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水体修复技术3
水 体 修 复 技 术适用专业：环境工程主要内容概述 ? 水体类别 ? 水体污染类型 ? 受污染水体的物理修复 ? 受污染水体的化学修复 ? 受污染水体的生物修复?一、前言在我国，淡水的匮乏、水的污染、水的功能 退化等，已经严重地危害着人类的健康和生命质 量。 2005年，全国人大常委会水污染防治法执法 检查组在检查中发现，中国七大水系中劣五类水 体占三成左右，水体已经失去使用功能，成为有 害的脏水。 根据国家环保部公布的资料，我国的河 流、河段已有近1/4因污染而不能满足农业灌溉 要求，全国湖泊约有75%的水域受到显著污染据世界卫 生组织 调查表 明 ，80% 的疾病和 52%的儿童死亡与饮用水质不良有关，因水污染 而患病的人约占世界各医院住院人数的50%，水质污染吞噬着人类的健康和生命。目前发现，由于饮用水水质不符合卫生要求而导致的疾病有消化系统疾病、传染病、结石病、肾炎、癌症等50多种。温家宝总理在十届全国人大第三次会议政府工作报告指出:“要以水污染防治为重点，加强工业和城市污染治理，加强农村污染治理，加强饮用水源地的保护。”面对已经遭受不同程度污染的水体，寻找有效的水体修复技术，是水体恢复其资源化功能的有效途径之一。?水体修复的定义:指对被污染的水体采取物理、化学与生物学技术措施，使存在于水体中的污染物质数量减少或浓度降低并直至完全无害化的过程.?修复技术不同于传统的废水处理工程，强调的是面源治理，?是针对某一个范围较大的区域或流域，因此它不可能象传统的治理净化技术一样，建造把整个修复对象包容进去的处理系统。传统的废水处理工程强调的是点源治理处理对象是能够分离并收集的废水 （如工厂排水、城市下水道排水等）， 通常需要根据水质、水量选择合适的处理工艺， 并依此建造成套的处理设施，使其在最短的时间内，以最快的速度的和最低的成本达到去除污染物的目的。?水体及水体污染水体的概念水体系河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、冰川和 海洋等“贮水体”的总称。在环境科学的领域中， 水体不仅包括水，而且也包括水中的悬浮物、底泥 及水中生物等。从自然地理的角度看，水体是指地?表被水覆盖的自然综合体。水与自然生态系统?水是生态系统的命脉。地球上动物、植物和微 生物所存在和活动的圈层称为生物圈。 根据估算，生物圈中生物水的总量约为120 km3。 水是所有生命机体的重要组成部分， 例如一个成年人体 重含有60% -70%的水。 人如果没有水只能活几天。??在自然生态系统中，太阳能是地球表面自然生态 系统的原动力，土壤是自然生态系统的载体，是 其生存和进化的场所，而水是自然生态系统的介 质，是其赖以生存的“血液”。 太阳辐射实际上为地球提供了一种连续流能量， 相当于1353 W/m2,考虑到吸收和散射降到约1 000 W/m2,阴云遮裆将其降为100 W/m2。???太阳能不仅提供了生态系统光合过程的能 量，而且驱动了水在生态系统的转化。 流动的水被太阳能蒸发，通过气候输送和 凝结，水汽转化液体状态的水，形成降雨， 进人陆地生态系统。??因此，水体在太阳能和地球引力的驱动下， 不断循环转化和迁移。?自然生态系统通过光合作用，将太阳能转 换为生物化学能量形式，是更高级生命形 式生存和进化的基础。?因此，光合作用被认为是地球上最重要的 生产过程。主要的生产者是各种绿色植物和光合细菌等自养生物。以自养生物或者其他生物为食而维持生存的 异养生物称为消费者，主要是各种类型的动物。 直接以植物为营养的草食动物称为一级消费者， 例如牛、马、驴、兔和水中的草鱼等。?以草食动物为生的肉食动物称为二级消费 者，例如蛇、狐狸、青蛙、鸟。 更高级的食肉动物又可以称为三级消费者， 通常是体形比较硕大和性情凶猛的动物， 例如虎、狮、豹和鲨鱼等，??分解者，又称为还原者，是自然生态系统重要的组成部 分. 其作用是将生物活动过程代谢产生的各种产物以及 生物本身死亡后的残骸重新分解为简单的无机物，回到 环境中原来的状态，供生产者利用。?主要的分解者包括细菌、真菌、放线菌和原生动物等。对于生态系统来说，水和土壤是生态环境 存在的重要环境要素。 ? 水是生命的重要组成部分，生命体含水量 在60%?90％,水是优良的溶剂，能够使需 要的营养物质溶解.并在生命体内输送和 排泄； ? 水溶液是发生各种生物化学反应的场所， 供生命体分解消化食物和合成更新机体组 分；??水具有比较大的比热，可以吸收生命体代 谢活动中排放的能量，保持温度平衡； 水能够维持细胞和各种生命组织的形态， 保证其功能的正常发挥。?? ?例如： 溶解氧：水中的溶解氧是有氧呼吸生物生存的必要条件。 如果水中的溶解氧不足，则可能影响大多数水生动物的 生存，导致死亡； pH：生物有一定的pH适应范围； 氮形态：水中含有NH4+、NO3- , N02等，容易被低级生物 例如藻类摄取，是蛋白质的重要绀分：? ??营养盐:含有生命必需的 一些无机盐类，主要是碳酸盐、 硝酸盐和磷酸盐。?因此，在自然界中，人类像地球上数百万其他生物一样， 从身处其中的生态系统中汲取能量和物质而繁衍生息。?人类活动受环境或与环境交互作用过程规律的限制或支配。水与自然生态系统的进化?生态系统是“活”的系统，为了自身的生 存，倾向于涵养保留足够的“水”。但生 态系统涵养截流水的能力与生态系统本身 生长的成熟程度密切相关。 生态系统是由生物的、物理的和化学的部 分组成在一起的非平衡系统，在生长和发 展的形态上受热力学理论的支配。?水与人类生态系统???在地球上，人类的进化速度远远快于自然生态系 统的进化，已经从原始社会进化到信息社会。 人类的进化速度之所以比一般动物快，是由于人 类在生存活动中善于学习和创造，能够使用工具。 在原始社会中，或者说在以体力劳动为主的社会 中，人的体力还是来自食物消化产生的能量或者 借助被驯化的动物的体力，其对自然生态系统所 产生的影响还是有限的。?但是，在发现了化石能量和发明了工业机器，即进入工 业化社会 后，人类开始对地球自然生态产生根本性的影 响。 在工业化社会中， 人类发展了现代化的工业，制造了各 种机器，大量合成了自然界原本没有的各种有机物质和 材料； 利用现代工业技术，人类对传统的农业和牧业进行了彻 底的改造，发展了独立于自然生态的现代农业和牧业。??反过来，被改造了的地球自然生态系统又 意想不到地开始影响人类社会的发展和生 存。 ? 主要原因是人类的大规模开发活动正在不 可逆地破坏地球环境和自然生态内在运转 规律，进而影响人类自身的生存条件。?农牧业与水环境污染?在现代社会中，农业和牧业的效率得到了 大幅度的提高，用来满足人类对于食物数 量和质量的需要。?另一方面，现代化的农业和牧业 也对自然 水环境产生了深远的影响，其影响甚至超 过现代工业对自然水环境的影响。?因为，工业过程和产品可以被限定在一定的范围内， 其产生的污染物也容易收集和集中处置，而农业和牧业活动量大面广，并且直接影响整个自然生态系统。?例如，我国长江和黄河发源地农牧业过度活动，影响到了整个长江和黄河流域的水环境。?农牧业污染是一个分散的环境污染物排放过程，不能采用常规 的处理方法，属于非点源污染或 者面源污染。?污染包括农业施肥和农药、大气沉降、养殖动物排泄等。?面源污染分为溶解态和吸附态两种形式。在不同类型的土壤和农业区域，两种形态的比例相差非常大。从宏观上来说，各种植被和农田可以被看 做不同类型的生态膜，土地是生态膜的载 体。生态膜的类型和载体的变化对环境的 影响是各异的。 ? 例如，果林、牧草和庄稼是三种不同形式 的生态膜 ，农民从果林中收获水果，而不 破坏果林即生态膜；?农民从草地放牧中收获牛羊，但是过度放 牧将破坏草地即生态膜，导致水土流失， 土地沙化； ? 农民从庄稼地收获粮食，但是每次收获都 伴随着对皮稼秸秆的清除和对土地的翻耕。??据研究报道，裸露的土地氮磷流失率是有植被覆盖土地流失率的10-100倍，而庄稼地氮磷流失率是果林草地的近10倍。据此推算，土地在翻耕嫉牡琢魇士 能是草地的数十倍以上，甚至达到数百倍。 ? 我国农田化肥过量施用，超过50%的化肥失 效流失。??因此，农业正在成为影响我国生态环境的主要污染源，尤其是湖泊的富营养化。?在我国富营养化严重的滇池、太湖和巢湖 等地区，湖泊周围是大量的水田，是富营 养化元素氮磷的主要来源。?据统计，我国农业污染对水体的影响已经 超过工业和城市系统，成为我国也是地球 上最大的污染源。?因此，有必要防止农业和牧业生产活动中 产生的面源污染。?例如，治理果园土地水土流失主要有以下几个方式：?1、生草覆盖。即在果园的地面上种植草坪、草 垫、杂草等， 管理比较粗放，人工花费少。所 采用的生草要求根系浅，生长势弱，发芽快，耐 旱、耐荫、耐磨、稠密，和其他杂草竞争力强。常用的种类是结缕草、旱地早熟禾、黑麦 草和狗牙根等。 ? 生草也可以呈带状覆盖，即果树的株距间 进行人工除草，而在果树的行距间植草， 克服生草与果树争肥而影响果树生长发育 和产量等。 ? 这种方式也便于机械作业和管理，在机械 化程度比较高的地区尤其适用。???2、间作。即在果园内间作一年生作物如豆科 植物（豌豆）或者蔬菜等，是我国广泛采用的 果园地面管理方式，在劳动力比较便宜的地区 比较适用。 3、有机物覆盖。用植物秸秆和植物废弃物来 覆盖果园地面， 是美国农业部极力推广的地 面覆盖方式，在美国得到了最广泛的应用，在 其他国家和地区也有应用。4、无机物覆盖。用塑料薄膜、无纺布等不 易在短期内被降解的化学材料覆盖果园地 面。 ? 这种方式应用比较少，在农作物种植上应 用比较多。 ? 果园地面被覆盖能够缓冲雨水对地表的冲 击力，使表土保持良好的结构，增加雨水 入渗，可以有效地减少水土流失，减少地 表径 流。?有报道说，生草覆盖可减少水土流失86%? 99%。地面覆盖对土壤结构、有机质、地面 温度、土壤养分和水分等有明显的作用。 ? 例如，覆盖可以减少地面蒸腾作用，提高 土壤水分含量；豆科作物可以明改善土壤 团粒结构，提高土壤中的N, P, K等营养元 素含量；??地面覆盖后，地表和土壤日温差变化小， 夏季温度低， 冬季温度{，相差3-9℃， 在极端温度变化大的地区对果树有一定的 保护作用。这些都有利于果树的生长和发 育。?目前，在国外， 在果树的株间距或者树盘进行有机物覆盖，而在果树行距采用生草带状覆盖，减少或者避免使用除草剂，达到节约成本和保护环境的目的。???在我国，农田污染也非常严重。根据统计，1949 年我国施用化肥量为0.6万t,近几年氮肥施用量 高达1 400万t，年均每公顷 耕地使用标准化肥 的量达到了 300 kg，是世界上施用氮肥最多的 国家之一。 化肥氮的去向包括4个方面：作物吸收、土壤中 残留、挥发、淋脱入渗等。 氮肥施入土壤后，在作物吸收利用的同时，氮素 还参与氨挥发、反硝化、生物固定、矿化固定等， 使氮素遭受部分损失或者转变为暂时难以为作物 吸收利用的形态。二、水体类别水体是江河湖海、地下水、冰川等的总称， 是被水覆盖地段的自然综合体。 ? 它不仅包括水，还包括水中溶解物质、悬 浮物、底泥、水生生物等。 ? 就目前来看，与人类直接密切相关的自然 水体主要有河流、湖泊、地下水以及近岸 海洋等。??目前采用修复技术修复的主要水体对象: 河流、水库/湖泊、地下水以及近 岸海域等受纳水体?所采用的主要技术: 物理修复、化学修复、生物修复 其中生物修复可以分为微生物修复、 植物修复、动物修复和生态修复四类， 是主要的受污染水体修复技术。河 流河流与入类进化有着密切的关系。人类的 文明大多起源于河流江畔，例如中国、印 度和埃及等古国的文明分别发源于黄河、 恒河和尼罗河沿岸。 ? 世界上大多数大中城市和大工业区沿河立， 利用河流提供水源，输送原材料和产品， 同时作为污/废水的主要排放场所。??而河流的发源、演化和生命周期等是与全 球气候的变化密切地联系在一起的。 例如，河流的流量由气候的湿润程度和降 水等决定，河流的水位、流速，封冻和解 冻等过程由气候决定。??河流由降水径流形成，大小不同的河流形成的相 互流通的水道系统称为河系或者水系，而供给地 面和地下径流的集水区域称为流域。 河流的水文特征包括水流的补给、径流在空间和 时间上的变化、洪水的形成和运动情况、枯水特 性，河流的冻结以及河床泥沙运动情况等。??河流是联系地下水、湖泊、海洋的纽带，是地球 上水循环不可缺少的一个环节。?河流按形态可以分为山区河流和平原河流 两种。?山区河流一般落差较大，水位有明显的暴 涨暴落现象；径流速度大，可以达到6.8 m/s；容易形成强烈的洪水冲刷，在流域植 被破坏的情况下，易导致严重的水土流失。?通常来说，由于山区经济欠发达，排污较 轻，且河流冲稀能力较强，因此目前对于 山区河流的污染相对较小，对其研究也较 少，而主要集中于水土保持、河滩整治等 方面。?平原河流其特点是地势开阔平坦，水流比较舒缓，流速一般在3 m/s以下。平原河流容易产生泥沙淤积现象，因此易出现边滩、浅滩、江心滩、沙 咀等各种形态的成型堆积体。?由于平原河流地区地势平坦，土地肥沃，交通便 利，因此工农业经济发达，相应的河流污染程度 相对较大，且由于径流量的变化，河流的污染程 度随着季节的变化而不同。? ?河流水流形态复杂，一般以紊流为主。由于河水的流动特性，河流生态比较容易受到外来污染的影响，而且一旦发生污染，很容易波及整个流域，还会进一步影响到其它水体的生态，如地下水、湖泊、下游河口、海洋等。?因此河流生态系统的污染，其危害远比湖泊/水库等静态水体大。?河流的流水特性决定了河流的自净能力较强， 具体原因表现在：?(1) 河流的紊流状态使得河流水的自然复氧能力 比其它静态水体大，从而河流中的有机污染物可 以得到较快的降解。?(2) 河流的对污染物的迁移能力强，同时 当径污比（河流的径流量与输入河水中污 水量的比值）大时，河流的稀释能力和更 新能力特别强，一旦切断污染源，河流的 生态系统会很快得到恢复。? (3)河流的流动特性进化了河流中生物的形态结构，河流中的底泥、大型水生植物等造就了河流生物的多样性。?工业废水、城镇污水、农业化肥、农药等都是河流污染的重要原因。?就我国来说，2004年七大水系的412个水质监测断面中，Ⅰ-Ⅲ类、Ⅳ-Ⅴ类和劣Ⅴ类水质的断面比例分别为：41%、30.3%和27.9%，七大水系总体水质与去年基本持平，珠江、长江水质较好，辽河、淮河、黄河、松花江水质较差，海河水质差。?主要污染指标为氨氮、五日生化需氧量、高锰酸盐指数和石油类。?在中国，据统计，流域面积在100 km2以上的河流达5万多 条.这些河流分为两类：流人海洋的外流河和不与海洋相通的内陆河。大多数河流分布在气候比较湿润的东南部，而西北内陆干燥少雨，河流稀少。外流河占全国的2/3， 顺地势向东或者东南流入太平洋；内陆河占全国的1/3， 主要分布在内蒙古、河西、准噶尔、 中亚细亚、塔里木、 青海等池区。?长江是我国位居首位的第一大河，全长6 300 km， 流域面积约180万km2，接近全国总面积的 1/5。黄河是我国第二条大河，流域面积75万km2,干流河道全长 5 464 km。?我国主要河流的一个显著特征是多沙。?据估算，平均每年进人河流的悬移泥沙达35亿t,其中的21亿t (占60%)沉积于河流的中下游河道，水库及沿岸湖泊和灌区内。?例如，黄河中游黄土{原的土壤侵蚀模数 高达3 700 t/ &km2-a),是世界土壤侵蚀模 数平均水平134 t/ (km2-a)的7.6倍?黄河平均每年有7亿t泥沙沉积在干流河道， 致使下游河道逐年增高成为夹在两堤间的 地上悬河。长江每年也有2.6亿t泥沙沉积在宜昌以下 的干流河道和沿江湖泊内。 ? 泥沙沉积改变了河流沿岸的地质环境和生 态环境，导致沿途湖泊水库容量减小，水 深变浅，效益下降。 ? 同时，泥沙是水体污染物的载体，输送大 量污染物，或者沉积在河床上,成为内在二 次污染物。?我国的大多数河流巳经受到污染。 ? 大江大河的一级支流受污染极为普遍，支 流级别越高，污染程度也越严重。 ? 河流的主要污染源是：工业废水和城市生 活污水，又称为 “点源”，以及来自农业 的面源污染。??主要污染因素包括：悬浮物、 有机物浓度、pH、 有害病菌、有毒物质，其他包括温度、颜色、 放射性物质等。湖泊、水库?湖泊和水库具有很多相似之处：二者有着 与河流不同的水文条件，具有相同的动物 群落和植物群落；两者都可能发生分层现 象，其营养化现象也是雷同的。 湖泊和水库内的水流缓慢而蒸发量大，是 相对稳定的水体，且具有调节性。不同的 是水库是在河流的某段通过人工筑坝而形 成的，因此具有河流的某些形态特征。?湖泊是陆地上低洼的地方，终年积蓄着大 量的水分而不与海洋直接相连的都称为湖 泊。 ? 湖泊分为天然湖泊和人造水库或者池塘。 水库又分为湖泊型水库和河床型水库。后 者是水坝拦截形成，水面与河床形态类似， 调蓄能力相对较差。?我国湖泊水库总数达到8万余座。 ? 一般蓄水量大于1亿m3的划分为大型水库， 蓄水量界于 1千万m3至1亿的属于中型水库， 而库容小于1千万的水库是小型水库。 ? 我国面积1 km2以上的湖泊达2 300多个， 总面积约71 787km2，总贮水量为7088亿m3， 其中淡水贮量为 2 260亿比例为32%,其他 为咸水或者盐水。??受温度的影响，湖泊/水库水体会交替出现 水体的分层现象 。 水体的分层现象会破坏水体的生态平衡。 由于湖泊/水库水体流动缓慢，因此上游以 及周围区域带来的泥沙、污染物质等进入 后容易沉入底部，也难于通过流动向下迁 移，从而形成底泥沉积起来。??这些底泥通常含有丰富的氮磷，如滇池中氮和磷营养元素的80%-90%分布在底泥中，当上覆水环境发生变化时，这些底泥就会成为新的污染源而向水体释放氮和磷。?湖泊/水库水体发生分层时，底泥中的高浓度有机物会被深层水中的微生物降解，从而消耗了深水中的溶解氧，进而导致底泥内的氮 磷释放。?而发生乱层现象时，释放的氮磷又可以在垂 直混合流动中比较快的进入到表层水体，在 阳光、氧气等满足的条件下，加剧了藻类的 增长，从而破坏了水体的生态平衡。上游径流是湖泊水库的主要补给水源， 决定着湖泊水库的水文变化特征。 ? 例如，夏秋季节，降雨集中，水面上涨； 而冬春季节，降水少，水面降落。 ? 湖泊水库起着调节水系水流，维持局部地 方生态的重要作用。? ??我国湖泊水库污染日趋严重，主要表现是 “富营养化‘ 。 湖泊水库的污染不仅仅影响水体的功能例 如供应生活用水，以及危害水生生物，而 且正在导致湖泊水库本身的消亡。??根据国家环保局于1993年对131个湖泊水库的监 测，其中89个湖泊水库受到不同程度的污染，占 调耸康68%;有67个湖泊水库达到富营养程 度，占50%以上；超过V类水质的严重污染的湖泊 水库有28个， 占调俗苁21%以上。 由于污染严重，有的湖泊水库甚至丧失了作为生 活用水水源的功能，例如，著名的滇池和巢湖已 经不能再用作当地的饮用水水源。????在我国大型湖泊中，太湖、巢湖和滇池 是污染最严重的三个，前国家环保总局 实施了 “三湖”治理专项计划。 太湖是我围第三大淡水湖，位于长江三 角洲南缘，面积2425 Km2,总水量5 X 109 m3，平均水深达到2 m左右。 太湖分属江苏、浙江、安徽和上海等三 省一市，流域人口 3 400多万人，是全 国人口最稠密的地区之一。太湖周围工农业比较发达，人民生活水平 相应地比较高，污染也比较严重，导致太 湖的富营养化现象非常严重。 ? 每年的二三月份开始，水面有“水华”出 现。在夏季，几乎一半的太湖水面被“水 华”覆盖，严重破坏了太湖水体功能和生 态。?????巢湖位于长江和淮河之间的安徽省中部.属长江 水系，水域面积820 km2,容积3.6X 109 m3，平均 水深4 m左右。 巢湖周围土地肥沃，但是过度开垦，化肥流失， 加之城市和工业污水集中排放，巢湖污染非常严 重。 而且，巢湖水比较浅，底泥容易被风浪翻起，增 加营养盐污染物与水土界面交换和向水体的释放， 减弱湖泊自净作用，加剧了水体污染。 巢湖成为我国富营养化最严重的湖泊之一 。?滇池位于云南高原，昆明市郊，属金沙江 水系，水域面积 300 Km2,容积12x 108 m3, 平均水深4.4 m。滇池处于高原的谷底，周 围高地坡度大，缓冲能力差，森林植被由 于人为开垦而急剧下降，加之当地降雨集 中，冲刷能力强，导致水土流失非常严重。周围城镇人类活动所导致的污染也通过各 种途径进入滇池，而且滇池本身就坐落在 磷矿附近，磷元素本底值高。 ? 滇池常年气温变化不大，阳光辐射充足等 环境条件。 ? 这些都导致滇池富营养化非常严重，几乎 不分季节周期。?水质化学? ??? ?? ?水质是决定湖泊水库水体所有其他-切功能的基础。 水体主要成分包括无机金属和非金属物质。 例如硅、铝，铁、锰、钙‘ 镁、 钠、钾、硫，氯、氟、 硼、氮、磷和氧等； 重金属例如铜、汞、 铬、镉、铅、镍等； 有机化合物包括天然的腐殖质和人工合成的各种有机化 合物； 颗粒态悬浮物和底泥以及微生物等。 各种物质组分之间相互作用，形成了复杂的水质化学。湖泊水库生态系统?宏观生态系统湖泊水库具有十分复杂的生态系统. 一般将这个生态系统划分为三个不同类型的区域：湖 滨带、浮游区和底栖区，各自拥有不同 类型的生物群 落。 湖滨带通常生长着大量的草类植物，又称为“草床”， 是湖泊与陆地交接区域。许多天然湖泊具有大面积的 湖滨带，其植物生长受土壤肥沃程度、浅水积泥、悬 浮泥沙沉积、植物腐烂积累等因素的影响。???从功能上来说，湖滨带可以有效截流地面径流中 泥沙等悬浮物，吸收地面径流中营养物质，减少 其对湖泊水库水体的影响； 湖滨带植物可以为各种动物提供良好的栖息地和 大量的食物，促进生态良性循环。 但是，过度茂盛繁殖的湖滨带植物也会产生大量 的有机物，每年大量的根生植物和附着的藻类腐 烂后产生的有机物随水流进人湖泊水库内，将影 响水体水质，甚至加剧湖泊富营养状态。? ??? ? ?浮游区是湖泊水库水域主体。 水生高等植物是水体常见的植物，根据其生长形 态而划分为沉水植物，漂浮植物，浮叶植物，挺 水植物。 沉水植物包括马来眼子菜、微齿眼子菜、苦草、 金鱼藻、轮叶黑藻、狐尾藻； 漂浮植物主要是浮萍； 浮叶植物包括菱、睡莲、杏菜； 挺水植物，例如芦苇和莲等。?水生高等植物在生长过程中，能够将一部分溶解性. 悬浮性和沉积性的营养物质吸收固定在植物体内， 通过定期收割，移出水体之外，一定程度上降低水 体富营养化水平 植物还能够通过与藻类竞争营养，遮档光线能量， 抑制藻类的繁殖生长速度。 但是，如果在湖泊水库中，任由水生高等植物自由 生长、堆积和腐烂，将导致湖泊水库的沼泽化。??? 大量巨型水生植物的过度生长也会对水体质量产生负面影响。? 巨型水生植物容易影响渔业、船运和游泳等活动.并且影响景观水体中生长着大最的浮游植物、浮游动物 和鱼类等，形成了典型的生态“食物链‘ 。 ? 浮游植物以阳光为能量来源，以无机状态 的碳.氮和磷等为营养元素，繁殖生长，为 湖泊水库提供有机质，所以称为生产者。?湖泊水库常见的浮游动物： ? 以原生动物、轮虫、枝角类和挠足类等分 布较广，其中以原生动物和轮虫类最多， 枝角类和挠足类次之，而且其中大多数浮 游动物易为鱼类捕食消化。 ? 浮游动物以水中的溶解状或颗粒状有机物 以及藻类细菌等为能量来源，分布在整个 水体区域。??湖泊水库生活着许多种鱼，由于具有经济 价值，传统上受到人类的重视。根据统计.常见的主要鱼类约有25种 ? 主要是鲢鱼、 鳙鱼、青鱼、草鱼、鲤鱼、 鲮鱼等。?? ???鱼类在湖泊水库中起着消费者的角色。 例如，鲢鱼以大量浮游植物为食，将其转化为鱼 粪并沉积至水底，从而抑制浮游植物的数量； 但足，也有的研究认为，鲢鱼滤食活动加快了营 养元素的循环，例如未被消化的微囊藻鱼粪的氮、 磷元素释放速率分e比自然 死亡藻体的释放速 率高1.88倍和1.47倍； 这些氮磷营养元素的加快循环释放，将加快藻类 等浮游植物的生长。这说明，鲢鱼等的过量摄食，虽然一方面 直接抑制了藻类数量的增长； ? 但是，另一方面 又通过加快水体氮和磷元 素的循环，间接促进了藻类的生长。 ? 因此，具体情况需要具体分析测定。?? ??在底栖区，生活着丰富的底栖动物。 包括水蚯蚓、羽苔虫、湖螺、田螺.圆蚌、湖蚌、 杜氏蚌、蜻蜓幼虫、摇蚊幼虫、淡水壳菜、虻科 幼虫、蠓科幼虫、扁卷螺科、介形类、尾鳃蚓， 水丝蚓、毡蚓等。 微生物也是底栖区，起着分解作用，将湖滨带或 者浮游区产生的各种有机物体重新分解，使之变 为动植物能够重新吸收的营养元素，然后扩散传 质至表水层或有光层。
微生物生态??? ? ?湖泊水库中存在着丰富的微生物，这些微生物之 间具有复杂的微生物生态结构，对于湖泊水库的 水体质量起着决定性的作用。 以湖泊为例，水体表层由于光线能够穿透，生活 着除藻类之外的光合细菌； 在有氧浅水层生活着大量的好氧细菌和自养细菌； 在氧气浓度比较低的水层中主要是兼氧细菌； 而在深水层和底泥，主要是各种厌氧细菌。?? ??如果湖泊受到外来的污染，大量的污染物质进入 水体，例如来自城市的生活污水或者来自农业的 化肥和农药，湖泊的微生物生态将受到干扰。 大量的有机物迫使好氧细菌很快耗尽有限的溶解 氧，水体转为厌氧状态。 大量的氨氮在硝化过程中也消耗溶解氧， 1 mg 氨氮需要消耗4.5 mg的溶解氧，加剧水体向厌氧 状态的转化。 一旦水体转入厌氧状态，大量好氧细菌将死亡， 高等级的水生生物例如鱼、虾、贝等也因缺氧而 窒息死亡。在厌氧状态下，厌氧细菌将有机物转化为 有机酸类。这些挥发性的有机酸因得不到 及时的好氧降解而逐渐积累，使得水体pH 下降，水体发黑，发臭，导致高等水生植 物病害和死亡。 ? 因此，湖泊宏观生态的恶化是由湖泊微生 物生态进入恶性循环引起的水体水质急剧 下降。????湖泊水体的厌氧状态还将增加溶解态磷的浓度， 促进藻类的繁殖生长，加剧湖泊的富营养化。 磷元素在进入湖泊时，主要吸附在悬浮w粒表面， 通过沉降至湖底。 在厌氧状态下，吸附在悬浮w粒上的磷将被脱附， 在还原状态下，不溶性的磷转化为溶解性的磷. 经过扩散迁移至水体表层，被藻类所吸收利用。?实际上，微生物是湖泊水库中数量最大的生物种群，是 湖泊水库整个生态系统存在的基础。 但是，微生物生态长期以来没有得到传统生态学应有的 重视。这也与缺乏微生物生态研究方法有关系。 传统上，研究环境微生物的方法是平板培养计数法。 但是越来越多的研究表明，传统的平板培养计数法仅仅 能够分离极小部分微生物。 传统的方法已经远远不能适应环境中微生物的多样性特 点，也在一定程度上阻碍了微生物生态学的发展。?? ??底泥? ? ? ? ? ? ?底泥是湖泊水库的重要组成部分，能够反映湖泊水库演 化的历史过程。 底泥主要由三部分组成：无机矿物、有机物和流动相例 如水或者气体。 底泥含水量非常高，一般在83%?95%之间。 底泥主要由矿物元素和有机化合物组成，主要元素包括 硅、钙、铝、钠、钾和镁等； 营养元素是有机碳、氮和磷； 活泼元素铁、锰和硫,以及其他微量重金属元素。 铁是典型的活性元素.随着条件的转换而经常进行频繁的 氧化还原过程.这种转Q经常引起其他污染物质的迁移 和转化。?? ? ? ? ??磷是重要的营养元素，是决定大多数湖泊水库富 营养状态的关键元素，得到了广泛深入的研究。 底泥中的磷主要以5种形式存在： 弱吸附相磷； 与铁氧化物或者氢氧化物络合的磷； 磷灰石类的磷组分； 矿物晶体内的残留相磷； 有机态磷。? ?磷的释放方式主要有： ①有机态磷的转化溶解。湖泊底部往往存在着一个活性 有机碎屑层，由于有机碎屑的分解释放磷维持着比较高 的 PO43-，从而驱使PO43-向沉积物中扩散迁移，在表层沉 积物间隙水中形成高于湖水的PO43-浓度； ②与铁氢氧化物结合的磷，许多研究表明，湖泊沉积物 向水体释放的“活性磷”主要来自与铁氧化 物或者铁氢 氧化物结合的磷，而且明显与水深或者湖泊的分层有关； ③沉积物扰动，导致底泥间隙中的磷被释放出来。???底泥有机物的主要组分是腐殖质和人为排放的各种有机污染物。?腐殖质可以为微生物提供碳源，可以与金属离子发生络合和离子交换，可以形成腐殖质-铁-磷酸盐复合络合物，影响湖泊水库的营养状态。?据调查，滇池中氮和磷营养元素的80%、90%分布 在底泥， 其次才是水体和浮游生物。 营养元素氮和磷在湖泊底泥中以多种形式存在。 氮元素以氨氮、硝酸氮或者有机氮的形式存在。 磷元素以磷酸盐的形式存在，例如磷酸铁、磷酸 亚铁、磷酸钙，以及有机磷等。 营养物质在底泥中的分布是有规律的。? ??沉积物中的氮和磷在一定条件下会释放出 来。 ? 有机态氮和磷主要是被微生物对有机物的 代谢过程被释放出来。 ? 厌氧条件下，磷的释放速率比好氧条件下 快得多，几乎相差10倍左右。? ?对于无机磷，在还原条件下，铁型磷首先 释放出来；在PH呈酸性时，铝型磷容易释 放； ? 在二氧化碳比较充足时，钙型磷可能释放， 也有的研究认 为微生物对钙型磷的释放有 促进作用。?底泥生存着大量的生物，主要是藻类、大 型植物、底柄无脊椎动物和细菌。 ? 藻类主要是底栖藻类，附着于沉积物表面， 主要分布在底泥表面数厘米。 ? 底栖藻类的生长主要是受光线的影响。 ? 大型植物主要是真被子植物.分为绿色叶或 者茎浮在水面的“浮露”植物和处于水面 以下的沉水植物。??植物与沉积物通过根系进行相互作用。而 且，植物周囿栖息者不同类型的生物群落， 包括各种细菌微生物，能够改变局部的微 环境。 植物死亡后.往住会释放大量的营养物质到 水体中，尤其是可观浓度的磷会较大程度 地影响水体的富营养化。???细菌是生活在底泥中最里要的生物，对底泥的状 态具有举足轻重的影响而且对水体水质也具有非 常大的影响。 细菌起着“分解者”的作用，将水体和底泥中的 各种生物排泄的代谢产物以及生物尸体残骸进行 分解还原和矿化，使氨态氮和硝酸盐态氮通过硝 化和反硝化转化为氮气，使其回到简单的无机物 状态，避免湖泊水库沼泽化.维持整个湖泊水库 生态系统的良性循环。???底泥处于不断地运动状态之中。掌握底泥运动动 力学对于理解污染物的分布、底泥的疏浚、污染 物迁移转化和生态作用等是非常重要的。 底泥在悬浮、挟带、浊流和水流等作用之下，经 历着不断地堆积、搬运和侵蚀。 风、波浪和地形等是影响底泥运动的主要因素。由于不断的运动，底泥的沉积呈现纹状结 构形态。 ? 根据底泥纹状形态，可以测定底泥沉积物 年龄，湖泊水库的运动历史轨迹。 ? 纹层底泥各个分层的年龄可以采用放射性 同位素法进行测定。?富营养化富营养化是由于过量的无机营养元素、有 机物和悬浮泥沙进入湖泊水库内，导致生 物繁殖大幅度增加。 ? 富营养化现象通常表现为藻类滋生，根生 或者浮游生物大量生长，以致达到公害的 程度。??例如导致饮用水嗅味和颜色危及~类生存.影响工农业使 用，影响娱乐功能等；?大量浮游植物或者浅水根生植物的生长繁殖，可能导致 湖泊水库沼泽化，容积大幅度减少；植物的分解需要消耗大量溶解氧，释放大量溶解性有机 物，导致水质急剧恶化。 藻类在代谢死亡过程中能够释放各种藻毒素，具有比较 强的毒理作用，危及水环境整个生态系统。??富营养化原因分析? ???（1）污染源是导致富营养化的根本原因 导致富营养化的污染源一般在湖泊水库周围，可 以是“点”污染源，也可以是“面”污染源。 “点”污染源通常通过管道形式集中排放的污染， 例如城市污水、雨水收集排放和工业废水等。 “面’’污染源包括农田排水、 河岸渗透、雨 水冲刷和地下水等。 相对而言， “面”污染源更加难以进行定量管 理和控制。?????污染物质进人水体的途径包括生物过程、气象过程和水 利过程等。 气象途径包括降雨和降雷，一般不是主要途径，除非在 偏远地区。 生物途径主要是动物的排泄物，是主要的非点源污染。 城市污水处理厂所排放的污水，即使经过一级或者二级 处理，仍然含有大量的营养物质。 水利途径主要包括河流径流、农田排水、雨水冲刷和地 下水等，其污染负荷与土壤类型、土地开发、植被覆盖、 坡度和气候等相关。 其中，土地使用类型影响最严重。? ???（2）气象环境是诱发富营养化的外因 温度和光照是影响藻类繁殖的重要环境 条件。 温度能够影响细胞内酶的活性，而光照 提供细胞代谢所需要的能量。 所以，水库湖泊中富营养化现象的季节 变Q和生物生产量峰谷交替等，主要取 决于水体温度和光照强度。? ?（3）水力流态足产生富营养化的载体富营养化现象容易发生在水流比较缓慢，水深 比较浅（一般小于4 m)，相对封闭的水域，适 合大量植物和藻类的生长。 而在水流比较急的水域， 或者在水深比较大 的湖泊不容易发生富营养现象。???这类湖泊底部光线不足，水压比较大，浅水区很 小，积泥（也称为再生区）距离水面 （也称为 生产区）比较远，营养的释放距离也比较远.不 可能支持大量根生植物生长，也不可能造成藻类 疯长。 但是，这类湖泊水停留时间比较长，因此，如果 外部排入的营养增加，就很可能导致藻类大量繁 殖，形成富营养化现象。?? ???（4）生态系统失衡加剧富营养化 蓝藻在湖泊食物链生态中属于生产者， 其后的消费者顺序为食草微型动物一食 肉微型动物一鱼类等。 如果为了提高某一种或者几种鱼的产量， 可能破坏整个食物链结构。 例如，滇池引进银鱼，结果银鱼以微型 动物为食，导致食藻微型动物数量大大 减少。???微生物生态失衡也加剧了富营养化。微生物在湖 泊中属于分解者，将有机污染物以及食物链中生 产者和消费者两者的排泄物分解利用，维持水体 质量。 但是如果大量有机物进入水体，将导致微生物大 量繁殖生长，其分解有机物需要消耗溶解氧。 过度消耗溶解氧，将导致水体转为厌氧状态。水 体厌氧状态不仅破坏了湖泊食物链，而且加剧了 富营养化元素磷的循环。? ???（5）恶性循环 藻类过度繁殖，形成覆盖水面的“水华”，则 水体溶解氧快速下降、光辐射进入水体深层的 比例迅速衰减，水体呈现厌氧状态，藻类死亡， 分泌产生藻毒素，水体发黑发臭。 这种现象导致高等生物窒息死亡，高等植物病 害腐烂，生态食物链丧失了抑制藻类生长的功 能； 这种现象还加剧了磷元素的转化，从颗粒态转 化为溶解态，从底泥释放进入水体，进一步加 剧了藻类的疯长，形成了富营养化的恶性循环。富营养化评级根据湖泊中营养状态指标体系，包括总氮、 总磷、透明度、叶绿素a、BOD5、COD, DO、水生 生物群落结构等，通常将富营养状态划分为贫营 养、中营养、富营养和重富营养等。 常用的综合指标包括Carlson指数（TSI)、修 正Carlson指数、加权营养状态指数、营养度评 价（AHP-PCA)、评分法、生物指数等?地下水?埋藏于地表以下土层孔隙中的水统称为地 下水，其水体占地球水总体积的0.9%。 地下水是存在于土壤空隙和地下岩层裂隙 溶洞中的水，是陆地水资源重要的赋存形 式，全球绝大部分水资源是以地下水的形 式存在。?我国地下水资源比较丰富，达到8700亿 m3/a，但是实际可采量仅为2 900亿m3/a ? 地下水是我国人民生活、城市和工农业用 水的重要水源。全国2/3的城市以地下水为 供水水源，农业灌溉用水占了地下水总开 采量的81%左右。 ? 在我国，地下水污染有逐渐严重的趋势， 主要是人类在生产和生活过程中产生的污 染物质直接或者间接进入土壤和地下水。??目前世界上的地下水污染主要以有机物污染（石油类污 染和芳香烃类污染）和无机污染（含氮类无机物，如硝 酸盐氮、氨氮等）为主。 我国在2004年对全国187个城市的地下水水质调查中发现：?与2003年相比，地下水污染减轻的有39个，但污染加重的52个。主要城市和地区的地下水硝酸盐、亚硝酸盐、 氨氮、氯化物等组分的含量普遍升高。主要污染源? ? ?农业中化肥和农药的过量施用；工业和城市的垃圾、污水侵入土壤和地下水；大气沉降，包括“干降”和“湿 降”，大气中的SO2和重金属等进入土壤和地下水，导致土壤“酸化”和重金属污染；? ?采矿废弃物，主要是重金属污染； 地下储罐和输送管线等。?地下水中的主要污染物分为：硝酸盐污染难降解性的有机物污染，例如农药， 重金属污染，例如铬、 镉、铅、汞、 镍.砷、铜和锌等。? ?我国目前大多数城市地下水受到污染。城市近郊区由于多年过量开采以及人为活动的污染，水质比远郊区污染严重。 在污染程度上，北方城市地下水污染重于南方城 市地区，其中华北地区地下水污染比较突出。 地下水过量开采，导致地下水水位下降。?????例如，河北和山东等地形成漏斗区面积达数万平 方公里，漏斗中心区水位下降30?90m,北京也形 成了 1 000多km2的降落漏斗。 地下水过量开采还导致地面沉降，例如天津和上 海等地都发生 比较严重的地面沉降现象，西安 市出现了地面裂缝，损坏地面建筑、供水、通讯 以及其他市政设施等。 在沿海地区，地下水水位下降还能导致海水直接 侵入淡水层，土壤盐碱化，建筑物受侵蚀等。???地下水不同于地表水例如湖泊水库和河流，一旦 污染后，治埋起来更加困难。 因为受污染的地下水在土囱沂紫吨校刂侍 件复杂，调动起来非常困难，不容易像地表水那 样集中处理；地下水中相当一部分污染物吸附在 土壤和岩石表面，给地下水的处理增加了难度； 另外，地下水所处区域人类活动频繁，地上建筑 物密集，限制了相关处理技术的实施。?相对于地表水而言，地下水的迁移、补偿、运动速率、微生物种类和数量、复氧速率以及溶解氧含量等有利于污染物降解和转化的条件都比较差， 加之地下水存在的地质条件复杂，又常受到地面建筑的影响，无法进行大规模集中式处理，所以地下水一旦被污染后，其治理和修复也十分困难，往往需要一个长期的过程。?目前针对地下水的修复技术通常和土壤的修复密切关联，所采用的技术主要有：?物化/化学修复，包括空气吹脱技术、表面活性剂法、重金属沉淀技术、化学氧化技术、电动力学修复技术等；?生物技术，主要包括原位强化生物修复技术、自然生物修复、植物修复、生物反应器法等。海洋?海洋是指地球上广大而连续的咸水水体的总体，占地球上水总体积的97.2%，其总面积约为360?106 km2，约占地球表面积的70%。?海水化学成分非常复杂，其中一个重要指标就是 海水盐度。一般为33‰-37‰。，平均为34.6‰。 海洋中水体运动表现为潮汐、波浪和洋流。??海水具有含盐量高、温度低、有机物含量少、在 深处有很大的静压力等特点。?海洋受到污染最严重的地区主要为近海岸水域，尤其是河流入海口。海洋水体受到污染后，最明显的表现就是出现赤潮现象。?目前海水中的主要污染物依然是无机氮和活性磷酸盐，但随着海洋石油的开发，石油类污染已经逐渐成为海洋环境的另一种主要污染物。土壤是陆上自然生态系统的载体。 ? 土壤是岩石经过长期风化而形成的疏松层 作母质，加上水和生物通过化学和生物性 质的逐渐变化而形成的，具有独特的组分、 结构和功能。 ? 土壤作为载体，为植物、动物和微生物提 供营养和栖息场所，同时进行着各种分解 过程，使各种物质得到还原，维持自然生 态系统的正常循环和进化。?水环境修复我国在今后相当一个时期内，仍将处于发 展阶段。 ? 水污染将是 一个长期存在的问题，局部水 污染甚至还将进一步恶化。 ? 水环境污染问}也有相当一部分是自改革 开放以来不断排放的污染物质的积累造成 的。??从2000年来看，我国工业废水处理率已经超过90%以上，但是被排放出去的污染物质绝大部分都是难降解污染物质，对水环境具有长期的潜在危害；?全国城市生活污水处理效率仍然比较低，80%未 经处理就直接排人水环境，是当前主要污染源；我国已经认识到农业面源对水环境的严重 影响，但是尚没有采取全面的管理和工程 措施进行有效地治理。 ? 根据监测调查，我国90%以上的城市水环境 污染比较严重，有的城市水环境仍然在恶 化。??水环境中的污染物质直接破坏水体和土壤的功能，使其变得不适宜各种生物的生存；?或者污染物质通过“食物链”影响植物、动物和 人类； 或者污染物质抑制了分解者的活性，导致污染物 质在环境中的积累。??总之，污染物质的毒性说明其不能够与环境兼容，而去除或者降解环境中的污染物质则需耍对受污染的水体和土壤进行修复处理。?对水环境进行修复是我国迫切的需要。水环境修复的基本原则和内容?环境修复工程所遵循的原则不同于传统的环境工程学。?在传统环境工程领域，处理对象能够从环境中分 离出来例如废水或者废弃物，需要建造成套的处 理设施，在最短的时间内，以最快的速度和最低 的成本，将污染物净化去除。而在水环境修复领域，所修复的水体对象 是环境的一部分，不可能建造能将整个修 复对象包容进去的处理系统。 ? 如果采用传统治理净化技术，即使对于局 部小系统的修复，其运行费用也将是天文 数字。??在水环境修复的过程中，需要保护周围 环境。 水环境修复比传统环境工程需要的专业 面更广。 包括环境工程、土木工程、生态工程、化 学、生物学，毒理学、地理信息和分析监 测等，需要将环境因素融入技术中。??水环境修复的基本内容?1、水环境现场调查?对于任何一个水环境修复工程,需要对修复 现场进行科学地调查，主要目的是确定污 染程度。包括污染区域位置、大小、污染区域特征、 形成历史、污染变化趋势和程度等。??现场调四谌荩?? ? ?外部污染源范围和类型内在污染源变化规律 积泥土壤环境形态和性质 水动力学特征等。? ??? ? ? ??2、设计原则 设计需要在彻底掌握现场数据的基础上进行； 设计的原则包括： 制定合理的修复目标以及遵循法律法规方面的要求； 明确设计概念 思路，比较各种方案； 进行现场研究； 可能遇到的操作和维修方面的问题，公众的反应，健康 和安全方面的问}； 估算投资、成本和时间等因素的限制，结构施工容易程 度以及编制取样检测操作维修乎册等。主要设计程序如下：? ??? ??? ? ? ?1、项目设计计划 综述已有的项目材料数据和结论； 确定设计目标； 确定设计参数指标； 完成初步设计； 收集现场信息； 现场勘察； 列出初步工艺和设备名单； 完成平面布置草图； 估算项目造价和运行成本。2、项目详细设计 ? 重新审查初步设计； ? 完善设计概念和思路； ? 确定项目工艺控制过程和仪表； ? 详细设计计算、绘图和编写技术说明相关 设计文件； ? 完成详细设计评审。??3、施工建造??接收和评审投标者并筛选最后中标者；提供施工管理服务；?进行现场检恕?4、系统操作??编制项目操作和维修手册；设备启动和试运转；?5、验收和编制长期监测计划。三、水体污染类型?水体污染是指排入水体的污染物在数量上 超过该物质在水体中的本底含量和水体的 环境容量，从而导致水体水的物理和化学 性质发生变化，使水体固有的生态系统和 水体功能遭到破坏。水体污染的实质是由于人类活动不当:?向水体排放未经妥善处理的城市污水和工业废水;?雨水冲刷作用下进入水体的农业中使用的化肥、农药以及城市地面的污染物;?通过重力沉降或降水而进入水体的大气中的 有毒有害物质; 固体废物填埋处理过程中产生的垃圾渗滤液?物理性污染感官性污染 ? 热污染 ? 悬浮物质污染 ? 放射性污染??感官性污染主要包括：水体色泽变化、浊度变化、泡沫以及臭味。?热污染指向水体中排放的废热引起水温升高，从而影响水质，危害了水生生物与植物的生存以及对水资源的利用。? 水体热污染的主要危害表现在：(1)降低水体溶解氧，并且加重水体污染。温度升高，水中溶解氧（DO）会随之降低，而水生生物的耗氧速率则加快，导致了水体中DO缺乏，鱼类和水生生物缺氧而死亡。温度还会影响到水的其它物理性质指标，温度升高，水的黏 度将降低，密度减小，从而影响水体中沉积物的 沉降。(2)影响水中生物，破坏鱼类生存环境。水体增温使水生生物群落结构发生变化，影响生物多样性指数，动物栖息场所减少。不同温度下，各种优势藻类种群和鱼类种群也不相同。当水温升高至35℃以上时，蓝藻会大量生长，加快富营养化进程。蓝藻并不是鱼类的好饵食，其中有些还有毒性。蓝藻的大量存在，会降低饮用水水源的水质，增加絮凝剂和消毒剂的投加量，直接增加一些消毒副产物的产生。温度和生物多样性的改变，还直接影响养殖业。(3)直接危害人类健康。温度的上升，给致病微生物如蚊子和其它一些病原体微生物提供了最佳的滋生繁衍条件，引起各种新、老传染病的扩大流行和反复流行。(4)加快水分蒸发，影响水的使用功能。水温的升高加强了水汽在垂直面上的对流运动，导致水体蒸发加快，使陆地上失水增多，也使得水体内的含盐量升高，增加了水的腐蚀性，而且水温的升高，还直接影响了电厂热机效率和发电的煤耗、油耗。?水体热污染主要来自火力发电厂、核电站、 金属冶炼厂、石油化工厂等在其生产过程中 向水体排放的大量温热废水，或直接向水体 倾倒的高温废渣。火力发电厂的燃料燃烧总发热量中只有35%左 右转变为电能，而60%以上的热能主要通过烟 囱和汽轮机凝汽器的循环冷却水散失到环境 中，这些热量大部分是由受纳循环冷却水的 水体所承受??对于水体热污染的防治，主要是通过回收利用 废热、改进冷却方式、减少温热废水的排放三 种途径进行.?其中回收利用废热和减少温热废水的排放是主要的研究方向，因为这两种方法可以在不影响 其它周围环境的情况下从根本上解决水体热污 染问题，而且具有较大的经济效益。?废热的回收利用可以采用热泵、热管技术以及 喷射技术等直接回收后应用于生产、生活。?也可以直接作为热源用于水产养殖、农业灌溉、冬季供暖、预防水运航道和港口结冰等。?减少温热废水排放则从温热废水排放源上开始， 通过技术、工艺改进和组合，提高热利用率。另外，通过改进温热废水排放口形式，充分利用水体的水力、水文条件，加快温热废水的稀释和降温，尽量减少温热废水对受纳水体的影响也大量被采用。这些方式只是针对解决水体热污染进行的，并没有减少向环境中排放热量。?对于已经受到热污染的水体，通常采用自然散热的方式处理，而且一旦截断了热污染源，水体会自然恢复到原来的温度，这是热污染的一个重要特点。?悬浮物质是指水中含有的不溶性物质，包括固体 物质和泡沫塑料等。?水体受到悬浮物污染后表现出如下一些危害：(1)影响水体外观，降低光的穿透率，妨碍水中植物的光合作用，减少氧气的溶入，影响了水生生物和水体的自净能力；?(2)吸附有机毒物、重金属等，形成危害更大的复合污染物，随水流扩散、迁移到较远的地方，扩大污染范围；?(3)悬浮物可以堵塞鱼鳃，导致鱼的死亡，并使水底的甲壳类、珊瑚虫死亡；(4)有机悬浮污染物在微生物的降解过程中会消耗大量的溶解氧，也会影响水生生物，而高浓度的无机悬浮物则容易沉积在河底、水库、湖泊等，缩短水库使用年限，增加底泥疏浚费用，并 成为这些水体的重要内源污染物。?悬浮物污染主要由生活污水、垃圾和采矿、采石、建筑、食品加工、造纸等产生的废物泄入水中或农田的水土流失所引起的。可以通过沉淀的方式 使悬浮污染物与水分离。对于一些细小难以沉淀 的悬浮物则需要采用投加混凝剂或过滤、气浮的 方式去除。?由于悬浮污染的处理相对来说比较容易实现，且很多工业废水中的悬浮物本身又是生产原料，因此为了减少悬浮物对水体的污染，应该在排放之前进行回收，，尽量减少排放废水中的悬浮物浓度。?放射性是一种不稳定的原子核（放射性物质） 自发地发生衰变的现象，在放射过程中同时放出的射线（如α射线、β射线和γ射线）属于电离辐射。?受到放射性污染伤害的人或生物，经过一定 时间，会诱发癌症，如白血病等，或影响和 危害孕妇和胎儿，缩短寿命以及遗传伤害等等，过量的放射性可导致人或生物在很短时间内死亡。?放射性水体污染主要是由于原子能工业的 发展，放射性矿藏的开采，核试验和核电 站的建立以及同位素在医学、工业、研究 等领域的应用，使放射性废水、废物显著 增加。它们污染途径江河湖海等水体的途径包括： 大气中的放射性粒子的沉降，地面上放射性物 质受到雨水的冲洗，土壤渗透。 放射性物质在水中以溶解态（离子形式）和悬浮状态两种形式存在，一部分会吸附在悬浮物中沉积在水底，另一部分则在水中逐渐扩散。放射性物质经过一段时间可在环境中 衰减直至消失，因此对于少量的放射性 污染水体通常采用密封或隔离的方式使 其自然衰减.另外也采用化学吸附法、离子交换法、混凝沉淀、酸液溶浸技术等而这些技术若应用到大面积的低浓度放射性污染水体，则其运行费用将难以承受，对此利用植物或微生物的富集或转化修复技术则比较合适化学性污染无机污染物质 ? 无机有毒物质 ? 有机有毒物质 ? 需氧污染物质 ? 植物性营养物质 ? 油类污染物质??污染水体的无机污染物质有酸、碱和一些无机盐类。?酸、碱污染水体后使其pH值发生变化，破坏其自然缓冲作用，消灭或抑制细菌及微生物的生长，妨碍水体自净，还可腐蚀船舶。若 天然水体长期遭受酸、碱污染，将使水质逐 渐碱化或酸化，从而对生态产生影响。?世界卫生组织规定的国际饮水标准中pH值 的合适范围是7.0～8.5，极限范围是6.5～ 9.2。在渔业水体中的pH值一般认为不应低 于6.0或高于9.2，农业用水的允许pH值4.5～9.0之间。?酸、碱污染物不仅能改变水体的pH值，而且可大大增加水中的一般无机盐类和水的硬度，因酸、碱中和可产生某些盐类，酸、碱与水体中的矿物相互作用也产生某些盐类。?水中无机盐的存在能增加水的渗透压，对淡水生物和植物生长有不良影响。?世界卫生组织国际饮用水标准规定水中无机盐总量最大合适值是500mg/L，极限值是1500mg/L。对农业用水来说，一般以低于500mg/L为好。?水体中的酸主要来自矿山排水及许多种类的工业废水。矿山排水中的酸由硫化矿物的氧化作用而产生，产生的酸继续与其它成分反应生成各种盐，主要是硫酸盐。?矿区排水携至河流中的酸实为酸性盐的水解产物。其它如金属加工酸洗车间、黏胶纤维和酸性造纸等工业部门都可排放酸性工业废水。雨水淋洗含二氧化硫的空气后，汇入地表水体也能形成酸污染。?水体中的碱主要来源于碱法造纸、化学纤维、制碱、制革及炼油等工业废水。?酸性废水与碱性废水相互中和产生各种盐类，它们与地表物质相互反应，也可能生成无机盐类，因此酸和碱的污染必然伴随着无机盐类的污染。?酸、碱废水排入天然水体后能和水体固相中 的各种矿物相互作用，如酸与长石（Na/KalSi3O3）的反应。?酸与粘土矿物和其它硅酸盐也能起类似的反应，如酸与石灰石(Ca/MgCO3)的反应。?在自然界中，上述这些反应发生于和大气及各种矿物相接触的复杂水环境中，对保护天然水体和缓冲天然水pH值变化范围有很重要的作用，即天然水体对排入的酸和碱有较强的净化作用。?另外采用人工投加酸碱中和剂是快速有效的修复方法，如投加石灰石、生石灰 等碱性物质可以有效恢复酸化水体的pH。?污染水体的无机有毒物质主要是重金属及其化合物以及部分非重金属等有潜在长期影响的物质，主要有汞、镉、铬、铅、砷、氰化物、氟化物等物质，?另外，其它重金属如锌、铜、镍、锡等当浓度达到一定的程度后，对人体和水生生物也有毒害作用。? 水体中无机有毒物质的污染特点与危害表现在：(1)在水体中浓度很低时即可产生毒性。当 CN-含量在水中达0.3～0.5mg/L时，即可 导致鱼类的死亡。?(2)很难或根本不能被微生物降解，大多数重金属离子及其化合物易于被水中悬浮颗粒所吸附而沉淀于水底的沉积层中，长期污染水体，而且某 些重金属可在微生物的作用下转化为有机化合物， 使毒性增加。?如汞进入水体后可以转化为毒性更强的甲基汞，破坏脑神经。(3)重金属及其化合物可被生物吸收并富集，并经过食物链最终传递给人类，然后和生理高分子物质发生作用而使其失去活性，造成慢性中毒。如镉主要积累在人体的肾脏和骨骼中，会引 起肾功能失调，骨骼疏松，疼痛难忍，这种病的 潜伏期可达10～30年之久。无机有毒物质污染来源广泛，它们涉及到多行多业，不同工业会排放不同的无机有毒物质废水，如氯碱、造纸、电子、塑料、石油化工合成 等工业会排放含汞废水，采矿、冶金、电镀、塑 料等工业会排放含铬、镉等重金属废水， 而电镀工业、金银选矿和某些化工工业 则排放含氰废水。无机有毒物质在水体中一部分通过氧化 /还原作用转化为其它化合物沉淀或溶解于 水中（离子态），一部分通过络合、螯合 作用或被吸附在天然水体中的各种黏土矿 物、腐殖质等物质悬浮在水体中，随水流 迁移（络合离子态、螯合离子态、胶体态、 分子态）但是大部分的污染物通过沉淀作用和吸附作用而沉积在排水口附近的底泥中（沉淀态、吸附态），如重金属形成氧化物、磷酸盐、硫化物等 难溶物质。这些物质当条件发生变化后，会很容 易的再次进入水体，成为内源污染物。无机有毒污染物质主要存在于水体的底泥中，因此对于无机有毒物质污染水体的修复的各种技术也以治理底泥为主.如疏浚、固化掩蔽、物理淋洗、电动力学修复等，但目前研究较多的还是利用生物氧化还原和吸附原理的生物修复技术。?污染水体的有机有毒物质主要是各种有机农药、多环芳烃（PAHs）、芳香烃、高分子聚合物、染料、多氯联苯（PCBs）等。?它们大多是人工合成的物质，化学性质很稳定，很难被 生物所分解，因此他们其中很多物质都是持久性有机污 染物，简称POPs（Persistent Organic Pollutants）， 如有机氯农药、多氯联苯等。 这些物质均具有较强的毒性，并有致癌、致畸、致突变 作用，进入水体后能长时间残留在水中，并可通过食物?链不断积累、富集。??酚类和表面活性剂（LAS）化合物也是一种重要的有机有毒污染物。?酚类可以使人慢性中毒，发生呕吐、腹泻、精神不安等症状。?酚类化合物种类繁多，它们的嗅味阈值浓度很低，水中含有少量的酚类物质就可以影响鱼类等食物的食用，酚类对鱼的毒性以及臭味感觉浓度如下表所示。酚及其衍生物对鱼的毒性及臭味酚及衍生物 鱼类致死浓度(mg/l) 臭味感觉浓度(mg/l) 酚 8～20 15~25 甲酚 10～15 10 苯二甲酚 5～10 1～5 临苯二甲酚 35 25 α-萘酚 0.2 0 氯苯酚 对苯二甲酚 10～20 35 0.1 0?与其它有机有毒物质不同，酚类比较容易被生物 降解。?表面活性剂会造成水体起泡、产生毒性，降低水的复氧速率和充氧程度，影响水生生物的存在，抑制微生物的作用，使水体自净受阻.?此外，LAS还能乳化其它的污染物，增大污染物质 的浓度，造成间接污染。植物性营养物质① 藻类在水体中占据的空间越来越大，使鱼类活动的空间越来越少；衰死藻类将沉积塘底。② 藻类种类逐渐减少，并由以硅藻和绿藻为主转为以蓝藻为主，而蓝藻有不少种有胶质膜，不适于作鱼饵料。而其中有一些种属是有毒的。③藻类过度生长繁殖，将造成水体中溶解氧的急剧变化，藻类的呼吸作用和死亡的藻类的分解作用消耗大量的氧，有可能在一定的时间内使水体处于严重缺氧状态，严重影响鱼类生存。
油类污染物质 (Oil contaminant )?近年来，石油及其油类制品对水体的污染比较突 出，在石油开采、储运、炼制和使用过程中，排 出的废油和含油废水使水体遭受污染。石油化工、机械制造行业排放的废水也含有各种油类。?随着石油事业的迅速发展，油类物质对水体的污染愈来愈严重，在各类水体中以海洋受到油污染尤为严重。目前通过不同途径排入海洋的石油数量每年为几百万至一千万吨。影响海洋生物的生长、降低海滨环境的使用价值、破坏 海岸设施；此外还影响局部地区的水文气象条件和降低海洋的自净能力。 （据实测，每滴石油在水面上能够形成0.25m2的 油膜，每吨石油可能覆盖5×106m2的水面。油膜 能使大气与水面隔绝，破坏正常的复氧条件，将 减少进入海水的氧的数量，从而降低海洋的自净 能力）。当水中含油0.1-0.01ml / L时对鱼类及水生 生物就会产生有害影响。油膜和油块能粘住 大量鱼卵和幼鱼，或使鱼卵死亡，更使破壳出来的幼鱼畸形，并使其丧失生活能力。因此，石油污染对幼鱼和鱼卵的危害最大。石油污染短期内对成鱼危害不明显， 但石油对水域的慢性污染会使渔业受 到较大的危害。同时，海洋石油污染 还能使鱼虾类产生石油臭味，降低海 产品的食用价值。黏附石油后的海鸟
生物性污染?水体的生物性污染主要是指那些对人体有 害的病原性微生物。 病原性生物主要有三类： (1)病菌，如大肠杆菌、痢疾杆菌、绿脓杆 菌等；? ??(2)病毒，如麻症、流行性感冒、传染性肝炎病毒等。病毒没有细胞结构，但有遗传、变异、共生、干扰等生命现象的微生物，多数用电子显微 镜才能观察到；?(3)寄生虫，如虐原虫、血吸虫、蛔虫等。?外来物种引起的典型生物性污染是凤眼莲，原产于巴西的凤眼莲虽然可以有效去除污水中的营养元素，吸收和富集各种重金属和有机毒物，对污 水有很强的净化作用，且净化效率优于其它水生 植物，但凤眼莲的疯长会造成航道堵塞、水质恶 化和水生生物的死亡。生物污染的特点是：数量大、分布广、存活时间长、繁殖速度快。所以防止病原微生物对水体的污染 也是保护环境，保障人体健康的一大课题。四、受污染水体的物理修复?物理修复是一个人工的物理自然过程，被用来改变自然物的物理性质。受污染水体的物理修复过程不会改变或减少污染物的数量和状态，而且通 常工程量大，耗财耗力，治标不治本。?但是物理修复过程周期短，见效快，对于一些污染严重的水体尤其适用。目前物理修复方法主要包括底泥疏浚、曝气复氧、调水/置换、掩蔽等。地泥疏浚?底泥是江河湖海水体系统的主要组成部分，由无机矿物、有机物和流动相三部分组成。?矿物成分主要是各种金属盐和氧化物的混合物， 主要元素包括硅（Si）、钙（Ca）、铝（Al）、 镁（Mg）、钠（Na）、磷（P）、氮（N）等。 有机质主要是天然有机物例如腐殖质和人为排放?的各种有机污染物。? 引起底泥释放的因素：?(1)扰动。在底泥受到扰动时，底泥间隙水中 的营养物质就会被释放；?(2)氧化/还原作用。影响微生物的活动和物 质的溶解性；?(3)微生物代谢活动。当环境条件改变， 微生物的活动会影响到底泥中有机质的 分解、营养元素的转换和释放；?(4)局部pH变化。改变污染物质的溶解 性，从而引起底泥污染物的释放或沉淀。?? ? ?目前底泥修复技术多种多样:物理修复: 包括掩蔽、疏浚等； 化学修复: 包括氧化、沉淀等； 生物修复；生物修复具有成本低、不破坏水体 生态环境和无二次污染等特点，因此将是底泥 修复的发展方向，但目前工程应用较少。?掩蔽是在污染底泥上放置覆盖物，如沙子、砾石、水泥等人工合成材料，使污染底泥与水体隔离，防止底泥污染物向水体迁移的一种物理 修复方法。?掩蔽修复技术能有效防止底泥污染物释放，但 能造成水体容量的减少，而且可能影响到底泥 中各种生物的活动，因此一般适于深海底泥修 复。?底泥的氧化沉淀是利用对污染物具有氧化和沉淀作用的试剂，将底泥中污染物质氧化、沉淀或惰化，使之相对稳定于底泥中。?掩蔽和氧化沉淀方法只能暂时缓解底泥污染物的 释放，但并不能从根本上控制，即污染物在量上 并没有减少，当条件变化后可能出现反弹。 这两种方法都会影响水生生态结构和水体的自净能力。?底泥疏浚就是采用水力或机械的方式，将 污染底泥从水体系统中清除出去。?疏浚底泥可以较大程度地削减底泥对上覆 水体的污染贡献率，改善水体水质、河道 水动力条件和环境景观。?因此，就目前来看，对水体底泥的修复主 要以疏浚为主。?国外如日本的琵琶湖、霞浦湖，俄国的莫斯科河，美国的芝加哥河、特拉华河，德国的莱茵河，英国的泰晤士河等；?国内如北京的昆明湖、南湖、中南海等，南京玄 武湖，昆明滇池，湖南洞庭湖，江苏太湖等的主 要治理对策均是采用疏浚开挖底泥底泥疏浚形式和目的? ?目前采用的底泥疏浚一般有两种形式。一种是干法疏浚，即将待疏浚水体水抽干，然后进行一定程度的干化，以便于使用推土机或刮泥 机等机械作业。这种疏浚方式能够彻底地清除污 染水质的上层污泥，还可以彻底查清湖底所有的 污水入口，断绝一切污染源，挖出来的泥浆浓度高，施工精度高，而且其成本低于常规挖泥船的一半?这种方法应用非常有限，主要因为：?(1)这种方法必须将所有的水放干，且须脱水，实现难度很大；?(2)影响旅游业、水产养殖业的收入。因此，该种技术大多数适应于小型的 水体中，如水库、季节性河流、湖泊等。干法疏浚在湖泊疏浚方面，最具有代表性的应用是1998年完成了南京市玄武湖85%的湖底清淤，平均清淤30cm，施工精度±5cm，而未损伤湖区荷花景色，直接成本为40元/m3?第二种方法就是带水作业。在大水体系或其它客观条件限制下，一般不允 许放水作业，则需要水下挖泥来完成清淤。该种方法应用较多，研究也较多。通常可以采用机械式疏挖，也可以采用水力式疏挖，或根据特殊情况采用特殊形式的疏挖。机械式疏挖的底泥含水率一般较水力 式的低，如2004年对天津大沽河底泥所进 行的疏浚方案比较得出，机械疏挖的底泥 含水率为83.3%，而水力式疏挖则达到了 90%。?底泥疏浚有两个主要目的，一个是为了增 加水体容量或者是航道疏通等目的，即所 谓的工程疏浚。 工程疏浚为物理工程，按工程目的要求， 计算疏浚的深度和底部标高，以设计高程、 土方量、疏浚后以几何形状尺寸作为控制 依据。??另一个是环保疏浚，也称为生态疏浚。生态疏浚旨在清除水体中的污染底 泥，清除污染水体的内源，减少底泥污 染物向水体的释放，并为水生生态系统 的恢复创造条件，同时还需要与水体的 综合整治方案相协调。生态疏浚和工程疏浚技术特点比较项目 生态要求 工程目标 边界要求 生态疏浚 尽可能保留其部分生态特征，为疏浚区生态 重建提供条件 清除存在于底泥中的污染物 按污染泥层分布确定 无 增加水体容积，维 持航行深度 地面平坦，断面规 划 较厚，一般几米甚 至几十米 不作限制 20~50cm 标准设备 工程疏浚疏挖泥层厚 较薄，一般小于1m。按内源污染物控制和生 度 态恢复要求确定有效疏浚深度 对颗粒物扩 尽量避免扩散及细颗粒物再悬浮 散限制 施工精度 设备选型 5~10cm，严格控制超挖或漏挖 专用设备或标准设备改造工程监控底泥处置污染物防扩散，堆场余水排放，污染底泥处 置等应进行专项分析、严格监控泥、水根据污染性质特殊处理一般控制泥、水分离后堆置?由上表可以看出，生态疏浚的工艺流程复杂、设备昂贵、科技含量高，导致其费用比普通工程疏浚高很多。?在国外，生态疏浚单价往往是工程疏浚的几倍、 几十倍。 但是生态疏浚能够尽可能的保留水体的生态特?征，这也是水体修复的主要目的，因此，生态疏浚是目前对于污染水体的主要疏浚采用方式。生态疏浚影响因素(1)底泥的时空分布特性底泥的时空特性直接决定了疏浚的工程量，通常按网格法布置测点，在水流入口、湖湾、 水源地、河湾处、重要旅游区域及水污染较重 水域加密测点，以查清底泥分布范围和厚度， 较准确地计算底泥蓄积量。底泥生态疏浚没有可能也没有必要实施全面疏浚，施工重点应在污染淤积严重、重要城市的供水水源地取水口和重点风景旅游区，清淤范围应考虑一定的安全范围，按实际需要和 财政能力分年度有计划实施。?(2 )底泥物理、化学特性。底泥的物理、化学特性主要包括粒径、天然密度、孔隙率、含水率、塑限、流限、液限、内摩擦角、压实系数等。根据不同的物理、化学特性，选择适宜的疏浚 设备，以求达到最高效率。底泥物理、化学特性(3)水体环境和水力学特性水体环境特性包括水体周围的环境、水体的类别等，水体周围1-2 km范围内土壤类型特征、土地利用现状和规划、工业点源、居民社区情况等都会影响疏 浚的施工方案。?如对于城区河道底泥的修复则需要采用小型抓斗式挖泥船，因为城区河道一般宽度不大，且桥梁较多。另外，对这些河道进行疏浚必须安排在夜间进行，避免影响城市居民的正常生活(4)底泥水环境特性。底泥的生态疏浚是为了尽量保留水体的 生态系统和避免颗粒物的扩散，因此底泥沉 降系数、释放或吸收系数和溶出率的试验和 测定，以及底泥水生态特性如水生植物(种 类、分布、密度、生物量等)、底栖动物、 细菌、微生物及生物多样性指数评估等在疏 浚过程中显得非常必要，必须考虑物种的保 护，这也决定了生态疏浚不宜过深。(5)疏浚施工时间?选择合适的疏浚施工时间可以大大提高疏浚效率。如对于湖泊，宜采用冬初至春末，因为这一时期湖泊处于低水位期，湖面风浪较小，湖泊水体交换缓慢，沉积物基本处于相对静态。?死亡的藻类和浮游生物残骸沉积于底泥表层；活体藻类因水温低、日照强度小，大部分积聚在水土界面层上，呈休眠状态，此时开展生态疏浚可 做到费省效宏，最大限度地去除营养物质。?此外，低水位也有利于提高机械化作业效率底泥处理、处置和综合利用?底泥在疏浚过程中和疏浚后的底泥若没有经过适当的处理，会引起严重的环境污染问题，达不到疏浚的目的和初衷。底泥在疏浚过程中可能引起的问题有：? ?导致底泥重新悬浮，水体透明度下降； 底泥及间隙水中高浓度的有机物、氮、磷、CH4、 H2S、NH3也随之扩散至水体中，促进藻类生长， 同时消耗大量溶解氧；?会破坏水生植物的生长环境，使其失去竞争优势，从而导致藻类大量增殖，引起水质恶化；?疏挖表层底泥还会破坏底栖生物群落，而恢复可能需要2-3年?此外，底泥疏浚期间，水体的供水、航运、娱乐和人工养殖等用途将受到影响，会造成一定经济损失；?疏浚还会产生大气和噪声污染，影响周围居民。?疏浚污泥在自然降雨及地表冲刷情况下，可能 对周围水环境造成二次污染，必须予以妥善处置。?如根据底泥的特性、深度等，选择合适的生态疏浚设备，提高生态疏浚精度，既可以有效清除污染底泥，又可以有效减少疏浚过程中产生 的污染?水体底泥污染是世界范围内的一个环境问题，底 泥的处理方法主要有原位处理和异位处理。? ?原位处理的技术还不成熟 目前底泥的处理多是进行异位处理，即疏浚后再 进行物理、化学或生物处理。? ?对于底泥处置的基本原则有：(1)根据底泥中污染物种类，选择有效的处理方式，保证处理效果；?(2)污染底泥一般数量很大，宜选择处理成本低的处理工艺； (3)底泥的处理过程中不能产生二次污染； (4)在可能条件下，污泥的处置和综合利用相结 合。? ??目前，疏浚底泥常规的处置方式主要有吹填、海洋抛泥和堆放等方法，这些处置方法在解决了底泥出路问题的同时，也带来了各种各样的问题。?如吹填处理的最大问题就是吹填用地问题，吹填地基一 般非常软弱，在后期开发使用时需要花费昂贵的地基处 理费用。 此外，吹填施工往往出现泥水向围堰外部扩散，引起二 次污染。??海洋抛泥则会直接造成渔场破坏，增加海水重金属的含量，因此污染疏浚物的海洋抛泥会造成新的环境污染问题，很多国家已经立法禁止。因此这两种方式正在慢慢被淘汰。?目前比较常用的底泥处置方式是堆放。由于单纯堆放而不采取其它控制措施，一方面会占用大量土地，另一方面会由于雨水的冲刷又会产生二次污染，而且其中有益成分不能得到充分利用，造成资源的浪费，因此不宜采用。?最常用的则是经过详细设计、具有防渗功能且拥有对堆放场的余水进行处理的堆存场地。?堆场的主要设施包括围埝、泄水口、排水沟等，一般尽量选择地下水位低、土层吸附性能好的地带，而对污染物和重金属含量高的污染底泥，堆 放地点还应该尽量离开水体，强化污染防范措施底泥去污染处理技术?按其去除污染物的原理不同，可分为3类：(1) 破坏底泥中的污染物或将其转化为低污染物质，包括焚烧、热解、高温高压氧化、玻璃化、 化学处理和生物降解等技术；?(2) 污染物与底泥固相分离技术。使底泥中的污染物与固相分离后进入气相或液相进一步处理，包括热解吸和化学萃取等技术；?(3) 污染物固化技术。利用水泥等固化剂将污染 物与固相紧密结合，使污染物失去或降低其迁移 性，从而降低对环境和人类的危害。?针对具体的工程项目，根据底泥污染物特性、底泥的物理化学特性以及操作条件，可是当选择一种或几种去污染处理技术，尤其是各种处理技术 对不同的污染物种类有限制时。?下表是各种底泥去污染技术对不同污染物的处理 效果。去污染处理技术对不同污染物的效果有机污染物 处理技术 传统焚烧 创新焚烧b PCBs D D PAHs D D 杀虫剂 D D 石油烃 D D 酚类化合 物 D D 氰化物 D D 无机污染物 Hg xR xR 其它重金 属 pR I热解玻璃化 超临界水氧 化 湿式空气氧 化DD D pDDD D DDD D UDD D DDD D DDD D DxRxR U UII U U热解吸固化 溶剂萃取 脱氯 化学氧化 生物降解RpI R D N/D N/pDRpI R N N/D N/DRpI R pD N/D N/DRpI R N N/D DUpI R N N/D DUpI pR N N/D N/DxRU N N U NNI N N xN N? ? ? ? ? ?注：a)D-有效破坏污染物； R-有效移出污染物；N-无显著处理效果；I-有效固化污染物； U-处理效果未知； 前缀p-部分的；前缀x-可能造成非目标污染物的释 放；?b）残渣为玻璃态物质。?底泥的去污染处理单元处理费用昂贵，目前仅在国外有少量的工程实践。?因此对于底泥的处理研究最多而且也最有前途的 处置方式是综合利用。 目前对于底泥的综合利用主要有土地利用、制造 填方材料和建筑材料等方面。?底泥的综合利用?(1) 土地利用。土地利用是把疏浚底泥应用于农田、林地、草地、湿地、市政绿化、育苗基质及严重扰动的土地修复与重建等?填方材料。在适宜条件下对疏浚底泥进行预先处 理，先通过改良其含水量高、强度低的性质，使 其适合于工程要求，然后进行回填施工，作为填 方材料进行使用。? ?(3) 建筑材料。 疏浚底泥可用于制造建筑墙体材料、混凝 土轻质骨料和硅酸盐胶凝材料等。利用疏 浚底泥替代粘土会减缓建材制造业与农争 土，是疏浚底泥资源化的又一途径，这种方法在我国有着广阔的发展前景。?目前疏浚底泥用来制作建筑材料的主要有制作陶粒、砖瓦、瓷砖等，这些建筑材料在制作的过程中，会把底泥中的重金属固化在成品中，大大减小了重金属对环境的污染，因此很适于于对重金属含量高的底 泥利用。生态疏浚应用?水体底泥的生态疏浚目前在世界范围内得到了广泛的应用，尤其是在湖泊、城市内河等水体，且取得了较好的效果。?如瑞典的Trummen湖，清除表层1 m厚的底泥后， 水深增加1.1-1.7 m，TP浓度迅速下降，这种状 态维持了18年（Chapman等,2002）。?我国滇池草海经过近1年的疏挖，清除底泥约400?104m3，使内草海水体质量有明显改善。内湖底质的有机污染物及金属污染物得到有效去 除，减少了泥层中污染物向水体的扩散；大部分 水体透明度达到0.8 m，为草海水生态恢复创造 了条件；疏浚区水深增加，湖容扩大，提高了草海的调蓄能力。?沈亦龙(2005)通过对太湖五里湖清淤后效果分析 表明： 五里湖于2002年实施清淤（清淤面积5.60 km2，清淤总量240.1万m3，平均清淤厚度0.43 cm）疏浚后，湖区水质发生好转，高锰酸盐指数 和总磷含量呈逐渐下降趋势，下降幅度分别达到 18%和40%，透明度也由清淤前35 cm增加到45 cm 左右。表层底泥重金属和有机污染程度明显降低， 主要重金属Hg、As、Cu、Cr等降幅达到40%-50%， 有机质、TN和TP的平均降幅达33%-50%。调水/置换?引清调水/置换是一种利用水利工程改善河湖水环境的新思路，是在有条件的地方通过引入相对清洁的水体，达到改善水环境的目的。调水/置换的作用及影响因素?调水/置换方法的实质就是稀释和冲刷，它能够 快速将水体中原有的污染物质等置换或冲洗出水 体，降低污染物质在水体中的相对浓度，从而降低污染物质在水体中的危害程度。?调水/置换一方面通过水资源配置，合理利用水资源，充分发挥水体自然净化能力，使其产生最大的效益；另一方面可以恢复历史上河湖相连的 体系，有利于水生动植物生境的改善。?调水置换在改善水体水环境的同时，不仅增加了水体水量、稀释了污水，而且还有多方面的净化作用：?(1)激活水流，增加水体流速，有利于水体复氧， 增加耗氧污染物降解。?(2)净化底泥，同时引入清洁的泥沙，通过泥沙的吸附和沉淀，增加净化水质的能力。?(3)水系的连通可以在一定程度上改善水体的水生动物的结构，增加水生动物的多样性。?调水虽然对水体水质改善有巨大的效益，但根本上讲它仍是一种污染治理的辅助措施，它所存在一些影响因素为：?(1)受污染水体污染物浓度和水量的影响。虽然在调水过程中能稀释净化污染物，但其能力有限， 当原有水体污染严重、水量大但可调水量较少的 情况下，调水冲洗可能加速了污染物的迁移，从 而加大了污染范围。?(2)调水水量和水质受水源地限制。对水资源短缺的河流，引水水量将受到河流航运、生态等方面的限制，不能过大，而对于水资源充足的地区，水源地具备较优的水质是实施调水的前提。?(3)被置换水体的表观形状影响。如对于湖泊，一般情况下水面面积大、形状复杂， 引入的水流难以对全湖水体进行置换，会在湖区局部出 现“死水区”，从而大大降低引水工程对湖泊水质的改 善作用，使引水工程的效能难以充分发挥。而对于河流， 由于河床粗糙程度、河水流速、河水深度等直接影响了 调水过程中河流对污染物的推流和扩散作用，从而影响 了调水稀释和冲刷的效果。?(4)调水置换过程还受到风、水流方向等自然因素的影响。调水/置换技术的一般程序?实施污染水体的调水/置换技术的一般程序 如下： (1) 首先确定污染物的流量、浓度、污染 物的性质和毒性等特征，以及水体允许达 到的污染物质浓度水平； (2) 调查可调用的水源和水质指标；???(3) 计算排入水体中污染物浓度达到安全浓度水平所需的调水流量（河流）或水体交换率（湖泊）。对于河流可采用的计算公式为：Qc (C ? Ce ) Qs ? ? Q1 ? Qc Ce?对于湖泊可采用的计算公式为：Ct ? Cin ? (Co ? Cin )e? pt? ? ? ? ? ? ? ? ?式中 Qc C Ce Q1 Cin Ct C0 pQs CCCC需调水量，m3/s； CCCC进入河流污染物流量，m3/s； CCCC进入河流污染物浓度，mg/L； CCCC所需达到的污染物浓度，mg/L； CCCC原有河流流量，m3/s； CCCC所调水污染物浓度，mg/L； CCCCt时的污染物浓度，mg/L； CCCC湖泊内初始浓度，mg/L； CCCC湖泊交换速率或冲刷速率。?以上两式都是假定没有沉淀和底泥释放的情况下应用，其中式2还假定水体呈完全混合状态，而且没有其它污染来源。?(4) 确定了所需水量或水体交换率后，确定调水稀释方式。例如可以采用只在污染严重的季节进行调水稀释，也可以采用较小的水量（调水总量相同）不分季节常年连续调水稀释，通常后一种方式效果更好一些?(5) 优化路线处理好调水河道与周边河网的关系，既要建 设清水通道，又要合理安排退水路线，避免污染 转移；或者是充分利用汛期、可调水源的高位差等 优化调水方式，节省动力费用。?(6) 对于调水带来的泥沙淤积等问题，应加以妥 善处理。调水/置换的应用目前调水/置换这种方法在国内外有较多成 功的实例。 ? 如荷兰Veluwemeetr湖的引换水工程 ? 国内的引江济太工程 ? 玄武湖引水工程 ? 西湖引水工程等都取得了一定的成效 （2005）。??尤其是引江济太工程是目前国内较成功的引清调水实例（2003）。?2000年汛期，太湖流域干旱少雨，太湖局组织实施了太湖应急调水，通过望虞河引长江水0.46?109m3，其中引长江水入太湖0.222?109m3， 太湖贡湖湾水体水质从引水前的劣于V类水改善为调水后的III类，而且增大了太湖水环境容量和供水量。?调水不能从根本上彻底治理污染，且可能造成污染物迁移转嫁，但它对水体水质的改善有立竿见影的效果，是一条既经济、又可在短期内取得成效的改善水体水质的途径。曝气/复氧正常情况下，水体中的溶解氧主要来源于 大气复氧和水生植物的光合作用，其中大 气复氧是水体中溶解氧的主要来源。??大气复氧是指空气中氧溶于水的气-液相传质过程，这一过程也可称为天然曝气。但单靠天然曝气作用，水体的自净过程非常缓慢，故需要采用人工曝气弥补天然曝气的不足。曝气/复氧作用、原理及影响因素曝气/复氧修复技术就是通过人工方式向水 体中充入空气或氧气，加速水体复氧过程， 从而改善水体的水质。?? ?曝气/复氧修复方式具有以下作用： (1)消除水体黑臭现象。 人工充入的溶解氧可以迅速的氧化厌 氧降解过程中产生的H2S、甲硫醇等致黑、 致臭物质，有效地改善、缓和水体的黑臭 程度；?(2)改善水质。当水中溶解氧增加后，一方面氧气会直接使沉入水中的有害与造成污染的有机物逐步降解为简单的对人体无害的低分子量的无机物; 另一方面会刺激好氧土著微生物的生长， 后者对水体中的污染物降解速率要高于厌氧降解 过程；?(3)恢复生态平衡，增大水体自净能力。 经复氧治理后，相应的生物种类会发 生较大的变化，如在水体缺氧时不能存活 的鱼虾及其它高等水生生物会逐渐增加， 且其活动的空间不局限于水体表层，使水 体重新成为生态平衡的活水，自净能力大 大增加；?(4)控制水体内源污染物的释放，尤其是氮、磷营养元素的释放。?曝气/复氧就是利用了水体中氧饱和浓度与实际溶解氧浓度存在浓度差所形成的氧转移推动力影响水体曝气/复氧修复效果主要因素：?(1) 水体的温度。水温对水体复氧效果的影响有两个方面，一方面是水温升高，有利于复氧过程，另一方面， 水温升高，则会降低饱和溶解氧浓度，即减小了 氧的转移推动力。 但总的来说，水温降低有利于氧的转移。?(2) 水体的污染程度及污染物状况。水体污染程度越大，尤其是缺氧状况 越严重，则即增大了氧的转移推动力，有 利于提高氧的利用率。但是水体中的一些污染物质，如脂肪 酸等则会形成分子膜，阻碍氧分子的转移， 不利于复氧。?(3) 水体的紊动情况。水体紊动大，则加速了气、液界面的更新，有利于复氧。?(4) 曝气/复氧设备。不同的曝气/复氧设备，所提供的氧分压不同，即使同样的设备，但所处水体深度不同，也会造成氧分压的不同，加快复氧过程。曝气/复氧修复方式实施 一般步骤及应用?实施曝气/复氧修复方式步骤：?(1) 分析水体类型以及水体污染状况。修复实施前，必须充分了解被修复水 体类型、水文情况，水体的水量情况、流 量情况、污染状况等，这些都决定了修复 采用的方式以及修复需氧量的计算方法等。?(2) 确定修复要求达到的目标以及水体当地的自 然环境状况。 (3) 计算水体需氧量。 通常来说，不同的水体类型有不同的需氧量 计算方法水体需氧量的计算在曝气/修复方式是 至关重要的，它决定了修复工程的投资和运行费 用，而且也决定了修复设备的选择。??因此，应在充分了解水体类型、污染状况、 外来污染源以及当地自然环境的基础上，选择合 适的计算模型，必要时应利用实验室试验来进行 校核。?(4) 根据修复需氧量并考虑水体的实际状况，选 择合适的曝气/复氧方式。?目前，可选的曝气/复氧方式主要有以 下几种： 1）水体动力学循环技术。?水体循环可以通过泵、射流、水底曝气 等实现，也可以采用具有混合和充氧功能 的扬水曝气器来实现?2）纯氧曝气方式。氧分压的增高将有利于水体的复氧， 纯氧曝气方式就是在此基础上开发的。 目前纯氧曝气系统分为两种，两种系统 的氧源都可采用液氧(LOX)或利用制氧设备 (PSA)制氧。?3）机械曝气方式。用于水体修复的机械曝气方式主要是叶轮吸气推流式曝气器，这是河流、湖泊人工充氧中较广 泛使用的充氧设备之一。 该类设备一般由电动机、传动轴、进气通道与 叶轮等部件组成。其原理主要是利用旋桨在进气通道造成负压，从而吸入空气，并随水射入水体中。?4）鼓风机―微孔布气管曝气系统。该系统由鼓风机和布气管组成，一般应用于城市生活污水与工业废水的好氧生化处理工艺中。?5) 射流曝气系统。该系统的工作原理是用潜水泵将水吸入增压从泵体高速推出后，利用装置在出水管道水射器将空气吸入，气-水混合液经水力混合切割后进入水体。?6) 人工强化大气复氧方式。该种方式一般适用于河流等流动的水体，其原理就是通过改变水体的水流条件，使水体处于紊流状态，增大气、液界面，从而强化大气复氧(Chanson and Toombes,2002)。?曝气/复氧修复方式在国内外都得到了应用，如英国泰晤士河，美国圣克鲁斯港，国内的苏州河(2004）等，这些都取得了较好的修复效果。?但是这些效果由单纯的氧气氧化对水体污染 物所起的作用很小，而主要是通过提高水体的溶 解氧，从而改变水体的生态环境所引起的?因此从严格意义上来说，曝气/复氧不单纯是物理修复，它通常需要和水体的生物修复共同采用。其它物理修复技术? ? ? ? ? ?其它水体物理修复技术包括:对富营养化水体藻类的机械打捞、气浮等;对海洋石油污染的抽吸技术、阻拦技术;对底泥的掩蔽技术、物理淋洗技术;湖泊的深层水抽取技术(2002); 地下水污染带的阻截墙技术(2001)和水力隔离技 术等，?这些技术原理简单，使用局限性较大，一般仅应用于某些特殊的污染物质，且一般适用于范围较小的水体，在此不作详细介绍。五、受污染水体的化学修复?化学修复是一个人工的化学自然过程，主要靠向水体投加一些化学修复剂与污染物发生化学反应，从而使被污染物变得易降解或毒性降低，这些化学修复剂需要本身无害或其产物也对环境无害。?化学修复可以对污染物进行就地处置和分解，通常不需要投资建立基础设施，实施比较简单，见效快，但是化学修复因为需 要投加化学剂，因此运行费用可能较高。?目前常用的化学修复方法主要有渗透反应格栅（PRB）修复技术、稳定和固化修复技术、电动力学修复技术、表面活性剂法、氧化/还原法等。地下水的渗透反应 格栅（PRB）修复渗透反应格栅 （Permeable Reactive Barrier, PRB） ? 又称为渗透反应墙 （Permeable Reactive Wall） ? 或者是渗透反应带 （Permeable Reactive Zone）?是近年来发展迅速的一种地下水原位修复技术。?根据美国环保局(EPA)的定义： PRB是一个填充有活性反应材料的被动 反应区，当污染地下水通过时污染物能被降 解或固定。 污染物靠自然水力传输通过预先设计好的介质时，溶解的有机物、金属、核素等污染物被降解、吸附、沉淀或去除。?屏障中含有降解挥发性有机物的还原剂、固定金属的络(螯)合剂、微生物生长繁殖所需要的营养物和氧气用以增强生物处理或其它试剂。??PRB去除机理主要包括吸附、沉淀、氧化还 原和生物降解根据格栅填充介质不同，PRB可以分为四种： 盐、CaCO3等)，可使水中的微量金属产生沉淀；?(1)化学沉淀反应格栅。介质为沉淀剂(如羟基磷酸 (2)吸附反应格栅。介质为吸附剂，如沸石、颗粒活性炭、铁的氢氧化物、黏土矿物等；(3)生物降解反应格栅。 介质主要分为含释氧化合物(如MgO2、CaO2等 固态过氧化物)的混凝土颗粒和含NO3-的混凝土颗 粒两种，前者使有机物在好氧条件下，以氧气作为电子受体被氧化分解，后者则是使有机物在反硝化条件下，以NO3-作为电子受体被厌氧降解； (4)氧化还原反应格栅。介}