1、河湖河湖污染生态修复污染生态修复技术研究及实践技术研究及实践中国科学院南京地理与湖泊研究所中国科学院南京地理与湖泊研究所古小治古小治2015.012015.01提提 纲纲二二、现场应用与实践、现场应用与实践1 1、巢湖、太湖、嘉兴河道等、巢湖、太湖、嘉兴河道等1 1、薄层改性粘土覆盖控制、薄层改性粘土覆盖控制2 2、底层微曝气控制、底层微曝气控制3 3、化学氧化剂修复、化学氧化剂修复4 4、松土、划耕、翻土修复、松土、划耕、翻土修复5 5、植物修复、植物修复一一、污染底泥修复技术研究、污染底泥修复技术研究（一）为什么修复污染底泥？（一）为什么修复污染底泥？lBerelson（1998）在）在P2、ort Phillip湾的营养盐循环研究中发现，湾的营养盐循环研究中发现，内源性氮磷营养盐的产生量占内源性氮磷营养盐的产生量占外源外源性营养盐的比例均超过性营养盐的比例均超过50。l美国以及北欧美国以及北欧湖泊控制了外源湖泊控制了外源N、P营养物质的营养物质的情况下，许情况下，许多湖泊恢复响应缓慢，原因是长期富营养过程积累在湖泊多湖泊恢复响应缓慢，原因是长期富营养过程积累在湖泊沉积物中沉积物中N、P营养物质的释放仍然可以维持藻类大量增殖营养物质的释放仍然可以维持藻类大量增殖和低的透明度，阻碍了湖泊恢复进程（和低的透明度，阻碍了湖泊恢复进程（Cooke et al,1993;Sndergaard3、 et al,2000;Gulati&van Donk,2002）。）。（二）底泥污染物控制与修复技术概述（二）底泥污染物控制与修复技术概述污染底泥治理污染底泥治理措施主要措施主要包括：包括：（1 1）底）底泥泥疏浚疏浚（2 2）清洁细沙、改性粘土、膨润土等覆盖）清洁细沙、改性粘土、膨润土等覆盖（3 3）湖泥）湖泥进行吹进行吹填后植物修复；河道中心区域底泥填后植物修复；河道中心区域底泥在边岸带堆土后植物修复（基底适生性）在边岸带堆土后植物修复（基底适生性）（4 4）底）底泥曝氧泥曝氧（宋英伟宋英伟等（等（20082008）：曝气）：曝气与生物膜联合作用水体溶氧与生物膜联合作用水体溶氧由由4.34、4.3提高到提高到7.0mg L7.0mg L-1-1,水体氮磷显著水体氮磷显著下降，透明度下降，透明度由由20cm20cm提升至提升至120cm120cm。丛海兵丛海兵等（等（20062006）:在在厌氧水体厌氧水体DO2 mg LDO90%控制控制 90%静态释放培养系统底层水体及沉积物表层缺氧状况得到底层水体及沉积物表层缺氧状况得到改善改善剖面深度（剖面深度（mm）0200051015-5-10-15对照絮凝050001020-10-20-30-40对照覆土020001020-10-20-30-40对照覆土覆沙沉积物沉积物-水界面溶解氧分布特征参数水界面溶解氧分布特征参数氧气在水体及表层5、沉积物中的垂向分布O2（mmol/L)围隔内水体透明度提高，沉水植被初步恢复围隔内水体透明度提高，沉水植被初步恢复水体透明度水体透明度20406080100120140 cm絮絮凝凝覆覆盖盖后后种种水水草草对对照照(二二)湖滨带高湖滨带高密实基底密实基底植被适生性修复植被适生性修复 湖滨带湿地面临湿地植物退化和面积萎缩，其中基底退化是主要原因湖滨带湿地面临湿地植物退化和面积萎缩，其中基底退化是主要原因之一，基底硬化（高密实性）为其主要特征。之一，基底硬化（高密实性）为其主要特征。多种胁迫下的基底硬化多种胁迫下的基底硬化干湿交替干湿交替风浪冲刷风浪冲刷高密实性基底高密实性基底改良措施设计改良措施6、设计 沉积物紧实不适合植物生长，基于湖滨带石质基底和粘质压实基底，沉积物紧实不适合植物生长，基于湖滨带石质基底和粘质压实基底，在技术研发过程中采用在技术研发过程中采用了以下自行了以下自行设计的三种改良措施：设计的三种改良措施：划划耕耕(cross-shaped (cross-shaped tillage,tillage,CT)CT)对照对照（CKCK）覆覆土土 (Sediment capping,SC (Sediment capping,SC）翻耕翻耕(P Plow-tillage,PT)low-tillage,PT)表层沉积物的孔隙度垂向分布表层沉积物的孔隙度垂向分布 覆土和疏松方式能显著提7、高表层沉积物通气性（45%）沉积物界面的氧气扩散通量 疏松疏松方式加速了界面氧气交换过程（方式加速了界面氧气交换过程（52%52%）溶解氧微电极溶解氧微电极系统测定沉积物界面处溶解氧分布覆土覆土(SC)、翻耕、翻耕(PT)和和划划耕耕(CT)处理后芦理后芦苇生生长状况状况覆土和疏松方式能显著增强根系活力，提高芦苇生长速率（25倍）相相对对生生长长速率速率(g g-1 d-1)15306080100 120 150403020100CKSCPTCT时间时间(d)b.相对相对生长速率生长速率根系活力（根系活力（mg g-1FW h-1）15306080100 120 1500.000.200.408、0.600.801.00CKSCPTCT时间时间(d)a.根系活力根系活力覆覆土土、翻耕和划耕翻耕和划耕处理后理后，沉，沉积物物-水界面水界面NH4+,NO3-释放通量放通量疏松疏松沉积物的沉积物的方式抑制了沉积物方式抑制了沉积物氮氮的释放的释放疏浚湖泥对沿岸带基底修复疏浚湖泥对沿岸带基底修复以芦苇(Phragmites communis)为对象，研究其在湖泊底泥(LS)和农田土壤(AS)两种底质上淹水情况下芦苇的生长情况，探讨湿地植物在淹水条件下对不同基底的适应性。结果：（1）疏浚湖泥增加芦苇耐淹性；（2）加快芦苇淹水后的恢复生长。p规模：133亩；p建设期：2010年7月-2011年5月；9、完成、抛石消浪及排桩建设；p工程内容：岸带基底重建、植物群落构建、漂浮湿地构建；p技术运用：漂浮湿地技术（创新）组合浮床技术（创新+集成）基底修复技术（创新）水生植物种植、空间配置技术（创新+技术运用）修复前湖湾生态修复技术与示范工程示范工程：生态生态生态生态浮床净化机理和效果研究浮床净化机理和效果研究浮床净化机理和效果研究浮床净化机理和效果研究uu 动植物耦合效果技术动植物耦合效果技术动植物耦合效果技术动植物耦合效果技术uu 生物膜反应器研究及开发生物膜反应器研究及开发生物膜反应器研究及开发生物膜反应器研究及开发冬季黑麦草保持常绿 研研发发了了低低成成本本、高高净净化化力力、抗抗风风浪浪、易10、易移移动动、易易组组装装、植植物物可可自自行行繁繁衍衍、冬冬季季可可以以生生长长的的组组合合生生态态浮浮床床；同同时时开开发发了了净净化化效效率率高高、使使用用期限长、富集微生物能力强的移动床生物膜反应器。期限长、富集微生物能力强的移动床生物膜反应器。抗风浪型组合浮床技术抗风浪型组合浮床技术（三）物理氧化（底层曝气）和化学氧化（添加（三）物理氧化（底层曝气）和化学氧化（添加CaOCaO2 2）试验设置：试验设置：（1 1）添加添加CaOCaO2 2 :表层表层0.5cm0.5cm深处沉积物深处沉积物注射添加注射添加；试验试验中设置了低水平中设置了低水平5g 5g CaOCaO2 2及高浓度添加11、及高浓度添加20g 20g CaOCaO2 2 两个处理。两个处理。（2 2）底层曝空气底层曝空气：采用微曝气盘（：采用微曝气盘（4cm4cm）在）在沉积物沉积物-水界面上方水界面上方5cm5cm处处曝气。曝气。（3 3）底层曝氮气底层曝氮气：利用微利用微曝气盘（曝气盘（4cm4cm）水柱水柱下层下层进行进行，试验期间每，试验期间每天连续曝气天连续曝气5h5h，曝气后曝气后利用橡胶塞及封口利用橡胶塞及封口膜密封膜密封，防止，防止空气混入空气混入。Aa.浙江嘉兴市一条重污染城市河流浙江嘉兴市一条重污染城市河流明月河为研究对象。明月河为研究对象。（三）物理氧化（底层曝气）和化学氧化（添加（三）物理12、氧化（底层曝气）和化学氧化（添加CaOCaO2 2）b.c.C.CaO2对沉积物对沉积物中中氮磷释放影响氮磷释放影响试验处理：试验处理：分别分别均匀注入均匀注入0.5g、1g、3g、5g CaO2的水浊液到底泥表面，每的水浊液到底泥表面，每点间隔点间隔2cm。此时此时，有机玻璃管中，有机玻璃管中CaO2浓度分别为浓度分别为0.088kg/m2、0.176kg/m2、0.529kg/m2和和0.881kg/m2。CaO2对沉积物对沉积物中中氮磷释放影响氮磷释放影响CaO2对沉积物中对沉积物中PO43-P释放具有明显的抑制作用，且随释放具有明显的抑制作用，且随CaO2浓度的增加效浓度的增加效果愈加13、明显，上覆水中溶解态活性磷浓度最大可削减果愈加明显，上覆水中溶解态活性磷浓度最大可削减98%。实验实验开始时，磷释放速率可降至开始时，磷释放速率可降至-241.91622.501mg/(m2d)；CaO2对沉积物中对沉积物中NH4+-N释放的释放的影响影响较小较小，上覆水中上覆水中NH4+-N浓度随着时间的浓度随着时间的变化波动性较大，且有逐渐增大的趋势变化波动性较大，且有逐渐增大的趋势；添加添加CaO2会显著提高底层上覆水会显著提高底层上覆水pH值（值（P0.05）。可为一种黑臭底可为一种黑臭底泥泥治理治理有效有效技术技术；其其较适较适浓度浓度为为0.176kg/m2。CaO2对沉积物对沉积14、物中中氮磷释放影响氮磷释放影响1 1、嘉兴市黑臭河、嘉兴市黑臭河明月河治理明月河治理二、二、现场应用与实践现场应用与实践措施：绿措施：绿狐尾藻狐尾藻+底层微底层微曝气曝气 在在水面布设水面布设30%-60%绿绿狐尾藻，结合底层狐尾藻，结合底层微曝气技术，吸收、吸附、转化降解水中微曝气技术，吸收、吸附、转化降解水中污染物，抑制底泥污染物释放，消除河道污染物，抑制底泥污染物释放，消除河道黑臭现象黑臭现象，提升水质，提升水质。鱼鱼虾虾恢恢复复：黑黑鱼鱼、鲫鲫鱼鱼、餐餐条等。条等。治理效果：治理效果：CODMnCODMnTNTNTPTPPO4-PPO4-PNH4-NNH4-N溶解氧溶解氧DODO20115、4/10/202014/10/20明月河明月河5.635.634.004.000.3690.3690.2010.2012.3312.3314.444.442014/7/192014/7/19明月河明月河12.7412.748.3728.3720.5630.5630.2840.2846.606.600.990.99削减率削减率%明月河明月河55.8255.8252.2552.2534.3634.3629.2529.2564.6964.69-348.15-348.15注：负值表示增加率，如溶解氧多数是增加了，说明水质显著改善。注：负值表示增加率，如溶解氧多数是增加了，说明水质显著改善。修复后修复后16、修复前修复前关键科学问题：黑臭底泥在不疏浚情况下如何提升水质。2、嘉兴市秀洲区、嘉兴市秀洲区5条河条河关键科学问题：暗管点源污染采用污水导流+集中处置方案提升水质。3、嘉兴市农村河道、嘉兴市农村河道花家浜（猪粪河）花家浜（猪粪河）猪舍排入的废弃物猪舍排入的废弃物污水排入的河叉污水排入的河叉治理措施：治理措施：1、表层利用表层利用覆盖率覆盖率50%绿绿狐尾藻净水狐尾藻净水。2、种植沉水植物种植沉水植物（伊乐藻、（伊乐藻、黑藻）黑藻）控制底泥污染释放。控制底泥污染释放。3、改性矿物质覆盖。、改性矿物质覆盖。水质改善效果：水质改善效果：l与该河道治理前比较，各项水质指标下降了与该河道治理前比较，各项17、水质指标下降了20%-50%；l与同类河道比较，各项水质指标下降了与同类河道比较，各项水质指标下降了42%-86%。花家浜花家浜河道河道治理前后、与未治理类似河道水质比较治理前后、与未治理类似河道水质比较CODMnChl.aTNTPPO4-PNH4-NNO3-NNO2-Nmg/Lug/Lmg/Lmg/Lmg/Lmg/Lmg/Lmg/L治理前治理前36.72 86.52 29.60 4.370 2.986 12.31 4.35 0.522 未治理河道未治理河道17.47 41.49 23.29 3.258 2.437 7.81 4.21 0.435 治理后治理后10.26 16.72 9.05 18、1.616 1.236 1.66 1.95 0.300 比治理前降低比治理前降低%52.42 52.04 21.33 25.45 18.39 36.54 3.22 16.60 比未治河道降低比未治河道降低%72.06 80.67 69.43 63.03 58.60 86.49 55.27 42.47 4、阳澄湖入湖河道治理、阳澄湖入湖河道治理治理措施：治理措施：（1 1）底泥翻松后修复边坡）底泥翻松后修复边坡（2 2）植物修复污染底泥）植物修复污染底泥 边岸带：挺水植物边岸带：挺水植物 河中心：沉水植物河中心：沉水植物治理效果：治理效果：底质：比较修复前（比较修复前（20082008年年7 719、月）监测数据，月）监测数据，修复后表层底泥的荻溪塘的修复后表层底泥的荻溪塘的TNTN、TPTP含量分别下降了含量分别下降了25.1%25.1%和和5.4%5.4%；北河泾的北河泾的TNTN、TPTP含量分别下降了含量分别下降了16.3%16.3%和和21.6%21.6%，但是，荻但是，荻溪塘和北河泾的有机质（烧失量）上升了溪塘和北河泾的有机质（烧失量）上升了25.9%25.9%和和31.0%31.0%。荻溪塘荻溪塘修复河段底泥的修复河段底泥的TNTN、TPTP、NHNH4 4-N-N、POPO4 4-P-P的的6 6天平均释放速率分别天平均释放速率分别比未修复河段降低比未修复河段降低45%4520、%、34%34%、22%22%、77%77%；北河泾北河泾修复河段底泥的修复河段底泥的TNTN、NHNH4 4-N-N的的6 6天平均释放速率分别比未修复河天平均释放速率分别比未修复河段降低段降低77%77%和和69%69%，但，但TPTP、POPO4 4-P-P 效果不明显。效果不明显。水质：水质：总总 结结l河湖污染基底治理与修复要需要兼顾多种因素（环境效益、河湖污染基底治理与修复要需要兼顾多种因素（环境效益、生态效益、经济成本、疏浚条件等），非疏挖航道和污染生态效益、经济成本、疏浚条件等），非疏挖航道和污染十分严重等因素的底泥疏浚应慎重！经济适用的原位修复十分严重等因素的底泥疏浚应慎重！21、经济适用的原位修复更适宜。更适宜。l河湖疏浚一定要结合河湖岸带生境修复，利用植物修复污河湖疏浚一定要结合河湖岸带生境修复，利用植物修复污染底泥。染底泥。l针对黑臭河道等水体，环境友好的化学修复见效快，可应针对黑臭河道等水体，环境友好的化学修复见效快，可应急处置，但要结合生态修复措施。急处置，但要结合生态修复措施。l物理性的底层曝气对污染物理性的底层曝气对污染底底泥修复是安全有效的，但不适泥修复是安全有效的，但不适用于湖泊。用于湖泊。l利用矿物质基底覆盖具有一定效果，利用矿物质基底覆盖具有一定效果，但是成本但是成本较高，需与较高，需与生态修复结合来维持长效。生态修复结合来维持长效。谢 谢！欢迎批评指正