水环境修复
教材及参考书
• 教材： 张锡辉主编，水环境修复工程学原理与应用 ，化学工 业出版社 ，2002
• 参考书： 1、金相灿，湖泊和湿地水环境生态修复技术与管理指 南，科学出版社，2007 2、周怀东，彭文启，水污染与水环境修复，化学工业 出版社，2005 3、水利部国际合作与科技司主编，河流生态修复技术 研讨会论文集，中国水利水电出版社，2005 4、徐祖信，河流污染治理技术与实践，中国水利水电 出版社，2003 5、中国21世纪议程管理中心，北京大学环境工程研究 所编译，城市河流生态修复手册，社会科学文献出版社， 2008
• 生态修复（Ecological Restoration）是利用生态 工学原理、技术，通过河道水污染控制、水量和水 流态的调节，河道河底和岸坡的形态结构的生态改 造，恢复河道生物多样性，重建河道生态系统的结 构和功能，使之达到良性的自然生态平衡。
生物修复与生态修复比较
目的
生物 改善水 修复 质
生修态复 恢损态复的系受 生 统
1.3.2.1 河流生态系统健康
Rapport认为生态系统健康是指一个生态系统所具有 的稳定性和可持续性，即在时间上具有其组织结构、自 我调节和对胁迫的恢复能力；Karr认为生态系统健康是 指系统处于良好状态，在健康状况下，生态系统不仅能 够保持化学、物理及其生物完整性。 河流生物群落是在化学、物理和生物等因素影响下形 成的，其结构和功能特性能够揭示外界干扰(化学污染、 生境破碎化、物种入侵、水质恶化等)。因此，目前对 污染的生态效应评价主要借助于生物监测，利用生物群 落的变化揭示生态胁迫对水环境的生态效应。
(3) 酸碱中和法
酸性污水、大气沉降等造成水体酸碱度发生 变化，影响水体的生态系统结构和功能。目前， 主要通过向水体中添加石灰进行酸碱中和，调 整水体酸碱度，以适应水生态系统的物种生长、 繁殖等需求。
(4) 化学除藻法
化学法除藻：采用各种化学除藻剂，其效果最显 著，但也最具有危险性，所以使用时要非常慎重， 严格按照要求的用量操作，否则会造成严重后果。 因为这些除藻剂的化学成分均为易溶性的铜化合物 (硫酸铜)，或者螯合铜类物质，这些化合物对鱼类、 水草等生物产生一定程度的伤害甚至导致死亡，并 且有致癌作用，还会产生其他的一些不可预测的不 良后遗症。
(3) 机械／人工除藻
机械／人工除藻：可在短期内快速有效地去 除藻类及避免“水华”的发生。在某些特定环境， 利用自然动力收获藻类可有效地减轻富营养化的 危害。太湖利用自然风能和湖流作用，在水源区 域建造富集藻类的专门设施，利用风力、湖流， 收集 藻类，避免“水华”阻塞取水口并引起水 质恶化，取得良好的运用效果。
地表水生物修复技术
地表水环境的主要污染特征是水体富营养化、 重金属、有毒有机物以及有机污染，根据污染物 的主要特点，地表水环境修复技术可以分为生物 操纵恢复法以及植被群落恢复、生物除藻等类型。
(1) 生物操纵恢复法
生物操纵：以改善水质为目的的湖泊水生生物群 落管理，水体富营养化主要是外源营养物质的大量 输入引起藻类异常繁殖，进而使水质恶化的过程； 同时高密度的浮游动物捕食鱼类有加速富营养化的 倾向，因此在湖泊管理中通过放养凶猛鱼类来逆转 食浮游动物鱼类对浮游植物的影响从而改善富营养 化状况。
成绩评定
• 考查：100%
授课计划
第一章 概述
2
第二章 湖泊水库水环境修复 6
第三章 河流水环境修复
6
考查
2
第一章 概述
1、生态修复的概念 2、水环境修复技术综述
物理方法 化学方法 生物方法
3、水环境修复评价
河流修复可行性研究 河流修复评价 湖泊湿地修复评价
1.1、生态修复的概念
• 生物修复（Bioremediation）是上世纪80年代发 展起来的一项低投资，高效益环境治污技术，就是 利用特定的生物（主要是微生物，包括土著或外源 微生物）在一定的条件下进行消除或富集环境污染 物，从而达到对污染环境进行治理的生物过过程。
生态系统健康的标准
生态系统健康的标准有活力、组织、恢复力、生 态系统服务功能的维持、管理选择、外部输人、 邻 近生态系统的影响及人类健康等。 ✓活力：表征生态系统的功能，可根据新陈代谢或 者初级生产力等来测度； ✓组织结构：根据系统组分间相互作用的多样性及 数量进行评价； ✓恢复力：指系统在胁迫作用下维持其结构和功能 的能力。
1.3.2 河流恢复评价
河流生态系统健康程度是河流生态系统的结构、 功能的综合反映，河流生态系统健康日益引起人们 的重视，而河流生态系统恢复的实质是使河流生态 系统处于健康、可持续的发展状态。因此，对河流 生态系统恢复的评价也可从河流生态系统健康的角 度出发，对恢复河流生态系统中的水文水力、物理 化学、生态特性等进行研究，分析恢复的效果以及 相应的控制措施等。
1.3.2.2 河流生态系统健康评价
河流生态系统的复杂性： (a)水体类型的复杂性，如不同类型的河流以及河 流中存在浅滩、水塘等； (b)水生生物的多样性，包括浮游植物、 浮游动物、 高等水生植物、鱼类、爬行类等； (c)结构、功能的复杂性，河流生态系统包括生产 者—消费者—分解者，而每一层次又具有复杂的 特征；
地下水生物修复技术
地下水生物修复工程技术可以分为三类 原位处理：与土壤(底泥)基本相同 物理拦阻：使用暂时的物理屏障以减缓并阻滞污染 物在地下水中的进一步迁移，该方法在一些受有毒 有害污染物污染的地点已取得成功经验； 地上处理：又称为抽取—处理技术，该技术是将受 污染地下水从地下水层中抽取出来，然后在地面上 用一种或多种工艺处理，之后再将水注入地层。
河流生态系统健康评价方法
指示物种法：根据河流生态系统中的指示物种(浮游 植物、底 栖无脊椎动物、鱼类等)评价河流生态系统 健康。 指标体系法：采用底栖无脊椎动物的有机污染程度 方法、多样性指标、生物指标评价河流生态系统健康。 另一种方法是多指标方法，通过研究区域和参照区域 的一系列生物特征对比分析，对河流进行生态健康评 价，此法在美国的建坝以及大坝拆除评价过程中得到 大量运用。
1.3 水环境修复评价
1.3.1 河流修复可行性研究
河流恢复目标：生态系统保护和重建，使得河流生态 系统研究日益重视河流生态系统健康评价、流域生态系 统与河流生态系统的相互作用、河流生物群落的生态功 能以及河流生态系统的管理等。 河流生态恢复的基本目标：促进生态系统自我维持和 陆地、缓冲区域和水生生态系统间相互联系的出现，保 护河流的生物完整性及其生态健康。河流生态系统价值 和服务功能巨大，主要体现在水资源、水质、生态功能、 对洪水的调节功能以及文化美学功能等方面。
(1)化学沉降法
借助铁盐、铝盐等通过吸附或絮凝与水体中的 无机磷酸盐共沉淀的特性，降低水体富营养化的 主要限制因子磷的浓度，控制水体的富营养化。 化学沉淀法通过向水体透加铁盐或铝盐，产生化 学沉淀。同时，铝盐能够形成氢氧化铝沉淀，而 氢氧化铝在沉积物表层形成“薄层”，阻止沉积 磷的释放。
(2) 钝化法
1.2.3 生物方法
生物修复：用一种或多种微生物来降解有机毒物， 如农药、石油烃类和有机磷、有机氯等。目前已成功 应用于底泥、地下水、河道和近海洋面的污染治理。 原位生物修复：对受污染的介质(土壤、水体)不做 搬运或输送而在原位污染地进行的生物修复处理，其 修复过程主要依赖于被污染地自身微生物的自然降解 能力和人为创造的合适降解条件。 异位生物修复：植被污染介质(土壤、水体)搬动或 输送到他处进行的生物修复处理。
1.2.2 化学方法
进入水体中的污染物，在水环境中发生复杂的化 学反应，污染物形态和化学性质不断发生变化。因 此，根据水体中主要污染物的化学特征，采用化学 方法进行处理，改变污染物的形态(化学价态、存在 形态等)，降低污染物的危害程度。目前，国内外采 用的化学方法主要有化学沉淀法、钝化法、酸碱中 和法、化学除藻等。
Moss(2000)建议河流生态系统的恢复是系统结构、 功能的全面恢复，而不是局限于生态系统的种群保护。 同时，河流生态系统的恢复应从流域生态学角度出发， 综合考虑流域土地利用方式、森林砍伐、农田耕种、 河流缓冲区域、管理措施、堤坝、防浪墙等的影响， 而不能局限于河道范围内。目前的河流生态系统恢复 主要侧重于某一个断面，过分强求生态系统的迅速恢 复，这主要是出于政治、经济、社会等需求目的，而 忽略河流生态系统是自然长期演替、进化的结果。
钝化法：根据铝盐、铁盐、硫酸铝铁、钙盐、 泥土颗粒和石灰 泥等均能与无机和颗粒磷产生 沉淀，减少水体中磷的含量。美国有一种称为 CLEAM-FLOLAKE-CLEASETM的产品，是一 种硫酸钙、硫酸铝和硼酸的混合物，可以沉淀水 体中的铁和磷，同时也可以降低亚硝酸盐和锰的 水平，在许多不同湖泊和水库的应用中能成功地 去除藻类和其他水生植物。
(d)格局、过程的复杂性，主要是河流生态系统的形 成与流域环境密切相关，而流域环境的复杂性决定 河流生态系统的格局、生态过程的空间异质性； (e)物质流动过程的复杂性，河流生态系统的重要界 面包括水—大气、水—底泥、水—底泥—气等，物 质和能量流动过程复杂，食物链相互交叉； (f)干扰的复杂性，河流生态系统的干扰可以分为自 然干扰和人为干扰，其中人为干扰尤其复杂，包括 生活污水、工业废水、大气沉降、地表径流、土地 利用变换等。
(铝盐)促进磷沉淀、加入石灰脱氮等。 ②物理方法，如疏挖底泥、机械除藻、引水冲
淤等。 ③生物—生态方法，如放养控藻型生物、构建
人工湿地和水生植被。
1.2.1 物理方法
水体功能受损的主要特征是水体富营养化， 同时伴随着水体浊度增加、透明度下降等， 这些现象进一步加剧水体富营养化进程， 进而导致生态系统崩溃。根据目前国内外 在水环境修复中所采用的主要物理措施有 引水冲刷／稀释、曝气、机械／人工除藻、 底泥疏浚等。
(2)植被群落恢复
生态系统恢复通过逐步恢复受损水体的生态 系统的结构，包括生产者(主要是水生植物)、消 费者(鱼类)、分解者(细菌)等，生产者、消费者、 分解者等之间建立有效的食物链，促进系统的 物质循环，进而恢复水体的功能，达到水体生 态系统恢复的目的。