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城市污染河涌生物修复技术研究及其在古廖涌治理中的应用
河涌,治理,生物修复技术,污染,水体
1、课题来源与背景
来源：本课题为广东省科技计划资助项目（社会发展攻关项目）。
背景：城市污染物的排放导致了城市河道的污染日益严重。据中国环境状况公报，在流经城市的河段中，劣Ⅴ类水质的断面达到38％，10%的河段污染严重，并基本丧失生态功能。在沿海河网复杂且经济发达的地区，城市河道污染更为严重，几乎普遍存在黑臭现象，已严重影响了城市的形象和居民的健康生活。为改善城市河道污染现状，推动河道污染治理技术的发展，我所承担了本课题的研究工作。
2、 技术原理及性能指标
技术原理：从生物修复和生态恢复两个层面，采用多项生物修复技术集成，同时对污染河道的水体和底泥进行生物修复，达到有效的削减河道污染物，再采用生态修复技术对河道生态系统进行恢复，提高河道自净能力、恢复其生态功能。水体生物修复技术主要包括生物氧化塘预处理、河道曝气增氧、河道原位生物修复等技术，底泥生物修复包括底泥强化生物氧化和土著微生物扩增技术，生态修复主要包括水生生物和河岸植物带恢复技术。
性能指标：（1）技术指标：治理后的河道消除黑臭，水体呈黄绿色；下游水体COD稳定在30～40mg/L，DO≥3.0mg/L，透明度≥50cm；（2）经济指标：技术应用的工程投资低于200.0元/吨水；运行维护费用低于0.15元/吨水。
3、 技术的创造性与先进性
本成果在技术路线和治理理念上具有强的创新性，多项技术为原创技术。与国内外同类技术相比，本技术达到国内领先和国际先进水平。
4、 技术的成熟程度，适用范围和安全性
技术已进行了小试、中试研究和多项工程应用，治理效果显著，技术已较为成熟。技术适用于受不同程度污染的城市河道治理，且不存在安全性问题。
5、 应用情况及存在的问题
技术成果被应用于广州市古廖涌、石井河、朝阳河、东凤涌，佛山市凹窦涌等河道的治理，均取得好的治理效果。技术对水体TN、TP的去除技术和机理还有待进一步研究。
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新密市双洎河流域水污染防治规划研究
水污染防治,流域水污染,流域,双洎河
本项目针对新密双洎河流域造纸企业集中、水环境问题突出的情况，对该流域的水污染防治进行了深入、系统的研究。研究在采用现场实测、历年水质资料查询等方法对流域污染源调查、水环境质量进行细致调查的基础上对流域水环境问题进行了全面分析，抓住问题的关键和重点。根据流域特点，采用水团追踪、水质一维模型对流域不同研究目标下的纳污能力及环境容量分别进行了测算，给出了各控制单元所需的污染物年削减量。采用“模拟决策分析”方式分析研究了区域污染治理方案与环境改善、经济发展之间的关系，从中筛选出能够使区域流域环境、经济双赢发展的最优化方法。
本项目为新密双洎河流域产业结构的优化调整、区域造纸业综合整治、整合和连片治污的可行性提出理论依据；结合节能减排，提出污染物减排的总量，为流域污染控制以及区域污染物总量的落实提供科学依据；为区域污染防治方案以及措施的制定提供理论依据；为缺水地区流域环境污染综合整治、解决流域及大量同类企业集聚区水污染问题提供一种综合的、全新的整治方案和思路，对相类似区域水环境的改善以及企业综合整治有较强借鉴作用。
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珠江三角洲咸潮治理研究
珠江三角洲,咸潮治理,咸潮入侵
近年来珠江三角洲枯季径流量不足，咸潮上溯加剧，严重影响了珠江河口地区供水安全，造成巨大的经济损失和社会影响，为保障珠江三角洲地区经济发展和社会稳定，开展珠江三角洲咸潮治理研究。
通过本项研究，对咸潮上溯的机理进行了深刻分析，定量研究了上游径流量变化、河汊分流比、潮汐强弱、地形等因子变化对咸潮上溯的作用与影响，并对三角洲咸潮活动的基本特征以及咸潮近年来的变化情况作了全面的分析，提出上游径流量减少和三角洲河道地形剧烈变化是近年咸潮上溯加剧的主要原因的结论。同时采用三维水动力模型，分别从河口形态、NE风场效应和水下地形作用、斜压效应对口门区咸潮上溯机理进行定性研究，采用线性和非线性动态系统，建立河口区主要站点盐度预警预报模型。
结合珠江三角洲咸潮入侵机理、影响范围和程度，以及在珠江三角洲咸潮活动过程中存在问题，本次研究提出了咸潮防治的工程措施和非工程措施。工程措施主要包括：第一是压咸，通过上游修建大藤峡水库，与其它骨干水库联合调度，调节西江枯水期水量，保证珠江三角洲压咸流量以抑制珠江河口咸潮上溯；第二是御咸，通过口门修建水闸，一方面阻止咸水入侵，蓄淡防咸，另一方面可加大其它口门的流量，起到压咸作用；第三是蓄淡避咸，首先是增大现有水库蓄水能力，其次在河口边滩修建水库，并充分利用三角洲内河涌蓄水条作，不断提高珠江过境水资源的利用率。咸潮治理非工程措施有：加强流域水资源统一调度管理，严格控制河道采砂；提高枯季水量长期预报技术，建立和完善盐水入侵预警和预报系统；适当调整产业结构，加强节水型社会建设；开展珠江三角洲城市群供水规划；特枯年份应急调度预案；健全有效的防咸机制。
研究成果可为珠江流域水资源配置、珠江三角洲水资源合理利用及珠江三角洲城市供水安全保障提供理论指导和技术支持，保障该地区生活、生产和生态用水的安全、促进该地区经济发展和社会稳定提供了技术支撑。因此，申报广东省科技进步奖。
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水力增氧水质自净屏
增氧,水质,污水
"水力增氧水质自净屏"是处理城市河流和湖泊污水的新工艺，其水力增氧机设置在水力增氧自净屏的一端，另一端是水箱，填料设置在水力增氧自净屏的中央，水力增氧自净屏分若干层，虹吸管出水进入下一层水箱；其虹吸管为呈扁形状的弯管，污水从虹吸管的出水口流出，排入下一层；充分利用水泵的有效水头，将势能通过虹吸转化为水力流动的动能，使滤床水位产生变化实现水和生物膜的大气复氧及吹脱，使污水得到净化。其优点是不需鼓风曝气再耗能，运行费用低，全部自控无需专人管理，且无噪音，无泡沫，不投药，无二次污染，不堵塞，污泥量小，可抗冲击负荷，也可处理高浓度污水，长期停运后能很快恢复。“水力增氧水质自净屏”的外观象一个广告屏可与周围的环境相协调。
水力增氧水质自净屏是在经过六代改进的科技成果“势能增氧生态床”的技术原理基础上进一步改进和提高的第七代成果。除了具有第六代成果“势能增氧生态床”的投资少（与当前应用的方法相比）、直接运行费用低等多种特色之外，还具有如下特点：
（1）工艺简单，全部自控。仅用一个水泵将污水泵入水力增氧水质自净屏，出水即自动达到设计要求（排放一级B标准、排放一级A标准、地表水III类标准，可替代自来水除直接饮用外的功能）；
（2）因地制宜进行处理。改进后的处理设备的高度大大降低，可与城市生态景观小区相协调；
（3）处理规模大、小都可以适用。可以用单元模块在水平方向前后左右进行并联放大或缩小。
应用在平原地区或城市河流的污水处理时，只要采用水泵将河水抽送到水力增氧水质自净屏之中，就可将污水处理达到地表水Ⅲ类水质，运行费用＜0.15元/m3且仅需≤0.25kWh/t电能，可将城市河流的污水自动变为清水送往下游河道。在大型湖泊和城市公园内湖，可结合湖岸的综合整治，用水泵将湖水提升到水力增氧水质自净屏，经处理后再排入湖中，与湖岸上的综合整治相匹配，还可用来解决湖泊的富营养化问题。近年来已在南京建邺区泵站河水处理、南京莫愁湖公园湖水处理、北京陶然亭公园湖水处理、张家港观江园大酒店污水处理等十多项工程中推广应用，取得了良好的环境和经济效益，具有很强的市场竞争力。
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基于GIS的海上溢油应急决策与损害评估系统
海洋溢油,应急决策,地理信息系统
为了对重大海上溢油污染事故应急指挥提供有效的决策支持，本课题结合国家自然科学基金资助项目研究成果，进一步研制开发了“基于GIS的海上溢油应急决策与损害评估系统(OILGIS)”，用以同时满足海上溢油应急反应与污染损害评价的双重需要，主要技术性能指标有：
(1)系统综合有三维溢油漂移扩散模型、三维潮流模型、溢油风化模型、溢油应急反应模型、溢油生物影响模型以及电子海图、地理信息系统(GIS)、数据库等关键技术；
(2)用户能够在15分钟之内将事故参数和现场数据方便快速地输入并完成模拟计算，同时在电子海图上可视化动态显示溢油的漂移轨迹、扩散范围、上岸时间地点等。采用动态计算网格技术显著提高了模拟精度，同时能够模拟计算水体中油污染浓度时空分布变化；
(3)系统不仅适用于单个和多个点源的海面溢油漂移扩散轨迹模拟，还能够模拟预报海底输油管道泄漏、水下沉船漏油的动态过程和扩散趋势；
(4)具有模拟采用不同溢油应急措施(如机械回收、喷洒消油剂等)处理效果的功能，用于应急方案和人员设备资源的优化决策；
(5)在石油烃污染对典型海洋生物毒理效应试验基础上，建立了能够反映油污染与海洋生物之间“时间－浓度－效应”关系的溢油生物影响模型及其参数。同时应用拉格朗日原理建立溢油污染的海洋生物损害评估模式，评估过程充分考虑了不同类型海洋生物资源的时空分布特征。
(6)采用组件技术实现了溢油模型与GIS的紧密集成，将溢油模型的数值计算核心、数据管理及可视化功能封装成为溢油模型控件，通过数据和绘图接口实现溢油模型与GIS系统的高效协同。
系统目前已经在辽宁、广东、上海、福建、大连、厦门、烟台、福州、营口、湛江、海南等10余个海事管理部门以及中石化埕岛油田、中石油辽河油田、大连港集团等企业得到推广使用。经实际溢油案例应用表明，系统应用可以显著提高溢油应急反应和损害评估效率。专家组鉴定认为项目研究成果总体上达到国际先进水平，在采用相关毒理试验支持下建立溢油生物影响模型及其参数研究方面达到国际领先水平。
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用塑料栽植格制做人工浮岛在水污染治理中的研究与应用
水污染,栽植格,环境治理
项目主要对北方地区用于景观、经济，不同使用方向的水生湿生植物进行景观浮体结构栽培；对北方地区景观浮体结构栽培中涉及的栽植、储运、水下固定等技术环节进行技术定型；对可以使用景观浮体结构栽培的植物进行耐污染性观测，进而对不同景观生态需求、不同成本要求、不同水质与环境特征，确定不同的水生植物组合；对草坪格、土工网等材质应用于景观浮体结构栽培的适合性进行实践性评价。
在景观浮体结构中，选种适宜的水生植物，利用水生植物的代谢氧分解水中有机物，利用水中飘曳的根系，过滤水中泥沙，吸收有害污染物。不同水生植物，吸收与分解的物质不同，有机的结合，可以系统构成污染治理工程。目前可以选用的北方地区适生水生植物，品种较少，课题以湿生和陆生耐涝植物，作为替代。
研究以塑料栽植格串联成的水面浮筏，处理水利工程中污染物的模式，就2007年课题设计的景观浮体结构，检验其技术指标是否符合北方水利工程的要求及水面景观的要求。是否需要进一步改进，对植物栽植，浮筏固定、串连、运输、季节性储运等技术环节确立合理模式。
不同植物以景观浮体结构方式生长时，对水体污染物的耐受程度；建立1处300m^2景观浮体结构。选择适宜的景观性、经济性、不同污染物治理的植物品种。
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滆湖水生态环境修复技术与工程试验研究
湖水,水生态环境修复,工程试验
该项目以滆湖生态修复为目标，对滆湖水生植被历年变化与环境状况进行了深入的研究，分析了滆湖沉水植被的变迁的主要成因及环境效应，阐明了滆湖水生态环境结构与功能演变的驱动机制；同时通过开展滆湖沉水植物修复小型工程实验研究，进行了不同类型水生植物的时空配置、修复试验，论证了沉水植物恢复的可行性，研究成果达到了预期目标，对滆湖水生植被的修复具有指导意义。
该项目为更好地修复国内水生态提供了更好的技术与经验，具有极大的社会公益价值。
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河流污染的生物监测和预警技术
河流,污染,生物监测
1、任务来源：辽宁省科学研究项目计划 编号[2005273]
2、应用领域：生态环保；污水治理；生物资源保护；淡水地表流域；养殖水体（利用河、塘、库区水流）；水土保持；
3、技术原理：河流水体污染程度的评价不仅是制定治理措施、选择治理技术的前提，也是建立污染预警系统的需要，是评价政策和技术实施效果的依据。虽然河流污染越来越受到重视，但人们对自然生态系统的认识尚很肤浅，因而在实际操作中依然存在很多问题：如常用的化学监测有瞬间性、局限性、成本高及会带来二次污染的特点。因而河流与环境之间的多维度关系造成了生态群落组成的巨大差异，实际的水生群落可以认为是生物整体对现有生物和非生物压力响应的结果。因此，可以采用生物评价观点来测定河流及其水域的生物和生态状态，以确定河流水域的自然类型，在不同的水域生态系统采取不同的治理策略。
有害、有毒物质排入水体前后，河流水域中水生生物中的敏感生物、指示生物在物种组成、群落结构及生态习性上都会做出相应的反应。本课题选择有代表性的河段，连续在平水期、枯水期和丰水期采样，分别鉴定水生生物种群的数量、丰度、群落结构、生态分布等。采用十余种生物监测指数综合监测水体污染现状，提出预警预报。研究有生物特征和生态规律的水域指示生物、敏感生物指标体系；研究出了符合我国河流流域的水生生物检测技术，即为常规的化学监测提供佐证，也为增收减排，恢复水体生态环境，促进生态修复提供监测依据和技术手段。提出了各种生物监测方法的最适宜生态条件及生物手段独立运用于水质监测的理想模式。
生物监测拥有较高的准确性和可操作性。随着生物技术的快速发展，用生物监测水体水质的变化（安全程度）并能通过生物指数来判断水体受污情况也正逐步得到广泛的普及、应用。生物监测的优势终将体现在我国的各种水体水质监测上。
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沧州市水环境综合修复技术及应用研究
水环境,修复技术,综合修复,沧州市
1、通过对研究区内水环境的调查、监测、化验、分析、总结等，首次揭示了沧州境内河流污染、断流、湿地萎缩、水质恶化、地下水严重超采等水环境现状。
2、结合沧州实际，利用生物学原理、水环境学，水利工程学、水文地质学等理论，揭示了符合沧州地域特点的水环境修复机理。
3、通过分析、研究，首次确定和建立了适合沧州特点的水环境综合修复技术体系：
（1）建立了适宜沧州湿地修复的调水补水稀释、雨洪资源补水稀释、生物调控等技术。并通过上述技术的实施，使沧州湿地的生态环境有相当程度的改善。湿地面积大大增加，其中仅白洋淀水域面积就由原来的60km^2增加到130km^2；水质由原来的Ⅴ类，修复为现在的Ⅲ、Ⅳ类；生物物种数量大大增加，一些濒临灭绝的物种得到恢复。
（2）适宜沧州河流修复的技术为河流水体自净、调水置换、雨洪水冲洗、补水稀释、城市河流护岸等修复技术，使河流水质由V类及劣V类，修复为Ⅲ类；
（3）通过对水库水质和生物监测、分析和研究，确定了适宜沧州水库修复的技术为生物净化、水体自净、调水稀释等。建立了相关因子之间的相互转化、利用的关系和生物净化水质模式，使大浪淀水库水质由1997年的Ⅳ类，修复为2006年的Ⅰ、Ⅱ类水质，面积由原来的干淀修复为16.89km^2。
（4）适宜沧州地下水环境修复的技术为关闭自备井、控制深层地下水的开采、非常规水资源的利用等技术。通过上述修复技术地实施，使地下水环境得到了改善，首次使深层地下水位得到回升，地面沉降速率下降，年均地面沉降从88mm减少到50mm以下。
由于水环境恶化是全球性的问题，从20世纪80年代一些发达国家就开始了对水环境修复的研究和利用，国内则发展于90年代，但至今缺乏系统性和综合性研究，随着社会的发展和水环境的恶化，“沧州市水环境综合修复技术及应用研究”成果在缺水地区以及同等条件下地区具有广阔的推广前景。