1、第三章第三章 水環(huán)境修復(fù)原理與技術(shù)水環(huán)境修復(fù)原理與技術(shù)1.物理修復(fù)技術(shù)物理修復(fù)技術(shù)2. 化學(xué)修復(fù)技術(shù)化學(xué)修復(fù)技術(shù)3. 生物修復(fù)原理及生物修復(fù)技術(shù)生物修復(fù)原理及生物修復(fù)技術(shù)4. 生態(tài)修復(fù)技術(shù)生態(tài)修復(fù)技術(shù)5. 綜合方法綜合方法水環(huán)境修復(fù)原理與技術(shù)水環(huán)境修復(fù)原理與技術(shù)利用物理的、化學(xué)的、生物的和生態(tài)的方法減少水環(huán)境中有毒有害物質(zhì)的濃度或使其完全無害化，使污染了的水環(huán)境能部分或完全恢復(fù)到原始狀態(tài)的過程成都市府南河綜合整治工程在保證水環(huán)境結(jié)構(gòu)健康的前提下，滿足人類可持續(xù)發(fā)展對水體功能的要求水環(huán)境修復(fù)目標(biāo)示意圖v 處理對象不同處理對象不同 傳統(tǒng)的環(huán)境工程領(lǐng)域，處理對象能夠從環(huán)境中分離出來，例如廢水或廢棄物

2、，需要建造成套的處理設(shè)施，在最短的時(shí)間內(nèi)，以最快的速度和低成本，將污染物凈化去除； 而在水環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域，所修復(fù)的水體對象是環(huán)境的一部分，不可能建造能將修復(fù)對象包容進(jìn)去的處理系統(tǒng)。如采用傳統(tǒng)治理凈化技術(shù)，即使局部小系統(tǒng)的修復(fù)，其運(yùn)行費(fèi)用也是天文數(shù)字。v 水環(huán)境修復(fù)過程中，需要保護(hù)周圍環(huán)境。v 比傳統(tǒng)環(huán)境工程學(xué)需要的專業(yè)面更廣，包括環(huán)境工程、土木工程、生態(tài)工程、化學(xué)、生物學(xué)、毒理學(xué)、地理信息和分析監(jiān)測，需要將環(huán)境因素融入技術(shù)中。水環(huán)境修復(fù)工程遵循的原則不同于傳統(tǒng)環(huán)境工程學(xué)水環(huán)境修復(fù)工程遵循的原則不同于傳統(tǒng)環(huán)境工程學(xué)確定污染程度、包括污染區(qū)域位置、大小、污染區(qū)域特征、形成歷史、污染變化趨勢和程度等外

3、部污染源的范圍和類型；內(nèi)部污染源的變化規(guī)律；底泥土壤環(huán)境的形成和性質(zhì)；水動(dòng)力學(xué)特征u水環(huán)境污染控制技術(shù)和生態(tài)恢復(fù)技術(shù)主要分水環(huán)境污染控制技術(shù)和生態(tài)恢復(fù)技術(shù)主要分3 3類類: :物理方法物理方法，如疏挖底泥、機(jī)械除藻、引水沖淤等，如疏挖底泥、機(jī)械除藻、引水沖淤等化學(xué)方法化學(xué)方法，如加入化學(xué)藥劑殺藻、加入鐵鹽，如加入化學(xué)藥劑殺藻、加入鐵鹽( (鋁鋁鹽鹽) )促進(jìn)磷沉淀、加入石灰脫氮等。促進(jìn)磷沉淀、加入石灰脫氮等。生物生物生態(tài)方法生態(tài)方法，如放養(yǎng)控藻型生物、構(gòu)建人工，如放養(yǎng)控藻型生物、構(gòu)建人工濕地和水生植被。濕地和水生植被。 水環(huán)境修復(fù)技術(shù)概述水環(huán)境修復(fù)技術(shù)概述地表水污染的修復(fù)3.1 3.1 物理修

4、復(fù)技術(shù)物理修復(fù)技術(shù)物理修復(fù)物理修復(fù)是經(jīng)過簡單預(yù)處理的污水，在濕地系統(tǒng)中通過是經(jīng)過簡單預(yù)處理的污水，在濕地系統(tǒng)中通過物理沉淀、過濾、吸附作用物理沉淀、過濾、吸附作用進(jìn)一步除去可沉淀的固體、膠進(jìn)一步除去可沉淀的固體、膠體、體、BOD5、氮、磷、重金屬、細(xì)菌、病毒及難以溶解的、氮、磷、重金屬、細(xì)菌、病毒及難以溶解的有機(jī)物質(zhì)。有機(jī)物質(zhì)。目前國內(nèi)外在水環(huán)境修復(fù)中所采用的主要物理措施目前國內(nèi)外在水環(huán)境修復(fù)中所采用的主要物理措施: :引引水沖刷稀釋、曝氣、機(jī)械人工除藻、底泥疏浚等。水沖刷稀釋、曝氣、機(jī)械人工除藻、底泥疏浚等。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：物理方法操作簡單、造價(jià)低，但往往物理方法操作簡單、造價(jià)低，但往往治標(biāo)不

5、治本。治標(biāo)不治本。地表水污染的修復(fù)3.1.1 沖刷沖刷/稀釋稀釋 采取引水沖污采取引水沖污稀釋稀釋污染水體，增加流域水資源量，污染水體，增加流域水資源量，加快污染水體加快污染水體流動(dòng)流動(dòng)，加強(qiáng)水體，加強(qiáng)水體自凈自凈能力。水體流動(dòng)性能力。水體流動(dòng)性的加強(qiáng)對沉積物的加強(qiáng)對沉積物-水體界面物質(zhì)水體界面物質(zhì)交換交換也有一定影響，也有一定影響，增加河流下層溶解氧含量，對增加河流下層溶解氧含量，對底泥底泥污染物釋放產(chǎn)生一污染物釋放產(chǎn)生一定的抑制作用，有助于水體生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)。定的抑制作用，有助于水體生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)。地表水污染的修復(fù)3.1.2 3.1.2 曝氣曝氣污染水體接納大量的有機(jī)污染物后，有機(jī)物大量分

6、解造污染水體接納大量的有機(jī)污染物后，有機(jī)物大量分解造成水體成水體溶解氧溶解氧濃度急劇降低，甚至出現(xiàn)厭氧狀態(tài)，導(dǎo)致濃度急劇降低，甚至出現(xiàn)厭氧狀態(tài)，導(dǎo)致溶解鹽釋放溶解鹽釋放以及臭味氣體產(chǎn)生。以及臭味氣體產(chǎn)生。通過人工曝氣，可使水體底層通過人工曝氣，可使水體底層溶解氧溶解氧得以恢復(fù)，水體中得以恢復(fù)，水體中溶解鐵、錳、硫化氫、二氧化碳、氨氮以及氣體溶解鐵、錳、硫化氫、二氧化碳、氨氮以及氣體還原還原組組分濃度大為降低，改善水生生物的生存環(huán)境。分濃度大為降低，改善水生生物的生存環(huán)境。同時(shí)，可有效限制底層水體中磷的活化和向上擴(kuò)散，限同時(shí)，可有效限制底層水體中磷的活化和向上擴(kuò)散，限制浮游藻類的生產(chǎn)力。制浮游藻

7、類的生產(chǎn)力。地表水污染的修復(fù)3.1.33.1.3 機(jī)械機(jī)械/ /人工除藻人工除藻收獲水體中的藻類，可在短時(shí)間內(nèi)快速收獲水體中的藻類，可在短時(shí)間內(nèi)快速有效有效的去除藻的去除藻類及藻華。在某些特定環(huán)境，利用自然動(dòng)力收貨藻類可類及藻華。在某些特定環(huán)境，利用自然動(dòng)力收貨藻類可有效的減輕富營養(yǎng)化的危害。有效的減輕富營養(yǎng)化的危害。機(jī)械除藻在過去人工打撈藻類的基礎(chǔ)上發(fā)展了機(jī)械除藻在過去人工打撈藻類的基礎(chǔ)上發(fā)展了臭氧臭氧/超聲波超聲波除藻技術(shù)，此技術(shù)利用超聲波的作用使藻類的細(xì)除藻技術(shù)，此技術(shù)利用超聲波的作用使藻類的細(xì)胞破裂，打破藻細(xì)胞內(nèi)的氣囊，使其失去浮動(dòng)能力而沉胞破裂，打破藻細(xì)胞內(nèi)的氣囊，使其失去浮動(dòng)能力而

8、沉淀。淀。地表水污染的修復(fù) 屠清瑛等人分別于屠清瑛等人分別于2001 年年9月月6-8 日和日和14-20日在日在什剎海后海實(shí)驗(yàn)區(qū)（什剎海后海實(shí)驗(yàn)區(qū)（50m50m）進(jìn)行了兩次超聲波）進(jìn)行了兩次超聲波/ 臭氧復(fù)合試驗(yàn)，按每天作業(yè)臭氧復(fù)合試驗(yàn)，按每天作業(yè)7h 計(jì)，臭氧計(jì)，臭氧/ 超聲波試驗(yàn)證超聲波試驗(yàn)證明對明對藻類藻類有明顯的去除作用。當(dāng)水中臭氧濃度有明顯的去除作用。當(dāng)水中臭氧濃度5mg/L 時(shí)，時(shí)，1h后藻類的去除率平均在后藻類的去除率平均在30%-50%左右；充入臭氧左右；充入臭氧2h（濃度約（濃度約10mg/L)， 藻類去除率平均在藻類去除率平均在80%左右。試驗(yàn)左右。試驗(yàn)結(jié)果證明，結(jié)果證明

9、，總磷總磷也有明顯的遞減趨勢，但是對也有明顯的遞減趨勢，但是對COD 的的作用不甚明顯作用不甚明顯.地表水污染的修復(fù)例：例：在太湖水環(huán)境修復(fù)中，利用風(fēng)力、湖流在水源在太湖水環(huán)境修復(fù)中，利用風(fēng)力、湖流在水源區(qū)域建造富集藻類的專門設(shè)施來收集藻類，避免了區(qū)域建造富集藻類的專門設(shè)施來收集藻類，避免了“水華水華”阻塞取水口而引起的水質(zhì)惡化，取得良好阻塞取水口而引起的水質(zhì)惡化，取得良好的效果。的效果。滇池、太湖、巢湖等設(shè)立藻水分離站滇池、太湖、巢湖等設(shè)立藻水分離站地表水污染的修復(fù)3.1.4 底泥疏浚底泥疏浚 可降低水體的可降低水體的內(nèi)源污染內(nèi)源污染負(fù)荷量和底泥污負(fù)荷量和底泥污染物重新染物重新釋放釋放的風(fēng)險(xiǎn)

10、。對于沉積物中的重金屬的風(fēng)險(xiǎn)。對于沉積物中的重金屬和持久性有毒有機(jī)污染物而言，只能通過環(huán)境和持久性有毒有機(jī)污染物而言，只能通過環(huán)境疏浚方法從湖泊中去除。疏浚方法從湖泊中去除。 南明河、蘇州河的治理均用到此技術(shù)。南明河、蘇州河的治理均用到此技術(shù)。地表水污染的修復(fù) 在湖泊沉積物中，甲烷的產(chǎn)生和營養(yǎng)物的釋放可在湖泊沉積物中，甲烷的產(chǎn)生和營養(yǎng)物的釋放可以通過增加以通過增加石膏石膏（(CaSO42H2O).）來進(jìn)行控制。進(jìn)入）來進(jìn)行控制。進(jìn)入到沉積物中的石膏可以到沉積物中的石膏可以增加氧化還原電位增加氧化還原電位、減少甲烷的減少甲烷的產(chǎn)生產(chǎn)生和和抑制沉積物中磷的釋放抑制沉積物中磷的釋放。地表水污染的修復(fù)

11、3.1.5 光催化技術(shù)光催化技術(shù)基于基于納米材料納米材料的光催化特性，納米材料應(yīng)對水華和的光催化特性，納米材料應(yīng)對水華和赤潮藻具有殺傷能力。赤潮藻具有殺傷能力。納米材料具有在光照（尤其是紫外光）納米材料具有在光照（尤其是紫外光） 下可以產(chǎn)生下可以產(chǎn)生羥基自由基羥基自由基及及強(qiáng)還原能力強(qiáng)還原能力的特性，對藻細(xì)胞內(nèi)的的特性，對藻細(xì)胞內(nèi)的脂類脂類、蛋白蛋白等生物大分子產(chǎn)生等生物大分子產(chǎn)生氧化氧化作用，從而破壞其作用，從而破壞其生物學(xué)生物學(xué)功能功能最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。因此被認(rèn)為在消毒殺菌、空最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。因此被認(rèn)為在消毒殺菌、空氣凈化、污水處理、海洋原油污染清除、自清潔材料氣凈化、污水處理、海洋原油

12、污染清除、自清潔材料等方面具有很好的應(yīng)用前景，并已得到廣泛的研究。等方面具有很好的應(yīng)用前景，并已得到廣泛的研究。適合用于養(yǎng)殖水體、景觀水體的應(yīng)急性殺藻地表水污染的修復(fù)3.2 3.2 化學(xué)修復(fù)技術(shù)化學(xué)修復(fù)技術(shù) 化學(xué)修復(fù)是化學(xué)修復(fù)是添加化學(xué)藥劑添加化學(xué)藥劑和和吸附劑吸附劑改變水體中氧化改變水體中氧化還原電位、還原電位、pH，吸附沉淀水體中懸浮物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)，是，吸附沉淀水體中懸浮物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)，是利用污染物的利用污染物的化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)來分離、回收污水中的有害物質(zhì)，來分離、回收污水中的有害物質(zhì)，或使其轉(zhuǎn)化為無害的物質(zhì)?；蚴蛊滢D(zhuǎn)化為無害的物質(zhì)。 化學(xué)方法操作簡單，用量少，見效快，但利用化學(xué)化學(xué)方法操作簡

13、單，用量少，見效快，但利用化學(xué)方法治理污染水體需大量投加化學(xué)藥劑，方法治理污染水體需大量投加化學(xué)藥劑，成本昂貴，成本昂貴，同同時(shí)容易引起時(shí)容易引起二次污染。二次污染。地表水污染的修復(fù)3.2.1 化學(xué)沉淀法化學(xué)沉淀法 通過向水體投加通過向水體投加鐵鹽或鋁鹽鐵鹽或鋁鹽，通過，通過吸附或絮凝吸附或絮凝作作用與水體中的用與水體中的無機(jī)磷酸鹽無機(jī)磷酸鹽產(chǎn)生化學(xué)沉淀，降低水體磷產(chǎn)生化學(xué)沉淀，降低水體磷的濃度，控制水體的富營養(yǎng)化。同時(shí)，鋁鹽能夠形成的濃度，控制水體的富營養(yǎng)化。同時(shí)，鋁鹽能夠形成氫氧化鋁沉淀氫氧化鋁沉淀，在沉積物表層形成，在沉積物表層形成“薄層薄層”，可阻止，可阻止沉積磷的釋放。沉積磷的釋放。

14、地表水污染的修復(fù)3.2.2 改性硅藻土強(qiáng)化混凝法改性硅藻土強(qiáng)化混凝法硅藻土是由天然形成的硅藻礦石加工而成，不含有硅藻土是由天然形成的硅藻礦石加工而成，不含有毒化學(xué)物質(zhì)。毒化學(xué)物質(zhì)。改性硅藻土處理湖水時(shí)，直接改性硅藻土處理湖水時(shí)，直接吸附吸附、化學(xué)、化學(xué)沉淀沉淀、脫穩(wěn)絮凝脫穩(wěn)絮凝、吸附架橋吸附架橋等作用同時(shí)存在，湖水等作用同時(shí)存在，湖水凈化的過程是這些過程共同作用的結(jié)果。凈化的過程是這些過程共同作用的結(jié)果。較適用于開放性大型水體的脫磷和除濁。較適用于開放性大型水體的脫磷和除濁。地表水污染的修復(fù)吳蕾、陳云峰在吳蕾、陳云峰在改性硅藻土用于改性硅藻土用于巢湖水巢湖水脫磷研究脫磷研究中研中研究了改性硅藻

15、土除磷最適操作條件，并將改性硅藻土同幾究了改性硅藻土除磷最適操作條件，并將改性硅藻土同幾種常規(guī)混凝劑的處理效果和其經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了對比，與常規(guī)種常規(guī)混凝劑的處理效果和其經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了對比，與常規(guī)混凝劑相比，改性硅藻土混凝劑相比，改性硅藻土出水出水更為清澈透亮，更為清澈透亮，污泥沉降性污泥沉降性能能好，好，污泥量少污泥量少，在建設(shè)成本和運(yùn)行成本上更為節(jié)省。，在建設(shè)成本和運(yùn)行成本上更為節(jié)省。地表水污染的修復(fù)3.2.3 化學(xué)除藻法化學(xué)除藻法 采用各種采用各種化學(xué)除藻劑化學(xué)除藻劑進(jìn)行除藻，效果最顯著，但進(jìn)行除藻，效果最顯著，但也最具有危險(xiǎn)性。也最具有危險(xiǎn)性。例如：單一除藻劑有碘伏、水溶性甲殼素碘等例如：單一

16、除藻劑有碘伏、水溶性甲殼素碘等 復(fù)配除藻劑有碘伏復(fù)配除藻劑有碘伏- -新潔爾滅、碘伏新潔爾滅、碘伏- -異噻異噻 唑啉酮等唑啉酮等地表水污染的修復(fù)3.2.4 酸堿中和法酸堿中和法 向水體中添加石灰進(jìn)行酸堿中和，調(diào)整水體向水體中添加石灰進(jìn)行酸堿中和，調(diào)整水體酸堿度酸堿度，以適應(yīng)，以適應(yīng)水生水生態(tài)系統(tǒng)的物種生長、繁殖的態(tài)系統(tǒng)的物種生長、繁殖的需要。需要。24120地表水污染的修復(fù)3.3 生物修復(fù)原理及生物修復(fù)技術(shù)生物修復(fù)原理及生物修復(fù)技術(shù)生物修復(fù)概述生物修復(fù)概述微生物在環(huán)境污染治理中的作用微生物在環(huán)境污染治理中的作用 植物在環(huán)境污染治理中的作用植物在環(huán)境污染治理中的作用水環(huán)境污染控制中的生物修復(fù)技

17、術(shù)水環(huán)境污染控制中的生物修復(fù)技術(shù) 3.3.1. 生物修復(fù)生物修復(fù)(Bioremediation) 廣義的生物修復(fù)通常是指利用各種生物（包括微生物，動(dòng)物和植物）的特性，吸收、降解、轉(zhuǎn)化環(huán)境中的污染物，使受污染的環(huán)境得到改善的治理技術(shù)，一般分為植物修復(fù)、動(dòng)物修復(fù)和微生物修復(fù)三種類型。 狹義的生物修復(fù)通常是指在自然或人工控制的條件下，利用特定的微生物降解、清除環(huán)境中污染物的技術(shù)。生物修復(fù)的概念及其原理生物修復(fù)的概念及其原理v生物修復(fù)的基本指導(dǎo)思想生物修復(fù)的基本指導(dǎo)思想凈化速度緩慢凈化速度緩慢由于三方由于三方面的原因面的原因生物修復(fù)技術(shù)系統(tǒng)中生物修復(fù)技術(shù)系統(tǒng)中添加氮、磷等營養(yǎng)鹽添加氮、磷等營養(yǎng)鹽接種、

18、馴化高效菌接種、馴化高效菌自然條件下自然條件下DO不足不足營養(yǎng)鹽缺乏營養(yǎng)鹽缺乏高效菌生長緩慢高效菌生長緩慢供氧供氧快速去除污染物快速去除污染物v生物修復(fù)技術(shù)的特點(diǎn)生物修復(fù)技術(shù)的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：投資費(fèi)用省，對環(huán)境影響小，能有效降低污染物濃度，適用于在其他技術(shù)難以應(yīng)用的場地，而且能同時(shí)處理受污染的土壤和地下水。 局限性：需對具體地點(diǎn)的狀況和污染物進(jìn)行詳細(xì)而昂貴的考察，微生物活性受溫度和其他環(huán)境條件的影響，某些情況下，生物修復(fù)不能去除全部的污染物。 與生物處理的區(qū)別：兩者原理一致，但生物修復(fù)側(cè)重于受污區(qū)域的原位生物處理。生物修復(fù)技術(shù)分類生物修復(fù)技術(shù)分類按按場地場地劃分：原位生物修復(fù)和異位生物修復(fù)劃分：原

19、位生物修復(fù)和異位生物修復(fù)1) 原位生物修復(fù)：對受污染的介質(zhì)(土壤、水體)不做搬運(yùn)或輸送而在原位污染地進(jìn)行的生物修復(fù)處理，其修復(fù)過程主要依賴于被污染地自身微生物的自然降解能力和人為創(chuàng)造的合適降解條件。2) 異位生物修復(fù)：植被污染介質(zhì)(土壤、水體)搬動(dòng)或輸送到他處進(jìn)行的生物修復(fù)處理。生物修復(fù)的生物類型生物修復(fù)的生物類型 土著微生物：環(huán)境中固有的微生物土著微生物：環(huán)境中固有的微生物 外來微生物：需大量接種的高效菌外來微生物：需大量接種的高效菌 基因工程菌基因工程菌（ Genetically engineered bacteria, GEM） 植物及超積累植物植物及超積累植物v生物修復(fù)的影響因素生物修

20、復(fù)的影響因素 營養(yǎng)鹽：需添加氮、磷營養(yǎng)元素 電子受體： 可通過對土壤鼓氣或添加產(chǎn)氧劑的方式來提供DO作為有機(jī)物降解的電子受體；此外，硝酸根、硫酸根、鐵離子也可作為有機(jī)物降解的電子受體。 共代謝基質(zhì) 污染現(xiàn)場和土壤特性： 土壤特性影響污染物和微生物的相對活性，最終影響生物修復(fù)的速度和程度。 有毒有機(jī)污染物的物理化學(xué)性質(zhì)生物修復(fù)的影響因素生物修復(fù)的影響因素 共代謝的含義共代謝的含義 早在早在2020世紀(jì)世紀(jì)6060年代，人們就發(fā)現(xiàn)一株能在一氯乙酸上生長的假單胞年代，人們就發(fā)現(xiàn)一株能在一氯乙酸上生長的假單胞菌能夠使三氯乙酸脫鹵，而不能利用后者作為碳源生長。微生物的這菌能夠使三氯乙酸脫鹵，而不能利用后

21、者作為碳源生長。微生物的這種不能利用基質(zhì)作為能源和組分元素的有機(jī)物轉(zhuǎn)化方式稱為種不能利用基質(zhì)作為能源和組分元素的有機(jī)物轉(zhuǎn)化方式稱為共代謝（共代謝（co-metabolismco-metabolism）。 共代謝又稱為共代謝又稱為共氧化（共氧化（co-oxidationco-oxidation）或）或聯(lián)合氧化（聯(lián)合氧化（combinedcombined oxidationoxidation），輔助代謝（輔助代謝（assistant metabolismassistant metabolism).).因此，微生物不能因此，微生物不能依靠某種有機(jī)物生長并不一定意味著這種污染物能夠抵抗微生物的攻依靠某

22、種有機(jī)物生長并不一定意味著這種污染物能夠抵抗微生物的攻擊擊, , 當(dāng)存在其他底物時(shí)，這種污染物就會(huì)通過共代謝作用而生物降解當(dāng)存在其他底物時(shí)，這種污染物就會(huì)通過共代謝作用而生物降解。v生物修復(fù)的基本措施生物修復(fù)的基本措施 接種微生物或引種超積累植物 添加營養(yǎng)物 提供電子受體 提供共代謝底物以誘導(dǎo)共代謝酶產(chǎn)生 添加表面活性劑v1.1.微生物對有機(jī)污染物的降解與轉(zhuǎn)化微生物對有機(jī)污染物的降解與轉(zhuǎn)化 微生物是自然界中的分解者微生物是自然界中的分解者 在好氧條件下，它能將有機(jī)污染物徹底氧化，分解在好氧條件下，它能將有機(jī)污染物徹底氧化，分解成成COCO2 2、H H2 2O O、SOSO4 42- 2-、P

23、OPO4 43- 3-、NONO2 2- -、NONO3 3- -等無機(jī)物。等無機(jī)物。 在厭氧條件下，能將有機(jī)物降解，轉(zhuǎn)化成小分子有在厭氧條件下，能將有機(jī)物降解，轉(zhuǎn)化成小分子有機(jī)酸、機(jī)酸、COCO2 2、H H2 2、CHCH4 4等。等。 因此，微生物是生物修復(fù)中污染物降解的主力軍。因此，微生物是生物修復(fù)中污染物降解的主力軍。3.3.2.3.3.2.微生物在環(huán)境污染治理中的作用微生物在環(huán)境污染治理中的作用v2.2.微生物對重金屬的轉(zhuǎn)化與固定微生物對重金屬的轉(zhuǎn)化與固定微生物雖然不能降解重金屬，但是可以降低其毒性，并可將其累積在菌體內(nèi)使之固定。汞的去甲基化及還原汞的去甲基化及還原 例如：藍(lán)綠色假

24、單胞菌、變形桿菌可使汞離子轉(zhuǎn)化成元素汞，經(jīng)例如：藍(lán)綠色假單胞菌、變形桿菌可使汞離子轉(zhuǎn)化成元素汞，經(jīng)1010小小時(shí)后揮發(fā)掉的汞可達(dá)時(shí)后揮發(fā)掉的汞可達(dá)75% 75% 。假單胞菌。假單胞菌K K6262能使無機(jī)汞和有機(jī)汞形成元能使無機(jī)汞和有機(jī)汞形成元素汞。素汞。累積及固定重金屬累積及固定重金屬在微生物累積重金屬方面，已闡明同細(xì)胞內(nèi)在微生物累積重金屬方面，已闡明同細(xì)胞內(nèi)金屬硫蛋白金屬硫蛋白(Metalothioneins(Metalothioneins簡稱簡稱MT)MT) 有關(guān)，有關(guān)，MTMT是一種低分子量的細(xì)胞質(zhì)蛋白，同是一種低分子量的細(xì)胞質(zhì)蛋白，同Hg, ZnHg, Zn、CdCd、CuCu、Ag

25、Ag等重金屬有強(qiáng)烈的親和性，結(jié)果使重金屬富集并抑制其毒性。等重金屬有強(qiáng)烈的親和性，結(jié)果使重金屬富集并抑制其毒性。 變形桿菌難降解有機(jī)污染物和重金屬及其相應(yīng)的降解轉(zhuǎn)化微生物適宜的環(huán)境條件適宜的環(huán)境條件v營養(yǎng) 微生物的生長需要維持一定量的C:N:P營養(yǎng)物質(zhì)及某些微量營養(yǎng)元素。v電子受體 環(huán)境中的有機(jī)污染物在微生物的作用下被氧化分解時(shí)需耗氧。v有毒有害有機(jī)污染物的化學(xué)性質(zhì)v污染現(xiàn)場和土壤的特性 適宜的環(huán)境條件適宜的環(huán)境條件v有毒有害有機(jī)污染物的化學(xué)性質(zhì) 污染物的溶解度污染物的溶解度 污染物的辛醇污染物的辛醇- -水分配系數(shù)水分配系數(shù) 非水溶相液體的利用非水溶相液體的利用 污染物的吸著性污染物的吸著性

26、 重金屬的生物有效性重金屬的生物有效性適宜的環(huán)境條件適宜的環(huán)境條件v污染現(xiàn)場和土壤的特性 土壤物理特性土壤物理特性 土壤化學(xué)特性土壤化學(xué)特性3.3.3. 3.3.3. 植物在環(huán)境污染治理中的作用植物在環(huán)境污染治理中的作用v植物修復(fù)的概念植物修復(fù)的概念 利用綠色植物清除環(huán)境中的污染物，使其去除降低或消失稱作植物修復(fù)(phytoremediation) 植物修復(fù)的主要對象是有毒重金屬和有機(jī)污染物v環(huán)境中金屬污染的去除方案環(huán)境中金屬污染的去除方案 場外修復(fù):先將土壤挖掘、轉(zhuǎn)移，再去除金屬離子 微生物修復(fù)：生物量小，吸收量小，同時(shí)生物體過小難以進(jìn)行后處理 植物修復(fù)：生物量大，吸收量大，同時(shí)易于進(jìn)行后處

27、理。適應(yīng)重金屬脅迫的植物不吸收或少吸收重金屬將吸收的金屬鈍化在植物的地下部分大量吸收金屬的同時(shí)正常生長可在金屬污染土壤中生產(chǎn)符合環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的農(nóng)產(chǎn)品通過栽種植物積累金屬，收獲后進(jìn)行植物提取植物修復(fù)污染物的方式植物修復(fù)污染物的方式v植物固定植物固定(Phytostabilization) 指利用植物和其他一些添加物使環(huán)境中的指利用植物和其他一些添加物使環(huán)境中的金屬流動(dòng)性降低金屬流動(dòng)性降低，生物可，生物可利用性下降，降低金屬對生物的毒性。利用性下降，降低金屬對生物的毒性。 該法只是暫時(shí)將該法只是暫時(shí)將金屬固定金屬固定，并沒有徹底去除環(huán)境中的金屬。，并沒有徹底去除環(huán)境中的金屬。v植物吸收植物吸收 (Ph

28、ytoadsorption) 指利用能耐受并可過量積累金屬的植物吸收環(huán)境中的金屬離子，將指利用能耐受并可過量積累金屬的植物吸收環(huán)境中的金屬離子，將它們輸送并貯存在植物體的地上部分。它們輸送并貯存在植物體的地上部分。 需要選擇能耐受并可需要選擇能耐受并可過量積累金屬過量積累金屬的植物種類。的植物種類。v植物揮發(fā)植物揮發(fā)(Phytovolatilization) 指植物將污染物吸收到體內(nèi)后又將其轉(zhuǎn)化為氣態(tài)物質(zhì)，釋放到大氣指植物將污染物吸收到體內(nèi)后又將其轉(zhuǎn)化為氣態(tài)物質(zhì)，釋放到大氣中。中。 該法只適用于該法只適用于揮發(fā)性污染物揮發(fā)性污染物。 某些易揮發(fā)污染物被植物吸收后從植物表面組織空隙中揮發(fā)。如桉樹

29、降解三氯乙烯(TCE)、甲基叔丁基醚(MTBE)，印度芥菜降解硒化合物；煙草揮發(fā)甲基汞。從植物莖葉揮發(fā)出的物質(zhì)可能被空氣中的活性羥基分解。如有毒的Hg2+經(jīng)植物揮發(fā)后變成了低毒的Hg，高毒的硒變成了低毒的硒化物氣體等。植物修復(fù)污染物的方式植物修復(fù)污染物的方式v 根系降解根系降解(Rhizodegradation) 植物中超過植物中超過20%20%的營養(yǎng)成分如糖分、氨基酸、有機(jī)酸等都聚集在根部的營養(yǎng)成分如糖分、氨基酸、有機(jī)酸等都聚集在根部, , 因此會(huì)生長很多微生物因此會(huì)生長很多微生物, , 尤其在根表面向外尤其在根表面向外1-3mm 1-3mm 的地方的地方, , 這些微生這些微生物是沒有種植

30、過植物的土壤的物是沒有種植過植物的土壤的3-4 3-4 倍。一些微生物可以同植物相結(jié)合倍。一些微生物可以同植物相結(jié)合促進(jìn)重金屬的降解促進(jìn)重金屬的降解, , 也可以礦化某些有機(jī)污染物如也可以礦化某些有機(jī)污染物如PAHsPAHs、PCBsPCBs。植物吸收植物吸收 環(huán)境中的重金屬和一些有機(jī)物并非是植物生長所需要的，并且達(dá)到一定程度后具有毒害作用。對于此類化合物，一些植物也演化出了特定的生理機(jī)制使其脫毒。 植物通常是通過螯合和區(qū)室化等作用，來耐受并吸收富集環(huán)境中的重金屬，這種機(jī)制也存在于許多水生植物中。植物吸收植物吸收蘆葦蘆葦污染物去除功能：去除污染物去除功能：去除BOD、氮、氮生長特點(diǎn)：根系非常發(fā)

31、達(dá)，生長速度快生長特點(diǎn)：根系非常發(fā)達(dá)，生長速度快鳳眼蓮鳳眼蓮生長特點(diǎn)：生長特點(diǎn)：根系發(fā)達(dá)，生長速度快，根系發(fā)達(dá)，生長速度快，分泌克藻物質(zhì)分泌克藻物質(zhì)富集鎘、鉻、鉛、汞、砷、硒、富集鎘、鉻、鉛、汞、砷、硒、銅、鎳等；銅、鎳等；吸收降解酚、氰；吸收降解酚、氰；抑制藻類生長物質(zhì)。抑制藻類生長物質(zhì)。污染物去除功能：污染物去除功能：植物吸收植物吸收浮萍浮萍生長特點(diǎn)：生長速度快，分泌克藻物質(zhì)生長特點(diǎn)：生長速度快，分泌克藻物質(zhì)污染物去除功能：富集鎘、鉻、銅、硒污染物去除功能：富集鎘、鉻、銅、硒;抑制藻類生長抑制藻類生長植物吸收植物吸收Page 48狐尾藻狐尾藻生長特點(diǎn)：生長特點(diǎn)：生長速度快生長速度快污染物去

32、除功能：污染物去除功能：吸收吸收TNT、DNT等結(jié)構(gòu)相近化合等結(jié)構(gòu)相近化合植物吸收植物吸收地表水污染的修復(fù)3.3.4.3.3.4.水環(huán)境生物修復(fù)技術(shù)水環(huán)境生物修復(fù)技術(shù)按污染物的主要按污染物的主要特點(diǎn)特點(diǎn)劃分：劃分：生物操縱法生物操縱法植被群落恢復(fù)植被群落恢復(fù)生物除藻等生物除藻等優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)可在可在原地原地被降解；修復(fù)被降解；修復(fù)時(shí)間較短時(shí)間較短；就地處理就地處理操作簡便操作簡便，對周圍環(huán)境干擾少；，對周圍環(huán)境干擾少；較少的修復(fù)較少的修復(fù)經(jīng)費(fèi)經(jīng)費(fèi)；人類直接暴露在污染物下的機(jī)會(huì)減少；不人類直接暴露在污染物下的機(jī)會(huì)減少；不產(chǎn)生二次污染，遺留問題少等。產(chǎn)生二次污染，遺留問題少等。例例：在湖泊管理中，通過：

33、在湖泊管理中，通過放養(yǎng)兇猛魚類來控制食浮放養(yǎng)兇猛魚類來控制食浮游動(dòng)物魚類，減少食藻動(dòng)游動(dòng)物魚類，減少食藻動(dòng)物的牧食壓力，增大浮游物的牧食壓力，增大浮游植物的牧食壓力，從而控植物的牧食壓力，從而控制藻類的異常繁殖，改善制藻類的異常繁殖，改善富營養(yǎng)化狀況。富營養(yǎng)化狀況。放養(yǎng)放養(yǎng)生物量減少生物量減少浮游動(dòng)物浮游動(dòng)物生物量減少生物量減少兇猛魚類兇猛魚類浮游植物浮游植物食浮游生物魚類食浮游生物魚類生物量增加生物量增加蠶蠶食食導(dǎo)導(dǎo)致致導(dǎo)導(dǎo)致致控制水體富營養(yǎng)化控制水體富營養(yǎng)化達(dá)達(dá)到到1. 1. 生物操縱生物操縱利用生物操縱調(diào)整利用生物操縱調(diào)整營養(yǎng)結(jié)構(gòu)營養(yǎng)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)水質(zhì)恢復(fù)。，促進(jìn)水質(zhì)恢復(fù)。在在1975 19

34、75 年，年，Shapiro Shapiro 等提出了生物操縱理論等提出了生物操縱理論生物操縱概念生物操縱概念F指應(yīng)用湖泊生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)營養(yǎng)級之間的關(guān)系，通過對生物群落及其生境的一系列凋整，從而減少藻類生物量，改善水質(zhì)。F主要原理是調(diào)整種群結(jié)構(gòu)， 保護(hù)和發(fā)展大型牧食性浮游動(dòng)物，從而限制藻類的過量生長。F調(diào)整方法是在湖泊中投放、發(fā)展某些魚種，而抑制或消除另外一些魚種，使整個(gè)食物網(wǎng)適合于浮游動(dòng)物或魚類自身對藻類的牧食和消耗p 庇護(hù)機(jī)制庇護(hù)機(jī)制F 是指浮游動(dòng)物賴以逃避魚類捕食的行為機(jī)制或環(huán)境條件F 可能的庇護(hù)機(jī)制包括：v低光照庇護(hù). 水質(zhì)混濁或藻類密集使光線減弱，可能降低魚類的視覺，從而減少捕食率；v低

35、溫庇護(hù). 前者對溫度適應(yīng)范圍較寬，能通過變溫層，而魚類則較窄；v厭氧庇護(hù). 前者耐低氧能力較一般魚類強(qiáng)；v 對肉食性魚類的回避行為；v大型水生植物庇護(hù). 水生植物的屏蔽作用，提供了良好的庇護(hù)場所。這是在實(shí)踐中首先被考慮利用的庇護(hù)機(jī)制。 在生物操縱理論基礎(chǔ)上，研究者提出了在生物操縱理論基礎(chǔ)上，研究者提出了經(jīng)典生物操縱經(jīng)典生物操縱法法和和非經(jīng)典生物操縱法非經(jīng)典生物操縱法。1）經(jīng)典生物操縱法）經(jīng)典生物操縱法 指通過化學(xué)方法毒殺、捕撈或放養(yǎng)肉食性魚的方法，調(diào)節(jié)浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)和種群數(shù)量，促進(jìn)食藻浮游動(dòng)物的增長，特別是枝角類種群的發(fā)展，通過它們對藻類的攝食降低藻類生物量。 經(jīng)典生物操縱法適合富營養(yǎng)化程度

36、較輕、以小型藻類為主的水域。 2 2）非經(jīng)典生物操縱法）非經(jīng)典生物操縱法 依靠提高大型濾食性魚類的密度來控制藻類，如直接放養(yǎng)濾食性魚類白鰱、鳙等直接攝食藻類。 在藻類水華暴發(fā)的富營養(yǎng)湖泊中，必須放養(yǎng)密度合理的濾食性魚，才能收到較好的控制效果。 v人為去除魚類人為去除魚類v先將湖泊小的魚類全部捕出或用藥劑毒殺后， 重新投放以肉食性魚類為主的魚類群落，控制浮游生物食性魚類， 保護(hù)浮游動(dòng)物v我國淺水湖泊中應(yīng)用密網(wǎng)、密箔的捕撈方法v魚藤酮毒性很大，在沿岸投放濃度達(dá)0.25m/L的魚藤酮可殺死小魚，也能毒殺溞類，產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)投放肉食性魚類投放肉食性魚類v控制浮游生物食性魚類，進(jìn)而促進(jìn)大型浮游動(dòng)物發(fā)展，是生

37、物操縱的主要途徑之一。v許多實(shí)驗(yàn)表明這種方法對改善水質(zhì)有明顯效果。v但在實(shí)踐中, 該方法常使肉食性魚類不能長久維持其密度地表水污染的修復(fù) 例如：例如： 劉建康等在武漢東湖做了劉建康等在武漢東湖做了3 次原地圍隔實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)次原地圍隔實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)放養(yǎng)放養(yǎng)4650 gm-3 以浮游生物為食的鰱和鳙，能有效地遏以浮游生物為食的鰱和鳙，能有效地遏制微囊藻水華的爆發(fā)。制微囊藻水華的爆發(fā)。 郎宇鵬等通過野外模擬試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)，投放密度為郎宇鵬等通過野外模擬試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)，投放密度為50 gm-3 的鰱魚，對藍(lán)藻有明顯的抑制效果。的鰱魚，對藍(lán)藻有明顯的抑制效果。劉建康，謝平劉建康，謝平.用鮑縮直接控制微囊藻水華的圍隔試

38、驗(yàn)和湖泊實(shí)踐用鮑縮直接控制微囊藻水華的圍隔試驗(yàn)和湖泊實(shí)踐J.生態(tài)生態(tài)科學(xué)，科學(xué)，2003,22（3）:193-196.郎宇鵬郎宇鵬,朱琳朱琳,劉春光等劉春光等.鰱魚對淡水浮游植物的抑制作用研究鰱魚對淡水浮游植物的抑制作用研究J.農(nóng)業(yè)環(huán)境科農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，學(xué)學(xué)報(bào)，2006,25(增刊增刊):683- 686.地表水污染的修復(fù)2. 2. 植被群落恢復(fù)植被群落恢復(fù) 通過水環(huán)境的通過水環(huán)境的生境調(diào)控生境調(diào)控和植被的和植被的人工重建人工重建促促進(jìn)進(jìn)水生植被水生植被的自然恢復(fù)，逐步恢復(fù)受損水體的的自然恢復(fù)，逐步恢復(fù)受損水體的生生態(tài)系統(tǒng)態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，包括生產(chǎn)者（主要是水生植物）、的結(jié)構(gòu)，包括生產(chǎn)者（主要是

39、水生植物）、消費(fèi)者（魚類）、分解者（細(xì)菌）等，在生產(chǎn)者、消費(fèi)者（魚類）、分解者（細(xì)菌）等，在生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者之間建立有效的食物鏈，促進(jìn)系消費(fèi)者、分解者之間建立有效的食物鏈，促進(jìn)系統(tǒng)的物質(zhì)恢復(fù)，恢復(fù)水體的功能，達(dá)到水體生態(tài)統(tǒng)的物質(zhì)恢復(fù)，恢復(fù)水體的功能，達(dá)到水體生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的目的。系統(tǒng)恢復(fù)的目的。 v水生植被修復(fù)包括水生植被修復(fù)包括 人工強(qiáng)化自然修復(fù)人工強(qiáng)化自然修復(fù) 人工重建水生植被人工重建水生植被v前者是通過對湖泊環(huán)境的調(diào)控來促進(jìn)湖泊水生植被的前者是通過對湖泊環(huán)境的調(diào)控來促進(jìn)湖泊水生植被的自然恢復(fù)自然恢復(fù)。v后者則是對已經(jīng)失去自動(dòng)恢復(fù)能力的湖泊，通過生態(tài)后者則是對已經(jīng)失去自動(dòng)恢復(fù)能力的湖泊

40、，通過生態(tài)工程途徑工程途徑重建重建水生植被。水生植被。v重建水生植被要依據(jù)系統(tǒng)重建水生植被要依據(jù)系統(tǒng)生念學(xué)和群落生態(tài)學(xué)生念學(xué)和群落生態(tài)學(xué)理論，理論，重新設(shè)計(jì)和建設(shè)全新的能夠穩(wěn)定生存的水生植被和以重新設(shè)計(jì)和建設(shè)全新的能夠穩(wěn)定生存的水生植被和以水生植被為核心的湖泊良性生態(tài)。水生植被為核心的湖泊良性生態(tài)。水生植被修復(fù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)水生植被修復(fù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)v 水生植被修復(fù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)水生植被修復(fù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)p設(shè)計(jì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)基礎(chǔ): :v由湖盆形態(tài)、底質(zhì)條件和水文條件決定水生植被由湖盆形態(tài)、底質(zhì)條件和水文條件決定水生植被面積、類型和分布格局面積、類型和分布格局v強(qiáng)烈的風(fēng)浪擾功能決定水生植被的分布格局和面強(qiáng)烈的風(fēng)浪擾功

41、能決定水生植被的分布格局和面積積v 水質(zhì)和湖水透明度是決定水生植物分布深度和面水質(zhì)和湖水透明度是決定水生植物分布深度和面積的重要因素積的重要因素沉水植物的最大分布水深約是湖水透明度的沉水植物的最大分布水深約是湖水透明度的2525倍倍v 人類需求是決定水生植被類型、面積和分布格人類需求是決定水生植被類型、面積和分布格局的主導(dǎo)因素局的主導(dǎo)因素 v (1)(1)調(diào)蓄型調(diào)蓄型湖泊：以蓄洪、泄湖泊：以蓄洪、泄 洪、灌溉為主洪、灌溉為主要功能，吞吐量大，要求水流通暢。修復(fù)重點(diǎn)：要功能，吞吐量大，要求水流通暢。修復(fù)重點(diǎn)：忌諱淤積，不易大規(guī)模發(fā)展水生植被。忌諱淤積，不易大規(guī)模發(fā)展水生植被。v (2)(2)水源

42、型水源型湖泊：湖泊： 以城鎮(zhèn)供水為主要功能，以城鎮(zhèn)供水為主要功能，保護(hù)水質(zhì)是恢復(fù)水生植被的主要目標(biāo)。修復(fù)重保護(hù)水質(zhì)是恢復(fù)水生植被的主要目標(biāo)。修復(fù)重點(diǎn)：應(yīng)該盡可能地?cái)U(kuò)大水生植被的面積，并以點(diǎn)：應(yīng)該盡可能地?cái)U(kuò)大水生植被的面積，并以沉水植被為主。沉水植被為主。v(3)(3)運(yùn)動(dòng)娛樂運(yùn)動(dòng)娛樂型湖泊：以水上運(yùn)動(dòng)、娛樂為主型湖泊：以水上運(yùn)動(dòng)、娛樂為主要功能，水生植被主要起美化環(huán)境的點(diǎn)綴作用。要功能，水生植被主要起美化環(huán)境的點(diǎn)綴作用。修復(fù)重點(diǎn)：水生植被恢復(fù)主要在沿岸帶，應(yīng)以修復(fù)重點(diǎn)：水生植被恢復(fù)主要在沿岸帶，應(yīng)以觀賞性濕生植物和挺水植物為主，輔以少量浮觀賞性濕生植物和挺水植物為主，輔以少量浮葉植物。葉植物。

43、v (4)(4)觀光游覽觀光游覽型湖泊：以觀光游覽為主要功型湖泊：以觀光游覽為主要功 能，要求湖水清澈，自然景色優(yōu)美。修復(fù)重點(diǎn)：能，要求湖水清澈，自然景色優(yōu)美。修復(fù)重點(diǎn)：水生植被選擇既應(yīng)滿足水質(zhì)保持的需求，也應(yīng)水生植被選擇既應(yīng)滿足水質(zhì)保持的需求，也應(yīng)考慮植物的景觀效果?？紤]植物的景觀效果。v 營養(yǎng)平衡和生態(tài)平衡原則營養(yǎng)平衡和生態(tài)平衡原則 v營養(yǎng)平衡原則營養(yǎng)平衡原則 VRP= 植被面積植被面積初級生產(chǎn)力初級生產(chǎn)力磷含量磷含量(收獲率收獲率+水產(chǎn)品增產(chǎn)效率水產(chǎn)品增產(chǎn)效率+沉積效應(yīng)沉積效應(yīng))VRP: 水生植被在湖泊磷平衡中的綜合效應(yīng)不同湖泊初級生產(chǎn)力會(huì)有所差異,水產(chǎn)品增產(chǎn)效率和沉積效應(yīng)變化更大p優(yōu)化

44、設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì): :v先鋒物種的選擇先鋒物種的選擇v物種選擇原則物種選擇原則: : 適應(yīng)性、本土性、強(qiáng)凈化可適應(yīng)性、本土性、強(qiáng)凈化可操作操作v確定植物種類確定植物種類v 群落配置群落配置v 通過人為設(shè)計(jì)，將欲恢復(fù)重建的水生植物群落，通過人為設(shè)計(jì)，將欲恢復(fù)重建的水生植物群落， 根據(jù)環(huán)境條件和群落特性按一定的比例在空間分根據(jù)環(huán)境條件和群落特性按一定的比例在空間分布、時(shí)間分布方面進(jìn)行安排。布、時(shí)間分布方面進(jìn)行安排。v 一般來說，配置應(yīng)以湖泊歷史上存在過的某營養(yǎng)一般來說，配置應(yīng)以湖泊歷史上存在過的某營養(yǎng)水平階段下的植物群落的結(jié)構(gòu)為模板，適當(dāng)引入水平階段下的植物群落的結(jié)構(gòu)為模板，適當(dāng)引入外來物種。外來物種

45、。水平空間配置水平空間配置 生態(tài)型生態(tài)型植物群落植物群落 經(jīng)濟(jì)型經(jīng)濟(jì)型植物群落植物群落v生態(tài)型生態(tài)型群落，以水體污染治理、促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)為群落，以水體污染治理、促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)為目標(biāo)。建群物種選擇：建群物種一般為耐污、生長快、目標(biāo)。建群物種選擇：建群物種一般為耐污、生長快、 繁殖能力強(qiáng)、環(huán)境效益好的物種。繁殖能力強(qiáng)、環(huán)境效益好的物種。v經(jīng)濟(jì)型經(jīng)濟(jì)型群落，以推動(dòng)流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，順應(yīng)地方需求為群落，以推動(dòng)流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，順應(yīng)地方需求為目的。建群物種選擇：建群物種一般為經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高、目的。建群物種選擇：建群物種一般為經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高、具一定社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的物種。具一定社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的物種。v配置時(shí)，污染嚴(yán)重時(shí)

46、應(yīng)以生態(tài)恢復(fù)為目標(biāo)，配置時(shí)，污染嚴(yán)重時(shí)應(yīng)以生態(tài)恢復(fù)為目標(biāo)， 污染較輕污染較輕湖區(qū)，應(yīng)同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)效益。湖區(qū)，應(yīng)同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)效益。 垂直空間配置垂直空間配置 v考慮不同生活型植物群落與不同沉水植物群落對水深的要求v群落配置時(shí)從湖岸邊至湖心，隨水深的加深，分別選用不同生活型或同一 生活型不同生長型的水生植物，分別占據(jù)不同的生態(tài)空間 v水生植被修復(fù)的技術(shù)途徑水生植被修復(fù)的技術(shù)途徑p基本條件創(chuàng)建基本條件創(chuàng)建v藍(lán)綠藻藍(lán)綠藻v風(fēng)浪風(fēng)浪v淺灘創(chuàng)建淺灘創(chuàng)建v清除淤泥清除淤泥v水深，控制在水深，控制在1m1m以內(nèi)以內(nèi)v水質(zhì)水質(zhì)，透明度透明度p恢復(fù)水生植被的途徑恢復(fù)水生植被的途徑a) a) 挺水植物挺水植物v可直

47、接種植,深水區(qū)必須有1/3露出水面，茭草最大水深可達(dá)1米，但需要有兩個(gè)以上葉片浮出v常見有：蘆、蒲草、荸薺、蓮、水芹、茭白荀、荷花、香蒲蘆葦b) b) 浮葉植物浮葉植物v生于淺水中，葉浮于水面，根長在水底土中的植物；浮葉植物僅在葉外表面有氣孔，葉的蒸騰非常大，根一般因?yàn)槿狈ρ鯕?。v可采取營養(yǎng)體移栽、種子播撒或繁殖芽、扦插根狀莖等方式v常見有：菱、睡蓮、眼子菜王蓮c) c) 沉水植物沉水植物v 植物體全部位于水層下面營固著生活的大形水生植物。它們的根有時(shí)不發(fā)達(dá)或退化，植物體的各部分都可吸收水分和養(yǎng)料，通氣組織特別發(fā)達(dá)，有利于在水中缺乏空氣的情況下進(jìn)行氣體交換。這類植物的葉子大多為帶狀或絲狀，如苦

48、草、金魚藻、狐尾藻、黑藻等v 對水深和光照條件的要求高，是水生植被恢復(fù)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。v 在沉水植被幾乎絕跡、光效應(yīng)差的次生裸地上，應(yīng)選擇光補(bǔ)償點(diǎn)低、耐污的種類建立先鋒群落。v 在光效應(yīng)較好，可選擇具中等耐污和較高光補(bǔ)償點(diǎn)的種類為先鋒種。v 沉水植物恢復(fù)時(shí)，應(yīng)從水淺的岸邊開始，并在低水位季節(jié)進(jìn)行。 沉水植物歸納：大型水生植物的四種生活型歸納：大型水生植物的四種生活型生活型生活型生長特點(diǎn)生長特點(diǎn)代表種類代表種類挺水植物挺水植物根莖生于底泥中根莖生于底泥中,植物體上部挺植物體上部挺出水面出水面蘆葦、香蒲蘆葦、香蒲漂浮植物漂浮植物植物體完全漂浮于水面植物體完全漂浮于水面,具有特具有特化的適應(yīng)漂浮生活的

49、組織結(jié)構(gòu)化的適應(yīng)漂浮生活的組織結(jié)構(gòu)鳳眼蓮、浮萍鳳眼蓮、浮萍浮葉植物浮葉植物根莖生于底泥根莖生于底泥,葉漂浮于水面葉漂浮于水面睡蓮、荇菜睡蓮、荇菜沉水植物沉水植物植物體完全沉于水氣界面以下植物體完全沉于水氣界面以下,根扎于底泥或漂浮于水中根扎于底泥或漂浮于水中狐尾藻、金魚藻狐尾藻、金魚藻大型水生植物的生態(tài)功能大型水生植物的生態(tài)功能凈化所需的能源由光合作用提供凈化所需的能源由光合作用提供 具有美學(xué)價(jià)值，能改善景觀生態(tài)環(huán)境具有美學(xué)價(jià)值，能改善景觀生態(tài)環(huán)境植物可被收割和利用，創(chuàng)造新的價(jià)值植物可被收割和利用，創(chuàng)造新的價(jià)值 能固定土壤或底泥中的水分，防止污染源進(jìn)一步擴(kuò)散能固定土壤或底泥中的水分，防止污染源

50、進(jìn)一步擴(kuò)散 為降解微生物提供了良好的棲息場所為降解微生物提供了良好的棲息場所污染物的去除機(jī)制污染物的去除機(jī)制植物吸收植物吸收微生物降解微生物降解物理化學(xué)作用物理化學(xué)作用富集富集吸附吸附沉降沉降微生物降解微生物降解微生物是凈化污水的主要微生物是凈化污水的主要“執(zhí)行者執(zhí)行者”，它們把有機(jī)質(zhì)作，它們把有機(jī)質(zhì)作為豐富的能源，將其轉(zhuǎn)化為營養(yǎng)物質(zhì)和能量。為豐富的能源，將其轉(zhuǎn)化為營養(yǎng)物質(zhì)和能量。水生植物的根系常形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)狀的結(jié)構(gòu)，并在植物根系附近形成水生植物的根系常形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)狀的結(jié)構(gòu)，并在植物根系附近形成好氧、缺氧和厭氧的不同環(huán)境，為各種不同微生物的吸附和代謝提好氧、缺氧和厭氧的不同環(huán)境，為各種不同微生

51、物的吸附和代謝提供了良好的生存環(huán)境，也為人工濕地污水處理系統(tǒng)提供了足夠的分供了良好的生存環(huán)境，也為人工濕地污水處理系統(tǒng)提供了足夠的分解者。解者。植物的根系還可分泌一些有機(jī)物從而促進(jìn)微生物的代謝植物的根系還可分泌一些有機(jī)物從而促進(jìn)微生物的代謝,這樣就為好氧微生物群落提供了一個(gè)適宜的生長環(huán)境這樣就為好氧微生物群落提供了一個(gè)適宜的生長環(huán)境,而而根區(qū)以外則適于厭氧微生物群落的生存。根區(qū)以外則適于厭氧微生物群落的生存。物理化學(xué)作用物理化學(xué)作用水生植物修復(fù)技術(shù)水生植物修復(fù)技術(shù)通過實(shí)驗(yàn)，國內(nèi)外的研通過實(shí)驗(yàn)，國內(nèi)外的研究人員已相繼篩選出了究人員已相繼篩選出了一大批能夠高效地去除一大批能夠高效地去除水中各種污染

52、物的植物，水中各種污染物的植物，結(jié)合各種生態(tài)環(huán)境，構(gòu)結(jié)合各種生態(tài)環(huán)境，構(gòu)成不同的生態(tài)處理系統(tǒng)。成不同的生態(tài)處理系統(tǒng)。其中，有些成熟的技術(shù)其中，有些成熟的技術(shù)已成功地應(yīng)用在許多湖已成功地應(yīng)用在許多湖泊、河流的生態(tài)修復(fù)、泊、河流的生態(tài)修復(fù)、生態(tài)整治工程中。生態(tài)整治工程中。國內(nèi)外應(yīng)用較多的國內(nèi)外應(yīng)用較多的水生植物修復(fù)技術(shù)水生植物修復(fù)技術(shù)生態(tài)浮床技術(shù)生態(tài)浮床技術(shù)氧化塘技術(shù)氧化塘技術(shù)人工濕地處理技術(shù)人工濕地處理技術(shù)定義：定義：按照自然規(guī)律，運(yùn)用無土栽培技術(shù)，以高分子材料為載體和基質(zhì)，用現(xiàn)代農(nóng)藝和生態(tài)工程措施綜合集成的水面無土種植植物技術(shù)。采用該技術(shù)可將原來只能在陸地種植的草本陸生植物種植到自然水域水面,

53、并能取得與陸地種植相仿甚至更高的收獲量與景觀效果。原理：原理：利用植物根系吸收水體中污染物質(zhì)，同時(shí)植物根系附著的微生物降解水體中污染物，從而有效進(jìn)行水體修復(fù)的技術(shù)。生態(tài)浮床技術(shù)生態(tài)浮床技術(shù)地表水污染的修復(fù)生態(tài)浮床又稱人工浮島、人工浮床、生態(tài)浮島。生態(tài)浮床又稱人工浮島、人工浮床、生態(tài)浮島。 利用表面積很大的植物利用表面積很大的植物根系根系在水中形成濃密的在水中形成濃密的網(wǎng)，網(wǎng)，吸附吸附水體中大量的水體中大量的懸浮物懸浮物，并通過，并通過光合光合作用使作用使其轉(zhuǎn)化為植物的細(xì)胞成分，促進(jìn)植物生長，最后通其轉(zhuǎn)化為植物的細(xì)胞成分，促進(jìn)植物生長，最后通過過收割收割浮島植物和捕撈魚蝦減少水中的浮島植物和捕撈

54、魚蝦減少水中的營養(yǎng)鹽營養(yǎng)鹽；另；另外通過外通過遮擋陽光遮擋陽光抑制藻類的光合作用，減少浮游植抑制藻類的光合作用，減少浮游植物的生長量，有效防止物的生長量，有效防止水華水華的產(chǎn)生，提高水體的透的產(chǎn)生，提高水體的透明度。明度。地表水污染的修復(fù)典型實(shí)例：典型實(shí)例： 2004年年8月至月至2005年年1月格凌國際水研公司月格凌國際水研公司在昆明滇池進(jìn)行了植物浮床凈化試驗(yàn)，短短在昆明滇池進(jìn)行了植物浮床凈化試驗(yàn)，短短6 個(gè)個(gè)月時(shí)間，大大削減了水中月時(shí)間，大大削減了水中N、P和和COD、BOD 濃濃度，有效改善了水質(zhì)。度，有效改善了水質(zhì)。地表水污染的修復(fù)北京北海人工浮島實(shí)景北京北海人工浮島實(shí)景地表水污染的修

55、復(fù)日本的人工浮島日本的人工浮島87生態(tài)浮床技術(shù)生態(tài)浮床技術(shù) 典型的濕式有框浮床組成包括典型的濕式有框浮床組成包括4 4個(gè)部分：浮床框體、浮床個(gè)部分：浮床框體、浮床床體、浮床基質(zhì)、浮床植物。床體、浮床基質(zhì)、浮床植物。1、浮床框體、浮床框體2、浮床床體、浮床床體3、浮床基質(zhì)、浮床基質(zhì)4、浮床植物、浮床植物地表水污染的修復(fù)浮床單元及植物栽種示意浮床單元及植物栽種示意吳建強(qiáng)，王敏，吳健等吳建強(qiáng)，王敏，吳健等. 4 種浮床植物吸收水體氮磷能力試驗(yàn)研究種浮床植物吸收水體氮磷能力試驗(yàn)研究J.環(huán)境科學(xué)，環(huán)境科學(xué)，2011,32（4）：）：995-999. 生態(tài)浮床技術(shù)的特點(diǎn)生態(tài)浮床技術(shù)的特點(diǎn)不僅產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，

56、而且美化景觀不僅產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，而且美化景觀4擴(kuò)大了水面植物可種植范圍擴(kuò)大了水面植物可種植范圍1采用廢棄塑料泡沫板作為浮體的載體采用廢棄塑料泡沫板作為浮體的載體2實(shí)現(xiàn)污水資源化利用實(shí)現(xiàn)污水資源化利用3生態(tài)浮床技術(shù)生態(tài)浮床技術(shù)可移動(dòng)式運(yùn)行、無維護(hù)、使用壽命長、以低可移動(dòng)式運(yùn)行、無維護(hù)、使用壽命長、以低廉高效的太陽能為能源。廉高效的太陽能為能源。地表水污染的修復(fù) 包括包括植物植物修復(fù)和修復(fù)和植物植物- 微生物微生物修復(fù)兩方面。修復(fù)兩方面。 該技術(shù)以其治理富營養(yǎng)化水體的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，既美該技術(shù)以其治理富營養(yǎng)化水體的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，既美化保護(hù)生態(tài)環(huán)境，又帶來了一定的社會(huì)效益，且化保護(hù)生態(tài)環(huán)境，又帶來了一定的社會(huì)效

57、益，且成本低，是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)。成本低，是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)。 具有具有風(fēng)動(dòng)曝氣風(fēng)動(dòng)曝氣、接觸氧化接觸氧化、抑藻抑藻和和提高水底光照提高水底光照強(qiáng)度強(qiáng)度等功能。等功能。 從浮床選材和結(jié)構(gòu)組合方面考慮從浮床選材和結(jié)構(gòu)組合方面考慮, ,能抵能抵抗一定的風(fēng)浪、水流的沖擊而不至于抗一定的風(fēng)浪、水流的沖擊而不至于被沖壞。被沖壞。正確選擇浮床材質(zhì)，保證浮床能歷經(jīng)正確選擇浮床材質(zhì)，保證浮床能歷經(jīng)多年而不會(huì)腐爛，能重復(fù)使用。多年而不會(huì)腐爛，能重復(fù)使用。設(shè)計(jì)過程中要考慮施工、運(yùn)行、維護(hù)設(shè)計(jì)過程中要考慮施工、運(yùn)行、維護(hù)的便利性。的便利性。浮床技術(shù)設(shè)計(jì)原則浮床技術(shù)設(shè)計(jì)原則: :生態(tài)浮床技術(shù)生態(tài)浮床技術(shù)生

58、態(tài)浮床技術(shù)展望生態(tài)浮床技術(shù)展望1、生態(tài)浮床和削減波浪設(shè)備的組合：在風(fēng)浪較大、生態(tài)浮床和削減波浪設(shè)備的組合：在風(fēng)浪較大的區(qū)域，如廣闊的湖面，可以結(jié)合削減波浪的技術(shù)的區(qū)域，如廣闊的湖面，可以結(jié)合削減波浪的技術(shù)如消浪柵、消浪排等，營造局部平靜的環(huán)境，緩解如消浪柵、消浪排等，營造局部平靜的環(huán)境，緩解水流、風(fēng)浪對浮床的沖擊，保證浮床的穩(wěn)定性。水流、風(fēng)浪對浮床的沖擊，保證浮床的穩(wěn)定性。2、生態(tài)浮床和填料、曝氣等技術(shù)的組合：微生物、生態(tài)浮床和填料、曝氣等技術(shù)的組合：微生物逐漸在填料上形成數(shù)量可觀的生物膜，可以明顯提逐漸在填料上形成數(shù)量可觀的生物膜，可以明顯提高水體污染的去除率。浮床增加曝氣過程，能提高高水體

59、污染的去除率。浮床增加曝氣過程，能提高水體溶解氧的含量，降解水體中耗氧物質(zhì)。水體溶解氧的含量，降解水體中耗氧物質(zhì)。氧化塘技術(shù)氧化塘技術(shù) 氧化塘是利用塘庫等水生生態(tài)系統(tǒng)對水體的凈化作用，進(jìn)行污氧化塘是利用塘庫等水生生態(tài)系統(tǒng)對水體的凈化作用，進(jìn)行污水原位處理的工程措施。通過在池塘內(nèi)種植對重金屬、有機(jī)物有富集水原位處理的工程措施。通過在池塘內(nèi)種植對重金屬、有機(jī)物有富集和吸收作用的植物，如水葫蘆、水芹菜、香蒲等，然后定期收割，達(dá)和吸收作用的植物，如水葫蘆、水芹菜、香蒲等，然后定期收割，達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。到凈化水質(zhì)的目的。人工濕地技術(shù)人工濕地技術(shù)具有獨(dú)特而復(fù)雜的凈化機(jī)理具有獨(dú)特而復(fù)雜的凈化機(jī)理, ,它

60、能夠利用基質(zhì)它能夠利用基質(zhì)- -微生物微生物- -植物植物這個(gè)復(fù)合的生態(tài)系統(tǒng)這個(gè)復(fù)合的生態(tài)系統(tǒng), ,綜合物理、化學(xué)和生物的三重協(xié)調(diào)作綜合物理、化學(xué)和生物的三重協(xié)調(diào)作用用, ,通過過濾、吸附、共沉淀、離子交換、植物吸收和微生通過過濾、吸附、共沉淀、離子交換、植物吸收和微生物分解來實(shí)現(xiàn)對廢水中有害物質(zhì)的去除物分解來實(shí)現(xiàn)對廢水中有害物質(zhì)的去除, ,同時(shí)通過營養(yǎng)物質(zhì)同時(shí)通過營養(yǎng)物質(zhì)和水分的循環(huán)和水分的循環(huán), ,實(shí)現(xiàn)廢水的資源化和無害化。實(shí)現(xiàn)廢水的資源化和無害化。浮生植物系統(tǒng)浮生植物系統(tǒng)挺水植物系統(tǒng)挺水植物系統(tǒng)沉水植物系統(tǒng)沉水植物系統(tǒng)濕地是介于陸地和水生環(huán)境之間的過渡帶。濕地是介于陸地和水生環(huán)境之間的過