污染物，使其去除降低或消失称作植物修复(phytoremediation)

植物修复的主要对象是有毒重金属和有机污染物3.3.3.植物在环境污染治理中的作用植物修复的概念环境中金属污染的去除方案场外修复:先将土壤挖掘、转移，再去除金属离子微生物修复：生物量小，吸收量小，同时生物体过小难以进行后处理植物修复：生物量大，吸收量大，同时易于进行后处理。适应重金属胁迫的植物不吸收或少吸收重金属将吸收的金属钝化在植物的地下部分大量吸收金属的同时正常生长可在金属污染土壤中生产符合环境标准的农产品通过栽种植物积累金属，收获后进行植物提取环境中金属污染的去除方案适应重金属胁迫的植物不吸收或少吸收重植物修复污染物的方式植物固定(Phytostabilization)指利用植物和其他一些添加物使环境中的金属流动性降低，生物可利用性下降，降低金属对生物的毒性。该法只是暂时将金属固定，并没有彻底去除环境中的金属。植物吸收(Phytoadsorption)指利用能耐受并可过量积累金属的植物吸收环境中的金属离子，将它们输送并贮存在植物体的地上部分。需要选择能耐受并可过量积累金属的植物种类。植物修复污染物的方式植物固定(Phytostabilizat植物挥发(Phytovolatilization)指植物将污染物吸收到体内后又将其转化为气态物质，释放到大气中。该法只适用于挥发性污染物。某些易挥发污染物被植物吸收后从植物表面组织空隙中挥发。如桉树降解三氯乙烯(TCE)、甲基叔丁基醚(MTBE)，印度芥菜降解硒化合物；烟草挥发甲基汞。从植物茎叶挥发出的物质可能被空气中的活性羟基分解。如有毒的Hg2+经植物挥发后变成了低毒的Hg，高毒的硒变成了低毒的硒化物气体等。植物修复污染物的方式根系降解(Rhizodegradation)

植物中超过20%的营养成分如糖分、氨基酸、有机酸等都聚集在根部,因此会生长很多微生物,尤其在根表面向外1-3mm的地方,这些微生物是没有种植过植物的土壤的3-4倍。一些微生物可以同植物相结合促进重金属的降解,也可以矿化某些有机污染物如PAHs、PCBs。植物挥发(Phytovolatilization)植物修复污植物吸收环境中的重金属和一些有机物并非是植物生长所需要的，并且达到一定程度后具有毒害作用。对于此类化合物，一些植物也演化出了特定的生理机制使其脱毒。

植物通常是通过螯合和区室化等作用，来耐受并吸收富集环境中的重金属，这种机制也存在于许多水生植物中。植物吸收环境中的重金属和一些有机物并非是植物生长所需要的，并植物吸收芦苇污染物去除功能：去除BOD、氮生长特点：根系非常发达，生长速度快植物吸收芦苇污染物去除功能：去除BOD、氮生长特点：根系非常凤眼莲生长特点：根系发达，生长速度快，分泌克藻物质富集镉、铬、铅、汞、砷、硒、铜、镍等；吸收降解酚、氰；抑制藻类生长物质。污染物去除功能：植物吸收凤眼莲生长特点：富集镉、铬、铅、汞、砷、硒、污染物去除功能：浮萍生长特点：生长速度快，分泌克藻物质污染物去除功能：富集镉、铬、铜、硒;抑制藻类生长植物吸收浮萍生长特点：生长速度快，分泌克藻物质污染物去除功能：富集镉Page

48狐尾藻生长特点：生长速度快污染物去除功能：吸收TNT、DNT等结构相近化合植物吸收Page48狐尾藻生长特点：污染物去除功能：植物吸收地表水污染的修复3.3.4.水环境生物修复技术按污染物的主要特点划分：生物操纵法植被群落恢复生物除藻等优点可在原地被降解；修复时间较短；就地处理操作简便，对周围环境干扰少；较少的修复经费；人类直接暴露在污染物下的机会减少；不产生二次污染，遗留问题少等。地表水污染的修复3.3.4.水环境生物修复技术优点例：在湖泊管理中，通过放养凶猛鱼类来控制食浮游动物鱼类，减少食藻动物的牧食压力，增大浮游植物的牧食压力，从而控制藻类的异常繁殖，改善富营养化状况。放养生物量减少浮游动物生物量减少凶猛鱼类浮游植物食浮游生物鱼类生物量增加蚕食导致导致控制水体富营养化达到1.生物操纵利用生物操纵调整营养结构，促进水质恢复。例：在湖泊管理中，通过放养凶猛鱼类来控制食浮游动物鱼类，减少在1975年，Shapiro等提出了生物操纵理论生物操纵概念指应用湖泊生态系统内营养级之间的关系，通过对生物群落及其生境的一系列凋整，从而减少藻类生物量，改善水质。主要原理是调整种群结构，保护和发展大型牧食性浮游动物，从而限制藻类的过量生长。调整方法是在湖泊中投放、发展某些鱼种，而抑制或消除另外一些鱼种，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在1975年，Shapiro等提出了生物操纵理论庇护机制是指浮游动物赖以逃避鱼类捕食的行为机制或环境条件可能的庇护机制包括：低光照庇护.水质混浊或藻类密集使光线减弱，可能降低鱼类的视觉，从而减少捕食率；低温庇护.前者对温度适应范围较宽，能通过变温层，而鱼类则较窄；厌氧庇护.前者耐低氧能力较一般鱼类强；对肉食性鱼类的回避行为；大型水生植物庇护.水生植物的屏蔽作用，提供了良好的庇护场所。这是在实践中首先被考虑利用的庇护机制。庇护机制在生物操纵理论基础上，研究者提出了经典生物操纵法和非经典生物操纵法。1）经典生物操纵法指通过化学方法毒杀、捕捞或放养肉食性鱼的方法，调节浮游动物群落结构和种群数量，促进食藻浮游动物的增长，特别是枝角类种群的发展，通过它们对藻类的摄食降低藻类生物量。经典生物操纵法适合富营养化程度较轻、以小型藻类为主的水域。2）非经典生物操纵法依靠提高大型滤食性鱼类的密度来控制藻类，如直接放养滤食性鱼类白鲢、鳙等直接摄食藻类。在藻类水华暴发的富营养湖泊中，必须放养密度合理的滤食性鱼，才能收到较好的控制效果。

在生物操纵理论基础上，研究者提出了经典生物操纵法和非经典生物鳜鱼鲤鱼草鱼鳜鱼鲤鱼草鱼人为去除鱼类先将湖泊小的鱼类全部捕出或用药剂毒杀后，重新投放以肉食性鱼类为主的鱼类群落，控制浮游生物食性鱼类，保护浮游动物我国浅水湖泊中应用密网、密箔的捕捞方法鱼藤酮毒性很大，在沿岸投放浓度达0.25m/L的鱼藤酮可杀死小鱼，也能毒杀溞类，产生负效应投放肉食性鱼类控制浮游生物食性鱼类，进而促进大型浮游动物发展，是生物操纵的主要途径之一。许多实验表明这种方法对改善水质有明显效果。但在实践中,该方法常使肉食性鱼类不能长久维持其密度人为去除鱼类投放肉食性鱼类地表水污染的修复

例如：

刘建康等在武汉东湖做了3次原地围隔实验，发现放养46～50g·m-3以浮游生物为食的鲢和鳙，能有效地遏制微囊藻水华的爆发。郎宇鹏等通过野外模拟试验也发现，投放密度为50g·m-3

的鲢鱼，对蓝藻有明显的抑制效果。刘建康，谢平.用鲍缩直接控制微囊藻水华的围隔试验和湖泊实践[J].生态科学，2003,22（3）:193-196.郎宇鹏,朱琳,刘春光等.鲢鱼对淡水浮游植物的抑制作用研究[J].农业环境科学学报，2006,25(增刊):683-686.地表水污染的修复例如：地表水污染的修复2.植被群落恢复

通过水环境的生境调控和植被的人工重建促进水生植被的自然恢复，逐步恢复受损水体的生态系统的结构，包括生产者（主要是水生植物）、消费者（鱼类）、分解者（细菌）等，在生产者、消费者、分解者之间建立有效的食物链，促进系统的物质恢复，恢复水体的功能，达到水体生态系统恢复的目的。

地表水污染的修复2.植被群落恢复水生植被修复包括人工强化自然修复人工重建水生植被前者是通过对湖泊环境的调控来促进湖泊水生植被的自然恢复。后者则是对已经失去自动恢复能力的湖泊，通过生态工程途径重建水生植被。重建水生植被要依据系统生念学和群落生态学理论，重新设计和建设全新的能够稳定生存的水生植被和以水生植被为核心的湖泊良性生态。水生植被修复包括水环境修复原理与技术ppt课件水生植被修复的优化设计水生植被修复的优化设计水生植被修复的优化设计设计基础:由湖盆形态、底质条件和水文条件决定水生植被面积、类型和分布格局强烈的风浪扰功能决定水生植被的分布格局和面积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沉水植物的最大分布水深约是湖水透明度的25倍水生植被修复的优化设计沉水植物的最大分布水深约是湖水透明度的人类需求是决定水生植被类型、面积和分布格局的主导因素

(1)调蓄型湖泊：以蓄洪、泄洪、灌溉为主要功能，吞吐量大，要求水流通畅。修复重点：忌讳淤积，不易大规模发展水生植被。

(2)水源型湖泊：以城镇供水为主要功能，保护水质是恢复水生植被的主要目标。修复重点：应该尽可能地扩大水生植被的面积，并以沉水植被为主。人类需求是决定水生植被类型、面积和分布格局的主导因素(3)运动娱乐型湖泊：以水上运动、娱乐为主要功能，水生植被主要起美化环境的点缀作用。修复重点：水生植被恢复主要在沿岸带，应以观赏性湿生植物和挺水植物为主，辅以少量浮叶植物。

(4)观光游览型湖泊：以观光游览为主要功能，要求湖水清澈，自然景色优美。修复重点：水生植被选择既应满足水质保持的需求，也应考虑植物的景观效果。(3)运动娱乐型湖泊：以水上运动、娱乐为主要功能，水生植被主营养平衡和生态平衡原则营养平衡原则

VRP=植被面积×初级生产力×磷含量×(收获率+水产品增产效率+沉积效应)VRP:水生植被在湖泊磷平衡中的综合效应不同湖泊初级生产力会有所差异,水产品增产效率和沉积效应变化更大营养平衡和生态平衡原则VRP=植被面积×初级生产力优化设计:先锋物种的选择物种选择原则:适应性、本土性、强净化可操作确定植物种类水环境修复原理与技术ppt课件水环境修复原理与技术ppt课件群落配置通过人为设计，将欲恢复重建的水生植物群落，根据环境条件和群落特性按一定的比例在空间分布、时间分布方面进行安排。一般来说，配置应以湖泊历史上存在过的某营养水平阶段下的植物群落的结构为模板，适当引入外来物种。群落配置水平空间配置生态型植物群落经济型植物群落生态型群落，以水体污染治理、促进生态系统恢复为目标。建群物种选择：建群物种一般为耐污、生长快、繁殖能力强、环境效益好的物种。经济型群落，以推动流域经济发展，顺应地方需求为目的。建群物种选择：建群物种一般为经济价值较高、具一定社会经济效益的物种。配置时，污染严重时应以生态恢复为目标，污染较轻湖区，应同时考虑经济效益。水平空间配置垂直空间配置考虑不同生活型植物群落与不同沉水植物群落对水深的要求群落配置时从湖岸边至湖心，随水深的加深，分别选用不同生活型或同一生活型不同生长型的水生植物，分别占据不同的生态空间垂直空间配置水环境修复原理与技术ppt课件水生植被修复的技术途径基本条件创建蓝绿藻风浪浅滩创建清除淤泥水深，控制在1m以内水质，透明度水生植被修复的技术途径恢复水生植被的途径a)挺水植物可直接种植,深水区必须有1/3露出水面，茭草最大水深可达1米，但需要有两个以上叶片浮出常见有：芦、蒲草、荸荠、莲、水芹、茭白荀、荷花、香蒲芦苇恢复水生植被的途径芦苇b)浮叶植物生于浅水中，叶浮于水面，根长在水底土中的植物；浮叶植物仅在叶外表面有气孔，叶的蒸腾非常大，根一般因为缺乏氧气。可采取营养体移栽、种子播撒或繁殖芽、扦插根状茎等方式常见有：菱、睡莲、眼子菜王莲b)浮叶植物王莲c)沉水植物植物体全部位于水层下面营固着生活的大形水生植物。它们的根有时不发达或退化，植物体的各部分都可吸收水分和养料，通气组织特别发达，有利于在水中缺乏空气的情况下进行气体交换。这类植物的叶子大多为带状或丝状，如苦草、金鱼藻、狐尾藻、黑藻等对水深和光照条件的要求高，是水生植被恢复的重点和难点。在沉水植被几乎绝迹、光效应差的次生裸地上，应选择光补偿点低、耐污的种类建立先锋群落。在光效应较好，可选择具中等耐污和较高光补偿点的种类为先锋种。沉水植物恢复时，应从水浅的岸边开始，并在低水位季节进行。c)沉水植物沉水植物沉水植物归纳：大型水生植物的四种生活型生活型生长特点代表种类挺水植物根茎生于底泥中,植物体上部挺出水面芦苇、香蒲漂浮植物植物体完全漂浮于水面,具有特化的适应漂浮生活的组织结构凤眼莲、浮萍浮叶植物根茎生于底泥,叶漂浮于水面睡莲、荇菜沉水植物植物体完全沉于水气界面以下,根扎于底泥或漂浮于水中狐尾藻、金鱼藻归纳：大型水生植物的四种生活型生活型生长特点代表种类挺水植物大型水生植物的生态功能净化所需的能源由光合作用提供具有美学价值，能改善景观生态环境植物可被收割和利用，创造新的价值能固定土壤或底泥中的水分，防止污染源进一步扩散为降解微生物提供了良好的栖息场所大型水生植物的生态功能净化所需的能源由光合作用提供具有美学污染物的去除机制

去除机制植物吸收微生物降解物理化学作用富集吸附沉降污染物的去除机制

去除机制植物吸收微生物降解物理化学作用富集微生物降解微生物是净化污水的主要“执行者”，它们把有机质作为丰富的能源，将其转化为营养物质和能量。水生植物的根系常形成一个网络状的结构，并在植物根系附近形成好氧、缺氧和厌氧的不同环境，为各种不同微生物的吸附和代谢提供了良好的生存环境，也为人工湿地污水处理系统提供了足够的分解者。植物的根系还可分泌一些有机物从而促进微生物的代谢,这样就为好氧微生物群落提供了一个适宜的生长环境,而根区以外则适于厌氧微生物群落的生存。微生物降解微生物是净化污水的主要“执行者”，它们把有机质作为物理化学作用富集：水生植物根系发达，能吸收富集N、P、重金属及其他污染物质，从而将这些污染物质固定在体内或土壤中，减少水体中污染物的量。吸附：漂浮植物发达的根系与水体接触面积很大，能形成一道密集的过滤层，吸附水中颗粒较大的杂质。沉降：附着于根系的细菌体在进入内源生长阶段后会发生凝聚形成菌胶团，把悬浮有机物和新陈代谢产物沉降下来。物理化学作用富集：水生植物根系发达，能吸收富集N、P、重金属水生植物修复技术

通过实验，国内外的研究人员已相继筛选出了一大批能够高效地去除水中各种污染物的植物，结合各种生态环境，构成不同的生态处理系统。其中，有些成熟的技术已成功地应用在许多湖泊、河流的生态修复、生态整治工程中。国内外应用较多的水生植物修复技术生态浮床技术氧化塘技术人工湿地处理技术水生植物修复技术

国内外应用较多的生态浮床技术定义：按照自然规律，运用无土栽培技术，以高分子材料为载体和基质，用现代农艺和生态工程措施综合集成的水面无土种植植物技术。采用该技术可将原来只能在陆地种植的草本陆生植物种植到自然水域水面,并能取得与陆地种植相仿甚至更高的收获量与景观效果。原理：利用植物根系吸收水体中污染物质，同时植物根系附着的微生物降解水体中污染物，从而有效进行水体修复的技术。生态浮床技术定义：生态浮床技术地表水污染的修复生态浮床又称人工浮岛、人工浮床、生态浮岛。

利用表面积很大的植物根系在水中形成浓密的网，吸附水体中大量的悬浮物，并通过光合作用使其转化为植物的细胞成分，促进植物生长，最后通过收割浮岛植物和捕捞鱼虾减少水中的营养盐；另外通过遮挡阳光抑制藻类的光合作用，减少浮游植物的生长量，有效防止水华的产生，提高水体的透明度。地表水污染的修复生态浮床又称人工浮岛、人工浮床、生态浮岛。地表水污染的修复典型实例：

2004年8月至2005年1月格凌国际水研公司在昆明滇池进行了植物浮床净化试验，短短6个月时间，大大削减了水中N、P和COD、BOD浓度，有效改善了水质。地表水污染的修复典型实例：地表水污染的修复北京北海人工浮岛实景地表水污染的修复北京北海人工浮岛实景地表水污染的修复日本的人工浮岛地表水污染的修复日本的人工浮岛8787生态浮床技术典型的湿式有框浮床组成包括4个部分：浮床框体、浮床床体、浮床基质、浮床植物。1、浮床框体2、浮床床体3、浮床基质4、浮床植物生态浮床技术典型的湿式有框浮床组成包括4个部分：浮床框体地表水污染的修复浮床单元及植物栽种示意吴建强，王敏，吴健等.4种浮床植物吸收水体氮磷能力试验研究[J].环境科学，2011,32（4）：995-999.地表水污染的修复浮床单元及植物栽种示意吴建强，王敏，吴健等.

生态浮床技术的特点不仅产生经济效益，而且美化景观4扩大了水面植物可种植范围1采用废弃塑料泡沫板作为浮体的载体2实现污水资源化利用3生态浮床技术可移动式运行、无维护、使用寿命长、以低廉高效的太阳能为能源。生态浮床技术的特点不仅产生经济效益，而且美化景观地表水污染的修复包括植物修复和植物-微生物修复两方面。该技术以其治理富营养化水体的独特优点，既美化保护生态环境，又带来了一定的社会效益，且成本低，是一种极具发展潜力的技术。具有风动曝气、接触氧化、抑藻和提高水底光照强度等功能。地表水污染的修复包括植物修复和植物-微生物修复两方面。稳定性从浮床选材和结构组合方面考虑,能抵抗一定的风浪、水流的冲击而不至于被冲坏。耐久性正确选择浮床材质，保证浮床能历经多年而不会腐烂，能重复使用。便利性设计过程中要考虑施工、运行、维护的便利性。浮床技术设计原则:生态浮床技术稳定性从浮床选材和结构组合方面考虑,能抵抗一定的风浪、水流的生态浮床技术展望1、生态浮床和削减波浪设备的组合：在风浪较大的区域，如广阔的湖面，可以结合削减波浪的技术如消浪栅、消浪排等，营造局部平静的环境，缓解水流、风浪对浮床的冲击，保证浮床的稳定性。2、生态浮床和填料、曝气等技术的组合：微生物逐渐在填料上形成数量可观的生物膜，可以明显提高水体污染的去除率。浮床增加曝气过程，能提高水体溶解氧的含量，降解水体中耗氧物质。生态浮床技术展望1、生态浮床和削减波浪设备的组合：在风浪较大氧化塘技术氧化塘是利用塘库等水生生态系统对水体的净化作用，进行污水原位处理的工程措施。通过在池塘内种植对重金属、有机物有富集和吸收作用的植物，如水葫芦、水芹菜、香蒲等，然后定期收割，达到净化水质的目的。氧化塘技术氧化塘是利用塘库等水生生态系统对水体的净化作人工湿地技术具有独特而复杂的净化机理,它能够利用基质-微生物-植物这个复合的生态系统,综合物理、化学和生物的三重协调作用,通过过滤、吸附、共沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对废水中有害物质的去除,同时通过营养物质和水分的循环,实现废水的资源化和无害化。浮生植物系统挺水植物系统沉水植物系统湿地是介于陆地和水生环境之间的过渡带。人工湿地技术具有独特而复杂的净化机理,它能够利用基质-微生物潜流人工湿地构造图潜流人工湿地构造图水生植物生态修复优缺点优点：成本低，对环境扰动小较高的环境美化价值经济效益，可获得生物和植物能源操作简单，投资少水生植物生态修复优缺点优点：成本低，对环境扰动小较高的环境美水生植物生态修复优缺点植物枯枝败叶易造成营养释放，应及时收割冬季植物容易枯死，净化效果降低植物净化系统一般占地面积大水生植物会在水面屏蔽，压迫环境难以科学的筛选出抗性大的植物缺点：水生植物生态修复优缺点植物枯枝败叶易造成营养释放，应及时收割地表水污染的修复4.

生物除藻根本上解决富营养化问题，灭藻、祛味，降解含大量氮磷营养积累的底泥，彻底消除藻类产生的根源，达到修复水环境的目的。生物除藻剂是目前世界上最先进的生物修复除藻产品，包含活性微生物和相应的酶，对水生生物及人类等不产生危害及副作用，微生物迅速激活，与水中藻类竞争营养源，从而使藻类缺乏营养死亡，沉入水底，越来越多的微生物继续降解死亡藻类，直至消灭，使水体变清。地表水污染的修复4.生物除藻地表水污染的修复5.

生物膜法处理技术

用天然材料（如卵石）、合成材料（如纤维）为载体，在其表面形成一种特殊的生物膜，生物膜表面积大，可为微生物提供较大的附着表面，有利于加强对污染物的降解作用。地表水污染的修复5.生物膜法处理技术地表水污染的修复6.微生物强化修复技术指用微生物或微生物菌群来降解水体中的有机物或有毒有害物质，如COD、BOD、有机氮或氨氮、石油类、挥发酚等，或使这些物质变成无毒的、无害的，如二氧化碳、氮气或水等，从而使水质得到改善，生态得到恢复或修复。另外，向污染水体投加水体净化促进液（即生物促生剂）也是一种生物修复技术，对于消除水体黑臭、增加水体溶解氧作用明显且迅速。地表水污染的修复6.微生物强化修复技术地表水污染的修复生物促生剂技术是通过对自然界中污染物降解者土著微生物的促生作用，为之创造一个能顺利完成自然降解功能的环境，强化污染环境的自净能力，加速对有机污染物的分解。该技术作为微生物修复的一个分支，与以往的微生物制剂法不同，它不引进外来微生物，而是利用其中含有的多种酶和促进微生物生长的营养物质，微量元素等成分，刺激污染场所土著微生物的生长繁殖，迅速降解有机污染物，从而达到消除水体黑臭的目的。地表水污染的修复生物促生剂技术是通过对自然界中污染物降解者土3.4生态修复技术3.4生态修复技术生态修复的概念生物修复（Bioremediation）是上世纪80年代发展起来的一项低投资，高效益环境治污技术，就是利用特定的生物（主要是微生物，包括土著或外源微生物）在一定的条件下进行消除或富集环境污染物，从而达到对污染环境进行治理的生物过过程。生态修复（EcologicalRestoration）是利用生态工学原理、技术，通过河道水污染控制、水量和水流态的调节，河道河底和岸坡的形态结构的生态改造，恢复河道生物多样性，重建河道生态系统的结构和功能，使之达到良性的自然生态平衡。生态修复的概念生物修复（Bioremediation）是上世生物修复与生态修复比较目的技术原理技术手段适应范围生物修复改善水质环境生物学曝气、氧化塘、生物接触氧化、曝气生物滤池、复合生态滤床、微生物合酶制剂的投放等重污染水体生态修复恢复受损的生态系统生态工学水体形态、结构的生态改造，河道水量、水流态人为调节微污染，富营养水体生物修复与生态修复比较目的技术技术手段适应范围生物修复改善水地表水污染的修复生态修复技术包括:具有复合生态系统的生态塘处理技术以植物和微生物为主要处理功能体的湿地处理技术和土地处理技术地表水污染的修复生态修复技术包括:地表水污染的修复稳定塘处理技术稳定塘旧称氧化塘或生物塘，是一种利用天然净化能力对污水进行处理的构筑物的总称。通常是将土地进行适当的人工修整，建成池塘，并设置围堤和防渗层，依靠塘内生长的微生物来处理污水。主要利用菌藻的共同作用处理废水中的有机污染物。

地表水污染的修复稳定塘处理技术地表水污染的修复稳定塘图示地表水污染的修复稳定塘图示地表水污染的修复稳定塘运行原理：以太阳能为初始能量，通过在塘中种植水生植物，进行水产和水禽养殖，形成人工生态系统，在太阳能的推动下，通过稳定塘中多条食物链的物质迁移、转化和能量的逐级传递、转化，将进入塘中污水的有机污染物进行降解和转化，最后不仅去除了污染物，而且以水生植物和水产、水禽的形式作为资源回收，净化的污水也可作为再生资源予以回收再用，使污水处理与利用结合起来，实现污水处理资源化。地表水污染的修复稳定塘运行原理：地表水污染的修复

稳定塘污水处理系统具有基建投资和运转费用低、维护和维修简单、便于操作、能有效去除污水中的有机物和病原体、无需污泥处理等优点。类型：好氧塘、兼性塘、厌氧塘、曝气塘、深度处理塘、水生植物塘、生态系统塘等。地表水污染的修复稳定塘污水处理系统具有基建投地表水污染的修复人工湿地处理技术利用基质-微生物-植物这个复合生态系统，通过物理、化学和生物的三重共同作用来实现对污水的净化，这种湿地系统是在一定长宽比及底面有坡度的洼地中，由土壤和填料（如卵石等）混合组成填料床，污染水可以在床体的填料缝隙中曲折地流动，或在床体表面流动。在床体的表面种植具有处理性能好、成活率高的水生植物（如芦苇等），形成一个独特的动植物生态环境，对污染水进行处理。

地表水污染的修复人工湿地处理技术地表水污染的修复人工湿地模拟装置示意地表水污染的修复人工湿地模拟装置示意地表水污染的修复水平潜流人工湿地系统结构示意图地表水污染的修复水平潜流人工湿地系统结构示意图地表水污染的修复波式流人工湿地结构示意图地表水污染的修复波式流人工湿地结构示意图地表水污染的修复人工湿地处理技术的显著特点：对有机污染物有较强的降解能力，出水质量好，可以结合景观设计，种植观赏植物改善风景区的水质状况。其造价和运行费远低于常规处理技术。1996年9月在奥地利维也纳召开的第四次国际研讨会,标志着人工湿地系统作为一种独具特色的新型废水处理技术正式进入水污染控制领域。地表水污染的修复人工湿地处理技术的显著特点：2011年11月116／120地表水污染的修复人工湿地2011年11月116／120地表水污染的修复人工湿地地表水污染的修复复合人工湿地复合垂直流人工湿地工艺包括复合垂直下行流、复合垂直上行流、垂直下行流与垂直上行流复合系统以及垂直上行流与垂直下行流复合系统4种。复合人工湿地技术比传统单一的人工湿地技术有更高效的污染物去除性能，其中以复合垂直流人工湿地更为突出。地表水污染的修复复合人工湿地地表水污染的修复土地处理技术以土地为处理设施，利用土壤-植物系统的吸附、过滤及净化作用和自我调控功能，达到对水净化的目的。可分为快速渗滤、慢速渗滤、地表漫流、湿地处理和地下渗滤生态处理等几种形式。经验表明，对于有机化合物尤其是有机氯和氨氮等有较好的去除效果。地表水污染的修复土地处理技术地表水污染的修复稳定塘技术可以延长河水滞留时间、截留、降解污染物，减少河流污染物总量和浓度。稳定塘分为微生物稳定塘和水生生物塘两大类。微生物稳定塘分为：好氧塘、厌氧塘、兼性塘、曝气塘水生生物稳定塘分为：水生植物塘和养殖塘。地表水污染的修复稳定塘技术可以延长河水滞留时间、截留、降解污地表水污染的修复人工沉床技术人工沉床装置利用载体和沉水基质营造适宜水生植物生长的环境条件，并在基质上种植水生植物，达到修复受损水体生境，进而恢复水生生态系统的目的。该装置利用浮力调节系统人为调控制植物在水下的深度，解决了水深变化大、透明度低、夏季藻类及浮萍泛滥等不利因素对植物生长的制约。地表水污染的修复人工沉床技术地表水污染的修复人工沉床结构示意地表水污染的修复人工沉床结构示意地表水污染的修复

人工沉床主要由基质(填料)、大型水生植物和附着在基质与植物体表面的微生物三大部分组成床体结构由以下4部分组成:①受力载体构件;②植物种植箱体及填充基质;③高等水生植物;④浮力调节构件地表水污染的修复人工沉床主要由基质(填料)地表水污染的修复人工沉床作用机理包括:①直接吸收营养物质和富集重金属；②通过物理吸附去除悬浮物和高分子有机物，提高水体透明度;③释放氧气，提高水体DO含量；④通过植物化感作用抑制藻类和细菌生长；⑤为微生物活动提供附着载体和氧源，形成植物-微生物的协同净化。地表水污染的修复人工沉床作用机理包括:地表水污染的修复湖滨陡坎沿岸水域基底修复技术采用人工方法在需要进行大型水生植物群落恢复的湖滨陡坎沿岸的水域实施基底修复工程措施，在目标水域边界构筑水下围埝，采用绞吸式挖泥船将疏浚的湖泥按设计高程要求吹填至基底修复工程区内，形成缓坡浅滩，改善湖泊沿岸带自然条件，为湖泊沿岸带生态修复创造良好的生境条件。地表水污染的修复湖滨陡坎沿岸水域基底修复技