城市污染河流生物-生态修复研究——以广州市石井河流域为例

摘要

河流的功能具有多样性，哺育的生物具有多样性，为人类社会的生存和发展提供不竭的资源。但是，随着人类经济社会的迅速发展，经济利益驱使人们过度开发利用河流资源，无节制地向河流排放生活、生产废水，导致河流的稀释自净功能丧失，水环境恶化，致使河流的生态系统功能完全丧失，进而制约着沿岸社会经济的发展。自20世纪60年代以来，人们逐渐认识到维持河流的功能多样性、生物多样性的重要性，开始从生态环境角度系统地整治河流生态环境，开发出多种受污染水环境生物修复的方法及其实施技术，开始对河流，特别是城市污染河流进行生态系统进行修复。
　　 本文就是在这种背景下开展研究的，以“广州市最黑最臭河涌”的石井河为典型，在其流域范围内选择了4种典型的污染形态水体，采用多种生物生态修复技术，构建了5种不同的生态生物修复处理工艺进行试验研究，通过观测治理前后各种水质理化指标与水体生物相指标的变化反映水质改善的程度，评判各种生物生态修复技术及其工艺在污染治理上的成效，并通过对比论证，揭示各种生物-生态修复方法在城市污染河流治理上的适用性。主要研究成果及结论如下：
　　 (1)通过强氧化曝气、底泥生物氧化等技术，可有效增加河涌水体中溶解氧DO值，维持河涌洁净好氧生物体系，并促进黑臭水体向净洁水体转化；
　　 (2)在外来污染源可控的条件下，底泥污染成为城市河涌污染最主要的内污染源，底泥生态决定水质好坏，促进与维持底泥处于洁净好氧状态对河涌维持生态系统生物多样性、保持河道健康生态非常重要。利用生物促生技术激活土著微生物进行底泥氧化处理可从根本上解决河涌黑臭的内源污染问题，是城市河涌黑臭多年、底泥污染严重的一种高效的生物-生态修复措施。
　　 (3)有机污染、氮、磷等营养盐污染是城市河涌污染的主要形式。复合修复技术(包括曝气增氧、底泥生物氧化、岸基生态滤床)去污效率最高，底泥生物氧化+强氧化曝气次之，单纯的生物稳定塘、曝气增氧或生物滤床等效果不明显。复合生态滤床可有效去除水体中的TP、TN，但对污染负荷较敏感，超过一定负荷以后系统的处理能力迅速下降；曝气增氧技术可有效增加水体溶解氧利于藻类繁殖，也可以有效去除TP、TN，效果比复合生态滤床差，对污染负荷较不敏感;阿科蔓生态基在以N、P营养盐微污染为特征的水质治理中可以取得较好的效果。
　　 (4)生物氧化塘是治理污染源分散、难以截污的城郊黑臭河涌的一种经济高效的生物处理技术，可利用当地的空闲用地或废弃鱼塘改造或直接在河道进行；通过合理设置氧化塘各种技术参数，结合强曝气增氧、河道生态修复等技术，可以获得非常良好的治污效果。
　　 (5)复合生态滤床具有较强的水质净化能力，适宜对污染水体进行深度净化处理。在城市河涌的补水调水中，应用复合生态滤床技术对河涌引水水源或污水处理厂回用中水进行深度处理改善引水水质，之后再用于河涌补给用水，可大大提高引水治污的效果。
　　 (6)通过研究污染水体修复过程中浮游生物的变化规律和一些特殊的相关关系的机理分析，发现水体水质改变可导致水体中浮游生物的群落结构发生显著变化，水质改善可使水体中生物多样性增加，生物种类均匀度提高。研究进一步揭示了水生生物比传统的水质理化指标更能综合反映水环境的质量状况，它的变化能够准确、客观地判断水污染对水生态系统的综合影响和破坏程度。
　　 (7)各种生物生态修复技术对污染负荷等外界条件的敏感性有较大差异，但均要满足一定的污染负荷条件，保证一定的水力停留时间，系统才能高效运行达到较好的去污效果；超过系统的污染负荷，修复系统的去污效果直线下降；在满足污染负荷的条件下，水力停留时间越长，污染物去除率越高，且对某一种特定的污染物质而言，其初始浓度越高，去除效果越好，直至浓度稳定在某个限值。
　　 (8)研究表明：不同的污染形态应该针对性采取不同的生态生物修复方法。从污染源的角度来说，难以截污的点源污染可通过生态稳定塘等技术进行处理，面源污染可通过生态护岸予以改善，内源污染采取生态疏浚或生物促生技术进行底泥氧化可以获得较好的效果；从污染物的性质来说，可分为有机污染、营养盐污染和毒性物质污染，应针对其污染物性质采取相应的修复方法，曝气增氧技术能够有效消除有机污染引起的河涌黑臭，但对水体中的TP、NH3-N的去除率较差；复合生态滤床对处理TP、NH3-N浓度高的养殖废水效果较好，但不适用于CODcr浓度高、可生化性差的工业废水处理。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1论文选题背景、研究目的及其意义

1.1.1论文选题背景

1.1.2论文选题的目的和意义

1.2国内外生物-生态修复技术的研究现状

1.2.1直接投加微生物技术

1.2.2投加营养物(激活剂)

1.2.3利用共代谢基质或电子受体强化水体修复技术

1.2.4高等生物修复技术

1.2.5水环境生物修复存在的问题

1.3本论文研究内容、方法、技术线路以及创新点

1.3.1主要研究内容

1.3.2研究方法

1.3.3研究技术线路

1.4主要创新点

1.5本章小结

参考文献

第二章石井河流域概况及污染成因分析

2.1石井河流域概况

2.1.1流域自然地理特征

2.1.2流域社会经济概况

2.1.3石井河流域主要存在问题

2.2流域污染源调查及成因分析

2.2.1人口迅速增加导致生活污水迅猛增加

2.2.2工业污水、第三产业废水一直未得到彻底有效处理

2.2.3石井河源头白海面截流导致径流量不足

2.2.4农业污染

2.2.5黑臭底泥二次污染严重

2.3本章小结

参考文献

第三章石井河生态修复中试试验-朝阳涌污染水体生物修复试验

3.1朝阳涌的概况及其污染源调查

3.1.1朝阳涌概况

3.1.2朝阳涌的污染源调查

3.2朝阳涌污染水体生物修复的技术思路及进程

3.2.1总体技术思路

3.2.2实验进程

3.3采样点及各指标测定

3.4试验结果与分析

3.4.1底泥生物氧化效果实验分析

3.4.2污染生物处理效果

3.4.3水体透明度及色泽变化

3.4.4水体PH值变化及分析

3.4.5水体溶解氧(DO)变化及分析

3.4.6炎水体CODcr和BOD5变化

3.4.7水体NH3-N和H2S变化

3.4.8水体生物相变化

3.5本章小结

参考文献

第四章石井河生态修复中试试验-白海面涌污染水体生态修复试验

4.1白海面涌的基本情况及其污染源调查

4.1.1白海面涌的基本情况

4.1.2白海面涌的污染源调查

4.2白海面涌污染生态修复的技术思路

4.2.1总体技术路线

4.2.2实验总平面布置

4.2.3实验工艺流程及其主要进程

4.2.4主要实验措措

4.2.5采样点布置与测定指标选取

4.3中试结果与分析

4.3.1中试工程河段溶解氧(DO)变化

4.3.2中试工程河段pH变化

4.3.3中试工程河段温度及透明度变化

4.3.4中试工程河段CODcr变化

4.3.5中试工程河段NH3-N变化

4.3.6中试工程河段TP、PO43变化

4.4不同运行条件下中试河段试验结果与分析

4.4.1TP浓度的变化

4.4.2 对NH3-N的去除效果

4.4.3透明度的变化

4.4.4不同运行条件下的试验结论

4.5本章小结

参考文献

第五章石井河生态修复中试试验-海口涌污染水体生态修复综合治理试验

5.1海口涌基本情况及其污染源调查

5.1.1基本情况

5.1.2海口涌污染源调查

5.2海口涌污染水体生物氧化塘修复实验

5.2.1主要实验进程简述

5.2.2氧化塘处理方法及工艺参数

5.2.3河涌采样点及中试指标测定

5.2.4试验结果与分析

5.3海口涌小流域生态综合治理实验

5.3.1总体技术线路

5.3.2主要技术措及实验进程

5.3.3主要实验进程

5.3.4采样点及中试指标测定

5.3.5海口涌生物预处理试验结果与分析

5.3.6河涌水质试验结果与分析

5.4本章小结

参考文献

第六章石井河生态修复中试试验-大金钟水库综合治理试验

6.1大金钟水库的概况及其污染源调查

6.1.1大金钟水库的概况

6.1.2大金钟水库的污染源调查

6.2大金钟水库水体污染和底泥污染调查评价

6.2.1背景样品采集

6.2.2分析方法

6.2.3测量结果分析

6.2.4库区水质监测结果分析

6.2.5库区底质监测结果分析

6.2.6库区浮游植物监测结果分析

6.2.7大金钟水库水质的总体评价

6.3大金钟水库水质修复综合试验(阿科蔓生态基技术)及其效果分析

6.3.1 AquaMats治理技术简介

6.3.2阿科蔓原位治理系统

6.3.3阿科蔓异位治理系统

6.4大金钟水库水体治理效果分析

6.4.1水质理化指标变化

6.4.3水体生物学指标变化

6.5生物修复后水库浮游植物与环境因子相关性分析

6.6本章小结

参考文献

第七章生物-生态修复的去污机理分析及其应用探讨

7.1河涌污染的机理分析及其治理策略

7.1.1从河涌污染源的角度探讨河涌污染的成因及其相应的治理策略

7.1.2从河涌生态指标体系的角度探讨河涌污染的成因及其治理策略

7.2底泥在河涌生态体系中的重要作用及其主要处理方式

7.2.1底泥在河涌生态体系中的重要作用

7.2.2河涌底泥的主要处理方式及其评价

7.3污染水体中有机污染物的去除效果分析

7.4污染水体中N、P的去除效果及其原因分析

7.5复合生态滤床的水质净化功能机理分析及其应用

7.6水生生物在水体修复过程中的变化规律及其与各环境因子的相关关系

7.7石井河流域污染河涌生物生态修复的策略与建议

参考文献

第八章结论与展望

8.1结论

8.2不足之处与研究展望

8.2.1研究的不足之处

8.2.2今后的研究展望

致谢

攻读博士学位期间的科研成果