水环境的修复技术——河流生态修复

植被恢复作用：
– 植被可以通过影响河流的流动、 河岸抗冲刷强度、 泥沙 沉积、河床稳定性和河道形态而对河流产生很大影响。
– 合理分布的植被还有助于减轻洪水灾害、净化水体,提供 景观休闲场所和多种生态服务功能。
河道补水：
水是河流生态系统中最重要的环境因素,也是 维持河流系统健康的重要因素。不论是规定水库 最小下泄流量,还是引水、 废水、回用补水等, 都 有利于增加河流流量,提供输沙 、自净、 供水和 生态功能需水量。对于水量不能满足其基本功能 的河流,补水措施尤为重要。
• 布管：下行池具有给水管道，在污水进入湿地布水系统之前通过流量 计控制流入污水量。上行池填料表面具有集水管路，其管路上的孔径 （0。5cm）比下行池的管路孔径稍大(0.3cm)，将处理后的水收集排 走。
试验内容
此试验设在古运河京口闸段，古运河 污染较严重，属于劣V类水体，其中有机污 染物浓度较低，氮磷污染物浓度较高，C/N 比较低（3.5～4.5）；水体中悬浮态污染物 所占比重较大，悬浮态磷含量约占总含量 的30％～65％。
• • 促进生物生长（大表面积，分泌物质）， 吸收污染物（吸收氮磷）。
正因为人工湿地系统特别适合于含磷量较高且悬浮污染物 量较高的污水处理，才选择用人工湿地系统作为对镇江水 系污染治理的试验。
与潜流人工湿地相 控制相对复杂，建 比还具有一下有点：造要求较高。 硝化能力强；占地 面积小。
人工湿地的净化原理
1，填料作用：
• • • 载体作用， 过滤吸附作用（煤碴>土壤>碎石>沙子）， 化学沉积作用。 微生物通过同化与异化作用降解污染物，是人工湿地降解污染物质 的主体。
2，微生物作用：
3，植物作用：
生物 -生态修复：是生态修复和构建自然环境和人居
环境和谐统一的主要技术 主要包括 • 人工曝气复氧 • 底泥污染控制 • 生物强化人工河道 • 自然河道生态塘 • 生态沟渠 • 生态修复耦合系统 • 生态护岸等技术，
生境修复：
• 生境修复技术涉及多个领域的技术 • 浅滩—深塘结构的再造有助于植被的良好发育和构建多样 性的生物栖息地,还可营造天然的河流景观。
人工湿地净化技术简介：
湿地是指被地表水或地下水长期或间断性地 淹没或饱和，并通常伴生有优势的水生植被与水 生生物的地方，具有强大的生态功能与环境容量。 而人工湿地则是通过模拟天然湿地的结构与功能， 选择一定的地理位置与地形，根据人们的需要人 为设计与建造的湿地，它利用物理、化学和生物 的三重协同作用来实现污水的净化。 它主要由以下三部分组成:透水性的基质材料， 水生植物(主要指挺水植物)，栖息在根系和基质 材料表面的微生物及原生动物。
• 裁弯河流的恢复则可利用弯曲河流消耗河流能量 强化河 流的自净功能,同时恢复河流的天然景观, 是实现流域中河 流回归自然的重要改造措施。 • 鱼道恢复则是近年来河流系统生态修复中最受关注的问题 之一
水生生物群落修复技术 ：
水生生物群落修复技术利用生态学基本原理以及水生 生物的基础生物学特性,以人工和生物调控相结合的方式 改善水体生态与环境条件,通过引种移植、保护和生物操
四、针对河流的污染状况的人工湿地治理试验 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
• 试源自文库设计：
• • • 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。
Ⅰ人工湿地对污水的处理效果
时间：从2005年3月8日至4月30日，每 隔2天取水样测定进出水CODMn, TN, TP 等水质指标，分析复合垂直流人工湿地水 的处理效果。
结果：
从图3.4 － 3.6可以看出，湿地系统对污染河水具有稳定的去除效果， 对CODMn. TN. TP的平均去除率分别可以达到53.7%，45%， 40.8%左 右。随着运行时间增加，湿地系统对CODMn, TN的去除率逐步提高，并趋 于稳定，而对TP的去除率则呈现缓慢下降的趋势 湿地系统对CODMn的去除主要通过填料表面的生物膜及植物根系附着的大 量的微生物。随着生物膜的逐渐形成以及芦苇的生长。去除效率有所提高。 氮的去除主要靠人工湿地中微生物的硝化反硝化过程，当然植物吸收也起 到一定的作用。 对于磷而言，微生物对磷的同化作用并不是去除磷的主要途径。因此，可 能主要依靠填料的吸附作用，当填料的吸附逐渐接近于饱和时，对磷的去 除效果就会逐渐降低。
污水在湿地床内流 动，分为水平潜流 人工湿地与垂直潜 流人工湿地（即垂 直流人工湿地）
充分利用系统中微 容易造成管道淤塞 生物、植物、填料 的协同作用降解污 染物；因此具有较 强的净化能力；保 温性较好、处理效 果受气候影响小、 卫生条件较好
垂直流人工 湿地(VFW)
污水从湿地表面纵 向流向填料床的底 部；床体处于不饱 和状态，氧可通过 大气扩散和植物传 输进入人工湿地系 统。
Ⅲ人工湿地的净化机理 Possible reason: • • • • 悬浮污染物的截留 污染河水的低碳氮比 污染物的转化 下行池中的污染物以溶解状态进入上行池
总结
(1）复合垂直流人工湿地对污染物的去除主要发生在下行池， 尤其是湿地表层30cm范围。可以认为在人工湿地表层， 滤料和植物根系对悬浮态污染物的过滤、吸附等物理截留 是主要作用，至于微生物作用则主要表现为将悬浮态物质 转化为溶解态物质。 (2)与生活污水不同，复合垂直流人工湿地对污染河水进行 处理时，上行池的作用不够明显，可能原因：一是表层悬 浮态物质的转化增加了上行池溶解态污染物的浓度，抵消 了上行池的一部分去除效果。另一方面，由于表层微生物 降解有机物时消耗了大量的溶氧，造成污水流至上行池时 水中溶氧浓度和C/N过低，从而影响有机物、TN的降解速 率 （3）对于含有较多悬浮物、碳氮比较小的镇江古运河污染 河水，人工湿地发挥了较为稳定的去除效果，能够将劣V 类水处理为IV类水甚至III类水。因此利用人工湿地系统处 理污染河水具有技术上的可行性。
• 针对以上问题的相应对策
– 将规则化的矩形或梯形河道断面修整为自然形式（河 道空间特征再造）； – 拆除河床铺设的硬质材料及废旧拦河坝 ,恢复河底的自 然泥沙状态，通过河道河底及坡面表层泥面生长的大 量微生物、藻类、水生动植物形成的自然生物膜净化 水体 , 提高河道本身的自净能力。 – 改造原有的河道护坡护岸 , 可采用植物、石块或其他透 水材料加固河岸，既保证河岸的稳定，又不阻止河道 水体中的物种与岸边物质的交换。如：利用活的枝条 插入河岸起到固定的作用，采用可透水的材料生态砖、 鱼集砖、天然材料垫等。
水环境的修复技术 ——河流生态修复
黄敏娟 黄楚茹 黄少艺 郭铭先
河流生态修复的定义： 指使用综合方法，使河流恢复因人类活动的干扰 而丧失或退化的自然功能
河流生态修复的步骤 Ⅰ制定总体目标; Ⅱ 协调分目标 包括分析约束条件 ; Ⅲ分析目标要素 包括功能指标阈值与功能受损程 度; Ⅳ 确定修复方案。需要包括四个步骤:明确修复阶 段 ,排列优先次序 ,制定修复措施 ,维护修复成果
1. 2. 3. 4.
三、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，致使河流 中的某些河段成为地下状态 ,这种做法破坏了河流的生态景观 ,减弱 了河流行洪能力 ,给城市的防洪排涝带来隐患。 • 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 ,给河流 水生生态系统造成严重破坏。 • 河流岸坡许多被混凝土或者浆砌石等覆盖,不仅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）
河流生态修复的主要技术方法：
• • • • • • 缓冲区恢复 植被恢复 河道补水 生物 -生态修复 生境修复 水生生物群落修复技术
缓冲区恢复作用：
– 分蓄和削减洪水 – 河流与缓冲区河漫滩之间的水文连通性是影响河 流物种多样性的关键因素。 – 将洪水中污染物沉淀、 过滤、 净化, 改善水质; – 截留 、过滤暴雨径流,净化水体; – 提供野生动植物的生息环境; – 保持景观的自然特征; – 为人类提供良好的生活 、休闲空间等。
• 结论：无论是湿地系统对CODMn的去除主要通
过填料表面的生物膜的降解作用，还是系统中的 填料对磷的吸附作用都正正体现着填料作为微生 物的载体作用以及过滤吸附的作用；无论是好氧 细菌对耗氧有机物的降解，还是消化反消化细菌 对氮的去除，均表现出微生物在系统中的关键作 用；无论是因为芦苇的旺盛生长与微生物数量的 正相关关系，还是因为根系表面积的增加而对污 染物的吸附吸收作用，也反映出植物在湿地系统 中的重要作用。
构型 运行方式 优点 缺点 表面流人工 污水在填料表面漫 富氧能力较好；利 不能充分利用填料 流。污染物质的去 于去除氨氮和耗氧 和植物根系的作用； 湿地（SFW） 除主要通过生长在 有机物污染物；不 且卫生条件也不好
植物水下茎杆上的 被填料的淤睹问题 生物膜来完成。 所限制
潜流人工湿 地(SSFW)
Ⅲ人工湿地的净化机理
Compare: （1）CODMn, TN和TP在污染河水中的去除明显地表现为下行池的浓度降 低较大，而上行池的浓度降低比较平缓； （2）悬浮态的污染物基本上在下行池的前30cm基本去除； （3）在全溶解态的配置污水中，下行池和上行池表现为较为均匀的降低， 但是总的来说，表现出上行池对河水溶解态污染物的去除率较模拟污水低的 现象。
（1）人工湿地对污染河水的去除效果试验：从 2005年3月8日至4月30日， CODMn, TN, TP等 水质指标，分析复合垂直流人工湿地水的处理效 果。 （2）人工湿地沿程对污染河水的去除机理试验： 人工湿地对污染物的去除率稳定后，从4月2日一 4月26日，做污染物的沿程去除效果试验， （3）根据污染河水中悬浮态污染物较多的特点， 从5月1日起，开始进行全溶解态污水的运行试验。
纵等技术措施,系统重建水生生物多样性
案例分析
——镇江水污染修复
一 镇江水系概况
二 镇江城市河流存在主要问题 • 城市河流河道遭到破坏
1. 2. 3.
•
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
Ⅱ人工湿地沿程对污染河水的治理效果与规
律
Ⅱ人工湿地沿程对污染河水的治理效果与规
律
Conclusion: 在本试验中，复合垂直流人工湿地对 污染河水中污染物的去除主要发生在下行 池，尤其是人工湿地表层，而上行池对污 染物没有能够发挥应有的去除作用。
Ⅲ人工湿地的净化机理
为了区分出人工湿地对悬浮态物质的物理过滤作用， 开始进行全溶解态污水的运行试验 试验依据古运河水的CODMn, TN, TP浓度，在蓄水池 中配制全溶解态的污水，其中氮采用NH4HC03，碳源采用 葡萄糖，磷采用KH2P04 .通过使用全溶解态污水运行人工 湿地，经过一周待出水水质稳定后，开始沿程取样测试水 质指标。将实际污染河水的试验数据与全部为溶解态污染 物的模拟污水的沿程去除规律进行了比较。污染河水试验 数据采用较具代表性的4月26日的数据，全溶解态配水试 验采用5月12日的数据。