章-污染湖泊的生物修復(fù)

第九章污染湖泊的生物修復(fù)

沿岸帶湖

敞水帶泊

深水帶沿岸帶是指靠近湖岸的淺水區(qū)，日光可以透射到水底，一般為水生高等植物所占據(jù)。沿岸帶以外從水面到光有效透射深度，即補(bǔ)償深度為止的水層區(qū)是敞水帶，該深度處的光合作用正好與呼吸作用平衡，其光照強(qiáng)度通常為飽和光強(qiáng)度的1%。由于沿岸帶和敞水帶的下限都是以光有效透射深度為基準(zhǔn)的，這兩個(gè)區(qū)域常常合稱為總透光層或光亮帶。敞水帶以下的區(qū)域是深水帶。

富營(yíng)養(yǎng)化的微生物修復(fù)富營(yíng)養(yǎng)化的水生植被修復(fù)富營(yíng)養(yǎng)化的生物操縱修復(fù)底泥環(huán)境疏浚修復(fù)第一節(jié)富營(yíng)養(yǎng)化的微生物修復(fù)富營(yíng)養(yǎng)化湖泊的生物修復(fù)分為:強(qiáng)化土著微生物功能的曝氣修復(fù)添加外來微生物的投菌劑修復(fù)深水曝氣修復(fù)深水曝氣的目的:在不改變水體分層的狀態(tài)下提高溶解氧濃度；改善冷水魚類的生長(zhǎng)環(huán)境和增加食物供給；改底泥界面厭氧環(huán)境為好氧條件，降低內(nèi)源性磷的負(fù)荷。深水曝氣方式:機(jī)械攪拌(深水抽取、處理和回灌),傳質(zhì)效率低,成本也較高注入純氧,傳質(zhì)效率高,但易引起水層混合注入空氣,包括全部提升和部分提升Q=O2Ahts*2*10-6Q–空氣需要量O2–DO消耗速率Ah–水層面積ts–

水體分層時(shí)間1.205*0.2深層曝氣的設(shè)計(jì)深水曝氣帶來的具體影響:增加深層水的氧含量,一般可達(dá)7mg/L氨氮和硫化氫等還原性氣體得以降低深水高等動(dòng)物例如冷水魚類將會(huì)增加，底棲生物增加也增加魚類食物供應(yīng)。如:某湖泊在曝氣后，鱒魚重新出現(xiàn)，其胃內(nèi)含有好氧條件下生長(zhǎng)的浮游和底棲生物但要注意內(nèi)源性磷的降低是可逆過程生物試劑添加有效微生物(effectivemicroorganisms，EMs)是由乳酸茵、酵母菌、放線菌、光合細(xì)菌等四大類80余種微生物組成的復(fù)合菌劑的統(tǒng)稱。對(duì)于EMs

，國(guó)內(nèi)外學(xué)者頗有爭(zhēng)議，甚至有相反結(jié)論的報(bào)道。李雪梅等在重度富營(yíng)養(yǎng)化的人工湖(約1000m2)進(jìn)行投加多糖EMs制劑試驗(yàn)，從投菌之日起經(jīng)75d，湖水透明度從原來的0.09m提高到0.48m，提高了433％水生植被修復(fù)包括人工強(qiáng)化自然修復(fù)與人工重建水生植被兩條途徑。前者是通過對(duì)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)。后者則是對(duì)已經(jīng)失去自動(dòng)恢復(fù)能力的湖泊，通過生態(tài)工程途徑重建水生植被。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)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水生植被為核心的湖泊良性生態(tài)。第二節(jié)富營(yíng)養(yǎng)化水體的水生植被修復(fù)水生植被修復(fù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)基礎(chǔ):由湖盆形態(tài)、底質(zhì)條件和水文條件決定水生植被面積、類型和分布格局強(qiáng)烈的風(fēng)浪擾功能決定水生植被的分布格局和面積水質(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

(1)調(diào)蓄型湖泊：以蓄洪、泄洪、灌溉為主要功能，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。

(2)水源型湖泊：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。(3)運(yùn)動(dòng)娛樂型湖泊：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。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，輔以少量浮葉植物。

(4)觀光游覽型湖泊：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)：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。營(yíng)養(yǎng)平衡和生態(tài)平衡原則營(yíng)養(yǎng)平衡原則

VRP=植被面積×初級(jí)生產(chǎn)力×磷含量×(收獲率+水產(chǎn)品增產(chǎn)效率+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(jí)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)變化更大優(yōu)化設(shè)計(jì):先鋒物種的選擇物種選擇原則:適應(yīng)性、本土性、強(qiáng)凈化可操作確定植物種類群落配置通過人為設(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布、時(shí)間分布方面進(jìn)行安排。一般來說，配置應(yīng)以湖泊歷史上存在過的某營(yíng)養(yǎng)水平階段下的植物群落的結(jié)構(gòu)為模板，適當(dāng)引入外來物種。水平空間配置分為生態(tài)型植物群落和經(jīng)濟(jì)型植物群落生態(tài)型群落，以水體污染治理、促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)為目標(biāo)。建群物種選擇：建群物種一般為耐污、生長(zhǎng)快、繁殖能力強(qiáng)、環(huán)境效益好的物種。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。配置時(shí)，污染嚴(yán)重時(shí)應(yīng)以生態(tài)恢復(fù)為目標(biāo)，污染較輕湖區(qū)，應(yīng)同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)效益。垂直空間配置考慮不同生活型植物群落與不同沉水植物群落對(duì)水深的要求群落配置時(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(zhǎng)型的水生植物，分別占據(jù)不同的生態(tài)空間水生植被修復(fù)的技術(shù)途徑基本條件創(chuàng)建藍(lán)綠藻風(fēng)浪淺灘創(chuàng)建清除淤泥水深，控制在1m以內(nèi)水質(zhì)，透明度>2/5恢復(fù)水生植被的途徑挺水植物可直接種植,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)以上葉片浮出浮葉植物可采取營(yíng)養(yǎng)體移栽、種子播撒或繁殖芽、扦插根狀莖等方式沉水植物對(duì)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)。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。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。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。鳳眼蓮蘆葦水生美人蕉菖蒲第三節(jié)富營(yíng)養(yǎng)化的生物操縱修復(fù)幾個(gè)概念生物操縱

指應(yīng)用湖泊生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間的關(guān)系，通過對(duì)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)。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(zhǎng)。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(duì)藻類的牧食和消耗肉食性魚類浮游生物食性魚類浮游動(dòng)物藻類底食性魚類再循環(huán)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)鱖魚鯉魚庇護(hù)機(jī)制是指浮游動(dòng)物賴以逃避魚類捕食的行為機(jī)制或環(huán)境條件可能的庇護(hù)機(jī)制包括：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；低溫庇護(hù).前者對(duì)溫度適應(yīng)范圍較寬，能通過變溫層，而魚類則較窄；厭氧庇護(hù).前者耐低氧能力較一般魚類強(qiáng)；對(duì)肉食性魚類的回避行為；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(chǎng)所。這是在實(shí)踐中首先被考慮利用的庇護(hù)機(jī)制。二生物操縱途徑人為去除魚類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)物我國(guó)淺水湖泊中應(yīng)用密網(wǎng)、密箔的捕撈方法魚藤酮毒性很大，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，是生物操縱的主要途徑之一。許多實(shí)驗(yàn)表明這種方法對(duì)改善水質(zhì)有明顯效果。但在實(shí)踐中,該方法常使肉食性魚類不能長(zhǎng)久維持其密度水生植被管理應(yīng)用草魚控制水草效果明顯，美國(guó)依阿華和佛羅里達(dá)幾個(gè)水草密集的湖泊,放養(yǎng)草魚3年后,水草去除91-94%該方法草魚數(shù)量的確定是關(guān)鍵投放微型浮游動(dòng)物投放細(xì)菌微生物投放植物病原體和昆蟲第四節(jié)底泥環(huán)境疏浚修復(fù)底泥的危害湖泊環(huán)境變化會(huì)導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)鹽再釋放氮的釋放取決于氮化合物分解的程度。氮化合物在細(xì)菌的作用下可以相互轉(zhuǎn)化．厭氧時(shí)，以氨態(tài)氮溶出為主；好氧性時(shí)，則以硝態(tài)氮溶為主磷的釋放與其化學(xué)沉淀的形態(tài)有關(guān)。一般情況下首先進(jìn)入沉積物的間隙水中，逐步擴(kuò)散到沉積物表面，進(jìn)而向上層水混合擴(kuò)散。西湖每年沉積物中磷的釋放量可達(dá)1.3t左右，相當(dāng)于年入湖磷負(fù)估量的41.5%。環(huán)境疏浚與工程疏浚的差異環(huán)境疏浚旨在清除湖泊水體中的污染底泥，并為水生生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)創(chuàng)造條件，同時(shí)還需要與湖泊綜合整治方案相協(xié)調(diào)。工程疏浚則主要為某種工程的需要如流通航道、增容等而進(jìn)行。底泥環(huán)境疏浚的調(diào)查分兩個(gè)階段進(jìn)行:項(xiàng)目立項(xiàng)和可行性研究而進(jìn)行的初步調(diào)查和分析為項(xiàng)目設(shè)計(jì)而進(jìn)行的勘測(cè)與分析包括以下內(nèi)容:污染底泥及污染物的來源、種類及含量;底泥分布、厚度、數(shù)量;處理場(chǎng)地確定;疏浚設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及地下水狀況;二次污染預(yù)防等疏浚設(shè)備的選型首先應(yīng)符合一般疏浚的要求:《疏浚工程技術(shù)》規(guī)范(GIJ319-99)同時(shí),考慮污染疏浚的要求,對(duì)設(shè)備進(jìn)行進(jìn)一步篩選,包括對(duì)常規(guī)設(shè)備改進(jìn)和專用環(huán)保挖泥船設(shè)計(jì)常規(guī)設(shè)備改進(jìn):耙吸挖泥船適于沿海和大江而且污染土分布范圍較大地區(qū)絞吸挖泥船應(yīng)用最廣泛,可在陸地拼裝后下水,距離岸邊較近,適于湖泊污染土清理抓斗式船可配以泥駁裝載，宜在底泥分布集中且厚度較大地區(qū)使用專用環(huán)保挖泥船技術(shù)特點(diǎn)全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(DGPS)儀器傳感器水下地形及污染土層分布數(shù)字模型污染監(jiān)測(cè)系統(tǒng)新機(jī)具環(huán)境疏浚設(shè)備的選擇原則第一，既要考慮一般疏浚工程的條件，又要考慮污染物與生態(tài)等環(huán)境保護(hù)方面的要求第二，不同的污染物對(duì)疏浚和處置有不同要求，應(yīng)經(jīng)濟(jì)合理地確定控制指標(biāo)和要求第三，如果要求不嚴(yán)，應(yīng)優(yōu)先選用現(xiàn)有的一般疏浚設(shè)備，或者加以改進(jìn)以達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理的目標(biāo);

第四，多方案篩選和比較，選取最優(yōu)化途徑。

底泥綜合利用湖濱綠化帶，使堆場(chǎng)所在地形成綠化帶。填地造景，