水環(huán)境保護(hù)與生態(tài)修復(fù)-河海大學(xué)

1、水環(huán)境保護(hù)與生態(tài)修復(fù)河海大學(xué) 環(huán)境學(xué)院 王超 教授當(dāng)今環(huán)境熱點(diǎn)問(wèn)題主要內(nèi)容水環(huán)境現(xiàn)狀與存在問(wèn)題水體中主要污染物與來(lái)源水環(huán)境保護(hù)與生態(tài)修復(fù)策略水環(huán)境保護(hù)與生態(tài)修復(fù)技術(shù)一、水環(huán)境現(xiàn)狀與存在問(wèn)題1. 河流水體有機(jī)污染嚴(yán)重 2011年環(huán)境質(zhì)量公報(bào)：七大水系中， 海河為重度污染，黃河、淮河、遼河為中度污染，松花江為輕度污染。 主要污染項(xiàng)目：高錳酸鹽指數(shù)、化學(xué)需氧量、氨氮、BOD。河流水系支流水體污染嚴(yán)重海河水系水質(zhì)狀況淮河水系水質(zhì)狀況遼河水系水質(zhì)狀況河流水系支流水體污染嚴(yán)重松花江水系水質(zhì)狀況2. 城鎮(zhèn)河流黑臭與生態(tài)破損嚴(yán)重3. 我國(guó)河流水環(huán)境存在的主要問(wèn)題 河流水體污染嚴(yán)重，支流問(wèn)題突出，主要為有機(jī)污染

2、和氮磷污染； 入湖河流污染嚴(yán)重，氮磷污染物含量高，對(duì)湖泊水體富營(yíng)養(yǎng)化帶來(lái)嚴(yán)重影響； 城鎮(zhèn)河流黑臭現(xiàn)象突出，河流生態(tài)系統(tǒng)嚴(yán)重受損。135600500067001970s70年代1985198980年代后期Early 20002000年初Early 20072007年初Mainly small urban lakes (some large/medium)以城市小湖為主部分中型/大型Mainly small urban lakes城市小湖泊為主Frequent emergence in large/medium lakes大中型湖泊大量出現(xiàn)目前：已發(fā)生(6700km2)和具備富營(yíng)養(yǎng)化發(fā)生條件的湖泊

3、面積共達(dá)14000多km2湖泊富營(yíng)養(yǎng)化面積(km2)Expansion in large/medium lakes大中型湖泊出現(xiàn)擴(kuò)大 4. 我國(guó)主要湖泊富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)變化過(guò)程重富營(yíng)養(yǎng)區(qū)富營(yíng)養(yǎng)區(qū)中營(yíng)養(yǎng)區(qū)貧營(yíng)養(yǎng)區(qū)貧營(yíng)養(yǎng)區(qū)磷濃度(mg/L)0.0191.00.4130.065巢湖太湖洪澤湖洞庭湖鄱陽(yáng)湖東山湖磁湖西湖麓湖甘棠湖長(zhǎng)春南湖流花湖荔灣湖蘑菇湖草海玄武湖南太子湖墨水湖東湖東錢湖什剎海南寧南湖瘦西湖南四湖呼倫湖 鏡泊湖邛海淀山湖固城湖烏梁素海滇池五大蓮池白洋淀 岱海 哈素海 千島湖 撫仙湖 洱海 興凱湖 松花湖 納木錯(cuò) 青海湖 博斯騰湖 柴窩堡湖長(zhǎng)白天池 5. 我國(guó)主要湖泊富營(yíng)養(yǎng)化程度分部狀況0.

4、2350.76510總氮濃度4.50(mg/L)06. 我國(guó)典型湖泊藍(lán)藻水華暴發(fā)狀況 太湖藍(lán)藻水華從20世紀(jì)80年代初開(kāi)始，之后暴發(fā)的規(guī)模和頻率不斷增加 80年代每年暴發(fā)2-3次，范圍擴(kuò)大至梅梁湖 90年代上升到每年暴發(fā)4-5次，逐漸向湖中擴(kuò)展 自2000年起湖心區(qū)已出現(xiàn)水華 2006年發(fā)生全湖性水華，2007年再度暴發(fā)水華典型案例 1 太湖藍(lán)藻水華暴發(fā)過(guò)程 隨營(yíng)養(yǎng)鹽濃度的增加，太湖水體中藍(lán)藻水華發(fā)生的頻率、程度、面積也呈逐漸增加的趨勢(shì)。1950s1970s19801987199420002006典型案例 1 太湖藍(lán)藻水華暴發(fā)過(guò)程 6. 我國(guó)典型湖泊藍(lán)藻水華暴發(fā)狀況 滇池藍(lán)藻水華始于20世紀(jì)8

5、0年代中后期，至90年代，湖泊水體富營(yíng)養(yǎng)化日趨嚴(yán)重 目前滇池草海處于重度富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，水質(zhì)為劣V類；外海處于中度富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，水質(zhì)為V類典型案例 2 滇池藍(lán)藻水華暴發(fā)過(guò)程 60年代開(kāi)始水體中藍(lán)藻（主要是微囊藻）占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，并且西湖區(qū)顯著高于東湖區(qū) 2002年-2003年巢湖夏季藍(lán)藻水華的覆蓋面積略達(dá)西部湖區(qū)的1/4；根據(jù)衛(wèi)星遙感影像資料，4-11月均有明顯藍(lán)藻水華，絕大多數(shù)情況下聚集在西湖區(qū)。 目前水質(zhì)總體為類。東半湖處于輕度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，西半湖處于中度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)典型案例 3 巢湖藍(lán)藻水華暴發(fā)過(guò)程 6. 我國(guó)典型湖泊藍(lán)藻水華暴發(fā)狀況 蓄水前，庫(kù)區(qū)范圍內(nèi)的支流河道從未有水華發(fā)生 從2003年至今蓄

6、水后，庫(kù)區(qū)的部分支流局部河段與庫(kù)灣每年均有水華發(fā)生 庫(kù)區(qū)支流水體的富營(yíng)養(yǎng)化是水華發(fā)生的重要原因是水庫(kù)蓄水所形成的水體流動(dòng)緩慢典型案例 4 三峽庫(kù)區(qū)藍(lán)藻水華暴發(fā)過(guò)程6. 我國(guó)典型湖泊藍(lán)藻水華暴發(fā)狀況 二、水體中主要污染物與來(lái)源點(diǎn)源：固定點(diǎn)排放有機(jī)物、氨氮、重金屬等點(diǎn)源: 大規(guī)模、集中排放 面源/非點(diǎn)源：從非固定地點(diǎn)排放化肥、農(nóng)藥等1. 水體污染物來(lái)源及分類有機(jī)物、氮磷、重金屬等面源/非點(diǎn)源: 分散式排放 中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)部、中華人民共和國(guó)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局、中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)部 (2010年2月6日)第一次全國(guó)污染源普查公報(bào): 各類源廢水排放總量2092.81億噸。主要污染物排放總量：化學(xué)需氧量3

7、028.96萬(wàn)噸，氨氮172.91萬(wàn)噸，石油類78.21萬(wàn)噸，重金屬（鎘、鉻、砷、汞、鉛）0.09萬(wàn)噸，總氮472.89萬(wàn)噸，總磷42.32萬(wàn)噸。2. 我國(guó)污染物排放狀況 工業(yè)廢水：排放量236.73億噸。 重點(diǎn)流域（海河、淮河、遼河、太湖、巢湖、滇池）實(shí)際排入環(huán)境水體的污染物排放量：化學(xué)需氧量145.28萬(wàn)噸，氨氮2.96萬(wàn)噸，石油類1.85萬(wàn)噸，揮發(fā)酚0.19萬(wàn)噸，重金屬0.01萬(wàn)噸。工業(yè)源生活源 生活污水：排放量343.30億噸?；瘜W(xué)需氧量1108.05萬(wàn)噸、總氮202.43萬(wàn)噸、總磷13.80萬(wàn)噸，氨氮148.93萬(wàn)噸、石油類（含動(dòng)植物油）72.62萬(wàn)噸。 農(nóng)業(yè)源（不包括典型地區(qū)農(nóng)村生

8、活源）中主要水污染物排放（流失）量：化學(xué)需氧量1324.09萬(wàn)噸，總氮270.46萬(wàn)噸，總磷28.47萬(wàn)噸，銅2452.09噸，鋅4862.58噸。 種植業(yè) 種植業(yè)總氮流失量159.78萬(wàn)噸（其中：地表徑流流失量32.01萬(wàn)噸，地下淋溶流失量20.74萬(wàn)噸，基礎(chǔ)流失量107.03萬(wàn)噸），總磷流失量10.87萬(wàn)噸。農(nóng)業(yè)源 畜禽養(yǎng)殖業(yè) 化學(xué)需氧量1268.26萬(wàn)噸，總氮102.48萬(wàn)噸，總磷16.04萬(wàn)噸，銅2397.23噸，鋅4756.94噸。 水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè) 化學(xué)需氧量55.83萬(wàn)噸，總氮8.21萬(wàn)噸，總磷1.56萬(wàn)噸，銅54.85噸，鋅105.63噸。農(nóng)業(yè)源工業(yè)源 農(nóng)業(yè)源 生活源比較三、水環(huán)境保

9、護(hù)與生態(tài)修復(fù)策略河流水體污染診斷正常使用水體納污能力污染類型與程度污染物總量控制技術(shù)措施對(duì)策措施3種控制方法水功能區(qū)劃水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)管理措施2級(jí)功能區(qū)劃污染診斷 污染診斷 否是再診斷經(jīng)濟(jì)手段行政手段法律手段公眾參與控源治理修復(fù) 水功能區(qū) 指根據(jù)流域或區(qū)域的水資源條件、水環(huán)境狀況等自然屬性，以及水資源開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)水質(zhì)和水量的要求等社會(huì)屬性，將一定范圍的水域劃定為具有特定功能并有保護(hù)目標(biāo)的區(qū)域。(1) 水功能區(qū)劃過(guò) 渡 區(qū)排污控制區(qū)飲用水源區(qū)漁業(yè)用水區(qū)水功能區(qū)劃分級(jí)分類系統(tǒng)開(kāi)發(fā)利用區(qū)緩沖區(qū)保留區(qū)二級(jí)區(qū)劃：協(xié)調(diào)部門及區(qū)域間用水關(guān)系工業(yè)用水區(qū)農(nóng)業(yè)用水區(qū)景觀娛樂(lè)用水區(qū)水功能區(qū)劃生態(tài)修復(fù)區(qū)保護(hù)區(qū)

10、一級(jí)區(qū)劃：協(xié)調(diào)開(kāi)發(fā)與保護(hù)及省區(qū)間用水關(guān)系(2) 水體納污能力水體納污能力：在給定水域的水文、水動(dòng)力學(xué)條件、排污口位置及方式情況下，滿足水功能區(qū)劃確定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的排污口最大排放量，通常稱為水體允許納污量或水體納污能力。 水環(huán)境容量：水體使用功能不受破壞條件下，水體受納污染物的最大數(shù)量(3) 污染物總量控制內(nèi)涵：依據(jù)某一區(qū)域的環(huán)境容量確定該區(qū)域內(nèi)污染物允許排放總量，再按照一定原則分配給區(qū)域內(nèi)的各個(gè)污染源，同時(shí)制定出一系列政策和措施，以保證區(qū)域內(nèi)污染物排放總量不超過(guò)區(qū)域允許排放總量。 分類：污染物總量控制可分為宏觀(目標(biāo))總量控制、容量總量控制、行業(yè)總量控制3類。1)目標(biāo)總量控制 從控制區(qū)域容許排污

11、量控制目標(biāo)出發(fā)，制定排放口總量控制負(fù)荷指標(biāo)的目標(biāo)總量控制，以排放限制為控制基點(diǎn)，從污染源可控性入手，進(jìn)行總量控制負(fù)荷分配。 2)容量總量控制 從受納水體容許納污量出發(fā)，制定排放口總量控制負(fù)荷指標(biāo)。以水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為控制基點(diǎn)，以污染源可控性、環(huán)境目標(biāo)可達(dá)性兩個(gè)方面進(jìn)行總量控制負(fù)荷分配。3) 行業(yè)總量控制 從總量控制方案技術(shù)、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)出發(fā)，制定排放口總量控制負(fù)荷指標(biāo)。以能源、資源合理利用為控制基點(diǎn)，從最佳生產(chǎn)工藝和實(shí)用處理技術(shù)兩方面進(jìn)行總量控制負(fù)荷分配。山體云與水汽降水水汽輸送蒸發(fā)植物蒸騰湖泊入湖河流地下徑流下滲地表徑流林地、濕地321、維持水的自然循環(huán)，保證清水來(lái)源2、規(guī)范水的社會(huì)循環(huán)，優(yōu)化流域產(chǎn)業(yè)結(jié)

12、構(gòu)，減少人為污染，源頭削減氮磷4、改善湖泊水質(zhì)，修復(fù)湖泊生態(tài)系統(tǒng)，控制富營(yíng)養(yǎng)化 (4) 湖泊富營(yíng)養(yǎng)化與藍(lán)藻治理的總體思路 3、入湖河流水質(zhì)強(qiáng)化改善，削減入湖氮磷5、藍(lán)藻水華應(yīng)急處理處置四、水環(huán)境保護(hù)與生態(tài)修復(fù)技術(shù)1. 總體思路 控 源 治 理 1. 總體思路修 復(fù) 1. 總體思路控 源修 復(fù)治 理區(qū)域河流水環(huán)境保護(hù)與生態(tài)修復(fù) 1. 總體思路2. 控源技術(shù)方法點(diǎn) 源 集中式污水處理技術(shù) 物化處理生化處理面 源分散式污水處理技術(shù) 物化處理生化處理物化處理生化處理物化處理 生化處理 農(nóng)田化肥農(nóng)藥減量技術(shù) 生態(tài)工程 生化處理 優(yōu)化施肥 種植制度 畜禽水產(chǎn)養(yǎng)殖 農(nóng)村生活 農(nóng)田 集中式污水處理技術(shù)工藝流程

13、：格柵-沉砂池-初沉池-生物池-二沉池-消毒-排放。分散式污水處理技術(shù)一體式污水處理裝置多級(jí)跌水曝氣濾池塔式蚯蚓濾池土地處理人工濕地農(nóng)業(yè)面源：種植制度減量與優(yōu)化施肥3. 河流水質(zhì)凈化與污染物治理治 理 原位處理異位處理1)原位處理： 物化方法：物理攔截、介質(zhì)吸附、底泥疏浚、充氧曝氣、投加化學(xué)試劑、調(diào)水稀釋等 生物生態(tài)方法：微生物接觸氧化、水生植物吸收、生物操控技術(shù)等 物化-生態(tài)聯(lián)合方法：浮床、吸植物刪、前置庫(kù)等2)異位處理/旁路水體凈化技術(shù): 接觸氧化、沉淀、吸附、生物操控等治 理示范區(qū)位置 面 積：24km2，水田2235公頃，旱地305公頃，養(yǎng)殖512公頃行政村：14，自然村：52，人口：

14、25284河道46條，入湖河道：2舉例一：稻田生態(tài)攔截溝渠技術(shù)系統(tǒng)示范工程位置圖庫(kù)區(qū)處理量3萬(wàn)m3 生態(tài)庫(kù)塘1.6萬(wàn)m2生態(tài)河道3500m植物柵3個(gè)透水壩3座徑流控制范圍：浦南村、河瀆村、厚和村 徑流控制面積：3km2村鎮(zhèn)地表徑流控制的前置庫(kù)技術(shù) 舉例二：舉例三：仿生植物水質(zhì)強(qiáng)化凈化技術(shù) 仿照河流中的輪藻設(shè)計(jì)而成，直接將仿生植物布置在河道內(nèi)，利用河流內(nèi)原有的生物群落進(jìn)行仿生植物表面的生物富集形成生物膜，利用生物膜對(duì)河流微污染水體進(jìn)行強(qiáng)化凈化。 試驗(yàn)結(jié)果表明，穩(wěn)定運(yùn)行期CODMn的去除率達(dá)到22.4，總氮去除率35.4%，總磷去除率41.6。修 復(fù) 4. 河流水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)水體適宜生物棲息地營(yíng)造：形態(tài)修復(fù)、護(hù)岸修復(fù)、 基底修復(fù)、生態(tài)水量。水生植物修復(fù)： 挺水植物、浮水植物、沉水植物。水生動(dòng)物修復(fù)： 浮游動(dòng)物、底棲動(dòng)物、魚類。健康水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建：關(guān)鍵技術(shù)：大尺度河道中尺度河道小尺度河道 1)