水污染控制理论与技术课程论文学号：0930101040专业：水文学及水资源姓名：吴 霞简介本次课程我共提交了两篇论文，一篇污染河道治理与修复技术综述是根据上课内容和自己查找资料、总结撰写的综述性文章；另一篇单一直接投加微生物修复技术在城市重污染河流治理中的应用研究是根据我所做过的一个项目写的研究型论文，主要为学姐撰写，我也参与其中，现已发表。其中若有不妥指出，还请老师不吝指教。目录污染河道治理与修复技术综述 1 单一直接投加微生物修复技术在城市重污染河流治理中的应用研究9污染河道治理与修复技术综述摘 要：对河流治理与修复技术进行了综述，将其归纳为物理、化学、生物修复技术三大类：物理技术包括截污治污、引水冲污、底泥疏浚、曝气复氧，该法治标不治本；化学技术包括化学除藻、化学絮凝、重金属固定，易造成产生二次污染；生物修复技术包括植物修复、动物修复和微生物修复。对每种技术的研究现状进行了简介和评价，并对三类技术进行了比较，发现生物修复技术，尤其是微生物技术具有较显著的优势。关键词：河道修复技术；物理；化学；生物河流是人类文明的摇篮，为人类提供饮用水源和交通之利，同时也是生态系统的重要组成部分。由于污染物的大量排放及不合理的土地利用，致使许多河流受到污染，呈现出以好氧有机物为主要污染物、以水体黑臭为主要特征的污染现象，严重影响着居民生活和工农业生产。此外，随着经济的快速发展、城市的扩张和人民生活水平的不断提高，水资源的需求量也越来越大，对河流的水质要求也越来越高，因此河流污染治理迫在眉睫。治理污染河流是一项复杂的系统工程，目前国内外已在使用的或已试验的河道污水治理技术主要可分为物理、化学和生物三类方法：1 物理方法1.1 截污治污截污治污是将原本直接排入城市河道的污水收集到污水厂处理后再排放。目的是削减排入受纳水体的污染物总量，为进一步净化水质创造条件。特点：截污是从根本上解决河道水污染的关键，只有污染物从源头上得到控制，才能真正使河道水质得到改善1。局限性：实施起来较难，需要法律和行政手段的协助。1.2 引水冲污引水冲污主要是引清洁的江河水对城市河道进行冲刷，缓解其水质污染状况，提高河道自净能力。其过程主要是通过河闸和抽水泵房等水利枢纽工程来实现，让上游清洁的外水源往下游流动，形成“换水”2 。如上海苏州河的综合调水工程3，福州内河的引水冲污工程4。特点：加大了污染河道的水量，加速河水流动，促进污水的稀释，使河水在河道中的停留时间缩短，污染河水不易在河道中滞留而导致黑臭；同时，调水时河道水动力学条件的改善使水体复氧量增加，有利于河道自净能力的提高5。局限性：方法的实质是通过清洁水的大幅增加使污染物得到稀释，未减少河道的污染物总量，治标不治本；河道引水冲污工程本身不能产生经济效益，启动抽水泵站的运行费昂贵,必须考虑当地经济承受能力；需要提高水利枢纽的质量和疏浚河道，增加冲污效果3,4。1.3 底泥疏浚底泥疏浚是解决河流内源污染的重要措施，主要是通过底泥的疏挖清除污染水体的内源，减少底泥污染物向水体的释放6。目前最先进的环保式底泥疏浚方式是绞吸式挖泥船，这种方式是直接由管道在泥泵的作用下吸起表层沉积物并远距离输送到陆地上的堆场，这类疏浚船上安装自动控制和监视系统，大大提 高了疏浚精度7。我国太湖五里湖、安徽巢湖、昆明滇池就采用这种疏浚方式。特点：底泥疏浚因能将污染底泥永久性去除，有效减少内源污染，改善河道水体水质、河道水动力学条件和环境景观，较多用于湖泊和小型河流4,5。局限性：一是工程量大，耗资巨大；二是疏浚河道工程的环境后效存在很大的不确定性，可能会将深层底泥中富集的重金属等污染物质暴露出来而二次污染上覆水体；而且由于淤泥清除过多，把大量的底栖生物、水生植物同时清除出水体，破坏已有的生物链系统；还有淤泥的处置是一大难题4,5。 1.4 曝气复氧曝气复氧技术是根据河流污染缺氧的特点，在适当的位置向河水进行人工复氧，提高水体的溶氧水平，恢复水体中好氧生物的活力，使水体自净能力增强，从而改善河流的水质状况8。应用形式主要有固定式充氧站和移动式充氧平台两种。主要应用于过渡性措施使用和对付突发性河道污染使用9。美国的Hamewood运河口、韩国的釜山港湾、德国的Beriln河以及我国在1990年8、9月北京亚运会期间，在清河段都采用了此人工曝气技术，并都取得了水质净化、臭味消减的效果11。特点：设备简单、易于操作，被许多国家优先选用净化中小型河流6，也有利于液体混合和污泥絮凝。局限性：固定式充氧的每个曝气点服务面积小，尤其对于相对封闭、基本不流动的水体，不能充分发挥其作用。移动式则避免了两者的缺点10。2 化学方法主要是通过投加化学制剂，与水中的污染物质发生化学反应，破坏其生物活性或溶解状态，从而达到消除污染物的目的。2.1 化学除藻一方面通过金属离子抑制藻类的正常代谢而达到杀灭藻类的目的，纳米级是很好的藻类抑制剂，可吸附并抑制单细胞原核蓝藻铜绿微囊藻大型变种的生长13；另一方面则通过金属离子的絮凝作用沉降藻类，而达到去除藻类的目的。特点：化学除藻快速有效，可作为严重富营养化河流的应急措施；操作简单，可在短时间内取得明显的除藻效果，提高水体透明度4。局限性：该法不能将氮磷等营养物质清除出水体，不能从根本上解决水体的富营养化；除藻剂的生物富集和生物放大作用对水生生态系统可能会产生负面影响；经常投加灭藻剂，会使藻类产生抗药性，从可持续的角度来看,其危害也是显而易见的4,7。2.2 化学絮凝化学絮凝技术是一种通过投加化学药剂（一般为混凝剂）去除水体中污染物、改善水质的处理技术较适用于污染严重、较为封闭的地表水体14。常用药剂有：硫酸亚铁、氯化亚铁、硫酸铝、碱式氯化铝、明矾、聚丙烯酞胺、聚丙烯酸等。特点：对于控制污染河流内源磷负荷，特别是河流底泥的磷释放，有一定的效果5。局限性：该法不能将氮磷等营养物质清除出水体，不能从根本上解决水体的富营养化；对水体环境要求较高，例如在除磷时，若水底缺氧，底泥中有机物被厌氧分解，产生的酸环境会使沉淀的磷重新溶解进入水中，造成二次污染4。2.3 重金属的化学固定底泥中的重金属在一定条件下会以离子态或某种结合态进入水体，但通过加入碱性物质（如石灰），调高河流的pH值，重金属会形成硅酸盐、碳酸盐、氢氧化物等难溶性沉淀物，固定在底泥中5。常用的碱性物质有石灰、硅酸钙炉渣、钥渣等。特点：见效快，方法简单，可有效抑制重金属以溶解态进入水体5。局限性：施用量不应太多，否则会对水生生态系统产生不良的影响5。3 生物方法生态系统在长期的适应过程中形成了完整的结构、高效的功能和良好的种间关系。当外来的干扰超过生态系统的弹性限度时，生态系统的结构和功能就会被破坏，系统稳定性和生物多样性就会降低。生物方法就是通过人为调控水中动物、植物、微生物的数量，优化其与环境之间的关系，使受损害的生态系统恢复到受干扰前的自然状况，提高河流的自净能力，从而降低污染，改善水质5。主要分为以下三类：3.1 植物修复一方面可以利用庞大的根系，吸收N，P等营养物质，用以合成自身的组织结构；另一方面可以将对水生生物有毒害作用的某些重金属和有机物在脱毒后储存于体内或在体内被降解。自然界可以净化环境的植物有100多种，常见的水生植物有水葫芦浮萍、芦苇、灯心草、香蒲和凤眼莲等7。特点：具有利用太阳能、安全、成本低、生态协调及环境美化功能等特点，常常也被称之为“绿色修复”5。具体工程中应该对水生植物的品种进行时间、空间上的组合，从而构成一个在时间与空间上立体交叉的人工生态系统，最终达到解决富营养化景观水内源污染的问题7。局限性：植物生长具有明显的季节性；有些水生植物（如水葫芦）繁殖速度太快，当打捞速度跟不上其生长速度时，易使大面积水面受其覆盖，阻止了水体复氧，降低水体的自净能力；植物生长过密引起蚊虫孽生，未打捞的水生植物腐烂物还会对水体形成二次污染；如果污染物在植物体内累积而不能降解，会导致植物的后处理发生困难5,7。3.2 动物修复在水体中适当放养原生动物、后生动物、鱼等，可有效去除水体中的污染物。特点：水体中的原生动物可直接吸食有机颗粒物、细菌、藻类等，同时可刺激细菌和藻类生长，从而促进有机物的分解，加速水体中的物质和能量循环。适当放养经过选择的鱼类及浮游动物，可以有效控制藻类和其他水生植物繁殖4。局限性：放养外来生物如鱼类，如果处理不当可能破坏有益的水生植物，改变原有的动物或植物群落等，造成生态失衡。3.3 微生物修复微生物修复主要是利用微生物的代谢反应和合成产物对环境污染进行监测、评价及修复的单一或综合性的现代化人工技术系统。用于污染水体治理的微生物技术主要有两类： 一类是直接向污染水体中投加经过培养筛选的一种或多种微生物菌种，最常投放的微生物有光合细菌（PSB）和高效微生物群（EM）。各种微生物菌群在其生长过程中产生的有用物质，成为各自或相互生长的基质和原料，通过相互间的共生关系，形成一个复杂而稳定的微生态系统，发挥多种功能10。另一类是生物促生技术，即通过向污染河流投放解毒剂减轻环境中的毒性或投加降解污染物的多种酶、营养物质、电子受体等，对自然界中污染物降解土著微生物起到促生作用，为之创造一个能顺利完成其自然降解功能的环境，强化污染环境的自净能力，加速对有机污染物的分解10。特点：净化费用低，环境影响小，污染物降解效果好，无二次污染。 局限性：微生物的繁殖速度惊人，一方面难以控制其数量，另一方面每一次繁殖都会产生一些变异品种，导致微生物处理水质能力下降；微生物的活性受温度、 酸碱性等环境条件的影响较大；微生物的分解物，会造成藻类的大量繁殖，再次导致水质变坏4,7。4 方法比较各种河流治污方法的比较详见表1-1。表1-1 各种河流治污方法比较表4，18-20分类技术名称适用类型主要机理设备成本运行成本效果维持时间物理方法截污治污点源污染削减污染物排入总量高高明显长期有效引水冲污富营养化直接改善河流水质一般高（需大量洁净外源）不确定（依补水量而定）不确定底泥疏浚严重底泥污染移出河道内源污染物高很高一般会破坏水体生态系统较长时间曝气复氧严重有机污染促进有机污染物降解高较高明显不长（需长期曝气）化学方法化学除藻富营养化直接杀死藻类较高循环设备一般耗电较明显短加药装置药剂费用化学絮凝磷污染将溶解态转化成固态较高循环设备一般耗电较明显短加药装置药剂费用重金属化学固定重金属污染抑制重金属从底泥溶出较高较高较明显短生物方法植物修复富营养化提高河流生态系统稳定性需引种适合的水生生物极低显著长期有效动物修复富营养化人为控制生物数量与密度需引种适合动植物不高较明显长期有效微生物修复有毒有害，难降解物质投加高效菌种或生物促生剂无需较高（菌种费）较明显不长总体来说物理修复方法虽然方法简单、见效快，但是工程量大，耗财耗力，而且只是暂时性的、治标不治本，不是最理想的修复方法。添加化学试剂，虽然短期效果明显，但存在处理成本高、可能对河流生态产生长期负面影响等问题，而且只是改变污染