浅谈水生态修复在磁湖节能减排中的应用与研究.docx
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浅谈水生态修复在磁湖节能减排中的应用与研究
目录
摘要1
引言2
1湖北黄石市磁湖概况3
1.1磁湖地理环境与水文特点概况3
1.2磁湖水生生态系统概况3
1.2.1磁湖水生态系统主要生产者4
1.2.2磁湖水生态系统主要消费者4
2.磁湖水体污染现状4
2.1两湖水质污染现状4
2.1.1磁湖污染现状4
2.1.2青山湖污染现状6
2.2针对水质污染现状已采取措施7
2.2.1两湖排污口现已截污状况7
2.2.2两湖已建成截污管网状况8
2.2.3两湖连通建设情况8
2.2.4两湖已完成清淤工程8
3水生态修复技术9
3.1水生态修复含义及特点9
3.2水生态修复模式的重要性10
3.3水水生态修复的发展趋势10
4.磁湖污染“2+2+1”控制措施10
4.1外源控制11
4.1.1点源治理11
4.1.2面源治理12
4.2内源削减17
4.2.1磁湖17
4.2.2青山湖18
4.3水体修复18
4.3.1生物浮床18
4.3.2生态渔业21
4.3.3水生植物的重建21
4.3.4宣传管理24
5预测25
6结语26
参考资料:
26
摘要
湖北省黄石市磁湖是湖北省环保重点区域,维系着黄石市的生态平衡,担负着黄石城市水利防洪和生态调节的重要作用。
但随着城市经济的快速发展,磁湖水体出现严重污染,生态状况日渐恶化,给城市环境和居民生活带来严重影响。
本文通过对磁湖水生态系统的调查与分析,浅谈水生态修复在磁湖节能减排中的应用与规划,得出“2+2+1”方案(两大治污措施+两大自然生态恢复相结合+宣传教育管理),利用水生态修复的特点与优点,以期实现磁湖水体修复的节能减排,并为主管部门开展磁湖污染综合防治及节能减排提供新思路、新途径。
关键词:
磁湖水生态修复“2+2+1”方案节能减排
Abstract:
CihuisthekeyenvironmentalprotectionareasinHubei,andmaintainingtheecologicalbalanceofHuangshi.But,withtherapideconomicdevelopment,itwaspollutedseriouslyandhasbadinfluenceonthepeople.Thepurposeofthispaperismakingtheprogramabout”2+2+1”byusingecologicalrestorationtoachieverestorationofenergysavingandprovidenewideas.
KeyWords:
Cihuecologicalrestoration”2+2+1”restorationofenergysaving
引言
湖泊是重要的国土资源,具有调节河川径流、发展灌溉、提供工业和饮用的水源、繁衍水生生物、沟通航运,改善区域生态环境以及开发矿产等多种功能。
但是随着全球气候变暖和人类活动的加剧,造成湖泊面积缩小、污染加剧、可利用水量减少、生态与环境日趋恶化、灾害频发、经济损失剧增。
如今,湖泊已经成为区域自然环境变化和人与自然相互作用最为敏感、影响最为深刻、治理难度最大的地理单元。
湖泊的水体修复及污染防治已经迫在眉睫,且任重而道远。
在湖泊水体修复和污染防治技术中,水生态修复技术是新近发展起来的一项清洁环境的低投资、高效益,便于应用、发展潜力巨大的新兴技术。
它利用生态系统原理,采用各种用来修复受损伤水体生态系统的生物群落及结构,重建健康的水生生态系统,修复和强化水体生态系统的主要功能,并能使生态系统实现整体协调、自我维持、自我演替的良性循环。
它与传统的物理化学修复相比费用省、环境影响小、充分利用自然之力恢复自然,节约了人力和物力,从而减低能耗和二氧化碳的排放,与现今极力提倡的“节能减排”理念相符。
因此,水生态修复湖泊及防治污染对于节能减排有十分重要的作用和意义。
水生态技术有因地制宜的特点。
在国外,美国主要采取流域控制和湖内行动相结合的途径,在这些过程中,许多恢复技术如废水处理、点源控制、湿地处理、光化学处理、沉积物疏浚与氧化、湖岸植被种植、生物操纵、生物控制及生物收获等技术被应用并已取得显著效果;欧洲湖泊多以深水湖泊为主,欧洲国家开展的水域生态系统恢复研究工作主要集中在对生态系统结构的改变方面,其中最常用的恢复措施有:
改善肉食性鱼类的生长条件,削减浮游动物食性鱼类和底栖动物食性鱼类,为大型浮游动物、底栖藻类和大型沉水植物生长提供条件,在一些生物操纵湖泊中移栽沉水植物,增加大型水生植物多度和覆盖面积;日本先后在近20个湖泊和水库进行了局部疏浚,底泥疏浚计划,使得疏浚后底泥中的TN、TP含量明显降低。
在国内,太湖、武汉东湖等重要湖泊水生态系统全面保护修复工作的进行也给我们提供了借鉴,但是大部分湖泊的水生态修复工作仍然尚未起步或停滞不前,情况不容乐观。
因此对湖泊水生态修复进行研究和规划具有重要意义。
本文着重于湖北省黄石市磁湖的水体生态修复。
依据黄石磁湖的特性,提出“2+2+1”的规划方案,将节能减排的思想理念贯穿其中,充分利用自然之力恢复磁湖水体,生态而环保,响应了国家十二五时期的节能减排的号召,对于磁湖污染修复和黄石市的社会健康发展有着重要意义,推进了黄石作为武汉‘8+1城市圈’构建资源节约型、环境友好型的两型社会建设。
1湖北黄石市磁湖概况
1.1磁湖地理环境与水文特点概况
磁湖流域包括磁湖与青山湖两部分。
其中磁湖位于湖北省东南部,长江中游南岸的黄石市中心,是市区内最大的自然水体,汇水面积62.19km2,湖面分南北两部分,面积约为8.16km2,磁湖湖水经胜阳港泵站与长江贯通,岸线总长45.54公里,平均水深1.75米,常年水文水位17.5米,平水期容积1748万立方米。
磁湖流域包括磁湖与青山湖。
青山湖位于磁湖北部,汇水面积分别为6.2km2,水域面积为0.52km2。
磁湖对于维系黄石市的生态平衡、促进黄石市社会和经济可持续发展具有极为重要的作用。
图1-1黄石街区
1.2磁湖水生生态系统概况
水生态系统是由水生生物群落与水环境共同构成的具有特定结构和功能的动态平衡系统。
从这个概念出发,水生态系统是由多个部分组成的,多个部分的相互作用、相互制约形成了水生态系统变化的动力。
在各种因素的作用下,水生态系统发生着各种各样的变化,这些变化表现为量变、质变、渐变、突变。
一个水生生态系统中生物的种类虽然多样,数量尽管巨大,但都可按其在生态系统中的功能,归纳为3大类,即生产者、消费者和分解者。
以下则从这三个方面叙述磁湖生态系统概况。
1.2.1磁湖水生态系统主要生产者
生产者是能利用简单的无机物合成有机物的自养生物。
能够通过光合作用把太阳能转化为化学能,把无机物转化为有机物不仅供给自身的发育生长,也为他生物提供物质和能量,在生态系统中居于最重要地位。
在磁湖生态系统中生产者主要是浮游植物—藻类,以及一些水生植物。
其中,磁湖浮游植物为绿藻、蓝藻、硅藻、裸藻、隐澡、金藻、甲藻和黄藻,优势种以绿藻、硅藻和蓝藻种类为主;水生植物以凤眼莲、莲、菱、满江红等浮水植物和轮叶黑藻等沉水植物为主,磁湖大型水生高等植物数量很少,而水生高等植物对氮素营养、磷素营养等的吸收、对重金属离子的富集、对有机污染物的净化与对藻类的抑制有重要作用,由此可见磁湖生态系统情况不容乐观。
1.2.2磁湖水生态系统主要消费者
磁湖生态系统中主要消费者包括浮游动物、鱼类等消费者。
其中,浮游动物中的原生动物种类最多,轮虫次之,低栖动物以重金属和富营养水体指示种寡毛类的水蚯蚓最常见分布最广;磁湖鱼类主要为养殖鱼类。
主要种类有:
青鱼、鲢鱼、草鱼、鲤鱼、鳙鱼等。
2.磁湖水体污染现状
2.1两湖水质污染现状
2.1.1磁湖污染现状
(1)磁湖水质现状
近年来,磁湖污染源已逐渐由工业废水转向生活污水。
“十五期间”,工业废水排放量逐年减少,五年间下降了24.0%,而生活污水排放量已经超过工业废水,所占比例由原来的41.6%上升到56.4%。
废水中COD、氨氮的排放量也呈增长趋势。
目前,磁湖水体已无水质容量可言,按此趋势,磁湖污染物排放将数倍于水质容量。
磁湖水体污染严重。
按地表水功能区划磁湖应执行III类水质标准,据检测,8项主要污染物批标中有5项达到了III类标准值的2倍、2.2倍。
局部水域挥发酚严重超标。
水质仍不断恶化。
根据相关资料,磁湖已属于中污染级别,而排污口已达严重污染程度,且污染指数呈上升趋势。
严重污染面积和中度污染面积已占全湖面积的69%。
且磁湖自净能力微弱。
湖水滞留时间过长,基本依赖于地表径流,降雨和地下水进行稀释净化。
部分水域显现湖泊退化迹象,在一些湖汊和排污口附近可以见到沼泽化演变情形[1]。
表2.1磁湖主要污染物排放情况
水域名称
废水(万吨)
COD(吨)
氨氮(吨)
工业
生活
总计
工业
生活
总计
工业
生活
总计
磁湖
167.27
2014.80
2082.07
266.26
3384.86
3651.1
22.46
564.14
566.60
青山湖
55.05
1124.20
1179.25
64,.71
2563.18
2627.89
0.02
314.78
314.80
说明:
2005年全年数据.
表2.2磁湖2001—2005年水质情况
年度
TP
NH3-N
BOD5
CODMn
水质类别
2001
0.182
1.46
6.3
4.76
V类
2002
0.49
7.97
13.7
8.99
劣V类
2003
0.16
1.54
7.1
5.03
V类
2004
0,17
1.04
12.91
6.49
劣V类
2005
0.15
1.32
8.01
6.48
V类
III类标准
≤0.05
≤1.0
≤4
≤6
执行标准
IV类
≤0.1
≤1.5
≤6
≤10
V类
≤0.2
≤2.0
≤10
≤15
各指标中,总磷、总氮等2项标准几乎常年超标,分别是III类标准值的2倍、2.2倍;局部水域挥发酚严重超标。
表2.3磁湖水体“十一五”期间水质容量单位/t
水体名称
COD
氨氮
长江黄石段
33429
1458
磁湖
1830
275
(2)磁湖底泥现状
磁湖湖床淤积层较厚(已底泥为主),排污口地带尤为严重,淤泥量约为300万m³。
2.1.2青山湖污染现状
(1)青山湖水质现状
目前青山湖周边的污水仅通过位于1号湖湖边的青山湖污水处理厂进行处理,由于老城区截污困难,大量污水仍直接排入青山湖中。
除后湖湖水的色度较为正常外,其它几个子湖的色度都带有棕褐色,透明度基本在20—35cm之间。
在2号、3号和4号子湖的排污口附近,水色几乎为黑褐色,且呈厌氧状态并散发出臭味,观感很差。
青山湖5个子湖的化学需氧量为40—50mg/L,生化需氧量为68—18mg/L,总磷水平在0.2—0.9mg/L之间,总氮为2.3—4.9mg/L,氨氮和硝氮分别是2.5—5.5mg/L和0.05—0.3mg/L,叶绿素a为66.03—159.03ug/L,五个子湖均属于劣V类水质[1]。
表2.4青山湖各主要排污口水质实测资料
排污口
COD
BOD5
SS
NH3-N
TP
pH
污水厂进水口
148.38
17.58
288
9.20
0.71
6.0
污水厂门前
62.2
14.76
174
2.67
0.257
6.0
军分区路口
58.3
9.17
276
1.20
0.071
6.5
谭家桥
(1)
67.3
32.68
205
3.86
0.198
6.0
谭家桥
(2)
27.5
7.41
187
1.99
0.185
6.0
注:
单位为mg/L(除pH值以外)
(2)青山湖底泥现状
据资料,因为污水排口较多,污水量较大的缘故,1号和2号子湖的地质较部分和黑色淤积层相对其它子湖而言要厚,达30—35cm,而且厌氧状况严重,有明显臭味。
3号和4号子湖大排污口附近地质状况极差,水流冲击有白色泡沫产生,恶臭。
各子湖底泥有机质、凯氏氮和总磷分别为8—13%、0.25%—0.35%和0.1—0.23%。
2.2针对水质污染现状已采取措施
2.2.1两湖排污口现已截污状况
据资料显示,磁湖有27个排污口,青山湖则有20个排放口,自2006年5月开始对这些排污口进行截污施工,到目前共计完成了17个排污口的截流,其中磁湖南岸13个排污口全部完成节流,青山湖完成4个排污口的截流。
2.2.2两湖已建成截污管网状况
磁湖、青山湖已有截污管网总长度为34528m,具体分布在湖滨大道(5940m)、磁湖路(6986m)、桂林南北路(4634m)、沿湖路(8926m)、环湖路(6672m)和公园路(1370m)。
已建磁湖污水截流和污水处理厂,包括两座污水中途提升泵站和1座规模12.5万t/d的磁湖污水处理厂。
沿磁湖中线、北线铺设污水干管16km,建设两座污水中途提升泵站。
目前,两座提升泵站已形成环磁湖污水截流干管网络网络。
市政府投资建设和改造包括青山湖北片、南片谭家桥一带、沈家营片污水管网在内的污水收集系统。
2.2.3两湖连通建设情况
磁湖、青山湖连通箱涵建成较早,磁湖水位较高、胜阳港泵站排渍能力不够时,磁湖水由该港道排入青山湖,通过青山湖泵站排入长江。
2.2.4两湖已完成清淤工程
通过实施“退地环湖、退池环湖、退堤环湖”工程,来逐步扩大磁湖水面面积。
近年来,先后对磁湖东南片、东北片,青山湖进行了清淤,对部分湖泊驳岸进行整治。
2004年已完成磁湖退池还湖433.5亩,退地还湖46.89亩,清除还湖沿岸垃圾和上下漂浮物2000余吨
近年来围绕磁湖开展的一系列综合治理工程,已取得了明显的环境效益,但磁湖周边地区的截污治污工作仍然艰巨,而且面源治理以及渔业养殖产生的污染治理还有待加强,水污染治理现状仍不容乐观[1]。
3水生态修复技术
3.1水生态修复含义及特点
图3-1水生态简图
水生态技术是生态工程技术的一个分支,其基本含义是根据水生态学及恢复生态学基本原理,对受损的水生态系统的结构进行恢复,促进良性的生态演替,达到恢复受损生态系统生态完整性的一种技术措施。
也是按照自然界的自身规律使水体恢复自我修复功能,强化水体的自净能力,修复被破坏的生态环境。
水生态修复与水环境治理既有区别,又有联系。
水生态修复重点在于水生植被与物种的恢复,水环境治理在于减少河流与湖泊的污染负荷。
水生态修复具有如下特点:
(1)综合治理,标本兼治,节能环保;
(2)设施简单,建设周期短,见效快;(3)因地制宜,擅长解决现有水体的水质问题;(4)综合投资成本低,运行维护费用低,管理技术要求低;(5)生物群落本土化,无生态风险;(6)生物多样性强,生态系统稳定;(7)对污染负荷波动的适应能力强。
3.2水生态修复模式的重要性
目前全世界的水域生态系统正在受到严重的改变和破坏,这种变化和破坏的程度显然大于历史上任何时期,而且其速率远远大于其自身的及人工的修复速率[3]。
水生环境的破坏必然会导致水生资源的损耗。
这种破坏和损耗主要是由于人们对水生资源的管理和利用缺乏科学的认识而进行的随意开采和人为毁坏造成的。
因此,延缓以至阻止水域生态系统受损进程,保持水资源持续健康发展已成为当今社会关注的焦点。
随着我国人口的快速增长和经济社会的高速发展,生态系统尤其是水生态系统承受越来越大的压力,出现了水源枯竭、水体污染和富营养化等问题,河道断流、湿地萎缩消亡、地下水超采、绿洲退化等现象也在很多地方发生。
3.3水水生态修复的发展趋势
纵观近几十年来水生态修复在理论方法,特别是技术层面的发展历程,结合我国水环境污染依然严重的国情,未来用于污染水体修复的生物生态技术将会有一定的发展。
但在过去的几年中许多地方建设人工湿地用于处理污染水体,其效果比不理想。
未来生物生态技术的应用将主要基于对污水处理厂出水的深度处理。
生态水利工程技术将从目前局不断但村结构性修复,向河流系统整体结构、功能与生态过程的综合修复,进一步将从河流廊道修复向便捷扩产带流域分水岭的流域生态系统修复方向发展。
水生态修复的尺度将不断增大,一些新的修复技术会不断出现。
水生态修复技术会逐渐发展成各专业技术的有机集成,形成水生态与水环境综合分析技术系统,在技术应用中突出水生态、水环境于区域及流域经济活动之间关系的描述。
与此同时,GIS、RS、DEM等高新技术的发展,在水生态和水环境领域中不断得到应用,将极大地提高信息丰度和分析效率,提高整体技术水准,为新时期水利科技发展战略的制定提供决策支持。
4.磁湖污染“2+2+1”控制措施
本文通过将污染源控制和生态修复相结合,以节能减排为核心,对磁湖污染治理方案进行规划。
基本规划思路可以归纳为“2+2+1”控制措施,即“两大治污措施+两大自然生态恢复相结合+宣传教育管理”,将从五个方面的控修复措施来实现对磁湖的全面治理。
分别为:
外源控制、内源削减、水体修复、生态重建、宣传管理。
外源控制和内源消减是源头措施,而水体修复和生态重建相对于物理和化学方法来说具有更良好的生态效益,从某种程度上也就达到了节能环保的目的实现了社会的可持续发展。
4.1外源控制
要实现水体修复,首先要严抓源头,要确实到位地落实国家关于节能减排的措施,以实现水污染减排。
关于水污染减排,具体存在的问题主要包括城市排污管网建设滞后,污水厂处理设施建设不理想,一些落后的耗能的处理设备未及时实施以旧换新等淘汰措施。
综合各方因素,本文将从以下三个方面来叙述外源控制的一些具体方法,分别为点源控制和面源治理以及生态辅助。
4.1.1点源治理
水污染点源是指以点状形式排放而使水体造成污染的发生源。
一般工业污染源和生活污染源产生的工业废水和城市生活污水,经城市污水处理厂或经管渠输送到水体排放口,作为重要污染点源向水体排放。
这种点源含污染物多,成分复杂,其变化规律根据工业生产方式改变而变化。
以下本文将从湖泊截流和污水处理厂两个方面来对磁湖点源进行规划。
(1)湖泊截流
磁湖的点源治理,首先要堵住来源,即实施环磁湖污水截流工程。
磁湖沿湖排污口较多,从1997年黄石市启动环磁湖、青山湖污水截流工作以来,已发现环湖排污口将近有145个,2007年前截流了118个。
随着工作力度加大,2009年上半年,环湖145个排污口已全部截流到位。
2010年7月份,黄石市市政公用局按市政府的要求,对环湖截流效果组织了“回头看”活动,145个排放口中,已经全部被堵死而不再排水的仅有有77个,通过上游污水分流后变成处于水排放的27个,污水量少且经过利用或稀释后达标排放的8个,因分流困难而采取合流制设堰或设闸截流的33个[2]。
虽然总体情况较好,但是环磁湖部分已截流的排污口还是存在很多问题。
有不少企业仍存在偷排,乱排的行为,所以市政府和环保部门应加强管制,建立合理的责罚制度,做到收费及时到位,并对这些企业实行相关引导,以杜绝今后类似事件的发生[1]。
(2)污水处理厂
污水厂是点源控制方面至关重要的环节。
湖泊截污后,污水通过相关管网进,入污水厂处理后再排出。
这就要求污水处理厂有足够的能力来处理这些被截流后的污水。
首先,要强化对城市污水处理厂的运行管理和监督。
实行城市污水处理厂运行评估制度,将评估结果作为收取污水处理费的重要依据。
对列入国家重点环境监控的城市污水处理厂的运行情况及污染物排放信息实行向环保、建设和水行政主管部门季报制度,限期安装在线自动监控系统,并与环保和建设部门联网。
其次,对未按规定和要求运行污水处理厂和垃圾处理设施的规划区进行公开通报,限期整改。
对城市一些污水处理设施建设严重滞后、不落实收费政策、污水处理厂建成后一年内实际处理水量达不到设计能力60%的,以及已建成污水处理设施但无故不运行的地区,要尽快进行工艺升级或者设备改造,否则暂缓审批该地区项目环评,暂缓下达有关项目的国家建设资金[3]。
最后,对已建市政污水处理厂进行设备改造、工艺升级来提高污水处理效率,主要是是在已有的一级处理工艺基础上,增加二级处理工艺,增加脱氮除磷功能来有效控制水体污染状况,改善水质。
4.1.2面源治理
面源污染是指引起水体污染的排放源,分布在较大的面积上,与点源污染相比,它具有很大的随机性、不稳定性和复杂性,受外界气候、水文条件的影响很大,且没有固定的排放点,如不经污水管网随意排放的生活污水等。
其主要来源于地表污染物,包括土壤层冲刷物、地表沉积物、农药化肥和化学污染物以及人类活动产生的各种废弃物。
在降雨的条件下,突发性冲刷,通过地表径流进入收纳水体,形成污染。
其特点是有随机性,来源和排放点不固定,污染负荷的时空变化大,同时监测、控制和处理的难度比较大。
如不及时予以治理,将会积重难返。
黄石市磁湖面源污染分为城市污染和农业污染,城市面源与农业面源污染情况予以调查,以便对症下药。
(1)城市面源污染
本文通过对磁湖面源污染的一些调查,发现其污染比较严重,包括工业废水和生活污水。
①工业废水
表4.1磁湖流域面源污染源调查(马鞍山—陈家湾)——工业废水调查
调查单位
所在地点
废水量(吨/年)
排放方式
生产规模(万/年)
主要产品
生产工艺及主要
污染物(吨/年)
正奥电气有限公司
楠竹林
15600
直接入湖
总产值800
高低压配电柜
CODCr2.55
SS0.61
鸿源纤维有限公司
46560
直接入湖
总产值500
化纤布
COD1.5
SS2.0
黄石神农药业有限公司
磁湖路
20000
直接入湖
医药
COD0.32
SS0.22
美尔雅汽车修理厂
磁湖路
2112
直接入湖
注册资金50万
汽车修理
油类
黄石市耐火材料厂
大泉路
耐火砖
中国石化加油站
磁湖路
直接入湖
售车用油
油类
华新包装有限公司
磁湖路
直接入湖
福润德机械设备有限公司
磁湖路
直接入湖
华新陶瓷厂
大泉路
直接排放
停产
建材节能设备总厂
磁湖路
直接入湖
国威医疗器械有限公司
磁湖路
直接入湖
新世纪医疗连锁有限公司
磁湖路
直接入湖
黄石市结核防治病院
沈家营
5760
进污水管道
大肠杆菌
COD
②生活污水方面
生活污水对磁湖面源污染有一定的危害。
生活污水的任意排放是使得磁湖水质日益恶化的重要因素,居民的生活污水和生活垃圾日产生量大,而且随意乱泼,乱丢和随意堆放的现象非常严重,再者就是排水沟很多,这就更加重了乱排现象,而且现在每个居民都在使用洗衣粉、洗洁精这样的富含N和P和物质,这是造成磁湖富营养化的最重要的因素。
而生活垃圾则随着水流入磁湖使得其水质日渐恶化。
表4.2磁湖流域面源污染调查情况一览表——生活污水
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