环境修复原理与技术 第8章污染水环境修复技术ppt课件.ppt

第一章 绪论第二章 污染环境的物理修复原理第三章 污染环境的化学修复原理第四章 污染环境的生物修复原理第五章 污染环境的植物修复原理第六章 污染环境修复的生态工程第七章 污染土壤的环境修复技术第八章 污染水环境修复技术第九章 污染大气环境修复技术第十章 固体废弃物环境修复技术,目录,第八章污染水环境修复技术,8.1污染水体修复技术概述8.2湖泊水库水体修复技术8.3河流水体修复技术8.4地下水水体修复技术,8.1.1 水体污染,8.1 污染水体修复技术概述,概述,水体因某种物质介入，而导致其化学、物理、生物或者放射性等方面特征的改变，从而影响水的有效利用的现象,水的存在形式,地表水污染,地下水污染,水域,河流污染,湖泊污染,水库污染,海洋污染,污染物种类,汞污染,酚污染,有机污染,热污染,污染物性质,物理性污染,化学性污染,生物性污染,概述,“营养浮游植物浮游动物鱼类”的“自下而上效应”和“自上而下效应”共同作用的结果；生物多样性的丧失是水生生态系统受损的关键核心,水生生态系统的结构和功能：,概述,水生生态系统物质循环示意图,概述,黑龙江重大水污染事故,黄河流域水污染,水污染的主要类型及其污染物质,概述,水污染的主要类型及其污染物质,(续表),概述,形成原因污染物属性污染源的空间分布受纳水体人类社会活动,水污染源的分类方法,8.1.2 水体修复,8.1 污染水体修复技术概述,概述,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,整治前,整治后,成都市府南河综合整治工程,8.1.3 水体修复的目标与原则,8.1 污染水体修复技术概述,概述,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,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,8.1.4 水环境修复的基本内容,8.1 污染水体修复技术概述,概述,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,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,水环境修复设计,水环境修复设计,(续表),8.1.5 水体修复技术,8.1 污染水体修复技术概述,概述,物理方法化学方法生物方法生态修复法,物理修复方法,滇池蓝藻水华治理工艺流程图,苏州河综合调水工程,苏州河综合调水工程通过控制吴淞桥闸的启闭（涨闭落启），将苏州河由潮汐往复流变为单向流，同时控制苏州河上下游支流水闸的启闭，增加上游清洁水的水量，减少污染支流的入流量，改善下游水质,化学修复方法,见效快，易造成“二次污染”，适合突发性或小范围水污染的修复,生物修复方法,利用培育的植物或培养、接种的微生物的生命活动，对水中污染刊物转移、转化及降解，从而使水体得到净化的技术,优点：,可原位修复不产生二次污染工程遗留问题少操作简便,类型：,物种调整植被群落恢复生物除藻,物种调整,水生植物： 大量吸收水体中的营养物质、提高水体溶解氧,生物修复方法,浮游动物： 摄食浮游藻类，控制藻类密度,调整水生动物： 大量增加杂食性地栖动物、鱼类或减少食浮游动物及食底栖动物鱼类,浙江师范 大学-林红军,植被群落恢复,植被作用： 有效分配水体营养盐，避免单一优势种种群爆发，保持水体净化能力；对于富营养化的水体，水生植物与藻类竞争氮、磷等营养物，从而抑制藻类的生长,生物修复方法,恢复目的： 摄逐步恢复受损水体的生态系统的结构，在生产者、消费者、分解者等之间建立合理的食物链，促进物质循环，恢复水体的功能。,首要目标： 水生植物，包括沉水植物、挺水植物、浮游植物,植被群落恢复,改善植物生境条件： 围隔消浪、促淤、底质改善、降低水位,生物修复方法,措施,改善水体光照： 通过增加水体透明度、水下补光等措施,植被人工重建： 人为补充植物种类与数量，恢复丧失自动恢复能力水体,生物除藻,激活外源微生物：,生物修复方法,摄外源菌与具有净化功能的土著微生物则会与藻类竞争氮、磷等营养物质,包括酵母菌、放线菌、乳酸菌、光合菌等微生物分解污水中的有机物，并代谢出抗氧化物质,生态塘,一种资源化技术：,生物修复方法,降解转化进入塘中的有机污染物；将水生作物、水产作为资源回收；净化后的污染作为再生水资源,人工湿地,生物修复方法,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，废水可在床体的填料缝隙中流动，或在床体的表面流动，在床的表面种植处理性能好、成活率高的水生植物（如芦苇等），形成人工水生生态系统，进化流经的水体,人工湿地示意图,人工湿地净化污水途径,途径：,投填料床：过滤和截留去除颗粒物微生物：降解有机污染物，去除水中的氮,人工湿地的优点,对有机污染物有较强的降解能力，处理后的水质量好可结合景观设计，种植观赏植物改善风景区的水质状况造价和运行费用远低于常规处理技术,生态修复方法,生态,土地修复技术,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；土地处理系统可分为快速渗滤、慢速渗滤、地表漫流、湿地处理和地下水渗滤生态处理等形式；实践表明，土地处理系统对于有机化合物包括有机氯和氨氮有较好的去除效果,第八章污染水环境修复技术,8.1污染水体修复技术概述8.2湖泊水库水体修复技术8.3河流水体修复技术8.4地下水水体修复技术,8.2.1 湖泊水库水环境污染,8.2 湖泊水库水体修复技术,水质污染,污染源：工业废水和生活污水中重金属、有机化合物等有毒有害物质,主要污染物：COD、TP、NH3-N、挥发酚、汞,排入湖泊水库等水体过多的氮、磷等营养性物质，使生产力水平异常提高，破坏了水生生态系统结构和过程,水体富营养化,藻类爆发，水体缺氧，水生动物等水生生物大量死亡；湖泊水库沼泽化；藻类在代谢死亡过程中释放毒理强的藻毒素,我国富营养化湖泊水库的共同特征：,总氮和总磷浓度高透明度差水体叶绿素过高,使用化石燃料产生的SO2、NOx被氧化后产生硫酸和硝酸，通过干/湿沉降进入水体,湖泊水库酸化,8.2.1 湖泊水库水环境污染,8.2 湖泊水库水体修复技术,湖泊水库萎缩,湖泊水库生态结构受损，岸边带湿地破坏，使湖泊水库失去滞留流域非点源污染物的天然屏障，造成湖泊水库的自净能力降低,长江中下游湖泊水库面积缩小统计,8.2.2 湖泊水库水环境修复,8.2 湖泊水库水体修复技术,指通过调控，使受污染损害的湖泊生态系统恢复到受干扰前的自然状态，恢复其合理的结构和功能,修复的原则,整体性遵守自然法则,技术类型,湖泊水库外源污染控制技术湖泊水库内源污染控制技术水动力学修复技术藻类控制和去除技术污染湖泊水库生态恢复技术,点源污染控制非点源污染（面源）污染控制,1.湖泊水库外源污染控制技术,生活污染处理技术；工业废水处理技术前置库技术,通过改变生产和消费方式减少污染物的产生；建设相关处理设施，减少排入湖泊的污染物质的种类和总量,在受保护的湖泊水库水体上游支流，利用天然或人工库（塘）拦截暴雨径流，并通过物理、化学以及生物过程降低径流中污染物浓度工程措施,前置库工艺流程,湖泊水库外源污染控制技术,前置库工程剖面图,湖泊水库外源污染控制技术,特点： 湖泊水体修复中控制难度最大的污染物来源,内容： 城镇地表径流、农村等地表径流、大气沉降、湖区养殖等，其中农村非点源问题突出,工程技术类型： 污染物源头控制污染迁移转化的控制污染物净化工程,1.湖泊水库外源污染控制技术,非点源污染（面源）污染控制,湖泊水库外源污染控制技术,非点源治理设计程序,湖泊水库外源污染控制技术,非点源管理技术特征,湖泊水库外源污染控制技术,非点源工程处理技术特征,湖泊水库外源污染控制技术,非点源工程处理技术特征,(续表),湖泊水库外源污染控制技术,拦沙坝实景图,湖泊水库外源污染控制技术,农业生态工程示意图,湖泊水库外源污染控制技术,湖泊水库及流域污染控制工程,湖泊水库外源污染控制技术,2.湖泊水库内源污染控制技术,湖泊水库沉积物疏浚湖泊水库沉积物原位处理技术,湖泊内污染底泥中污染物重新排入水体的过程,内源,污染底泥环境疏浚工艺流程,湖泊水库内源污染控制技术,机械式疏挖,湖泊水库内源污染控制技术,有效降低湖泊水库的重金属、持久性有毒有机物等难降解污染物的浓度,湖泊水库沉积物疏浚,沉积物疏浚过程中的扰动，造成短时期内水体中污染物浓度升高；对底栖生态环境造成影响，疏浚后新生表层界面暴露，可能出现污染内源回复现象；投入高,湖泊水库内源污染控制技术,湖泊水库沉积物原位处理技术,原位覆盖原位封闭原位钝化原位化学原位生物,原位覆盖,在污染沉积物表面覆盖一层固体物质，如沙子、卵石和粘土等，依次隔离污染沉积物和水体，将污染封闭在沉积物中，达到控制沉积污染内源的目的,湖泊水库内源污染控制技术,原位封闭,原位钝化,原位化学,原位生物,湖泊水库内源污染控制技术,3.水动力学修复技术,通过人工措施，防止水体分层或者破坏已经形成的分层，提高湖泊水库水体溶解氧的浓度、控制内源性污染，降低湖泊水库水体污染物的浓度，进而改善水体质量,引水稀释/冲刷人工曝气人工循环,引水稀释/冲刷,短期效果预测,定量描述稀释冲刷效果的经验公式,长期效果预测,加快水体的交换频率，缩短污染物在湖泊水库中的滞留时间，从而降低污染物浓度水平，水体流动性的加强，增加湖泊水库下层水体的溶解氧含量，从而抑制沉积物中污染物的活化释放,水动力学修复技术,人工曝气,水动力学修复技术,4.藻类控制和去除技术,物理法化学法生物法,富营养原因：,物理法,藻类控制和去除技术,人工解层,混凝沉淀,机械打捞,藻类控制和去除技术,化学法,操作简便，一次性使用成本低,不能长期投用一种药；可能对环境产生二次污染,利用杀藻剂杀死藻类，从而消除湖面水华,藻类控制和去除技术,生物法,利用水生动、植物、藻类病原菌、病毒来抑制和杀死藻类,利用藻类病原菌控制藻类生长通过竞争作用抑制藻类生长酶处理技术,5.污染湖泊水库生态恢复技术,湖滨带生态恢复水生植被恢复生物操纵技术,湖滨带生态恢复,污染湖泊水库生态恢复技术,主要内容,湖滨带物理基底的修复水生植物组建水生植物群落的优化,湖滨带生态恢复,水生植被恢复技术,污染湖泊水库生态恢复技术,人工辅助措施,改善植物生长条件改善湖底光照增加水体透明度补充植物繁殖体,生物操纵技术,污染湖泊水库生态恢复技术,通过对湖泊水库生物群及其栖息地的一系列调节，增强其中的某些相互作用，促使生产者结构合理,经典生物操纵理论,非经典生物操纵理论,控制高级消费型鱼类及放养食浮游生物的鱼类直接消费蓝藻,第八章污染水环境修复技术,8.1污染水体修复技术概述8.2湖泊水库水体修复技术8.3河流水体修复技术8.4地下水水体修复技术,8.3.1 河流污染,8.3 河流水体修复技术,8.3.2 河流水环境修复,8.3.3 河流水环境修复技术,8.3.1 河流污染,8.3 河流水体修复技术,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,8.3.2 河流水环境修复,8.3 河流水体修复技术,将受污染的河流恢复到原来没有受污染的状态，或者恢复到某种合适的状态,河流水环境修复的四个发展阶段,河流水环境修复目标,保证水体结构合理与其环境健康的前提下满足人类可持续发展对水体的要求,河流水环境修复原则,系统规划和综合治理突出重点和逐步实施因地制宜和就地取材监测和管理,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,8.3.3 河流水环境修复技术,8.3 河流水体修复技术,引水冲污/换水稀释强化自然净化修复土地渗滤修复技术稳定塘修复技术湿地技术底泥处理技术,引水冲污/换水稀释,消除河流的黑臭，改善水质污染状况，降低流到外江的污染物浓度；此物理方法，只转移污染物而不是降解，会对污染区下游造成污染,河流水体修复技术,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多功能河道生态工程修复生物试剂添加技术,河流水体修复技术,河流水体曝气复氧技术,悬挂链曝气装置（正/侧面图）示意图,多功能河道生态工程修复,采用有效附着或固定微生物的基质代替混凝土护坡，并培植水生生物，将城市河道改造成具有多种自然景观和生物类群的河道，进而利用水生生物净化水中污染物质的生态工程技术,慈姑、茭白,水聚藻、千屈菜、鸢尾,脱氮微生物通过硝化和反硝化作用分解氨氮，分解后的硝态氮被植物吸收，退出水体循环，进而净化水质,生物试剂添加技术,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,土地渗滤修复技术,该技术属于陆生生态工程范畴，可划分为五个子系统,五个子系统,预处理系统配水和布水系统土壤-植物系统排水系统监测系统,根据布水方式、水力负荷大小、水力流动方向、处理水以及回收方式，可分为：,慢速渗滤,快速渗滤,技术类型,地表漫流,地下渗滤,河流水体修复技术,土地渗滤系统典型工艺的参数,慢速渗滤,慢速渗滤系统,将河水分配到覆盖植物的土壤表面，河水在流经地表土壤-植物系统时被净化,土地渗滤修复技术,快速渗滤,快速渗滤系统,将污染河水引流至具有沙滤性的土壤表面，污水在下渗过程中通过生物氧化、硝化、反硝化、过滤、沉淀、还原等一系列作用净化,土地渗滤修复技术,地表漫流,地表漫流系统,将污染河水引流至植被覆盖、坡度缓、渗透性较低的坡面上，使污水缓慢流动，生物通过吸收、挥发、脱氮、吸附、沉淀、氧化、过滤等作用净化水体,土地渗滤修复技术,地下渗滤系统,地下渗滤系统（毛管浸润式）,将污染河水引流至具有一定构造和良好扩散性能的地下土层中，污水在经毛管浸润和在土壤渗滤作用下向周围运动的过程中净化,土地渗滤修复技术,稳定塘修复技术,将污染河水引流至人工池塘，利用稀释、沉淀和絮凝作用或通过细菌、藻类、水生动物和水生植物的代谢降低水体中污染物浓度的技术；稳定塘可利用河边的洼地构建，或直接在河道上筑坝拦水构建，一条河流可构建一级或多级滞留塘；其效率受温度、光照、营养物质、污染物性质、蒸发量和降雨量等因素影响,微生物稳定塘水生生物塘,好氧塘厌氧塘兼性塘曝气塘,水生植物塘养殖塘,河流水体修复技术,微生物稳定塘,好氧层,兼氧层,厌氧层,兼性塘最普遍采用的形式的工程示意图,稳定塘修复技术,水生生物塘,水生植物塘:,养殖塘修复：,稳定塘修复技术,水生植物主要包括藻类和水生高等植物等；此类塘中一般种植数种高等植物以同化和贮存污染物，并向根围输氧，为微生物存活提供条件，促进微生物分解污染物的能力,利用稳定塘系统进行水产养殖，形成由原生生物、浮游生物、底栖动物、水生植物、鱼类、禽类复杂食物网，可解决普通好氧塘和兼性塘缺乏藻类含量过多的二次污染问题，同时降低污染物浓度,水生生物塘示意图,湿地修复技术,将污染河水引流至湿地中，在污水在沿一定方向流动过程中，经过物理修复、生物降解及化学修复等作用，降低其中的污染物浓度；湿地处理技术的机理是由基质-植物-微生物构成的复合系统的物理、化学和生物的综合作用,在水体中适当布置既有观赏价值又有净化功能的浮水和挺水植物，使水体不仅具有观赏性，且增强水体的生物净化功能,茭白,香蒲,河流水体修复技术,河流底泥处理技术,按场地分按处理原理分,原位处理异位处理,物理修复生物修复,河流水体修复技术,第八章污染水环境修复技术,8.1污染水体修复技术概述8.2湖泊水库水体修复技术8.3河流水体修复技术,8.4地下水水体修复技术,8.4.1 修复概述,8.4 地下水水体修复技术,8.4.2 地下水环境修复工程设计,8.4.3 地下水水环境修复技术,8.4.4 地下水环境评价,8.4.2 地下水环境修复工程设计,8.4 地下水水体修复技术,工作程序,准备工作室内整理,野外调查,实际操作监测计划,工作方法,现场调查野外试验,勘探工作,室内实验,现场调查,污染源调查,点源面源,污染途径调查,自然环境背景调查,自然地理环境地质及水文地质条件,勘探工作,钻探物探及遥感技术,野外试验,野外弥散试验试坑渗水试验,单井脉冲法多井法单井地球物理法,室内实验,水分析化学土样试验,8.4.3 地下水水环境修复技术,8.4 地下水水体修复技术,抽出处理技术气体抽提技术空气吹脱修复技术生物修复技术原位化学修复技术可渗透反应墙修复技术,抽出处理修复技术,地下水水环境修复技术,抽出处理原理示意图,抽出处理工艺过程,现场调查现场实验数据设计地面处理工艺,原位操作，处理量大，干扰小，容易安装和转移，易与其它技术组合使用，适用于渗透性均质较好的地层，对挥发性有机污染物的修复效果显著,气体抽提修复技术,地下水水环境修复技术,气体抽提技术原理示意图,气体抽提工艺过程,现场调查数据设计抽出气体处理工艺,现场空气吹脱并挥发有机物，包括苯、甲苯、苯乙烯、二甲苯、总石油量，氯代烃溶剂、一般溶剂等；可与抽提技术相组合；对于非挥发性的，可能导致污染区域进一步扩大,空气吹脱修复技术,地下水水环境修复技术,空气吹脱技术原理示意图,空气吹脱工艺过程,现场调查数据设计抽出气体处理工艺,8.4.4 地下水环境评价,8.4 地下水水体修复技术,评价因子选择:,评价标准确定：,水质对人类活动和健康的影响程度；确定评价标准时选用要求较高的生活饮用水卫生(GB5749-85),根据评价的目的及污染源评价结果，选择主要污染物，及地下水中接近或超过地下水环境质量标准的主要有害组分作为评价因子,污染程度的分级,地下水污染程度分级,权重确定:,地下水污染评价：,建立数学模型，提出评价的结论，包括，有综合污染指数法、系统聚类分析法、模糊数学方法、人工神经网络分析法、灰色聚类分析法、热力学方法等,地下水各污染因子对环境，特别是对人体健康的影响程度不同的，为了正确反映地下水环境质量对各因子的参数进行加权,谢谢大家,