第12章 污染水體的生物修復(fù)-1

第12章污染水體的生物修復(fù)

第1節(jié)污染河流的生物修復(fù)第2節(jié)污染湖泊的生物修復(fù)第3節(jié)地下水污染的生物修復(fù)第4節(jié)污染海洋的生物修復(fù)第1節(jié)污染河流的生物修復(fù)1.自然凈化修復(fù)與強(qiáng)化自然凈化修復(fù)自然凈化（naturalpurification）:是河流的一個(gè)重要特征，指河流受到污染后能夠在一定程度上通過自然凈化使河流恢復(fù)到受污染以前的狀態(tài)。河流自然凈化的關(guān)鍵是有機(jī)物的好氧生物降解過程。強(qiáng)化自然凈化修復(fù)(enhancednaturalpurification):指通過采取措施，向河流輸送某種形式的能量或物質(zhì)，強(qiáng)化河流固有的自我凈化過程，加快河流的修復(fù)過程，是一類原位修復(fù)技術(shù)。包括三個(gè)途徑：河流水體曝氣復(fù)氧技術(shù)多功能河道生態(tài)工程修復(fù)技術(shù)生物試劑添加技術(shù)①河流水體曝氣復(fù)氧技術(shù)

aerationofriverwater指向河流中進(jìn)行人工復(fù)氧，可以是空氣，也可以是純氧。比如，我國(guó)于1990年8-9月亞運(yùn)會(huì)期間，有關(guān)部門在清河的一個(gè)河段放置8臺(tái)11.025kW（15馬力）的曝氣設(shè)備，結(jié)果表明溶解氧的含量從0上升到6mg/kg。水體BOD5去除率達(dá)到60％，河流臭味基本得到消除。BOD5Thebiochemicaloxygendemandofwastewaterduringdecompositionoccurringovera5-dayperiod.Ameasureoftheorganiccontentofwastewater.

②多功能河道生態(tài)工程修復(fù)技術(shù)

multifunctionalecologicalengineering指將城市河道設(shè)計(jì)成具有多種自然景觀和生物類群，景觀于凈化功能并存的多功能河道凈化系統(tǒng)，是利用多功能河道凈化污水的生態(tài)工程技術(shù)。

采用有效附著或微生物的但體替代混凝土護(hù)坡，并將河道的有用空間有效的利用于培植水生生物，以確保河道對(duì)污水的有效凈化。多功能河道凈化系統(tǒng)中既有水生植物、昆蟲、魚類等水生生物，也有鳥類和哺乳類動(dòng)物，它們共同構(gòu)成完整的食物鏈，進(jìn)一步強(qiáng)化水體的自凈功能。③生物試劑添加技術(shù)也稱投菌法（bioticadditives）,是向被污染的河流中投加人工培養(yǎng)的微生物，強(qiáng)化河流有機(jī)物的降解。投菌法過去被認(rèn)為沒有必要

美國(guó)有多家公司開展篩選天然菌種和人工培養(yǎng)變異菌種。著名的有Alken-Murry公司開發(fā)的Clear-Flo系列菌劑；GES公司所生產(chǎn)的LLMO(liquidlivemicroorganisms)生物活性液。這些菌劑在養(yǎng)殖水體凈化、河流修復(fù)及污泥去除等方面有許多成功案例。成功案例1999年10－12月，由華東師范大學(xué)、美國(guó)Probiotic公司共同采用美國(guó)Probiotic公司水質(zhì)凈化促生液對(duì)上澳塘黑臭水體進(jìn)行了生物修復(fù)試驗(yàn)，試驗(yàn)表明，在水力負(fù)荷0.2-0.5m河水/(m3河道容積.天)，水力停留時(shí)間2-5天，水溫10-20C，經(jīng)治理后，水體可消除黑臭。CODCr下降50％；BOD5下降70％；水體透明度從20cm增加到70cm；微生物區(qū)系由厭氧向好氧轉(zhuǎn)變，生物種群由低等向高等演替，水體中的多樣性增加。修復(fù)前修復(fù)后，微生物處理6周我校微生物湖泊水體修復(fù)技術(shù)通過大量的分離、篩選工作，從土壤、水體中選育出枯草芽孢桿菌、光合細(xì)菌、反硝化芽孢桿菌、貧營(yíng)養(yǎng)有機(jī)礦化芽孢桿菌、低溫有機(jī)礦化芽孢桿菌、乳酸芽孢桿菌。這些菌株分別具有除氮、降低水體COD、除去水體異臭味、凈化水質(zhì)的作用，建立了較完備的凈水微生物體系。

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)建立的凈水微生物體系能快速消除水體黑臭，增加水體透明度，顯著消減N、P等物質(zhì)，其技術(shù)可行，效果顯著，治理費(fèi)用經(jīng)濟(jì)，是一項(xiàng)值得在湖泊景觀水體治理的新成果，具有很好的推廣應(yīng)用前景。

該技術(shù)成果此前已在北京大觀園景區(qū)、廣西桂林桃花江地區(qū)、武漢市漢口的西北湖以及武昌的東湖風(fēng)景區(qū)的部分景觀水體和湖泊進(jìn)行了實(shí)際的推廣應(yīng)用，獲得了較好的治理和修復(fù)效果。

2陸生生態(tài)恢復(fù)陸生生態(tài)恢復(fù)（terrestrialeco-remediation）,也稱土地處理技術(shù)（landtreatment）,它是利用土壤－植物系統(tǒng)的自我調(diào)控機(jī)制和對(duì)污染物的綜合凈化能力對(duì)被污染的河水進(jìn)行易位處理的技術(shù)。具體是將污染的河水施于地表，使之在植物－土壤－水分復(fù)合系統(tǒng)中經(jīng)歷自然的物理過程、化學(xué)過程和生物學(xué)過程，達(dá)到處理標(biāo)準(zhǔn)。2.1河水土地滲慮修復(fù)系統(tǒng)/2.2河水土地滲慮修復(fù)類型2.1河水土地滲慮修復(fù)系統(tǒng)

（工程組成）污染河水的土地滲慮技術(shù)屬于陸生生態(tài)工程范疇，可以劃分為若干子系統(tǒng)，每一子系統(tǒng)均具有相對(duì)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)和功能。完整的土地滲慮修復(fù)技術(shù)系統(tǒng)由預(yù)處理、水量調(diào)節(jié)與儲(chǔ)存、配水與布水、土壤－植物田間工程、排水及監(jiān)測(cè)等6部分組成。（1）預(yù)處理系統(tǒng)目的：防止泥沙在布水系統(tǒng)中的沉淀和機(jī)械磨損，避免因懸浮固體含量過高而引起土壤堵塞。預(yù)處理系統(tǒng)工藝：一級(jí)處理或強(qiáng)化一級(jí)處理、混凝－沉淀工藝。（2）水量調(diào)節(jié)與儲(chǔ)存土地滲慮技術(shù)受氣候影響，不可能完全終年運(yùn)行（快速和地下滲濾除外），特別是在在寒冷季節(jié)和暴雨季節(jié)，需要降低負(fù)荷或者停止運(yùn)行，因此，需要儲(chǔ)存部分河水。（3）配水和布水包括泵站、集水池、輸水管道（或明渠），其作用是將河水按工藝要求投配到土壤－植物系統(tǒng)。布水方式有表面布水、低壓布水、高壓噴灑、亞表面注射等。（4）土壤－植物系統(tǒng)是土地滲慮技術(shù)的核心部分，修復(fù)河水的主要過程在這里發(fā)生，田間表層的顆粒是限制水遷移過程的主要因素。在設(shè)計(jì)中要考慮場(chǎng)地的適宜性和植物的適宜性。場(chǎng)地的適宜性包括：地形、地表坡度、土壤性質(zhì)（質(zhì)地、結(jié)構(gòu)、滲透性、土層厚度、化學(xué)性質(zhì)）、地質(zhì)因素植物的適應(yīng)性（5）排水系統(tǒng)明溝、暗管與豎井方式，其作用是保持土地滲慮系統(tǒng)的修復(fù)效果與水流暢通，保護(hù)地下水。（6）監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是監(jiān)測(cè)土地的滲慮效果是否達(dá)到規(guī)定和是否需要采取相應(yīng)措施來改善修復(fù)效果。其內(nèi)容包括:進(jìn)水監(jiān)測(cè)、出水監(jiān)測(cè)、地下水監(jiān)測(cè)、土壤監(jiān)測(cè)、植物監(jiān)測(cè)。2.2河水土地滲慮修復(fù)類型根據(jù)布水方式、水力負(fù)荷的大小、水力流動(dòng)方向、處理水以及回收方式，土地滲慮方式可分為慢速滲慮、快速滲慮、地表慢流、地下滲慮等不同類型（1）慢速滲慮修復(fù)Slowratesystem,SR:將河水投配到覆蓋植物的土壤表面，河水在流經(jīng)地表土壤－植物系統(tǒng)事得到充分凈化的一種土地處理工藝類型。工藝目標(biāo)：修復(fù)被污染的河水；利用水資源及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)生產(chǎn)商品性農(nóng)作物；開發(fā)荒地，發(fā)展草地和林地

當(dāng)以污水處理為目標(biāo)時(shí)，常選擇多年生牧草作為覆蓋作物。牧草生長(zhǎng)期長(zhǎng)，對(duì)氮的利用率高，可耐受較高的水力負(fù)荷。森林型的SR可與污泥利用相結(jié)合。（2）快速滲濾修復(fù)Rapidinfiltrationsystem，RI：將污染的河水有控制的投配到砂濾型土壤表面，污水向下滲慮過程中通過生物氧化、硝化、反硝化、過濾、沉淀、還原等一系列作用得到凈化。RI具有很高的處理效率，其再生水可以回收利用。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分為污水處理和再生水回收兩個(gè)部分。Landbiotreatmentoperation（3）地表慢流修復(fù)Overandflowsystem，OF：將污水有控制地投配到多年生牧草、坡度和緩、土地滲透性能低的坡面上，使污水在地表沿坡面緩慢流動(dòng)過程中得到凈化的土地處理工藝類型。Soilandgrassfiltrationforpurificationofwastewater:Soilfiltrationreliesonfiltrationbysoilparticlesandbacteriagrowingonthesurfacesofthesoilparticlesandplants(usuallygrasses)whichtakeupwaterandnutrients(nitrogenandphosphorus),reducingtheconcentrationofthesenutrients.Soilfiltrationisusedduringthedryseason.Grassfiltrationisusedintherainyseasonwhenthesoilissaturatedbywater.Grassescanbegrazedbylivestock.（4）地下滲濾修復(fù)Subsurfaceinfiltrationsystem，SI：將污染的河水投配到具有一定構(gòu)造和良好擴(kuò)散性能的地下土層中，污水經(jīng)毛管浸潤(rùn)和在土壤滲濾作用下向周圍運(yùn)動(dòng)達(dá)到修復(fù)之目的。目標(biāo)：處理污水；在處理污水的同時(shí)，為地表綠地提供水分和營(yíng)養(yǎng)；產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)再生水供回收利用土地滲濾修復(fù)設(shè)計(jì)考慮因素：1）污染河水的詳盡調(diào)查和檢測(cè)，了解組分與排放量，確定優(yōu)先污染物。2）對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行適宜性評(píng)價(jià)；3）制定土地滲慮的水質(zhì)要求，確定預(yù)處理的程度和修復(fù)范圍4）完善的，有效的管理和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)法規(guī)要求經(jīng)濟(jì)因素水質(zhì)要求場(chǎng)地特性污水特性作物管理作物選擇預(yù)處理水同化容量污染物同化容量作物需水水力負(fù)荷場(chǎng)地面積出水回用土地面積緩沖帶調(diào)節(jié)系統(tǒng)布水系統(tǒng)選擇第一步設(shè)計(jì)一次布水深度布水頻率布水周期布水面積布水時(shí)間布水速度布水系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)流量第二步設(shè)計(jì)地表水排水與徑流控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)地下水排水系統(tǒng)第三步設(shè)計(jì)3水生生態(tài)修復(fù)Aquaticeco-remediation,俗稱氧化塘技術(shù)（oxidationpond）或穩(wěn)定塘（stabilizationspond）或生物塘技術(shù)（organismpond）,它是利用天然水體的凈化能力，將被污染的河水在一種類似于池塘的處理設(shè)備內(nèi)經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的緩慢流動(dòng)和停留，通過生物的代謝活動(dòng)降解有機(jī)污染物的修復(fù)技術(shù)。Symbioticactivitybetweenalgaeandbacteriainawastewaterlagoontopurifysewage:Aswastewaterflowsthroughalagoon,bacteriaconsumetheorganiccarboninthewaste.Inassimilatingtheorganiccarbon,bacterialrespirationproducescarbondioxide(CO2)andtakesupoxygen(O2).Algaeutilizethecarbondioxideforphotosynthesisandinturnproduceoxygenrequiredbythebacteria,hencethesymbioticactivity.Solidssettletothebottomofthelagoon,andpathogenicbacteriadie-offincompetitionwithotherbacteriainthelagoon.Severallagoonsinseriesaremoreeffectiveandthelastlagooncanbeusedforaquaculture.菌藻共生系統(tǒng)3.1水生生態(tài)修復(fù)類型生物穩(wěn)定塘微生物穩(wěn)定塘水生生物塘好氧塘aerobicpond厭氧塘anaerobicpond曝氣塘aeratedpond兼性塘facultativepond水生植物塘aquaticplantpond養(yǎng)殖塘culturedpond微生物穩(wěn)定塘修復(fù)好氧塘aerobicpond:是完全依靠藻類光合作用供氧的穩(wěn)定塘，其水深應(yīng)保證陽光投射到水底，以保證藻類在每個(gè)深度均能進(jìn)行光合作用，而為凈化有機(jī)污染物提供足夠氧氣。好氧塘在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，一般均須形成一個(gè)塘系統(tǒng)或其它修復(fù)技術(shù)結(jié)合形成復(fù)合系統(tǒng)。好氧塘由一系列的塘組成。在前部的塘稱前置塘（水深0.2-0.3m），接納重度污染水；設(shè)置在后的稱最后凈化塘或熟化塘(水深0.5-1m)，接受污染較輕的水。微生物穩(wěn)定塘修復(fù)兼性塘（facultativepond）,一般水深0.9-2.4m，由上層好氧區(qū)，中層兼氧區(qū)和底部厭氧區(qū)組成。上層好氧區(qū)主要由好氧菌和藻類構(gòu)成菌藻共生系統(tǒng)兼性塘水力停留5－30天，常用作曝氣塘后作為二級(jí)處理塘使用。微生物穩(wěn)定塘修復(fù)曝氣塘（aeratedpond）,是采用機(jī)械曝氣裝置補(bǔ)氧的人工塘，其塘深度一般為1.8-4.5m，水力停留時(shí)間3－6天。主要優(yōu)點(diǎn)是所需土地少。曝氣塘實(shí)際上是沒有污泥回流裝置的活性污泥污水處理，因而有機(jī)污染負(fù)荷及去除率都很高，且易于操作維護(hù)。缺點(diǎn)是運(yùn)行成本高于其它系統(tǒng)，且出水重懸浮物質(zhì)過高，實(shí)際使用時(shí)，后面還要連接兼性塘以改善水質(zhì)。TheAdvancedFacultativePond(AFP)TheAdvancedFacultativePond(AFP)isdeeptopromotesedimentationofwastewatersolidsandanaerobicdecompositiontomethane.Howeverthepondisdesignedsothatitssurfaceremainsaerobic,thusreducingpotentialodourproblems.Biogasmaybecollectedusingasubmergedgascanopyandpotentiallyusedforenergyproduction.EffluentfromtheAFPflowsbygravitytotheHighRatePondandthesubsequentponds.TheHighRatePond(HRP)TheHighRatePond(HRP)isashallow,continuousracewayaroundwhichthewastewateriscirculatedusingapaddlewheel.HRPspromoteaerobicdecompositionofremainingdissolvedorganicmatterfromthewastewater.Incontrasttomechanicalaeration,whichisveryenergyintensive,HRPsusemicroalgaetoharnesssolarenergyforphotosyntheticoxygenproduction.ThepowerrequirementforaHRPpaddlewheelistypicallyonlyonetenthofthatrequiredforapondaerator.

Daytimealgalphotosynthesiscancausesupersaturationofoxygen(typically20gm-3)comparedtomechanicalaeration,whichoperatesmostefficientlyataconcentrationof~2gm-3.HRPshavetheadditionaladvantageofremovingnutrients(ammoniacal-Nandphosphate)thatmightotherwisecauseeutrophicationofreceivingwaters.

AlgalphotosynthesisalsoraisesthepHoftheHRP.This,incombinationwiththeshallowdepthenhancestherateofsunlightinactivationoffaecalmicrobes,andpromotesphoto-oxidationoforganiccontaminants.ThehighpHfurthercontributestonutrientremovalthroughpromotingvolatilisationofammoniaandprecipitationofphosphates.AlgalrichHRPwaterisrecirculatedtothesurfaceoftheAFPtoprovideanoxygen-richlayerthateliminatesanymajorodourproblems.TheAlgaeSettlingPonds(ASPs)TheAlgaeSettlingPonds(ASPs)promotenaturalsettlingofthealgaebiomassandprovidestorageforperiodicrecovery.GentlemixingintheHRPpromotesthegrowthoflargecolonialmicroalgalspecies,whichtendtoflocculateandcanbeeasilysettledintheASP.Thisdifferssubstantiallyfromconventionalpondsystems,whichtendtobedominatedbymotilealgaespeciesthataredifficulttosettleout.Settledalgalbiomassdoesnotreadilydecomposeandisanon-noxiousmaterialunlike(malodorous)sewagesludge.

Thealgalbiomasscanberecoveredforfertilizersinceitisrichinnitrogen,phosphorusandpotassium.AlgaeDryingBedscanbeincludedinthedesignforon-siteprocessingofthealgalsolidsanduseinlandscaping.Alternatively,thealgalsolidsmayberemovedandmanagedoff-site(forexample,iftheyareusedasaliquidfertiliserorprocessedintofertiliserpellets).TheMaturationPond(MP)promotesfurthersolar-UVdisinfectionandpolishingofthewastewater,andenableseffluentstoragebeforedischargeorsubsequentreuse.AlgalgrowthintheMPisminimisedbyzooplanktongrazinganddividingthepondintoshortresidencetime‘cells’.FarmDairyoxidationpond3.2水生生態(tài)修復(fù)流程水生植物塘Aquaticplantpond通常是由一種或幾種維管束植物種植于塘中組成，植物的作用維同化和儲(chǔ)存污染物，向根區(qū)輸送氧氣，為微生物存活提供條件。浮水植物凈化塘是當(dāng)前研究和應(yīng)用最廣泛的植物凈化系統(tǒng)，最常用的是浮水植物水葫蘆，其次是水浮蓮。

水葫蘆塘的深度應(yīng)保證其須根分布在大部分水體中，水深控制在0.9m。水力停留5－7天，一般以串連方式設(shè)計(jì)，串連數(shù)不超過3個(gè)。需經(jīng)常打撈老株體。缺點(diǎn)：冬天不能運(yùn)行。水生生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)南北有差異4濕地生態(tài)修復(fù)Wetlandeco-remediation，俗稱濕地處理系統(tǒng)，它介于陸生生態(tài)與水生生態(tài)之間，將被污染的河水有控制地投配到生長(zhǎng)有蘆葦、香蒲等沼澤植物地濕地上，使之經(jīng)常處于飽和狀態(tài)，污水在沿一定方向流動(dòng)過程中，經(jīng)耐水植物和土壤地作用得到凈化。