水生態(tài)治理講座課件

徐州市水利學會二O一四年五月

徐州市水生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀及治理措施主要內(nèi)容1.概述2.徐州市水生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀3．生態(tài)治理措施一、概述1、我國生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀（1）土地沙漠化發(fā)展迅速。中國的沙漠及沙漠化土地面積約為160.7萬km2，占國土面積的16.7%。有關(guān)專家研究表明，50年代初至70年代中期，我國沙漠化土地面積年均擴大1560km2，年均增長率為1.01%，70年代中期到80年代中期，年均擴大面積2100km2，年均增長率為1.47%，而目前我國沙漠化土地面積正以每年2460km2的速度擴展，而且還有加速擴大的趨勢。（2）水土流失嚴重。我國已成為世界上水土流失最嚴重的國家，截止2004年，已有4200萬公頃的耕地出現(xiàn)不同程度的水土流失，約占中國耕地總面積的43%；每年約有五十億噸泥沙流入江河湖海其中62%左右來自耕地表層。一、概述（3）大氣污染嚴重。我國大氣污染屬于煤煙型污染，北方重于南方；中小城市污染甚于大城市；產(chǎn)煤區(qū)重于非產(chǎn)煤區(qū)；冬季重于夏季；早晚重于中午。目前我國能源消耗以煤為主，約占能源消費總量的四分之三。煤燃燒產(chǎn)生大量的粉塵、二氧化碳等污染物，是我國大氣污染日益嚴重的主要原因。近年來，酸雨及霧霾天氣不斷增多，不僅影響大陸，而且也影響港澳和鄰近國家。（4）森林資源銳減,生物物種加速滅絕。中國許多主要林區(qū),森林面積大幅度減少。植物種有15%-20%處于瀕危狀態(tài),有4000-5000種高等植物處于瀕危邊緣。屬于我國特有的珍貴、瀕危野生動物達300多種。（5）地下水位下降，湖泊面積縮小，水質(zhì)污染加重。華北地區(qū)地下水位每年下降12cm；湖泊自1949年以來已減少500多個,面積減少186萬km2,占現(xiàn)有面積的26.3%,蓄水量減少513億m3；42%的城市飲用水源地受到嚴重污染,80%的河流受到不同程度的污染。（6）環(huán)境污染向農(nóng)村蔓延。土質(zhì)退化嚴重；重金屬污染面積至少2000萬公頃，農(nóng)藥污染面積約l300萬～1600萬公頃；我國因固體廢棄物堆放而被占用和毀損的農(nóng)田面積已達200萬畝以上，農(nóng)田退化面積占農(nóng)田總面積的20％。所有的數(shù)據(jù)說明，我們目前生活的環(huán)境在日益惡化。一、概述當前，水多（洪災）、水少（旱災）、水臟（水污染）和水渾（水土流失）已成為我國面臨的重大水資源問題，以水資源緊缺、水污染嚴重為特征的水危機已經(jīng)成為我國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。水體污染一般是指由于人類活動或自然過程導致污染物進入天然水體，使水質(zhì)感官性狀、物理化學性質(zhì)、化學組成、生物組成和底質(zhì)狀況上發(fā)生惡化，使天然水體失去正常功能，造成對水生生物及人類生活、生產(chǎn)的不良影響。近些年來，在經(jīng)濟快速增長的同時，我國水體污染形勢嚴峻。2006年的監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，27個國控重點湖（庫）中，Ⅴ類水質(zhì)的湖(庫)5個，占19%；劣Ⅴ類水質(zhì)湖（庫）13個，占48%，大的淡水湖泊和城市湖泊均為中度污染。水體污染往往會引起一系列的水環(huán)境問題。一、概述水環(huán)境治理如導致水中魚蝦等需氧生物窒息死亡；使水生植物因光合作用受阻礙死亡，會導致水體生物多樣性急劇減少；此外水體污染還會誘發(fā)疾病產(chǎn)生，影響人類健康。十大水污染事件：江蘇鎮(zhèn)江水污染事件；三友化工污染門事件；廣西鎘污染事件；江西銅業(yè)排污禍及下游；云南曲靖5000噸鉻渣污染水庫；江西瑞昌飲用水銅、氯超標中毒事件；渤海蓬萊油田溢油事故（國家海洋局對康菲公司和中海油將支付總計16.83億元的賠償款，此數(shù)額創(chuàng)下了我國生態(tài)索賠的最高紀錄）；福建紫金礦業(yè)有毒廢水泄漏事件；大連新港原油泄漏事件；山西長治苯胺泄漏導致河水污染事件。PX項目…….一、概述水污染后果徐州市多年平均水資源總量約為35.63億m3,人均擁有水資源量為394m3,低于江蘇省470m3/人的平均水平,僅為全國平均水平(2190m3/人)的17.99%；平均每年翻引江淮水約8.07億m3。工業(yè)廢水、生活污水和農(nóng)業(yè)化肥通過地表徑流進入水體，使地表水和地下水均受到不同程度的污染，我市的重要水體如云龍湖、廢黃河徐州段和運河徐州段，以及大量采煤塌陷水體均呈現(xiàn)出不同程度的污染狀態(tài)。今年我們立項做了一個課題，《徐州市水生態(tài)文明建設(shè)水環(huán)境治理技術(shù)研究與推廣》，選擇地點①云龍湖②九里湖③奎河。二、徐州市水生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀述徐州現(xiàn)狀一、概述水生態(tài)文明試點城市2013年8月，水利部確定45個城市為全國水生態(tài)文明城市建設(shè)試點，江蘇省共有4個城市入選，徐州市位列其中。2013年江蘇省制定全國首個省級生態(tài)文明建設(shè)規(guī)劃，并通過環(huán)保部組織的評審，水生態(tài)文明是其中的重要內(nèi)容。徐州市乃至全國水生態(tài)治理項目及經(jīng)費逐年增加，在很多的水利工程項目中都包含有水生態(tài)治理工程，是水生態(tài)治理工作者百年一遇的大好時機，希望有志于水生態(tài)工作的人們能夠認識并抓住這一機遇。云龍湖：

云龍湖水面面積6.76km2，陸地面積6.3km2，總水量3300萬m3。以湖中路為界，東湖周長約8.1km，西湖長約7km，全湖周長約12km；小南湖（總面積1.661km2，其中水域面積0.962km2）。云龍水系屬于沂，沭，泗水系中的泗運水系下游，湖之東、西、南三側(cè)緊臨云龍山、韓山、珠山，形成了“三面云山一面湖”的自然態(tài)勢。污染類型：云龍湖的水源來自運河，現(xiàn)南水北調(diào)東線通水后，運河沿線的尾水是通過尾水導流工程輸送到大海，以保證輸送到北京的水質(zhì)是Ⅲ類以上的好水。通過我們的采樣分析，云龍湖的水質(zhì)介于Ⅱ類水和Ⅲ類水之間，總體屬Ⅲ類水，主要還是有機物和氨、氮超標。治理：控制水中的有機物和氨、氮指標，防止發(fā)生藍藻水華。水污染治理課題二、徐州市水生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀述奎河：

奎河源于云龍湖，于市區(qū)東南郊過津浦鐵路，流經(jīng)徐村、黃橋，于灌溝河口進入安徽境內(nèi)?？泳鸵呀?jīng)不是實際意義上的河流，而成了徐州市地地道道的一條下水道。經(jīng)過多年的治理，包括截污導流，沿線的工業(yè)廢水已不進入河道，但汛期的生活污水依然排入。治理：

采用生物膜水體凈化系統(tǒng)，形成可吸收分解污染物的生物膜，實現(xiàn)河道水體持續(xù)凈化。水污染治理課題二、徐州市水生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀述九里湖：位于徐州城市北部，徐豐公路兩側(cè)，占地11.1km2，由采煤塌陷地改造而成，并因在九里區(qū)境內(nèi)又與九里山組成“湖光山色”而得名。由于在煤礦區(qū)，重金屬污染嚴重。治理：采用生物治污措施，將重金屬通過植物吸附功能轉(zhuǎn)移到植物體內(nèi)，再對植物進行處理。水污染治理課題二、徐州市水生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀述

上面三個區(qū)域是本項目預計設(shè)置的污染水體治理示范區(qū)，這三個區(qū)域分別代表了靜止水體的藍藻治理區(qū)、重金屬污染治理區(qū)及流動河道的污水治理區(qū)。治理這些區(qū)域，我們需要生態(tài)治理措施，下面我把我們準備實施的生態(tài)措施和大家分享一下。水污染治理課題二、徐州市水生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀述二、水生態(tài)治理措施1、水下森林：

就是在水下形成以沉水植物繁衍的水草群落。它是在傳統(tǒng)沉水植物修復基礎(chǔ)更高層次技術(shù)展示,最大的生態(tài)特征達到目標是水清澈見底的效果,同時必需滿足一年四季常綠型生長特征。由于是定向性沉水植物培育,它很少開花結(jié)果，秋、冬季不落葉漂浮,它是以無性繁衍為主,發(fā)達的根系和茂密的植株使水與泥層之間形成隔離,發(fā)揮著凈水和護底泥土的功能,并能展示良好的沉水植物生態(tài)修復的景觀效應。生物措施(1)

水下森林構(gòu)建選擇的是一種特殊的苦草種群,它的生理生態(tài)特征：多年生的種類,在水下生長最大高度70-80公分,它開花結(jié)果種子不成熟、有性繁衍少,主要是依靠發(fā)達的根系無性繁衍,一年四季均能生長，夏、秋季生長旺盛。適合生長南方,緩流水、淺水河道,目前在華東地區(qū)河道內(nèi)野生自然種群已銷聲匿跡,屬國家保護沉水植物種群。二、水生態(tài)治理措施生物措施二、水生態(tài)治理措施生物措施（2）生態(tài)修復：利用定向培育技術(shù)使該種群在水下形成優(yōu)勢種群,限制其它沉水植物入侵,當該種群在河內(nèi)形成巨大的生物量時,它會產(chǎn)生較高的凈水效果,這是因為它有發(fā)達根系和長年生長葉片所決定,根系密織生長起到固土吸收營養(yǎng)作用,茂密的水草葉片起到軟擋墻作用,無論水浪、底棲魚類均無法擾動底泥,水下森林形成的自然生物隔離層能有效扼制底泥營養(yǎng)物質(zhì)向水體中擴散,同時水草葉片會形成生物膜結(jié)構(gòu)能不斷絮凝降解水體中的懸浮顆粒物質(zhì),無數(shù)葉片小生境功效會產(chǎn)生巨大的生態(tài)效應,使河水呈現(xiàn)清澈見底的景觀效果。二、水生態(tài)治理措施生物措施二、水生態(tài)治理措施生物措施2013年7月夏季定向型沉水植物生長狀況2014年1月冬季,定向型沉水植物生長狀況,不枯死、不落葉,新植株仍緩慢生長二、水生態(tài)治理措施生物措施二、水生態(tài)治理措施生物措施2、淡水水域微囊藻水華生態(tài)治理技術(shù)

結(jié)合了非典型生物操縱技術(shù)與生態(tài)陷阱控藻技術(shù)。其基本理念是“早防早治、以小勝大，集中力量滅藻”，即在藍藻增長初期防藻治藻，根據(jù)水體中的微囊藻特性，在大面積水體中尋找出小范圍的重點治藻區(qū)域，并在該區(qū)域投入大量生態(tài)力量，提高單位水體魚類控藻效率，以較小的代價控制并消滅大面積水體的微囊藻。二、水生態(tài)治理措施生物措施二、水生態(tài)治理措施生物措施（1）生態(tài)陷阱控藻技術(shù)

通過識別風場、流場、微囊藻漂移規(guī)律、濾食魚類活動特性及其他主導因子，在水體中設(shè)計并實施小范圍的生態(tài)陷阱區(qū)。該區(qū)域是微囊藻增長早期的主要聚集區(qū)，還可通過其中的可控人工圍隔系統(tǒng)，引導外源微囊藻漂移進入該區(qū)域。生態(tài)陷阱區(qū)有如一個只進不出的口袋，將微囊藻源不斷納入其中，創(chuàng)造了理想的生態(tài)控藻環(huán)境。二、水生態(tài)治理措施生物措施非典型生物操縱技術(shù)效率改善

在生態(tài)陷阱區(qū)內(nèi)投放濾食性魚類，使魚類和藻類時空分布一致。同時，并提升魚類消化微囊藻的效率，使濾食性魚類在陷阱區(qū)內(nèi)高效濾食、消化、降解微囊藻。

設(shè)計具有可控功能的生態(tài)陷阱區(qū)，并在陷阱區(qū)內(nèi)實施早期控藻技術(shù)，納藻技術(shù)非典型生物操縱技術(shù)和魚類控藻效率改善技術(shù)。二、水生態(tài)治理措施生物措施構(gòu)建由植被緩沖帶、人工濕地、生態(tài)浮島和水下森林組成的立體式水體生態(tài)修復和防護體系。（1）植被緩沖帶：在河岸帶和湖濱岸帶設(shè)置一定寬度的具有濃密植被的緩沖帶，植物種類的選擇標準是選擇具有良好污染控制效果的本土植物。（2）人工濕地：在水體的入口處、彎角水流較緩處和岸邊水深較淺處等構(gòu)建水平潛流的人工濕地，植物種類在徐州地區(qū)選擇蘆葦、香蒲和茭白等常用植物，進一步截留、降解和吸附水體中的氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)及其他污染物二、水生態(tài)治理措施生物措施總結(jié)（3）生態(tài)浮島：選用的植物種類包括蘆葦、香蒲、美人蕉、鳳眼蓮、菖蒲和浮萍等植物，在離岸水體較深的水域設(shè)置生態(tài)浮島凈化水質(zhì)。（4）水下森林：水下森林構(gòu)建選擇的是苦草種群，一年四季均能在水下生長。利用定向培育技術(shù)使該種群在水下形成優(yōu)勢種群，限制其它沉水植物入侵,當該種群在河內(nèi)形成巨大的生物量時，它會產(chǎn)生較高的凈水效果，即利用水下森林對水體進行深度凈化。二、水生態(tài)治理措施生物措施總結(jié)稀土就是化學元素周期表中鑭系元素--鑭（La）、鈰（Ce）、鐠（Pr）、釹（Nd）、钷（Pm）、釤（Sm）、銪（Eu）、釓（Gd）、鋱（Tb）、鏑（Dy）、鈥（Ho）、鉺（Er）、銩（Tm）、鐿（Yb）、镥（Lu）,以及與鑭系的15個元素密切相關(guān)的兩個元素--鈧（Sc）和釔（Y）共17種元素，稱為稀土元素。大多數(shù)稀土元素呈現(xiàn)順磁性，在低溫時比磁鐵的磁性還強，具有強大的吸附功能，加上硅酸鋁也具有吸附懸浮顆粒的功能，科研人員研制出了稀土復合硅酸鋁產(chǎn)品，用于治理水體污染。二、水生態(tài)治理措施稀土元素以鑭、鈰為核心材料，與硅酸鋁復合制成水體污染治理及生態(tài)修復新產(chǎn)品，由于稀土元素的催化性、磁性、特殊的配位等性質(zhì)，該產(chǎn)品具有很強的吸附功能、變色功能、抗菌功能、催化功能等，由此而形成多元素、納米化、多功能、高性能的新材料?？蒲腥藛T發(fā)現(xiàn)在水體污染的治理和修復領(lǐng)域應用該產(chǎn)品具有顯著的效果，對被污染水體中的有毒有害有機物、重金屬以及氮、磷等污染物都能以不同的途經(jīng)和方式予以降解或清除，是水污染標本兼治，綜合治理的先進技術(shù)。二、水生態(tài)治理措施稀土硅酸鋁離子交換法治理重金屬污染：

水體遭受重金屬污染是目前極難解決的問題，鑭鈰納米化后的強大催化、催滲作用吸附，利用價態(tài)變化的機制促進離子交換的產(chǎn)生，

使得重金屬沉淀在沉積物中穩(wěn)定且不發(fā)生反復。二、水生態(tài)治理措施稀土硅酸鋁水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象指的是富含磷酸鹽和某些形式的氮素的水，在光照和其他環(huán)境條件適宜的情況下，水中所含的這些營養(yǎng)物質(zhì)足以使水體中的藻類過量生長，在隨后的藻類死亡和隨之而來的一些微生物代謝活動中，水體中的溶解氧很可能被耗盡，造成水體質(zhì)量惡化和水生態(tài)環(huán)境結(jié)構(gòu)破壞。一般認為：當水體中總磷濃度高于0.02mg/L，總氮濃度高于0.2～0.5mg/L時，即視為富營養(yǎng)化水體。水體的富營養(yǎng)化常表現(xiàn)為“水華”、“赤潮”等現(xiàn)象，二、水生態(tài)治理措施稀土硅酸鋁1、促進氮的轉(zhuǎn)化利用過程（1）促進水體及底泥中硝化細菌的生物活性，加快硝化作用，使水中氮以氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮等形式存在轉(zhuǎn)化為N2、N2O等氣態(tài)存在，排入大氣中，減少水體及底泥中氮的含有量。硝化作用：NH4+NO2-NO3-反硝化作用：NO3-NO2-N2、N2O排入大氣中（2）增強微生物體內(nèi)酶的活性，促進微生物對有機物的分解，加速礦化作用，使有機氮轉(zhuǎn)化為無機氮鹽。Org-N（有機氮）NH4+NO2-NO3-（3）水生植物吸收水體及底泥中的NH4+

、NO3-等物質(zhì)供起自身生長，將無機氮轉(zhuǎn)化有機氮，固定在體內(nèi)，藻類吸收NH4+、NO3-等氮素通過光合作用轉(zhuǎn)化為自身生物量，再通過捕食行為，使得氮素在營養(yǎng)級中自下而上的進行傳遞，轉(zhuǎn)化到水體中食物鏈上端，通過魚蝦類軟體動物固定于體內(nèi)，最終通過魚蝦的捕撈帶出水體。二、水生態(tài)治理措施稀土硅酸鋁2、促進磷的轉(zhuǎn)化利用過程（1）增強微生物體內(nèi)酶的活性，促進微生物對有機物的分解，加速礦化作用，使有機磷、不溶無機磷等轉(zhuǎn)化為磷酸鹽，供水體及底泥中水生生物及植物的自身利用（2）水生植物吸收水體及底泥中的有效磷供起自身生長，將無機磷轉(zhuǎn)化有機氮，固定在體內(nèi)，藻類吸收磷酸鹽等磷素通過光合作用轉(zhuǎn)化為自身生物量，再通過捕食行為，使得磷素在營養(yǎng)級中自下而上的進行傳遞，轉(zhuǎn)化到水體中食物鏈上端，通過魚蝦類軟體動物固定于體內(nèi)，最終通過魚蝦的捕撈帶出水體，減少了水中磷的含量，達到減少富營養(yǎng)物質(zhì)的目的。二、水生態(tài)治理措施稀土硅酸鋁二、水生態(tài)治理措施稀土硅酸鋁3、去除藍藻技術(shù)（1）除藍藻劑溶解后很快附著在藍藻細胞體表，產(chǎn)生吸附作用；

（2）在催滲作用下侵入藻體細胞內(nèi)壁，致壁內(nèi)液外泄；（3）生命力的減弱導致光合作用無法正常進行，葉綠素含量逐步下降；（4）藍藻細胞體隨著體內(nèi)物質(zhì)溢出而萎縮，同時，在催化作用下，阻隔藻體對營養(yǎng)元素的吸收；（5）抑制藍藻細胞分裂的進行，生長繁殖力逐步失去能力；（6）藻細胞因失去光合作用和營養(yǎng)物質(zhì)逐步死亡，在吸附作用下沉降積累到底層（7）在催化作用下激活腐壞藻體內(nèi)的蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)，促進微生物加速繁殖，使其水體及底泥中營養(yǎng)物質(zhì)逐步轉(zhuǎn)化，成為其它浮游生物的營養(yǎng)源被利用，再由魚類利用帶出水體，達到生物修復的目的；（8）當除藍藻劑融入水體后，在吸附和絮凝過程，能夠產(chǎn)生吸收氮磷作用，使水質(zhì)中氮磷物質(zhì)逐步下降，減少藍藻生長必須鹽類營養(yǎng)物質(zhì)；（9）在催化作用下促藍藻腐爛后產(chǎn)生的藻毒素達到降解，從而降低藻毒素的危害（10）試驗證明：該處理劑去除藍藻技術(shù)具有改善水質(zhì)，提高溶氧量，促進水生生物健康生長的作用。同時，不會導致次生災害和二次污染。生態(tài)河道建設(shè)在保證河道安全的前提下,通過建設(shè)生態(tài)河床和生態(tài)護岸等工程技術(shù)手段,重塑一個相對自然穩(wěn)定和健康開放的河流生態(tài)系統(tǒng),能長期維持河道生物多樣性和生態(tài)平衡,最終構(gòu)建一個人水和諧的理想環(huán)境。生態(tài)河道建設(shè)包括河岸坡面的建設(shè)和河道水體的維護兩部分。二、水生態(tài)治理措施生態(tài)河道建設(shè)二、水生態(tài)治理措施生態(tài)河道建設(shè)新型強化耦合生物膜反應器技術(shù)利用中空纖維曝氣膜作為微生物膜附著載體并為生物膜曝氣，污水在附著生物膜的曝氣膜周圍流動時，水體中的污染物在濃差驅(qū)動和微生物吸附等作用下進入生物膜內(nèi)，并經(jīng)過生物代謝和增殖被微生物利用，使水體中的污染物同化為微生物菌體固定在生物膜上或分解成無機代謝產(chǎn)物，從而達到對水體的凈化過程。二、水生態(tài)治理措施生態(tài)河道建設(shè)水草式強化耦合生物膜河道水體生態(tài)凈化系統(tǒng)包括水草式強化耦合生物膜組件、膜組件架、氣體管路和鼓風機該系統(tǒng)是由若干個水草式強化耦合生物膜組件組成，每個水草式強化耦合生物膜組件上有若干根強化耦合生物膜絲，風機提供的氧氣由每根膜絲擴散到河水中，提高水體溶解氧，同時每根膜絲上也會富集微生物膜，為水中微生物提供一個能供給高溶解氧的載體，結(jié)合EHBR本身特性，利于污染物快速降解，保持水體自凈能力。（1）W-OH護坡技術(shù)W-OH是從日本引進的一種能快速控制水土流失的新型環(huán)保材料。屬高分子聚氨酯材料，可持續(xù)防治河道土壤侵蝕的邊坡防護技術(shù)。其水土保持主要分為兩個階段，一是W-OH化學固土，二是后期的生物固土。首先在河道裸露的灘面、坡面播灑草種子和肥料，然后噴上W-OH有機復合材料，由于噴灑后的溶液產(chǎn)生了具有良好彈性的多孔固化層，實現(xiàn)了對裸露地面和坡面的快速固土的作用；由于固化層無毒、保水、多孔，還能夠促進灘面和坡面上植物的發(fā)芽、生長，接下來轉(zhuǎn)入了生物可持續(xù)固土階段，W-OH固化層可以控制其分解時間，從而實現(xiàn)化學固土和生物固土的共同作用，來確保河道坡面和河堤的水土保持?？沙掷m(xù)生態(tài)河道是基于河道坡面化學固土和生物固土技術(shù)的有機結(jié)合，初期的化學固土為后期的生物固土提供了基礎(chǔ)，后期的生物固土是實現(xiàn)可持續(xù)固土的必要條件。二、水生態(tài)治理措施邊坡生態(tài)治理

機器噴灑W-OH固化劑二、水生態(tài)治理措施邊坡生態(tài)治理人工噴灑W-OH固化劑二、水生態(tài)治理措施邊坡生態(tài)治理生態(tài)混凝土：將單一粒級的粗骨料、水泥、少量水及混合劑進行適當?shù)恼{(diào)和(必要時可使用細骨料),然后進行攪拌，加固及保養(yǎng)之后,呈米花糖狀并有大量間隙的混凝土。它的最大