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（可编辑）

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（可编辑） 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 中山大学 博士学位论文 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 姓名李青 申请学位级别博士 专业自然地理学 指导教师陈晓宏 20100602摘要 城市污染河流生物生态修复研究 一以广州市石井河流域为例 专业自然地理学 作者李青 导师陈晓宏教授 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 会经济的发展自世纪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本文取得的主要研究成果及结 论如下 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 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一生态修复措施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营养盐微污染为特征的水质治理中可以取得较好 的效果 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 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 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 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 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 摘要 能够有效消除有机污染引起的河涌黑臭但对水体中的的去除率较 差复合生态滤床对处理浓度高的养殖废水效果较好但不适用于 浓度高可生化性差的工业废水处理 关键词 城市河流水污染治理河流生态系统恢复生物技术生态技术生物稳定 塘生态滤床人工湿地底泥生物氧化阿科蔓生态基复合修复技术生 物多样性石井河 珊 析 训也 也 原创性声明 原创性声明 本人郑重声明所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独 立进行研究工作所取得的成果除文中已经注明引用的内容外本论 文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果对本文 的研究作出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 签名 时间矽 学位论文使用授权声明 本人完全了解中山大学有关保留使用学位论文的即学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许 论文进入学校图书馆院系资料室被查阅有权将学位论文的内容编 入有关数据库进行检索可以采用复印缩印或其他方法保存学位论 文保密的学位论文在解密后使用本规定 学雠文储硌秭新虢懒 占日 日期?年月日 日期砂年月第章绪论 第一章绪论 论文选题背景研究目的及其意义 论文选题背景 河流生态系统是连接陆地生态系统和海洋生态系统的纽带担负着系统内部 以及其与外系统的物质循环和能量流动以丰富的流动的水资源哺育着多种多 样的动植物和支撑着人类社会的生存和发展与其他水体相比河流以其极 短的更新周期调节和改善着全球环境由于河流的蜿蜒性断面形状的多样性 上中下游的生境异质性河床基质的透水性和水陆两相水气两相的联系紧密 性使得河流生态系统具有生物群落与生境的一致性垂直结构的完整性和自我调 控自我修复功能等特征但是随着人类经济社会的迅速发展经济利益驱 使人们过度利用流域系统内的土地资源导致系统内生物物种减少植被覆盖度 降低泥石流和洪水发生频次增大水土流失加剧水利工程如大坝水闸 泛滥平原防洪堤和引水渠道等的建设改变了河流的水文情势河流泄洪能 力减弱不考虑河流水体的承载能力无节制地向河流排放生活生产废水导 致河流水环境恶化生物种类贫乏最终使河流成为一条河流生态系统功能完全 丧失的黑臭河 目前全世界每年约有 ?的污水排入江河湖海污染 的淡水约占全球径流总量的以上估计今后年内全世界污水量 将增倍世纪我国面临水量危机的同时水质危机更为严重甚至因水 质问题所导致的水资源危机大于水量危机根据年对全国河 流进行评价符合《地面水环境质量》的类标准只占河段统计 符合类标准的占属于?类标准的占超类标准的占 据统计我国许多湖泊的水质已经低于地表水?类水的标准超过 的河道已经受到污染城市河道的污染尤甚可见我国地表水资源污染问题 形势严峻唐亮和左玉辉报道年广州城市污水排放总量达亿中山大掌博士掌 位论文城市污荣阿流生物一生态修复研究一一以广州贯门昏井河匐日或为仞 其中工业废水亿生活污水亿排放总量达到万其中 工业主要为化工机械加工等传统行业排放万生活排放万 致使广州市地表水受到严重污染河流生态系统退化 河流生态系统退化已是全球性的生态环境问题引起了各国政府和科学界的 关注删尤其是城市河流既担负着输运城市生活生产污水航运和美化城 市又是城市居民的生活水源地随着人们环境保护意识的不断提高人们逐渐 认识到河流的功能多样性生物多样性开始从生态环境角度系统的整治河流 生 态环境生态工程是等于年首次提出的概念们因此自世纪 年代以来一些城市纷纷开始对河流生态系统的修复如德国的鲁尔河英国 的泰晤士河美国的洛杉矶河日本坂川我国上海市漕溪河广州市古廖涌等 和于年正式开始探讨并不断完善生态工程的内涵 从而奠定了多自然型河道生态修复技术的理论基础年我国生态 学家马世骏尝试应用生物净化原理进行污水处理研究环境生物修复技术层 次 并由此提出生态工程概念此后根据生态工程概念形成与生态修复有关的两个 领域一是我国环境保护领域的污染环境生态修复工程技术二是在农林水 自然保护领域内形成的生态工程技术随着土地复垦恢复生态学和环境生态学 在上世纪年代的迅速发展这两个方面的研究开始相互交叉渗透形成具有中 国特色的生态工程技术但同时也导致环境生态修复与生态恢复概念引用上的混 舌年美国生态恢复协会将恢复定义为有意识地对一个地区 进行转换和改变来建立一个确定的原始的有史的生态系统这一过程的目 标是仿效特定生态系统的结构功能生物多样性和动态来制定的 如果环境污染物超过了生态系统的负载能力生物净化作用就会遭到破坏 整个生态系统就有可能失去平衡由此河流生态系统的生态修复技术应运而 生采取相应的理论和措施对河流生态进行修复已刻不容缓年 认为对河流的修复要采用近自然治理法则即在满足人类对河流利用的要求 同时又要维护或创造河流的生态多样性 本文就是在这种背景下开展研究 第章绪论 论文选题的目的和意义 自二十世纪八十年代以来伴随广州市城市经济的快速发展人口的急剧膨 胀社会工农业产值的不断增加广州市中心城区西北部的石井河河道污染逐 年 加重也逐步面临着严重的河流生态系统退化问题昔日清沏透明的河水变得黑 臭难忍水质污染已经危害居民健康影响一河两岸景观严重制约了广州 城市社会经济的可持续发展要求对其进行治理的呼声越来越高年广州市 政府开始着手对其进行整治枷投入了大量的人力物力财力以防洪排涝 灌溉航运及两岸绿化景观等为目标采取截污清淤补水调水等各种工程措 施以及保洁等多种非工程措施其核心手段是截污核心目标是恢复石井河的正 常水生态 被誉为广州市最黑最臭河涌的石井河随着经济快速发展而迅速被污染 在其后近十年的治理过程中历经曲折既经历了一些教训也积累了一些的经验 因此在珠江三角洲地区乃至我国城市河流治理中具有较为典型的代表意义 年石井河水环境整治作为治污工程的重中之重正式纳列入了广州市治水 计划并在事实上成为了评判广州治水成效的标杆多家新闻媒体对其治理进度 等情况进行了多次跟踪报道及评论阿咧 为了探索珠江三角洲地区类似污水径流河道生态系统的修复技术以石井河 流域为研究对象选择流域内具有代表性的受污染水体治理试验案例朝阳涌 白海面涌海口涌和大金钟水库作为典型研究对象采用曝气增氧生物促生 技术进行底泥氧化处理生态滤床人工湿地技术生物稳定塘等 技术进行水体生态系统修复中试试验旨在通过中试试验了解在各种条件下污染 水体的透明度溶解氧化学需氧量五日生化需氧量 浮游生 氨氮总鳞总氮叶绿素 物等各种指标在试验前后的变化来评判河道污染水体的修复程度为类似受污染 河流的水质净化和河流生态系统修复提供技术参考中山大掌博士掌位论文城市污染河流生物一生态修复研究一一以广州市石井河鞠融茛为例 国内外生物一生态修复技术的研究现状 生物修复技术是环境科学研究中一个富有挑战性的前沿领域到目前为 止国内外已经开发出多种受污染水环境生物修复的方法及其实施技术其主要 目的是使受污染的受损的水体恢复其功能达到健康水平瞰一从生物的选 择和培养应用上来分主要包括直接投加微生物技术例如向水体中投加外来菌种 捌以及培养微生物技术和高等生物修复技术等根据其工程实施的方式来分 主要有原位修复技术不需要搬运或输送污染水体包括底泥和岸边受污染的土 壤而是在受污染区域直接进行污染水体的原位处理修复过程主要依赖于被 污染水体微生物的自然降解能力和人为创造的适宜微生物降解的条件例如利用 尺寸适中的辐射木片和砂的混合物根据实验结果运行天后的去 除率可达以及异位修复技术和原位异位联合修复技术 生物修复技术可利用包括微生物原生动物和高等水生动植物等多种生 物其中微生物是分解和转化水体污染物的主体从生物的选择和培养应用的 角 度来看目前国内外的研究现状简述如下 直接投加微生物技术 这种技术主要适用于污染水体中存在很少甚至没有污染物的降解菌通过改 善和调节水体中微生物的现状达到提高土著微生物降解有机污染物的能 力? 如果现场富集培养降解菌存在一定难度的情况下可通过引入外来菌种实现 微生物的来源包括土著微生物外来微生物和基因工程菌等 由美国公司开发研制并得到广泛应用的水体修复技术就是利用微生物微生 物生态系统含有多个属几十种具备各 种功能的微生物主要包括光合菌孔酸菌放线菌酵母菌等构成了功能强 大的菌团生命过程中的代谢机理在流动的水体中用喷洒微生物的方法把 被污染河道水体中的有机物转化为无机物从而去除有机污染物的全过程水 体修复技术于年月年月应用于重庆市桃花溪结果显示 去除率 石油类总氮 总磷在成都府南河某些河段采用光合细菌处理水 第章绪 中口的去除率可达应用光合细菌修复大观河水对和 等污染物的去除率分别可达一和特别是 使用高活性包埋载体将光合细菌包埋固定后可增强水体的修复效果 阿科蔓生态基技术是由 发明并于年推广应用于世界 各地的水生态环境修复领域该生态基表面能够发展强化水生态系统的基础 组 分即微生物群落菌类有益藻类原生后生动物等来保持水体的低污染浓度 水平并且与浮藻形成营养和生存空间竞争破坏浮藻的优势种格局抑制浮藻 类的繁殖年阿科蔓生态基技术引入我国相继在郑州湖武汉塔 子湖等地应用习 随着环境生物技术近年来的不断发展基因工程菌愈来愈显示出强大 的生命力可大大拓展污染物的降解范围提高降解效率 等在一个单一假单胞菌株中组合七个基因编码二个多组分加氧酶构建基因 工 程菌用于降解多卤代化合物取得很好效果 培养微生物技术属于直接投加微生物技术的一种它通过向污染水体中投加 无毒表面活性剂电子受体或共代谢基质营养物质等物质强化水环境中土著 微生物的生存环境达到激活土著微生物充分发挥土著微生物对污染物的降 解 能力达到修复水体的目的 投加营养物激活剂 水体微生物降解污染物能力大小经常受到水体中营养物质缺乏的限制因 此向水体中投加营养盐可以提高水体微生物降解污染物的能力根据相关的 研究向污染的水体投入营养物并且通入氧气两周后水体中的降解率达 等通过实验报道了根霉对有吸附作用 的实验证明了泥炭的吸附作用通过采用冬青属的栎屑投入到被污染 的水体中经试验证明冬青属的栎屑可做生物吸附剂 近几年来随着环境修复技术的发展一些用于水环境修复的营养剂或表面 活性剂相继问世通过投加营养物刺激水体微生物发挥修复作用最为成功规模 最大的例子是年美国公司和美国环保局联合实施的阿拉斯加研究计 划在阿拉斯加威廉王子海湾石油污染修复工程中科学家们有控制地投 中山大掌博士掌位论文城市污染河流生物一生态修复习柏巴一一以广州市石井河鞠或为例 种亲油性肥料作为微生物营养成分与对照海滩相比加入肥料的海滩沉积物表 层亚表层的异氧菌和石油烃降解菌的数量增加了个数量级石油类污染物 的降解速度提高了倍多环芳烃的浓度明显下降整个修复过程加快了近 个月的时间等人采用河水泥浆水粉煤灰水纸浆废水等制成微 生物絮凝剂对污染的水体进行脱色处理取得了很好的效果等发明 了一种针对受硝基有机化合物卤代烃五氯酚以及重金属等污染水体修 复的生物刺激剂该刺激剂主要包含一种具有较高的有机质含量的还原剂通过 暴露于氧气或空气被还原的污染物继而被氧化成对环境无毒无害的产物实 践 证明这种药剂可应用于受有机物污染水体的原位或间歇修复过程上海植物园 对其景观水体进行现场修复试验发现采用美国公司生产的生物激活剂可促 进水体中有机物的降解显著去除氨氮磷等污染物并明显提升水体中的溶解 氧含量提高水体透明度采用处理人工合成的含硫酸锌 的重金属废水使硫酸根离子还原成硫离子硫离子和锌离子结合成为沉淀物析 出的实验表明重金属可以形成沉淀去除 利用共代谢基质或电子受体强化水体修复技术 微生物共代谢是指只有在初级能源物质存在时才能进行的有机化合物的生 物降解过程这一过程在年由 和提出当时称为共氧化 加入共代谢基质的目的是诱导代谢酶使其增加降解污染物的作用 采用生物共代谢原理对焦化废水进行生物处理并且研究了高效菌种和代谢初期 组合协同作用发现采用生物共代谢有加强降解污染物的作用并且我国学者徐 向阳亦得到相似的研究结论王璨阳通过驯化富集培养研究了高效菌种及 微生物共代谢对焦化废水生物处理的增强作用结果亦表明了投加共代谢初级基 质和高效菌种均能促进难降解有机物的降解从而提高焦化废水去除 率通过实验发现一些丝状真菌能对四环以上的多环芳烃蛆进 行共代谢反应唧通过实验发现一株假单胞菌它在把荧葸作为其 惟一碳源和能源的同时还能对萘芴二氢苊菲葸甲基萘甲基 萘苯并芴联苯和苯并芘等其他多种进行生物转化因此共代谢作用 可以提高微生物降解多环芳烃的效率增大微生物对探源和能源的利用范围使 第章绪论 复杂的多环芳烃被降解的机会增大指出共代谢工艺的过程调控非 常困难很难保证共代谢促进作用达到最佳的程度而且处理后的产物复杂在 实际操作中依靠共代谢过程使有毒有机污染物彻底降低至清洁水平的做法存在 风险 藻类与微型动物一样在水体的生物修复中发挥着重要作用藻类通过光合 作用释放氧提升水体中的溶解氧含量可使严重污染后缺氧的水体恢复至好氧 状态为微生物降解污染物提供了必要的电子受体使好氧性菌能顺利地降解污 染物利用电子受体强化水体修复技术是向厌氧水体中添加双氧水过氧化氢 硝酸盐等常见的电子受体暂时改变水环境的厌氧状态建立了包 含电渗析电迁移和电扩散的迁移模型结果表明电压梯度为时硝酸根 磷酸根和硫酸根离子在电动力学作用下的迁移速度有所增加因此可以有效地进 行生物修复等噼的多次实验表明在缺氧的条件下某些菌能以硫 酸盐或者硝酸盐等其他物质作为电子受体进行多环芳烃的代谢在有机物生 物 降解过程中腐殖酸和醌类物质也可起到电子受体的作用 在污染水体的生物修复过程中对于难降解有机物的生物降解共代谢途径非 常重要等在研究阴离子表面活性剂的生物降解能力时发现在有机污染物 如萘十六烷共存的情况下表面活性剂的生物降解能力可以强化和 发明了一种适用被石油汽油和柴油污染的水体的污染物减少剂该物 质可以用于水陆环境中有机物或无机物控制的污染物减少剂 高等生物修复技术 由于一些水生植物对污染水体中的污染物吸收能力强且耐受性好能够对水 体中的污染物进行吸附吸收富集和降解等作用从而实现去除或固定水体中 的污染物即可以达到受污染水体修复的目的同时还可以美化环境美国科 学家 早在上世纪年代就指出水生植物的生态处理体系能够 起到与生化处理厂对污水的净化相同的效果提出生物调控后湖泊 水体保持清水状态的能力依赖于恢复的水生高等植物的发展状况 因此利用高等植物对污染水体进行修复是一个颇有应用前景的技术常用 于水体修复的植物有芦苇 香根草 中山大掌博士掌位论文城市污染河流生物一生态修复研究一一以广州市石 弗河稿净乏为嘲 茭白 阎水葫芦学名风眼莲 长苞香蒲 水花生 菱 芹 香蒲 美人蕉 和 风车草 水葱 荆三棱 等水葫芦可以去除水体中的有机磷农药染料 酚多环芳烃甲基对硫磷等有机污染物刀日本学者大森美香子四利用水莴 苣洋麻和马蹄莲等植物进行研究结果发现这些植物对水体有净化作用并且 发现水莴苣的生长速度较高对氮磷也有较高的去除效率青井透对水莴苣所 作的研究得到了与大森美香子相同的结果张文明等踟认为水葫芦可以净化 受损 的水体同时收割的水葫芦还可以资源化利用高政权等研究了微藻类在水环 境修复方面的应用认为螺旋藻是修复水环境的理想生物材料并得出结论用 微藻净化污水不仅能减少环境污染还可以将得到的藻类用作饲料和肥料甚 至可用于生产有用的化学物质同时还指出微藻不仅可以用来处理富含氮磷 废水还可以去除水环境中的重金属甚至可以用来处理回收海水中的金属植 物种类的不同对重金属的忍受能力大小各异一般是情况下挺水植物漂浮 浮叶植物沉水植物在有机污染修复方面水生植物能够吸收水体中的酚类 氰类污染物吸收后通过酶系的作用和生化作用进行转化和分解并不积聚在 体 内使其失去毒性根系吸附的酚和氰通过根际微生物的作用逐步转化分解 据报道水葫芦可以吸收转化受污染水环境的酚甲萘胺和苯胺木质素 洗涤剂六六六以及等污染物马立珊等人嘲采用泡沫塑料板作浮床种 植的香根草修复水环境发现香根草对水中氮磷有较好的去除效果石昌蒲对 富营养化水体也有较强的净化能力对水体去除率可达去除率达 溶解氧增 对富营养化水体的修复放养浮游动物和鱼类等水生动物群落也有一定的修 复效果可起到减少藻类而修复水体的作用 综上所述迄今为止国内外对城市河流生态系统的修复技术主要有三类 物理方法采用截污清淤曝气增氧引水稀释物理除藻撤除河道 工程等 化学方法如向被污染的河流加入铁盐促进磷的沉淀加入石灰 脱氮投除藻剂除草剂等生物一生态方法运用生物液促生生物膜法 生物稳定糖生态浮床或人工湿地等前两种修复技术效果明显但是有成本高 第章绪论 二次污染水体的风险与物理化学修复技术相比水环境生物一生态修复技术 具有以下特点具有处理效果好成本低廉不会形成二次污染所需的 生物组分多为土著微生物和植物可以美化环境等生物修复技术还可以用于 常 规污染治理技术难以应用的场地如受石油污染的洋面受污染的土壤和地下 水 等 生物修复的基础性研究始于上世纪年代主要是在实验室通过对土 壤地下水中的石油生物降解的试验性研究世纪年代以来生物修复技 术是最具发展前景的主体修复技术亦成为当前城市河流生态系统修复研究 的 热点生物修复技术在美国的阿拉斯加发生的重大的石油泄漏事故中有着成 功的 应用此后生物修复技术得到了极大的推广研究得出河道曝气技术可以加 速水体复氧过程提高水体中好氧微生物的活力促进河流生态系统的恢复 底泥生物氧化技术可以减小河道内源污染物对水质的影响河道浅水处种 植水生植物可以去除河水中的营养物质减轻河流的非点源污染 水环境生物修复存在的问题 水环境生物修复技术经过多年的研究取得了较多的研究成果也为水环境 的修复做出了贡献由于生物修复技术受生物特性的限制因此还存在着一些 问 题由于一些难以被生物降解的污染物的存在如重金属等将导致水环 境修复难度加大微生物修复水环境的能力受水温水体值等因素的影响 较大微生物对降解污染物的专一性致使并非所有污染物都能被去除 微生物对污染物的降解存在一个极限浓度若超过这个浓度则修复效果不明 显 利用高等水生植物修复水环境时还可能存在某些负面效应一些植物如水 葫芦在污染水体中生长异常迅速在较短时间内铺满整个水面阻隔了水体 与空气之间的交换减少了水体的采光面积可导致水体中降低加剧水体 富营养化 本论文研究内容方法技术线路以及创新点 主要研究内容 选择石井河流域内具有代表性的水体污染治理试验案例作为典型案例包 括典型支涌朝阳涌海口涌干流源头白海面涌和主要蓄水水源大金钟水库为 研 中山大学博士学位论文城市污染河流生物一生态修复研究一一广州市石可魏油戈为倒 究对象分别采用底泥生物氧化复合岸基生态滤床生物氧化塘和 生态基技术等多种技术组合进行水体生态系统修复中试试验通过监测河涌水体 在治理前后其各项水质评价指标数据的变化并评判其水质治理的成效在此基础 上探讨城市受污染河流治理的去污机理 研究方法 通过全面论述石井河流域具有代表性的水体污染治理案例的试验及其结果 分析各项水质理化指标与水体生物相指标的变化评判生物生态技术在受污染 河流生态系统修复中的应用条件试验技术要点与经验其最终目的为城市污染 河道的生态生物修复治理提供技术支撑 研究技术线路 本论文研究的技术路线分三步首先选点和选择试验进行生态修复中试 试验其次是通过观测水体污染生态修复典型案例在治理前后各种水体理化指标 与生物相指标的变化评判水质的改善程度并进行相关分析最后研究城市受污染 河流治理的去污机理针对城市受污染河流特征提出相应的治理方法 本论文技术线路详述如下 一选点和选择试验方案进行生态修复中试试验包括选定的典型案例点和选 择试验方案选定的主要技术评价指标各指标的依据及测定方法等其中 选定的典型案例点和选择试验方案见表 表本论文水体污染生态修复典型案例基本情况 序 典型案 污水 污水 污染特征 水流形态 其他特征 主要修复技术 号 例点 来源 性质 点源 工业 高可生 双向流受 上游排污 朝阳涌 底泥氧化 污染 废水 化性差 潮汐影响 暂时无法截污 海口涌 点源 生活 双向流受 上游排污地形 生物稳定塘 第期 污染 高可生化性好 开阔 污水 潮汐影响 复合技术底泥 海口涌 面源 氧化复合生态 生活 闭合小流 沿线排污地形 小流域 污染 污水 高可生化性好 域 开阔 滤床人工湿地 等 二 面源 养殖 面上沿线排污 底泥氧化岸基 白海面 高可生化 单向流 污染 废水 生态滤床 堤岸开阔 性好 大金钟 点源 生活 营养盐 封闭静止 污水排放较为集 阿科蔓生态基 水库 污染 污水 微污染 水体 中易截污 第 绪论 选定的主要技术评价指标包括水体理化指标如水温透明度值 溶解氧化学需氧量五日生化需氧量氨氮 总鳞孓总氮叶绿素 等底泥理化指 标如值等 各指标的检测依据及测定方法分述如下 温度温度计现场测定 透明度与浊度相反指水样的澄清程度洁净的水透明度较高水中存在 悬浮物质和胶体时透明度便会降低悬浮物越多其透明度就越低采用自制 塞氏盘进行测定现场测定 值按要求采用上海产笔式计现场测定 溶解氧天然水体中的含量取决于水体与大气中氧的平衡 的饱和含量和空气中氧的分压大气压力水温有密切关系清洁地表水一 般接近饱和由于水体中藻类的生长可能过饱和当水体受到有机无机 还原性物质污染时含量会降低当大气中的氧来不及补充时水中含量会 逐渐降低以至趋近于零此时厌氧菌繁殖水质恶化导致鱼虾死亡研究表明 浓度对有机物的降解速率有较大影响依据规定采用上海产 溶解氧测定仪现场测定 化学需氧量盯是指在规定条件下使水样中能被氧化的物质氧化 所需耗用氧化剂的量它反映了水体受还原性物质污染的程度水体中还原性 物 质包括有机物亚硝酸盐亚铁盐硫化物等水体被有机物污染是很普遍的 作为有机物相对含量的指标之一只能反映能被氧化的有机物的污染不 能反映多环芳烃二恶英类等的污染状况依据厂 规定采 用重铬酸钾法测定 五日生化需氧量评价水体质量的主要指标之一它是表示水体 中微生物分解有机污染物的生物化学过程所需溶解氧的量其值越高水质越 差 按照厂 规定进行测定 氨氮以游离氨或铵盐形式存在于水中两者的组成比取决于水 的值和水温当值偏高时游离氨的比例较高反之则铵盐的比例高 水温则相反水体中主要来源于生活污水中含氮有机物受微生物作用的分中山大掌博士掌位论文城市污蔡河流生物一生志修复研究一一以广州市石井河灞浩气为一 解产物此外还源自工业废水如焦化废水和合成氨化肥厂以及农田排水在无 氧环境中水中存在的亚硝酸盐亦可受微生物作用还原为氨在有氧环境中 水中氨亦可转变为亚硝酸盐甚至继续转变为硝酸盐鱼类对水中含量比 较敏感当二农度高时会导致鱼类死亡依据美国《水和废水检验标准方法》规定采用纳氏比色法进行测定 总磷评价水质污染程度的重要指标之一在天然水和废水中磷 几乎都是以各种磷酸盐的形式存在分别有正磷酸盐缩合磷酸盐焦磷酸盐 偏磷酸盐和多磷酸盐和有机结合的磷如磷脂等它们存在于溶液中腐殖 质粒子中或水生生物中一般天然水中磷酸盐含量不高化肥冶炼合成洗涤 剂等行业的工业废水及生活污水中常含有较大量磷磷是生物生长必需的元素之 一但是水体中磷含量过高如超过就可以促使藻类的过度繁殖 直至数量上达到有害的程度富营养化造成湖泊河流透明度降低水质变 坏其作为废水中磷的主要存在形式之一依据 规定 采用钼锑抗分光光度法测定 总氮衡量水质的重要指标之一当大量生活污水农田排水或含 氮工业废水排入水体使水中有机氮和各种无机氮化合物含量增加生物和微生 物的大量繁殖消耗水中溶解氧使水体质量恶化出现富营养化状态根据美 国《水和废水检验标准方法》 采用凯氏定氮法测定 其含量过高是河涌黑臭的主要原因之一采用碘量法测定 总有机碳依据国家环保局《水与废水监测分析方法》参照土壤 测定方法用重铬酸钾氧化法测定 水体叶绿素 其变化可以指示水体中藻类的生长和水 质的变化依照国家标准《湖泊富营养调查》进行用膜过滤法过滤一定量 的水样一般为将滤膜置入试管中加入丙酮或热乙醇萃取然后进行 叶绿素含量分光光度法测定具体方法为测量吸光度和在分光光 以消 度计的光皿中加入滴再次测量吸光度和 除脱镁叶绿素的影响最后计算叶绿素的含量 二观测水体污染生态修复典型案例在治理前后各种水体理化指标与生物相 指标的变化评判水质的改善程度并采用相关系数法研究浮游植物数量与各 项水第窜绪论 质理化指标之间的相关关系 三研究生物生态修复在城市受污染河流治理的去污机理针对城市受污 染河流特征提出相应的治理方法 主要创新点 以一条城市污染河流为典型在其流域范围内选择了种典型的污染 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以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 用性不同污染形态的河道治理应该采取不同的生物生态修复技术 通过不同污染负荷水力停留时间等多种试验方案比较研究揭示各 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 污染去除效果在超过系统的污染负荷时修复系统的污染去除效果直线下降 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 深入探讨了城市典型水库污染水体修复过程中浮游生物的变化规律 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并在此基础上揭示了浮游植物 淡水中主要是藻类与各种环境因子的相关关系如水库中浮游植物数量 与水温呈明显正相关关系蓝藻和甲藻与呈负相关关 系而其他藻类则遵循藻类生长量随有机物浓度增加而增长的规律过高的 浓度使得此两者不再成为浮游植物生长的限制因素 本章小结 本章详细阐述国内外水环境生物生态修复的研究现状与主要存在问题结合 石井河水环境治理的现状与面临的主要问题提出了本论文选题的目的和意 义 并确定论文的主要研究内容方法技术线路以及创新点中山大学博士掌位论 文捌甘污染河流生物一生态修弼究一一广州市石井河鞠融《为嘲 参考文献 豁阴 阴 董哲仁河流形态多样性与生物群落多样性刀水利学报 ? 瓜 阴 勰 阴 田 悄 孙从军张明旭河道曝气技术在河流污染治理中的应用阴环境保护 李开明刘军等黑臭河道生物修复中种不同增氧方式比较研究忉生态环境 冯奇秀谢骏刘军底泥生物氧化与城市黑臭河涌治理阴水利渔业 汪松年上海水生态修复实例调查水利规划与设计 董哲仁刘蓓曾向辉受污染水体的生物一生态修复技术阴水利水电技术 刘军徐亚同陈洽群等城市半封闭河道水体生态恢复试验田环境污染治理技 术 第章绪论 与设备 杨海军刘国经李永祥河流生态修复研究进展田第届流域管理和城市供水国际会议 论文 陈玉成污染环境生物修复工程口旧北京化学工业出版社 李文银王治国蔡继清工矿区水土保持口田北京科学出版社 田 龙华长江生态系统的形成及其保护长江生态系统的特点与现状阴湖北农学院学报 李开明刘军江栋等古廖涌黑臭水体生物修复及维护试验田应用与环境生物学报 王超王沛芳唐劲松等河道沿岸芦苇带对氨氮的削减特性研究水科学进展 张军周琪何蓉表面流人工湿地中氮磷的去除机理生态环境 田 ?伽田 李睿华管运涛何苗等河岸芦苇茭白和香蒲植物带处理受污染河水中试研究阴环 境科学 阴 徐亚同史家墚张明污染控制微生物工程口咽北京化学工业出版社 吴芝瑛吴洁虞左明杭州西湖水生高等植物的恢复与水生生态修复田环境污染与防 治 阴 中山大掌博士掌位论文城市污染河流生物一生态修复研究一一以广州市石井河翻渊为曙 田 阴 阴 血强 郑天凌庄铁城微生物在海洋污染环境中的生物修复作用叨厦门大学学报自 然科学 版 丁吉震水体修复技术阴洁净煤技术 曾宇秦松光合细菌法在水处理中的应用田城市环境与城市生态 陈永喜阿科蔓生态基在大金钟湖治理中的应用广东水利水电 一 八 阴 缸眦 口 唐玉斌郝永胜陆柱等景观水体的生物激活剂修复叨城市环境与城市生态 甜 第 绪论 徐向阳张明渊俞秀娥高效脱色菌的特性及其在污染废水厌氧处理中的生物强化作 用中国沼气 王瑕张志杰孙峰等应用生物强化技术处理焦化废水难降解有机物川城市与城市生 态 霍伟杰肖晶晶黄亚丽朱昌雄微生物技术修复水污染的研究进展忉生物技术通 报 刚 彭清涛植物在环境污染治理中的应用环境保护 李睿华管运涛何苗等河岸芦苇茭白和香蒲植物带处理受污染河水中试研究环 境科学 河池全赵魁义叶居新石菖蒲净化富营养化水体的研究田南昌大学学报理科版 鲁敏曾庆福七种植物的人工湿地处理生活污水的研究武汉科技学院学报 廖新骆世明香根草和风车草人工湿地对猪场废水氮磷处理效果的研究应用 生 态学报 赵文董双林申屠青春等盐碱池塘水生大型植物研究 植物研究 中山大掌博士掌位论文城市污染河流生物一生态修复研究一一以广州市石井河滚域为例 网 大森美香子种类水生植物上乃生活排水处理水力营养盐除去特性田环境技术 日 青井透才夕夕叉工五营养盐除去大规模生育实验田环境技术日 张文明王晓燕水葫芦在水生态修复中的研究进展叨江苏环境科技 高政权孟春晓微藻与水环境修复阴环境科学与技术 胡肆惠等凤眼莲等水生植物对重金属污水监测和净化作用的研究川植物生态学与地 植物学丛刊 谭常风眼莲净化含酚污水的研究?阴环境科学学报 陶大均黄勇顺薛燕凤眼莲净化水体中甲萘胺苯胺的研究江苏环境科技 戴树桂水葫芦对污水中有机物的净化田环境化学 马立珊骆永明吴龙华等滔床香根草对富营养化水体氮磷去除动态及效率的 初步研 究叨土壤 王学东王殿武李贵宝刘志轩国内外水资源状况及存在的问题与对策田河北农 业大学学报增刊 姜文来中国世纪水资源安全对策研究水科学进展 中华人民共和国水利部年中国水资源公报人民日报 杨鲁豫王琳王宝贞我国水资源污染治理的技术策略川给水排水 唐亮左玉辉广州市城市水污染控制方案给水排水 李青雷振国等广州市白云区石井河整治工程规划报告广州市白云区水利水电 勘测设计室 余天翔等广州市白云区石井河流域水环境规划广州市宏涛水利水电勘测设计室 李青徐满杰等广州市白云区石井河整治工程第一期可行性研究报告广州市自 云区水利水电勘测设计室 李青徐满杰等广州市白云区石井河整治工程第期初步设计报告广州市白云 区水利水电勘测设计室 胡进民余天翔等广州市白云区石井河均禾涌段清淤整治工程初步设计报告广 州市宏涛水利水电勘测设计室 舒涓广州投亿元治水每天要完成亿时广州日报 舒涓鞠杨广州市长检查治水要记者如实拍下发臭河涌广州日报 第章绪论 杨桂荣吕钰莹治水亮点怎能没有石井河羊城晚报 国家环保局编水和废水分析监测方法口田北京中国环境科学出版社 第章石井河鞠?吱概况及污染成因分析 第二章石井河流域概况及污染成因分析 石井河流域概况 流域自然地理特征 石井河流域位于广州市中心区北部图发源于白云山集均禾涌 夏茅涌环滔涌汇成石井河图经均禾石井同德街松洲等街在 鹅掌坦与新市涌汇合成增炒河汇入珠江其干流全长摩星岭至增涉河口 河口控制断面以上集雨面积 流域上游为丘陵区下游为平原区 船只 河床坡降为从珠江河口至石井古桥约河段高潮时可通航 石井河属于感潮河道汛期既受来自上游的洪水影响又受下游河口珠江的 潮汐作用洪潮混杂水流流态复杂珠江潮汐属不规则半日潮即一个太阴日 内有两次高潮和低潮而且两个相邻的高潮或低潮的潮位及其潮流历时均不 相 等潮位过程线的形状为涨潮历时短落潮历时长呈不对称正弦曲线同时 径流对潮位影响亦非常显著年最高潮位多出现在汛期最低潮位则出现在枯 水 期高低潮位的年际变化不大 流域社会经济概况 流域内有均禾嘉禾石井新市棠景松洲同德三元里景泰黄 石矿泉现已划入越秀区等十一条街个居民委员会总人万人 其中常住人万人流动人万人除标注外均为年统计数据以 下同区域内聚集许多近几年新建的住宅区且工业发达广州市最早的大型 工业区即位于该区域同时交通便利京广铁路广清新机场高速公路华 南快速干线广花广从公路等主要交通干线均穿越该区域 忍\ 匝 删 掣 尉 型 替 疆 ? 磨? 辕 悼 一 目 』厂 匝 《 溅 缸 盘 ? 粼 蝮 馥 幕磷 磷 辫 津 磷 目?日目 石井河流域 囤石井河流域干流及各典型实验河涌大金钟水库位置图中山大掌博士掌位 诗式碱市污染河鹿生转一生志謦量研究一一以广州市石井河渡城为例 石井河流域主要存在问题 近二十年来随着经济的迅速发展石井河流域内的经济发腱模式已从传统 的农业渔业为主转向以工业房地产开发第三产业为主体的经济发展模式 经济的迅猛发展导致河涌污染日益严重河水发黑发臭鱼虾基本绝迹由于石 井河流域多年来接纳了两岸的生活污水和工业废水实际上靠井河已经相当 于排 污沟 目前河涌的水质主要以溶解氧贫缺为特征的严重有机污染主要水质指标中 石油类溶解氧氨氮化学耗氧量高锰酸盐指数生化需氧量总磷大肠 杆菌等浓度均已超标衷 表 枯水期河涌水质大大超过了国家地表水 水质标准要求甚至已经超过了广卅市污农排放标准的级标准浓度即使在丰 水期有机污染也分严重 其存在的主要问题概述如下 污染严重主要水质指标严重超标其中石油类溶解