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1、第七章 污染河流的生物修复,第七章 污染河流的生物修复,自然净化修复,陆生生态修复,水生生态修复,湿生生态修复,第一节 自然净化修复,一、自然净化（natural purification）：是河流的一个重要特征，指河流受到污染后能够在一定程度上通过自然净化使河流恢复到受污染以前的状态图71。注：河流自然净化修复的关键是有机物的好氧生物降解过程。,二、强化自然净化修复,强化自然净化修复（enhanced natural purification）：指通过采取措施，向河流输送某种形式的能量或者物质，强化河流固有的自我净化过程，加快河流的修复过程，是一类原位修复技术。包括三条途径：1 河流水体曝气
2、复氧技术；2多功能河道生态工程修复技术；3 生物试剂添加技术。,1、河流水体曝气复氧（aeration of river water）：指向河流中进行人工复氧，可以是空气，也可以是纯氧。,2、多功能河道生态工程修复（multifunctional ecological engineering）是将城市河道设计成具有多种自然景观和生物类群，景观与净化功能并存的多功能河道净化系统，是利用多功能河道净化污水的生态工程技术。,3、生物试剂添加技术，也称投菌法（biotic additives）：向被污染的河流中投加人工培养的活性微生物，强化河流有机物的降解。,修复途径：,第二节 陆生生态修复,陆生生态
3、修复（terrestrial eco-remediation），也称土地处理技术（land treatment），它是指利用土壤植物系统的自我调控机制和对污染物的综合净化功能对被污染的河水进行易位处理的技术。,概念：,分类：,土地渗滤技术（land filtration）,污水灌溉技术（sewage irrigation）,以净化、回收利用河水为主要目,以利用水肥资源为主要目的的,区别,主要分析,一、土地渗滤修复系统,污染河水的土地渗滤技术属于陆生生态工程范畴，可以划分为若干子系统，每一子系统均具有相对独立的结构与功能。一般地，完整的土地渗滤修复技术系统由预处理、水量调节与贮存、配水与布水、土
4、地植物田间工程、排水及监测等部分组成,二、土地渗滤的净化机理,包括土壤的过滤截流、物理化学吸附、化学分解、生物氧化以及植物和微生物的摄取等。,三、土地渗滤修复类型,慢速渗滤,快速渗滤,地表漫流,地下渗滤,类型,（一）慢速渗滤修复,慢速渗滤系统（SR）:将河水投配到覆盖植物的土壤表面，河水在流经地表土壤植物系统时得到充分净化的一种土地处理工艺类型。投配的河水一部分被作物吸收，一部分渗入地下。系统的水流途径取决于污水在土壤中的迁移以及处理场地下水的流向，其水流途径如图7-2。,特点：1.负荷小0.31.5m/a，水力停留时间长，出水效果好，补充地下水，不产生二次污染；2.适于的场地：土层厚度大于0
5、.6米，地下水深大于1.2米，土壤渗滤系数大于0.15m/a；3.根据土壤、气候、污水特点选择适宜的植物，能充分利用营养物；在冬季、雨季、作物播种、收获期不能投配污水；4.以深度处理和利用水、肥为目的，要求预处理高，可采用一、二级预处理对工业废水进行处理。,（二）快速渗滤修复,快速渗滤系统（RI）将污染的河水有控制地投配到具有良好沙滤性能的土壤表面，污水在向下渗滤过程中通过生物氧化、硝化、反硝化、过滤、沉淀、还原等一系列作用而得到净化的污水土地渗滤工艺类型。RI通过淹水干燥交替运行而使渗滤池表面在干燥期好氧条件得到再生，同时有利于水的下渗（图7-3）。,特点：1.水力负荷大3.3150m/a，
6、水力停留时间短，出水效果较差；2.适于的场地：土层厚度大于1.5米，地下水深大于2.5米，土壤渗滤系数大；3.地面坡度10%；4.为减少污水中悬浮固体堵塞孔隙，一般要求一级预处理。,（三）地表漫流修复,地表漫流系统（OF）是将污染的河水有控制地投配到生长多年生牧草、坡度和缓、土地渗透性能低的坡面上，使污水在地表沿坡面缓慢流动过程中得以净化的土地处理工艺类型。其水力路径如图7-4。,特点：1.水力负荷1.57.5m/a；2.适用于粘土及有均匀坡度的土地；3.出水一般可达二级标准；4.对预处理要求较低。,（四）地下渗滤修复,地下渗滤系统（SI）是将污染的河水投配到具有一定构造和良好扩散性能的地下土
7、层中，污水经毛管浸润和在土壤渗滤作用下向周围运动且达到处理利用要求的土地处理类型。,特点：1.仅限于小流量污水；2.可用于处理居民区及乡镇企业的污水，处理后可引至城市绿地灌溉。,各种土地渗滤系统类型的典型工艺特征见表7-1。,表7-1,四、土地渗滤修复效果,土地渗滤系统的出水水质同常规二级出水的比较见表7-2。,表7-2 土地渗滤系统的平均出水水质（mg/L）,五、土地渗滤修复的设计,考虑如下因素：（1）对被污染的河水要进行详尽的调查与检测，充分了解其组分与排放量，特别是难降解与蓄积性污染物（如难降解有机物与重金属）的含量与特征，确定优先控制污染物；（2）对场地进行适宜性评价；（3）制定土地渗
8、滤的水质要求，并依次确定预处理的程度与河水修复范围；（4）确定土地渗滤系统对优先控制污染物的环境同化容量；（5）要建设完善、有效的管理与监测系统。,第三节 水生生态修复,水生生态修复技术，俗称氧化塘技术或稳定塘技术或生物塘技术，它是利用天然水体的净化能力，将被污染的河水在一种类似于池塘的处理设备内经长时间缓慢流动和停留，通过生物的代谢活动降解有机污染物的修复技术。,一、水生生态修复的类型,氧化塘（稳定塘）,微生物稳定塘,水生生物塘,好氧塘,兼性塘,曝气塘,水生植物塘,养殖塘,优势,（一）微生物稳定塘修复,好氧塘修复,好氧塘（aerobic pond）是完全依靠藻类光合作用供氧的稳定塘，其水深应
9、保证阳光透射到水底，以保证藻类在每个深度均能进行光合作用，而为净化有机污染物提供足够氧气。好氧塘在实际应用时一般均须形成一个塘系统或同其它修复技术结合形成复合系统。,好氧塘分类,前置塘,熟化塘,设置在处理系统后部的好氧塘,设置在系统前部的好氧塘,塘深深度为0.20.3 m,塘深深度为0.51.0 m,好氧塘：出水中藻类含量高，ss可高达几十至几百mg/l，如处理不当，可造成二次污染。,2、兼性塘修复,兼性塘（facultative pond）一般水深0.92.4m，由上层好氧区、中层兼氧区和底部厌氧区组成，并在其相应部位形成了好氧菌群落、兼氧菌群落与厌氧菌群落，因而比只依靠好氧菌群落的处理系统
10、具有更广泛的净化功能，因而可更有效地去除多种难降解有机物。兼性塘的水力停留为530d，常被用于曝气塘后作为二级处理塘使用，在夏季，其污染负荷要远远高于冬季。兼性塘的主要控制参数包括营养物、光照、温度和产氧量，其处理效果直接受上述参数控制。,3、曝气塘修复,曝气塘采用机用机械曝气装置补氧的人工塘，其塘深一般为1.84.5m水力停留时间36d。其主要优点是所需土地面积少。,特点,分类,好氧性曝气塘,兼性曝气塘,系统中的全部固体均处于悬浮状态，且全部液体中均有溶解氧存在,系统动力输入水平只能维持液相中有溶解氧存在，固体颗粒不能保持悬浮状态，仍沉淀于塘底被厌氧分解,曝气塘：优点：1.工艺设备简单、工程
11、造价低，易于建造，运行管理方便；2.对入流废水有稀释和混合作用，具有较高的耐冲击负荷能力。缺点：占地面积大、出水中悬浮物浓度高。,上述三种微生物塘的工艺特征见表7-3。,表7-3 主要稳定塘的修复工艺,（二）水生生物塘修复,1、水生植物塘修复,水生植物包括藻类和水生维管束植物。水生植物塘通常由一种或几种维管束植物种植于塘中组成，植物的作用为同化和贮存污染物，向根区输送氧气，为微生物存活提供条件。缺点：植物生长的季节性，特别是在寒冷地区不能自然越冬；收获的水生植物在作为农肥或饲料时，它所富集的有害物质须控制在允许的范围之内。,2、养殖塘修复,养殖塘（cultured pond）：普通好氧塘和兼性
12、塘缺乏对藻类进行控制，造成承接水体的二次污染，如果利用稳定塘系统进行水产养殖，就可在水体中形成由原生动物、浮游动物、底栖动物、鱼类、禽类等参与的多条食物链。它们与塘环境形成复杂的塘生态系统。,注：必须对进塘河水水质实行严格控制。因当进水中含有重金属和难降解有机物时，可通过食物链在动物体内富集，如供人食用可对健康造成威胁。,二、水生生态修复流程,1、我国北方地区冬季寒冷，有较长的结冰期，污水净化效率低，因此冬季贮存污水，待到春、夏、秋季进行修复。其水生生态修复流程如下：,被污染河水兼性塘好氧塘河水排灌补充地下水,2、在缺水的北纬40以南至长江以北地区，可采用如下流程：,被污染河水深兼性塘贮存塘农
13、田排灌出水,（一）处理贮存塘修复系统,（二）多级生态修复系统,在长江以南地区，气候温暖，水量丰富，大多不需要污水灌溉。因此，可利用氧化塘的水面种植多种水生植物，养殖鱼、贝、虾、螺、鸭、鹅等，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，同时实现环境、经济、社会效益的统一。其流程如下：,被污染河水浮游植物兼性塘鱼塘鸭、鹅养殖塘芦苇塘出水稻田养鱼出水,（三）沟塘结合型修复系统,稳定塘系统占地面积大，且易受各种因素的影响而导致修复效果不稳定。氧化沟则相反，它占地少，处理效果相对稳定，但其出水一般不易达标。因此将二者有机结合起来，构成所谓的沟塘系统，即可实现扬长避短，达到建设投资少、运行费
14、用低、综合利用好的较理想效果。其流程如下。,被污染河水沉砂池一体化氧化沟多级串联好氧塘出水污泥浓缩池污泥干化场,（四）丘陵山区型修复系统,对于南方丘陵山区，可因地制宜，利用地形组成无动力的、阶梯式多级水生生态修复流程，即:,被污染河水兼性塘阶梯式多级串联好氧塘出水,第四节 湿生生态修复,湿生生态修复技术俗称湿地处理系统，它介于陆生生态与水生生态之间，将被污染的河水有控制地投配到生长有芦苇、香蒲等沼泽生植物的湿地上，使之经常处于饱和状态，污水在沿一定方向流动过程中，经过耐水植物和土壤（或其它基质）的作用得以净化。,人工湿地系统,人工湿地处理系统的组成及功能,人工湿地系统组成及功能基质微生物水生植
15、物动物水体,人工湿地构造类型 表面流湿地（Surface flow wetlands）潜流湿地（Subsurface Flow wetlands）立式湿地（Vertical Flow wetlands）,人工湿地系统概述（3）,表面流人工湿地,潜流人工湿地,立式人工湿地,系统效益分析,人工湿地的净化效果:出水水质优于二级生物处理 表1.人工湿地污水处理效果（mg/l）项目 COD BOD5 TOC SS TN NH3-N TP进水 547 125 76.7 275 14.4 4.8 0.94出水 103 17.8 28.2 17 5.1 1.95 0.42去除率 81.2 85.8 63.2 93.8 64.6 59.4 55.1,湿生生态修复技术的类型,湿地生态修复技术,自然湿地修复,人工构造湿地修复,在天然湿地的基础上，辅以必要的工程措施，不改变天然湿地基质的湿生土地,改变了天然湿地的基质或重新建造的湿地状系统,水面湿地,渗滤湿地,人工苇床,植物碎石床,自然湿地与人工构造湿地的主要特征比较见表7-4,表7-4 自然湿地与人工构造湿地的主要特征,
