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河流水质净化技术及生态修复

发布时间:2020-11-03 10:11

  橡胶坝与生态水利 H N N E A 《河南水利与南水北调》 0 0 9 年 2 第 10 期 河流水质净化技术及生态修复 □张建平 (郑州市水利建筑工程局 ) 摘 要: 文章针对我国河流水体污染及生态环境破坏等问题, 分析我国水体污染现状及其特点, 提出了河流生态修复的原则, 并就目前常用的河道水质净化技术进行了讨论, 提出了河流生态修复目标的确定及河流修复的步骤。 主题词: 水质净化; 生态修复 水体污染、 断流与生态环境破坏是我国河流面临的主要生 一些河流,尤其是东部经济发达地区和流经城镇的 态环境问题。 河流, 由于生活和工业等产生的污染物大量排放和不合理的土 地利用方式,河流水体污染和生态系统破坏尤为严重,河流的生 另一方面,由于我国经济的快速 态功能丧失或者无法正常发挥。 发展、 城市的扩张和人民生活水平的不断提高,对水资源的需求 量越来越大,对河流等水体的水质要求也越来越高,因此治理河 流污染迫在眉睫。 一、 我国河流水体污染与生态破坏现状 (一 水质污染现状 ) 我国河流污染主要指标为石油类、 COD、 3-N、 以 NH 挥发酚 等。 从地域分布来看,北方河流污染重于南方河流。 2003 年度大 辽河、 黄河、 淮河、 松花江、 水系污染程度由重到轻依次为海河、 长江与珠江。 工业废水、 城市生活污水、 垃圾场渗液、 农田废水、 暴雨径 流、 大气沉降等是河流水体污染的主要外部原因,此外由河流底 泥营养物溶出以及藻类过度繁殖等内源污染引起的河流水质 恶化也不容忽视。 二、 受损河流生态修复原则 (一 主功能协调原则 ) 河流系统各项功能在不同阶段和河段的重要程度有所不 同。 对于一些经济发展迅速、 开发过度、 污染问题突出的地区,需 要优先恢复其自净功能。对于经济发达但污染问题不突出的地 区,可以优先考虑满足生态功能的需求,改善河流生态系统结构 和功能。 当各项功能不能同时满足时,可以优先考虑河流的主功 能,并依此来确定相应的功能指标。 (二 多功能协调原则 ) 河流系统健康所需满足的各项河流功能具有不同的指标 要求,需要在单项功能指标分析的基础上,按照多功能协调的原 则考虑各项功能、 各项指标值之间的相互协调。 (三 生物多样性原则 ) 生物多样性是河流生态系统平衡和河流系统健康的基础。 因此,河流生态修复应该遵循生态学中的生物多样性原则,在防 止生物入侵的前提下,引入本土生物,构建生态环境廊道,保护和 增加河流系统生物多样性。 (四 景观美化原则 ) 河流生态修复的结果应该带给人们美好的享受。 因此,生态 修复应按照景观生态学原理,增加景观异质性,保留原河道的自 然线形,运用植物以及其他自然材料构造河流景观。 三、 污染河流水质净化与生态修复单元技术 污染河流水质净化与生态修复单元技术种类繁多, 但从技 术原理上看,可以将这些技术分为物理法、 化学法和生物生态技 术 3 大类。各种技术都具有不同技术、 经济特点以及适用条件, 客观、 系统地分析总结各种技术的适用条件和经济性,具有重要 的实用价值。 (一 物理法 ) 1.人工增氧 有机污染严重的河流由于有机物分解耗氧, 河流会变成缺 氧或者无氧状态,此时河流水质恶化,自净能力下降,正常的水生 生态系统遭到严重破坏。如果在适当的位置向河水进行人工曝 气充氧,就可以避免出现缺氧或无氧河段,增强河流自净能力, 消除河流黑臭现象。人工增氧在英国的泰晤士河、 上海的绥宁 河[2]和福州的白马支河都曾采用。 此外, 还可利用河流上已有的水坝、水闸等水利设施的跌 水、 泄流和人工水上娱乐设施进行增氧。怎么找到AG官方网站。利用水上娱乐设施增 氧需慎重,必须充分估计水中污染物对人群健康的危害。 2.底泥疏浚 长期严重污染的水体其底泥可能沉积有大量的污染物,在 一定条件下这些污染物会从底泥中释放出来, 因此底泥是天然 水体的一个重要内污染源。 疏浚河流底泥,可以将底泥中的污染 物移出河流生态系统,尤其能显著降低内源磷负荷。 由于不同河流遭受污染的类型、 时间和程度不同,污染底泥 的厚度、 密度、 污染物浓度的垂直分布差别很大,因此在挖除底 泥前,应当合理确定挖泥量和挖泥深度。 此外河流底泥中通常还 生长有一些水生动植物,底泥疏浚对生态系统有一定影响。 一般 不宜将底泥全部挖除或挖得过深,否则可能破坏水生生态系统。 河流底泥疏浚通常使用挖泥船, 对于枯水期断流的河流可以利 用枯水期清淤。 3.引水冲污换水稀释 引水冲污和换水稀释是一种湖泊净化技术, 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。引水冲污换水稀释对河流可能有 4 方面的影响: 将大 量污染物在较短时间内输送到下游, 减少了原来河段的污染物 总量,降低污染物浓度; 使河流从缺氧状态变为好氧状态,提高 26 《河南水利与南水北调》 0 0 9 年 2 第 10 期 橡胶坝与生态水利 H N N E A 河流自净能力; 使河流死水区、 非主流区的重污染河水得到置 换; 加大水流流速,可能冲起一部分沉积物,使已经沉淀的污染 物重新进入水体。 (二 化学法 ) 化学除藻是控制藻类生长的快速有效方法, 在治理湖泊富 营养化中已有应用, 也可作为严重富营养化河流的应急除藻措 施。 化学除藻操作简单,可在短时间内取得明显的除藻效果,提 高水体透明度,其效果可以参考滇池的应用情况。 但该法不能将 氮磷等营养物质清除出水体,不能从根本上解决水体富营养化。 (三 生物生态技术 ) 1.微生物强化技术投菌法 河流中污染物的降解主要依靠微生物的降解作用, 当河流 污染严重而又缺乏有效微生物作用时, 投加微生物以促进有机 适合于河流净化的 污染物降解,这种技术称为微生物强化技术。 微生物主要有硝化菌、 有机污染物高效降解菌和光合细菌等。 微生物强化技术的主要缺点是高效微生物的选育需要较 长的时间净化效果持续时间短,易受低温影响等。 2.生态浮床技术 该技术的核心是将植物种植到水体水面上, 利用植物的生 磷等营养元 长从污染水体中吸收利用大量污染物, 主要是氮、 “滇池入湖河流水环境治理技术与工程示范” 素。如李文朝等在 项目中, 将生态浮床和接触氧化浮床组合技术、 清洁能源曝气 技术有机组合, 形成河口水面水质净化和生物控制复合技术集 成, 为大清河或类似河道的河口水质稳定和改善提供一种创新 兼有双向拦截、 性方法。该试验工程设置在大清河入湖河口处, 水质净化、改善氧化还原环境和改善河段生境的功能 (如下 表 。 ) 微曝气生态浮床示范工程污染物去除效果表 处理单元 雨季 ) (5~10 月 进水 强化净化池出水 去除率 进水 强化净化池出水 去除率 TN (mg/L) 17.39±11.62 4.90±4.31 71.8 7.99±4.06 3.53±2.24 55.8 TP (mg/L) 1.08±0.42 0.21±0.04 80.8 0.52±0.34 0.16±0.07 68.5 CODCr (mg/L) 124.3±20.8 55.4±26.6 55.4 63.0±32.3 26.8±13.5 57.4 BOD(mg/L) 5 30.7±14.7 9.2±2.8 70.0 21.0±9.6 6.2±3.0 70.6 SS (mg/L) 78.6±19.8 10.6±5.8 86.6 36.6±14.3 7.7±3.1 78.9 旱季 (11 月至次年 2 月 ) 3.人工湿地技术 根据人工湿地的存在状态,人工湿地主要分为 3 种类型: 浮水植物系统、 沉水植物系统和挺水植物系统。为了获得更好 的水质, 不同类型人工湿地可以结合使用, 也可以和传统污水 砂滤等 联合使用。 ) 处理方法 (如氧化塘、 自由表面流湿地可以与河道植被恢复相结合, 结合溢流堰 和拱水坝, 构造半人工的河漫滩湿地, 既有生态修复功能又有 水质净化功能。 人工湿地的污染净化过程涉及物理、 化学、 生物等多方面 综合作用。人工湿地对污染河水的净化主要有以下几个途径: 一是通过过滤和截留去除颗粒物, 通过湿地介质的吸附、 结合、 离子交换等作用去除磷和重金属离子。二是通过湿地微生物作 用,降解有机污染物,去除水中的氮。三是通过植物吸收去除水 中的氮磷、 富集重金属。 人工湿地净化河水的效能受湿地水流流态、 水力负荷、 种植 植物类型和数量、 温度、 填充介质类型、 运行方式等因素的影响。 四、 河流生态修复的步骤和目标 河流生态恢复可以归纳为: 第一, 制定总体目标; 第二, 协 调分目标(包括分析约束条件); 第三, 分析目标要素(包括功能指 标阈值与功能受损程度); 第四, 确定修复方案。 河流生态修复的总体目标是恢复河流系统健康, 实现河流 和人类的和谐发展。 对于特定的河流,应具体分析河流的主要功 能以及它们之间的关系, 明确各要素对诸项河流功能的重要性 以及各项功能对河流系统健康的权重。 功能分析的主要工作是功能指标的亏值比较和约束条件 分析,明确受损的河流功能要素及其受损程度。 约束条件分析重 点对气候、 地形条件、 河流现状、 污染源状况、 人口规模和结构、 社会经济水平、 利益相关者、 土地利用、 城市规划、 城市相关管 理机制等 9 个方面进行分析, 以便确定河流治理修复的阶段和 相应的修复措施。 修复方案的确定需要包括 4 个步骤:明确修复阶段,排列优 先次序,制定修复措施,维护修复成果。在搞清具体河流的受损 功能、 受损程度和河流所受的约束条件后,便可首先确定河流修 受损 复所处的阶段。然后,据此对各个河段特征和问题的认识、 程度和修复的难易程度对河段修复次序进行排列, 因地制宜地 选择合理、 有效的修复方法。 受损河流系统修复是一个十分复杂而漫长的过程, 各种措 施带来的最终效果具有一定的不确定性。为了全面、 谨慎地考 虑各种可能的负面效果,避免或减小负面影响,必须对河流进行 适时的监测和评估,以便在必要的时候及时更改修复措施,调整 和完善修复工程。另外,河流系统非常复杂,它对各种措施所作 出的反应非常慢,这就需要对河流治理和修复给予长期、 持续的 监测和评估,判断河流治理修复的成效,总结治理修复工程的经 验教训。 参考文献: [1]陈伟,叶舜涛,张明旭.苏州河河道气复氧探讨[J].给水排水, 2001 (27 . ) [2]黄民生,涂亚同,戚仁海.苏州河污染支流—绥宁河生物修复试 验研究[J].上海环境科学,2003 ) (22 . [3]熊万林,李玉林.人工气生态净化系统治理黑臭河流的原理及 应用[J].四川环境,2004 ) (23 . [4]金相灿主编.湖泊富营养化控制和管理技术[M].北京: 化学工 业出版社, 2001. 收稿日期: 2009- 09- 01 27

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