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1、河流河流污染,第四章 河流水环境修复技术,3. 河流水环境修复概述,4. 河流水环境修复技术,1.背景知识介绍河流,背景知识介绍河流,背景知识介绍河流,河流流域,背景知识介绍河流水力学,背景知识介绍河流泥沙,背景知识介绍河流生态,背景知识介绍河流生态,大型水生植被：浮游类、根生类植物微型植物：藻类，1-300m河流动物：软体动物、蠕动动物、甲壳动物、昆虫、鱼类细菌和真菌：存在水流、底泥、石头和植物表面,4.2. 河流污染,由于人类的活动，使得河流中某些物质的浓度增加，当排入河流中的物质的量超过自净能力对其降解、转化的量，改变了河流原有生态系统的能量交换和物质循环过程，破坏了河流生态系统的结构与
2、功能，影响了人类对河流的可持续利用时，便形成了污染,河流污染现状,世界自然基金会2007年3月公布亚洲五在河流已成为世界上遭受破坏最严重的河流，包括长江、萨尔温江（怒江）、印度河、恒河、湄公河,中国七大河流污染程度由重到轻的顺序：海河、辽河、黄河、淮河、松花江、长江和珠江,河流污染参数,氨氮、化学需氧量、高锰酸盐、五日生化需氧量、溶解氧、挥发酚,河流污染源的分类,根据污染来源：外部污染源、内部污染源根据排入水体的方式：点污染源和面污染源根据污染物的类型：物理性污染、化学性污染和生物性污染,污染物在河流中的传输,1.泥沙对污染物的传输吸附作用是决定河水系统中的污染物分布和归属的一个重要控制机制。
3、 吸附作用 + 沉淀、共沉淀、凝聚、絮凝、胶化和表面络合,河流可携带大量泥沙和溶解性物质，进行远距离搬运输送。悬移式泥沙对河流污染物的传输起决定性作用。细颗粒泥沙吸附能力较强，能吸附大量有机污染物和营养盐细颗粒泥沙传输距离较远 平均传输距离：细小颗粒10000m/a, 沙子1000m/a, 卵石100m/a,河底积泥也对污染物的储存、迁移和转化起着重要作用，且受多个因素影响。外在因素：地质条件、地貌、土壤类型、气候变化以及河流管理调度等。内部因素：颗粒尺寸、河床结构、河岸材料、植被特征、河边植被、河谷坡度、河道形态、沉积泥沙的形态等。一般来说，沉积物长期处于沉降状态。但在长期暴露或发生风化以及
4、生物作用下，与沉积物结合的污染物可能会释放进入环境。,污染物在河流中的传输,实际上，有机化合物在沉积物中的吸着存在着二种主要机理,分配作用,吸附作用,溶解作用，吸附等温线是线性的,范德华力，及各种化学键如氢键、离子偶极键、配位键等的作用；吸附等温线是非线性的。,2.有机物的迁移转化,污染物在河流中的传输,2.有机物的迁移转化,分配系数（Kd）有机物在沉积物与水之间的分配，往往可用分配系数(Kd)表示：Kd=Cs /Cw Cs 、Cw分别为有机物在固相沉积物中和水中的平衡浓度。针对类型各异、组分复杂的有机组分, 引入标化分配系数(Koc)：Koc = KdfOCKoc标化的分配系数，即以有机碳为
5、基础表示的分配系数；fOC沉积物中有机碳的质量分数。有机物份额分配系数可通过摇瓶实验法直接测定，或通过与辛醇-水分配系数（Kow）的关系估算：Log Koc =0.944 Log Kow-0.485 lgKow=5.00-0.67lg(Sw103Mr)Sw有机物在水中的溶解度，mg / L；Mr有机物的分子量。,当水体条件发生改变是，沉积物中的有机物可能重新释放进入水相。如：降雨将导致河流有机物含量增加：1）降水通过地表浸流将地表污染物冲刷进入河流2）降水径流形成侧向淋溶将土壤表面的水溶性有机物冲进河道，尽管河水具有一定稀释作用，但大多数情况下，有机物浓度呈升高变化，尤其是在每年的几次初期降雨
6、期间，有机负荷比较大。,2.有机物的迁移转化,污染物在河流中的传输,3.河床底泥化学变化过程底泥成分矿物质：各种金属盐、氧化物有机质：天然有机物，如腐殖质(占70-80%) 蛋白类、多糖、脂肪酸和烷烃等(占20-30%)流动相：水、气,自然胶体发挥极为重要的作用，为粘土矿物、有机质、活性金属水合氧化物和二氧化硅的混合物。,腐殖质含羧基（COOH）和羟基（OH）取代的芳香烃结构，可通过离子交换、表面吸附、螯合络合、絮凝等作用，固定有机物、重金属,有机物质量比仅占2%左右，但是从表面积来看约占90%。因此沉积物中的有机质与周围环境的离子、有机物和微生物等相互作用起着主要的作用。例如：氧化铝颗粒吸附
7、有机质后，等电点从pH=9 下降至5左右，说明沉积物表面的负电荷与有机质的阴离子基团相关。,污染物在河流中的传输,4.重金属离子的迁移转化河流水体中重金属离子的主要来源地质自然风化作用矿山开采排放的废水和尾矿金属冶炼和化工过程排放的废水垃圾渗滤液重金属在沉积物中的形态可交换态、有机质结合态、碳酸盐结合态、(铁锰铝)氧化物结合态主要的传输过程吸附与解吸、凝聚与沉积、溶解与沉积,污染物在河流中的传输,4.重金属离子的迁移转化重金属污染物进入天然河流水体后，将很快迁移至底泥沉积物中。因此底泥是重金属污染物在河流中迁移输送的主要载体，也是主要归宿。一定条件下，重金属离子会从底泥中重新释放出来。水力冲刷
8、、底泥疏浚以及某些地区发生酸沉降等都会在不同程度的影响重金属离子的形态和转化。例如：微生物在厌氧-兼氧-好氧状态之间转换导致重金属氧化还原状态发生变化，由沉淀状态转化为溶解状态；同时厌氧过程产生具有较强络合能力的有机酸分子，pH下降，氢氧化物重新溶解；另外有机酸通过络合作用使非溶解态的重金属离子转化为溶解态；微生物还能直接以金属离子为电子受体或供体，改变其价态。,5.河流活性金属元素铁的变化铁和锰称为河流中的活性金属元素铁在含氧水中主要由腐殖质所携带，Fe倾向与溶解性高分子有机物结合。Fe3+容易与有机物的羧基和羟基官能团络合不仅能增加溶解性铁离子浓度，还能抑制铁氧化物的形成、铁和磷之间的反应
9、。底泥空隙中以厌氧为主，铁离子主要以亚铁离子态存在；底泥表面的好氧/厌氧边界区，是有机铁胶体形成的主要区域，也是物质化学转化和循环的关键地方。,污染物在河流中的传输,5.河流活性金属元素铁的变化铁会影响底泥有机物的降解：铁在细菌分解代谢有机物过程中可充当电子受体、供体有机铁络合物容易吸收紫外光发生光化学反应较高的铁含量可促进腐殖质的絮凝和沉淀（河床截留有机物的主要途径之一）微生物影响河水和底泥中的铁浓度夏季，微生物活性达到高峰，氧化有机物，消耗溶解氧导致厌氧状态，容易引起铁和锰氧化物的离解。,6.营养盐的累积输送和释放磷在沉积物中的形态无机态磷：钙、镁、铁、铝形式的盐有机态磷：核酸、核素以及卵
10、磷脂等少量吸附态和交换态的磷一般河流水体中，铁磷浓度比较高，钙磷其次，铝磷最低大部分磷由泥沙携带沉积物中的磷和氮化合物的迁移转化过程包括：各种化学、生物反应：吸附、生物分解和溶出物理过程：沉淀、分配和扩散等沉积物是磷迁移的载体、沉积的归宿和转化的起点,污染物在河流中的传输,氮和磷的释放机制不同,（一）推流迁移:,（二）分散迁移,（三）污染物的衰减和转化,污染物在水中的运动特征,分子扩散,湍流扩散,弥散,推流作用只改变水流中污染物的位置，并不能降低污染物的浓度。,污染物在河流中的混合和稀释过程,河流的稀释能力和效果取决于河流的水力推动和扩散能力。扩散作用包括：分子扩散、对流扩散和紊流扩散,河流水
11、的推移作用、分散作用和衰减作用过程,I,II,III,图I为推流迁移：a=A ，x1=x0,图II为推流迁移+分散： a=A ，x1x0,图III为推流迁移+分散+衰减： ax0,水质模型是一个用于描述物质在水中混合、迁移等变化过程的数学方程，即描述水体中污染物与时间、空间的定量关系。,河流水质模型,水质模型的分类：1、按水域类型：河流、河口、河网、湖泊2、按水质组分：单一组分、耦合组分（BOD-DO模型）、多重组分（比较复杂，如综合水生态模型）3、按水力学和排放条件：稳态模型、非稳态模型,28,4.按空间维数分类,零维水质模型: 3个方向都不考虑一维水质模型:仅考虑纵向二维水质模型:考虑纵向
12、、横向三维水质模型: 3个方向,河流水质模型,一维模型（稳态）,假设条件：假定只在X方向上存在污染物浓度梯度,x,y,z,河流某一断面上一点的污染物浓度C的相关条件：,河流流量Q (m3/s),断面的平均流速ux (m/s),纵向弥散系数Dx (m2/s),排入污水的流量q (m3/s),污水中某种污染物的浓度cz (mg/L),河流中某种污染物的本底浓度c1 (mg/L),排放点完全混合后的初始浓度c0 (mg/L),污染物的衰减速度常数K,稳态：污染物在某一空间位置的浓度不随时间变化。,河流生态系统健康评价,早期管理仅考虑由污染引起水体理化性质的变化，制定了水环境质量标准，进行水水体质量评
13、价。我国的地表水环境质量标准（GB3838-2002），将地表水体分成I-V类。,仅凭水质指标进行河流生态系统评价的弊端：污染的复杂化、多样化，使得人们难以监测全部污染物；不能很好反映出流域环境变化对水生生物的影响；,类主要适用于源头水、国家自然保护区；类主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一级保护区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产场、仔稚幼鱼的索饵场等；类主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区、鱼虾类越冬场、洄游通到、水产养殖区等渔业水域及游泳区；类主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区；类主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。,地表水环境质量标准（GB3838-200
14、2）,物理/ 化学指标：水质指标、沉积次序与组成、土壤和沉积侵蚀、流量、河道河床形态学、河岸带和湿地结构与水力学等生物学指标：大型无脊椎动物、鱼类、植物综合指标：综合考虑物理/ 化学指标、生物指标和人类利用价值的指标,1972年美国清洁水法明确提出河流保护的目标是维持和恢复河流系统的完整性,利用生物群落构建的多参数评价方法得到广泛的应用,河流评价方法多指标指数法,IBI指数(Index of Biotic Integrity )：IBI 是一种多指标指数,其特点是将测试点的生物群落的结构、物种组成、数量及生物量等与参照点对比, 得出相应的IBI值, 从而得到河流的健康情况。（美国）,河流状况指
15、数(ISC : Index of Stream Condition )是一个包括河流5 种状况(水力学、物理形式、河岸带、水质、水生动物等)的综合指标。对这些指标的状况按4,3,2,1,0 五级进行评分, 然后按模型进行计算, 得出ISC指数。（澳大利亚）,WFD 指标(water Framework Direetive )(欧盟) 基于河流中的生物(如深水大型无脊椎动物等) ; 河流按类型划分并与其对应的参照类型对照;河流状况与未受干扰的原始状况对比;分为5 级(优、良、中、差、特差) :生物元素应考虑其组成、丰度、无脊椎动物种类多样性水平、敏感的种类与不敏感种类的比例,参照点位的识别：河道
16、基本维持自然状态；上游基本无任何农作物与村庄；无林木采伐；样点周围认为干扰较少,国内河流生态健康评价方法2005年，长江水利委员会“维护健康长江，促进人水和谐”，出台了健康长江指标体系，包括河道生态需水量满足程度、水功能区水质达标率等18个指标；黄河“维持黄河健康生命”的治河新理念，以“提防不决口，河道不断流，污染不超标，河床不提高”作为黄河保护的终极目标；珠江水利委员会提出了“当好河流代言人，维护珠江健康生命，建设绿色珠江”的治水工作思路。,河流生态调查技术方法,孟伟 张媛 渠晓东等编著,河流生境要素调查技术河岸带植被与土壤调查技术河流水质及沉积物调查技术浮游生物和着生藻类调查技术河流大型底
17、栖动物、鱼类和大型水生植物调查技术,河流生态健康评价标准的确定方法,问卷调查法：专家意见评判法的一种，通过事先拟好备择答案的标准问卷，向有关专家学者及地方政府决策者进行问卷发放与回收，在回收问卷答案的基础上，将问卷人的答案按照一定的规则转换成定量数据，以此来确定指标的具体标准。标准法：利用一些国际、国内标准来确定具体指标的健康程度，对标准的定量化工作科通过查询标准手册获得。参照系法：将未受干扰的对照点的状态当做健康的标准。,将河流生态健康标准划分为：I级、II级、III级（临界状态）、IV级、V级,河流健康综合指数RHI,河流水文状况B1,河流环境状况B2,河流生物状况B3,河流形态结构B4,
18、河岸带状况B5,月平均径流量的变化C11,水温的季节变化C12,汛期和非汛期的水位变化C13,流速、流态状况C14,沿岸取水引起径流变化C15,水质污染状况C21,底泥污染状况C22,浮游植物C31,浮游动物C32,底栖动物C33,鱼类资源C34,河道改造程度C41,河道弯曲程度C42,河道形态多样性C43,河床稳定性C44,河岸稳定性C51,河岸缓冲带宽度C52,河岸硬化状况C53,河岸植被状况C54,亲水景观舒适度C55,评价指标确定,评价指标分析及评价标准说明,1. 河流水文状况B1,（1）月平均径流量的变化C11：反应流量的均匀性。变化越大，即流量分配不均匀，不利于河岸生物的生长。采用
19、定性描述，采用查找历史资料和现场调查评价的方法。,（2）水温的季节变化C12：水中的生物根据水温的变化不断调整自己的生理状况和生活习性适应水温的变化。采用定性描述，采用查找历史资料和现场调查评价的方法。,（3）汛期与非汛期水位变化：差异小，水生生物的环境变化小，较容易适应。采用定性描述，采用查找历史资料和现场调查评价的方法。,（4）流速、流态状况C14：,（5）沿岸取水引起径流变化C15,2. 河流水环境状况B2,（1）水质污染状况C21,式中Pij为i指标的单向污染指数；Cij为i指标在采样点j的实测值；Sij为i指标的评价标准，参照地表水环境质量标准（GB3838-2002）的III类标准
20、；n为监测指标数目；m为研究河道监测断面（点位）数目。,采用水质平均污染指数（WQI）来表征河流水质污染状况、,参与评价的项目为BOD5、COD、NH3-N,TN,TP,（2）底泥污染状况C22,式中n为监测指标数目；m为研究河道监测断面（点位）数目； Ci为i指标的实测值；Coi为i指标的标准，参照土壤环境质量标准（GB15618-1995）的三级值。,3. 河流生物状况B3,（1）浮游植物C31：浮游植物是水体营养状况最直接的反映。具体采样和分析方法参照国家标准，评价根据Shannon-Wiener生物多样性指数H进行评判。,式中N为样品生物总个体数；Ni为第i种生物的个体数。,水体受的污
21、染越严重，水体中生物种类相对减少，个别耐污种类数量增多，多样性指数就会下降。,（2）浮游动物C32：通常的浮游动物包括原生动物、桡足类、轮虫和枝角类，由于浮游动物易受水温、pH值、盐度及有毒污染物的影响，因此，利用有效的浮游动物知识可对各类环境因子做出相应指示。采用Shannon-Wiener生物多样性指数H进行评判。,正常水体中浮游动物种类多、数量少；重度污染水体（重金属、有机污染）中几乎所有水生生物都不能生存；富营养化水体中，耐污种类形成优势种群。,（3）底栖动物C33：底栖无脊椎动物是重要的指示生物，其群落结构和功能变化时与河流环境因子存在相关关系，其结构变化能较好地反应河段生境条件的变
22、化。具体采样和分析方法参照国家标准，评价采用Goodnight修正指数（G.B.I.）得分进行评判。,N为样品中大型底栖无脊椎动物总个数；Noli为样品中寡毛类的个体数。,（4）鱼类资源C34：主要在鱼类种类的丰富情况与珍稀鱼类的存活情况，通过定性描述来反应，珍稀水生动物的选择根据河流的历史资料和具体资料确定。,4. 河流形态结构B4,（1）河道改造程度：河道拓宽、护岸渠化、河道裁弯取直，修建大坝，上述改造有利用提高防洪排涝及航运能力，但改变了河流基本布局，影响了河流水文。评分基于对河流改造历史进行了解和实地调查。,（4）河床稳定性：河床退化或淤积严重都是河床不稳定的表现。结合现场评价并拍照进
23、行对比给予评分。,（2）河道弯曲程度：河流的弯曲在一定程度上制约河流对流水、沉积物以及污染物的输送能力。国内邓志强等人研究曲率1.4-1.6的河流可在最低管理维护水平下，具有最大的水沙容量与最好的洪水输送能力。并指出建立与环境功能相协调的自然弯曲型河流，可是河流充分发挥生态环境功能。评分基于对河流改造历史进行了解和实地调查。,（3）河流形态多样性：指河流洲滩、叉道等栖息地类型的大小、数量的变化。它反映了河流生物栖息地的变化情况。定性标准，基于实地调查。,5. 河岸带状况B5,（1）河岸稳定性C51：实地调查及拍照对比给予评分,（2）河岸缓冲带宽度C52：基于实地调查给予相应的评分；（3）河岸硬
24、化状况C53：实地调查，结合形影的专家评定等级方法；（4）河岸植被状况C54：实地调查以及拍照给予相应的评分；（5）亲水景观舒适度C55:实地调查以及拍照对比与专家打分；,第一代水污染：黑臭、缺氧第二代水污染：有毒化学品、重金属第三代水污染：富营养化；,河流污染,4.3. 河流水环境修复,4.3. 河流水环境修复,河流修复是指将受污染的河流恢复至原来没有受污染的状态，或者恢复到某种合适的状态，在实际修复过程中，指适当修复，即恢复河流的生态功能，又能满足人类的需求。,第一阶段：单一水质恢复第二阶段：河流生态系统恢复小型溪流第三阶段：单个物种恢复为标志的大型河流生态恢复第四阶段：大型河流生态修复及
25、流域尺度整体修复,第一个阶段治理(1858-1891)：主要侧重于污水截污和化学处理，将污水截流输送至下游用化学沉淀法进行初步处理；第二阶段治理(1900-至今)：主要侧重于污水管道以及污水处理厂建设，采用活性污泥法和河流曝气等措施。,19世纪上叶，伦敦人口增长带来大量的生活污水，未经任何处理直接排入泰晤士河的感潮河段。 1850年，法律规定所有废水废物都必需流入地下排水道，进一步导致河流水质状况更加恶化,莱茵河2000年行动计划分3个阶段实施：第一阶段(1987-1990)：首先确定“优先治理污染物质”清单，包括重金属汞铅氮磷和其它有机物等；第二阶段(1990-1995)：制定具体措施，要求
26、工业生产和城市污水处理厂采用新技术，减少水体和悬浮物污染；第三阶段是强化阶段(1995-2000)：采取必要的补充措施全面实现莱茵河的治理目标。,莱茵河近1/2在德国境内，高速发展的工业导致大量工业污染物排入河流，导致水质急剧恶化。莱茵河治理，从河流整体生态系统出发，把鲑鱼回到莱茵河作为治理效果的标志。鲑鱼-2000计划,苏州河污染治理计划分3个阶段实施：第一阶段(1993-1995):合流污水治理一期工程投入进行。第二阶段(1995-1996): 提出“截流清底引清裁湾立法”10字方针。第三阶段(1996-2010):又提出苏州河治理的方针：“一治水为中心，全面规划，远近结合，突出重点，分步
27、实施”，实施苏州河水质变清。,苏州河源于江苏太湖，由于工业废水和生活污水导致苏州河污染日益严重。污染的主要原因：生产生活污水的排放底泥中有机物的释放截流系统溢流不利水动力条件船舶污染及市政雨污水泵站的排放等。,河流水环境修复一般程序,明确河流的基本情况诊断河流生态系统退化的原因确定修复目标和评价标准制定河流修复计划监控和调整修复过程维护,4.4 河流水质净化及生态修复方法,引水稀释/冲刷强化自然修复河水全量集中净化法,薄层流净化技术砾间接触氧化河道稳定塘人工湿地,引水的直接作用是加快水体交换，缩短污染物滞留时间，从而降低污染物浓度指标，使水体水质得到改善；水体的流动性加强了沉积物-水体界面物质
28、交换，缺氧-好氧，提高水体自净能力；死水区，非主流区重污染河水得到置换；,引水冲污和换水稀释在湖泊富营养化治理中有应用实例, 对于污染严重且流动缓慢的河流也可考虑采用。,4.4.1 引水冲污/换水稀释,以东湖为中心，将东湖等6个主要湖泊以及青潭湖、竹子湖、水果湖、内沙湖、陈家堰等湖泊与长江通连，形成江、湖、港、渠为主要组成部分的庞大水网。,武汉大东湖生态水网“六湖连通”工程,引入江水，连通湖泊，让湖水流动起来,实施河流污染物稀释技术的一般程序,（1）首先分析确定污染物的流量Qc, 浓度C, 污染物质的性质和毒性特征，以及河流允许的污染物质浓度水平水Clim(2) 计算排入河流中的污染物达到安全
29、浓度平所需要的河流流量Qlim, 假设沉淀和降解还没有发生或者其效应忽略不计，则Qlim=C/Clim*Qc(3)设河流已有流量为Q1, 则完成稀释所需要调集的流量Qs 为：Qs=Qlim-Q1-Qc污染物流量与参与稀释的河水流量之比称为稀释比，用n表示N=Qc/Q， Q指河流的一般流量如果河流中只有一部分河水参与了稀释作用，则参与稀释的河水与河水总流量之比为稀释系数, 用表示：= Qp/Q， Qp指参与稀释的河水流量,河流调水工程实例,4.4.2 强化自然净化修复,有目的地向河流输送能量和物质，强化河流的自我净化过程进而加快污染河流的修复过程,主要类型,河流水体曝气复氧技术生物试剂添加技术,
30、河流水体曝气复氧技术,悬挂链曝气装置（正/侧面图）示意图,移动式曝气采用可以快速移动的曝气设备, 其优点是可以根据曝气河段水质的变化和航运要求, 灵活调整曝气强度和曝气位置, 使曝气更为经济、高效。,固定式曝气：当河水较深,需要长期曝气复氧,且曝气河段有航运功能要求或有景观功能要求时,一般宜采用固定式充氧站,即在河岸上设置一个固定的鼓风机房或液氧站,通过管道将空气或氧气引入设置在河道底部的曝气扩散系统,达到增加水中溶解氧的目的。,德国：早在20世纪80年代德国Enscher河进行纯氧曝气复氧;英国: 从1850年英国有关部门在泰晤士河中安装大型充气设备，增加水体中的溶解氧;美国：在20世纪70
31、80年代初期，圣克鲁斯港大量鱼死亡，然后在河口处安装曝气设备，解决了这一问题;澳大利亚：帕斯是澳大利亚西部的最大港口，在河沿岸固定地点进行复氧曝气和河流移动式曝气，来改善当地水质;中国：上海苏州河支流新泾港下游是一条严重污染河道，对其进行纯氧曝气来有效降低黑臭水体中的COD浓度;,河道曝气在国内外河道治理中的应用,温州市龙湾区河道太阳能曝气,太阳能驱动河道曝气装置,生物直投法净化技术,也称投菌法，向污染河流中投加微生物，提高污染物的降解效率；适合于直接向河道内投放的微生物包括硝化菌、有机污染物高效降解菌和光合细菌；最常投放的微生物有光合细菌（PSB）和高效微生物群（EM）,光合细菌:,可分为游
32、离态和固定化两种，其可将富营养化水体中的磷吸收、氮分解释放、有机物转化为可被水生生物吸收的营养物，进而可加速水体的物质循环，净化水体,EM菌:,采用发酵工艺把筛选出的好气和兼气性微生物加以混合培养出的微生物群落，该群落含有10个属80多种微生物，主要有光合细菌、乳酸菌、酵母菌和放线菌4类,在原有河道中建设处理装置,或将污染河水引入紧靠河流的处理装置,处理全量的河水,河水经全量处理后再放回河流的下游。,河水全量集中净化法,薄层流净化技术砾间接触氧化河道稳定塘人工湿地生态浮岛,原有河道中建设处理装置：不通航的河道，且不能影响河道的泄洪功能，多为一些小型河流，如断头浜、盲肠河道的治理；引入岸边处理装
33、置：旁路净化法,增加河面的宽度使水深变成数厘米深的薄层流通过河床,增大河水与河床的接触面积。原理:河流自净能力主要通过附着在河床及水生植物上的生物膜降解污染物来实现,单位面积微生物膜处理的水量越少,则处理的效果越好。薄层流净化技术采用增大生物膜的附着面积,以减少单位生物膜的处理水量而提高河床的自净能力。,薄层流净化技术,砾间氧化技术,该技术通过在河流中放置一定量的砾石做充填层,使河流断面上微生物的附着膜变为多层,水中污染物在砾间流动过程中与砾石上附着的生物膜接触沉淀。,砾间接触氧化技术,砾石河床：将泥质河床改造为砾石河床，当水流通过填入砾石河道中时,与砾石充分接触,大大提高了河流的自净能力,实
34、例：韩国良才川水质生物生态修复设施,水质净化设施主体是设于河流一侧的地下生物生态净化装置。采用卵石接触氧化法。即强化自然状态下河流中的沉淀、吸附及氧化分解现象。净化设施日处理能力为32000吨/日,净化的工作流程如下：拦河橡胶坝（长18m，高1m）将河水拦截后引入带拦污栅的进水口，水流经过进水自动阀，经污物滤网进入污水管，污水管连接有4座污水孔墙，污水孔墙两侧各有一座接触氧化槽，共有8座。接触氧化槽长20m、宽13.6m、高14.8m，氧化槽中放置卵石，污水通过氧化槽得到净化后分别流入4座清水孔墙，再汇集到清水出水管中，由清水出口排入橡胶坝下游侧。,橡胶坝：是用高强度合成纤维织物做受力骨架，内
35、外涂敷橡胶作保护层，加工成胶布，再将其锚固于底板上成封闭状的坝袋，通过充排管路用水（气）将其充胀形成的袋式挡水坝。坝顶可以溢流，并可根据需要调节坝高，控制上游水位。,实例：日本云佑川砾间接触氧化净化水质,自云佑川引水至集水井，以沉水式泵抽取，经沉砂及拦污处理设施，进入曝气式砾间接触氧化净化槽处理后，一部分放流至绫濑川，一部分則回收作为附近亲水公园景观用水。,实例：日本古崎净化场,砾间接触氧化技术适用于污染物浓度较低的河流，当水体BOD高于30mg/L时，应增加曝气系统,生态透水坝用于农业面源治理,透水坝的主要作用是拦蓄径流，初步去除污染物，为后续净化单元提供自流的能力，使得后续系统的无动力运行
36、成为可能，同时保证径流在系统中较长的停留时间，确保系统的净化效果。,本发明针对山地小流域地区河流水体流速快、水深浅、侵蚀严重,非点源污染多伴随水土流失发生的特点,构建适合山地小流域多级生态的透水坝。通过构建多级透水坝的生态工程措施,可有效的增加流经小流域河流水体水深0.5-0.8米,起到减缓浅流小流域河流流速,沉降悬浮固体，增加跌水等作用,削减流经水体中的氮、磷、泥沙等,强化河流的自净能力以改善流经水体水质。,专利号：2.9,发明名称：一种净化山地小流域水体的多级生态透水坝,河道稳定塘,河道稳定塘,用于河水处理的稳定塘可以利用河边的洼地构建，对于中小河流（不通航、泄洪），还可以直接在河道上筑坝
37、拦水构建河道滞留塘。,稳定塘对污水的净化过程与自然水体的自净过程相似，是一种利用天然净化能力处理污水的生物处理设施。,河道稳定塘的类型 好氧塘修复曝气塘修复水生植物塘修复养殖塘修复,塘系统的组合 处理-储存塘修复系统：适用于北方，冬季储存污水，春、夏、秋进行修复。,被污染河水,深兼性塘,储存塘,农田排水,出水,被污染河水,兼性塘,好氧塘,河水排灌,补充地下水,在缺水的北纬40地区：,多级稳定塘系统：江南地区水量丰富，不需要污水灌溉，利用氧化塘的水面种植多种水生植物，养殖鱼，贝，虾等，建立复杂的人工水生生态系统，对污染河水进行多级利用与修复。,被污染河水,浮游植物兼性塘,鱼塘,鸭鹅养殖塘,芦苇塘
38、,稻田养鱼,出水,出水,沟塘结合型修复系统：将氧化沟及稳定塘连用的修复系统,丘陵山区修复系统：对于丘陵山区，可因地制宜利用地形组成无动力的、阶梯式多级水生态修复流程。,在大清河入滇池口西侧构建了由预处理塘、水生植物塘和养殖塘等组成的生物稳定塘系统,将河道污水引入系统进行净化,以达到削减入湖污染负荷和改善水生生态环境的目的 。,案例旁路生物稳定塘系统净化滇池入湖河道污水,废弃农田改造的预处理塘,大清河污水通过泵抽取首先进入预处理塘进行初步沉淀处理。预处理塘由闲置农田改建而成，面积约为2200m2 ,由于河道污水中含有很多泥沙和悬浮的有机质颗粒，因而进行初步沉淀是很有必要的，同时还可以减轻水质、水
39、量的波动对后续处理系统的影响。,预处理塘,水生植物塘紧邻预处理塘,面积约为2 000 m2 ,平均水深约1. 5 m,设计成四个相通的功能区域,按照水流方向依次为功能区1-4。,水生植物塘,功能区1-2内种植挺水植物水芹菜；功能区3-4内种植沉水植物狐尾藻；,水生植物均从滇池流域及周边地区获得,具有适应性好、生长周期长、容易栽培、对氮磷富集效果好、美观及具有经济价值等优点。水生植物栽培在由PVC管做成的长方形(4 m 2 m)框架内,以渔网为载体, 各功能区内放置栽有植物的浮床24个,保持每一单元的植物覆盖度为40%且各单元的植物量大体相同,其中沉水植物区的浮床设置成可升降的形式,依据水体透明
40、度情况来调整沉水植物距离水面的位置,以使其能正常生长,养殖塘,养殖塘的面积约2200 m2 ，由两个连通但水深不同的区域组成。塘内靠近进水口区域的最大水深为1. 5 m，靠近出水口区域的平均水深为2. 0 m。沿堤岸由上到下立体栽种鸢尾、再力花和风车草； 塘内进水口处栽种挺水植物菖蒲、再力花、纸莎草，对水生植物塘净化出水中的有机悬浮物进行进一步的拦截和净化。塘中还搭配放养了鲢鱼、鲫鱼等经济鱼类共500 kg，对水体中的养分和其他代谢物起到控制作用，同时增加系统的生物多样性，以利于系统的长期稳定运行。,处理效果,养殖塘对TN、NO3-N 和NH3-N的去除效果好于植物塘，而植物塘对TP的去除效果
41、要优于养殖塘。,系统对氮、磷的去除效果取决于沉淀作用,塘内微生物、水生生物和植物根系的吸收/吸附作用,硝化反硝化作用,挥发作用,以及它们之间的协同作用。依据对污染物降解过程的分析,植物塘与养殖塘之间具有较强的互助和互补性,使得整个系统能够充分发挥处理功效,从而具有较高的氮、磷去除效率。,实例人工强化氧化塘用于温榆河水体修复,通过向塘中加设软纤维填料，大量地增加附着生物量，以提高单位体积的处理负荷量及处理效率，在低温下处理效率的提高特别明显。,温榆河,旱沟,氧化塘,曝气区,人工水草区,水生植物区,进水,将温榆河上游一条旱沟堆积土坝蓄水，改造成氧化塘，旱沟长期处于干涸状态，自然水生态系统段时间很难
42、形成人工强化,温榆河河水,人工水草是美国研制成功的一种具有水草形状的人造聚合物，有超编织技术制造的具有高比表面积的植物。将其置于水中后，可以成倍地吸附水中微生物，微生物群将水中污染物进行高效降解。,利用自然界的微生物对水体中污染物进行降解；为鱼、虾类营造良好的栖息地，重建水生生物圈；,（三）人工湿地技术,湿地处理技术,将被污染的河水有控制地投配到生长有芦苇、香蒲等水生植物的湿地上，污水在沿一定方向流动过程中，经过水生植物和土壤的作用得以净化；,自然湿地人工湿地,基质,物理的和化学的途径(如吸收、吸附、过滤、截留、离子交换等)来去除污水中污染物。,植物,将基质吸附或截留下来的N、P等污染物，通过
43、吸收、摄取和富集等作用去除。,为微生物提供附着面和适宜的生存环境，微生物则通过自身吸收、硝化、反硝化等作用去除水中污染物。,人工湿地原理,人工湿地的分类,（）表流湿地（自由水面人工湿地）,（）潜流型人工湿地,水平潜流,垂直流,复合流,（）表流湿地（自由水面人工湿地）,（1）在表面流湿地系统中，水面位于填料表面以上，水深一般为0.3-0.5m；（2）湿地中种植挺水型植物（如芦苇等）。向湿地表面布水，水流在湿地表面呈推流式前进，在流动过程中，与土壤、植物及植物根部的生物膜接触，通过物理、化学以及生物反应，污水得到净化，并在终端流出。,表流人工湿地植物：慈姑、风车草,人工湿地出水,潜流人工湿地水平潜
44、流人工湿地垂直流人工湿地复合流人工湿地,垂直潜流人工湿地系统示意图,复合潜流人工湿地系统示意图,阻止污水向地下水体的渗透；可选用的材料：粘土，高分子材料；湿地底部的沉积污泥层可形成天然防渗层,提供植物生长所需的基质；为污水的渗流提供良好的水力条件；为微生物提供良好的生长载体。一般采用砾石、土壤或砂,为微生物提供良好的生长载体过滤作用，可去除污水中的SS可能作为反硝化的碳源；组成：落叶、枯枝、微生物和小动物的尸体,防渗层,基质层,腐殖层,水层和湿地植物,人工湿地的组成,提供污染物降解的场所；提供水生动物栖息地；净化水中污染物,地点的选择 气候 土壤 生物环境 相似牺息地的替代 位置和地形 对地下
45、水的污染,污水的性质 污水的处理量 污水的可降解性,人工湿地的设计,设计目标 污水的处理 洪水的控制 暴雨的截留 提高附近水体的质量 为各种水陆生生物提供生长和繁衍地,处理目标 达到受纳水体要求的水质标准 满足循环用水或深度处理要求 预处理要求 观光用湿地,人工湿地的设计设计参数：水力停留时间，表面水力负荷，表面有机负 荷，水力坡度设计内容：湿地的几何尺寸；集配水及出水；清淤及通 气；基质；湿地植物选择与种植,水力停留时间,指污水在人工湿地内的平均驻留时间。,t水力停留时间，d；V人工湿地机制在自然状态下的体积，m3；孔隙率；35-40%Q人工湿地设计水量，m3/d；,表面有机负荷,每平方米人
46、工湿地在单位时间去除的BOD量,qos：表面有机负荷，kg/m2.dQ：人工湿地设计水量，m3/dA：人工湿地面积，m2C0：湿地进水水质，mg/LC1 ：湿地出水水质，mg/L,表面水力负荷每平方米人工湿地在单位时间所能接纳的污水量。,qhs :表面水力负荷m3/m2.dQ:人工湿地设计水量，m3/dA :人工湿地面积，m2,污水在人工湿地内沿水流方向单位渗流路程长度上的水位下降值,水力坡度 hydraulic slope,H污水在人工湿地内渗流路程长度上的水位下降值，mL污水在人工湿地内渗流路径的水平距离，m,人工湿地几何尺寸,水平潜流人工湿地单元的面积宜小于800m2，垂直潜流人工湿地单
47、位的面积宜小 于1500m2；潜流人工湿地单元的长宽比控制在3：1以下；规则的潜流人工湿地单元的长度20-50m。不规则湿地应考虑布水和集水问题；潜流人工湿地的水深（床深）0.4-1.6m；潜流人工湿地的水力坡度宜为0.5-1%；,潜流湿地,表流人工湿地单元的长宽比应控制在3：1-5：1；表流人工湿地的水深宜为0.3-0.5m；表面流人工湿地的水力坡度宜小于0.5%；,表流湿地,基质的选择应根据基质的机械强度、比表面积、孔隙率及表面粗糙度等确定就近取材原则，达到设计要求的粒径范围；对出水有较高要求时，可采用功能性材料；潜流人工湿地基质层初始孔隙率应控制在35-40%；潜流人工湿地基质层的厚度应
48、大于植物根系所能达到的最深处,基质的选择,矿渣、粉煤灰、蛭石、沸石、砂子、石灰石、高炉渣、页岩等，碎砖瓦,湿地植物的选择与种植,人工湿地宜选用耐污染能力强，根系发达，去污效果好，具有抗冻及抗病虫害能力，有一定经济价值，容易管理的本土植物。人工湿地出水直接排入河流，湖泊时，谨慎选择“凤眼莲”等外来入侵品种。,根据水质进行植物的优化配置,生活污水型：芦苇，水葱，灯芯草，美人蕉，蒲草径流水：散草，风车草，美人蕉，石菖蒲等高浓度工农业有机废水：芦苇，鸭舌草，香蒲含重金属废水：香蒲,芦 苇,香 蒲,茭 草,防渗层人工湿地应在底部和侧面进行防渗处理，防渗层的渗透系数应不大于10-8m/s防渗层可采用粘土层
49、、聚乙烯薄膜及其他建筑工程防水材料,在湿地植物根系表面生长的生物膜,案例分析镇江水污染修复,镇江城市河流存在主要问题城市河流河道遭到破坏；小河流遭到填埋；建设了控制闸坝； 河流岸坡许多被混凝土或者浆砌石等覆盖； 城市河流水环境污染严重 点源排放 面源污染控制较差成为生活污水和工业废水的受纳体水体中氮磷污染严重,城市河道遭到破坏的影响后果小河流遭到填埋后，整个河流原来的生境遭到完全的破坏，破坏河流的生态景观 ,减弱河流行洪能力 ,给防洪排涝带来隐患；建设控制闸坝，河流畅通受到影响，闸门关闭期间，河内的水体基本不流动，使其成为死水或半死水状态 ,加快了河流水质恶化 ；河流岸坡被混凝土或者浆砌石等覆
50、盖, 破坏了河流原先的生态环境，减少了河流的生物多样性，还隔绝了河流与地下水的联系，阻断了水循环(无底泥层 、水温迅速升高、阻止河水渗入地下形成漏斗、割裂了水体与土壤的关系）；,根据镇江水污染状况，其治理试验湿地构型选择了复合垂直人工湿地,填料：碎石，填入模型池前用自来水反复清洗，去除污染物质，以避免影响试验结果。 生物：芦苇，以16株/平方米的密度进行移栽。并用水泵抽古运河河水，对人工湿地的微生物、植物系统进行驯化培养。 蓄水池：为了实现复合垂直流人工湿地连续流的运行方式，在人工湿地模型边构建了一个容积为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浓度的污水。 布管：
