水體富營養(yǎng)化及其防治措施

1、 2012年年8月月 武漢東湖武漢東湖 藍藻水華藍藻水華赤潮赤潮水體富營養(yǎng)化水體富營養(yǎng)化一、定義：一、定義：滇池水華滇池水華赤潮赤潮二、評價標準二、評價標準 水體富營養(yǎng)化程度的評價指標分為物理指標、化學指水體富營養(yǎng)化程度的評價指標分為物理指標、化學指標和生物學指標。物理指標主要是透明度，化學指標包括標和生物學指標。物理指標主要是透明度，化學指標包括溶解氧和氮、磷等營養(yǎng)物質濃度等，生物學指標包括優(yōu)勢溶解氧和氮、磷等營養(yǎng)物質濃度等，生物學指標包括優(yōu)勢浮游生物種類、生物群落結構與多樣性和生物現存量（如浮游生物種類、生物群落結構與多樣性和生物現存量（如生物量、葉綠素生物量、葉綠素a）等。）等。目前一般

2、采用的標準是：水體中目前一般采用的標準是：水體中氮含量超過氮含量超過0.20. 3mg/L,磷含量磷含量大于大于0.010.02mg/L,生化需氧量生化需氧量大于大于10mg/L,pH值值79的淡水中細菌總數的淡水中細菌總數每毫升超過每毫升超過10萬個萬個，表征藻類數量的葉綠素表征藻類數量的葉綠素-a含量含量大于大于10 pLg/L.三、我國現狀三、我國現狀 我國主要淡水湖除處于人煙稀少的地區(qū)與原始狀態(tài)的湖泊外, 其營養(yǎng)鹽水平基本上都達到了富營養(yǎng)化發(fā)生的標準濃度,水體的富營養(yǎng)化在多數湖泊中已處于相當水平。中國湖泊富營養(yǎng)化分布圖中國湖泊富營養(yǎng)化水華四、富營養(yǎng)化的主要成因 水體富營養(yǎng)化的根本成因是

3、營養(yǎng)物質的增加，使得藻類和有機物增加所致。營養(yǎng)物質主要是磷，其次是氮，還有碳、微量元素或維生素等。營養(yǎng)物質來源有： 土壤大量施肥，農田流失的氮、磷進人水體。 禽畜、 水產養(yǎng)殖 ，畜、 禽排泄物中含有大量的營養(yǎng)物質，雨水沖刷，進入水體。生活污水和工業(yè)廢水排入水體。 五、危害 1 使水味變得腥臭難聞 在富營養(yǎng)狀態(tài)的水體中生長著很多藻類，其中有一些藻類能夠散發(fā)出腥味異臭。藻類散發(fā)出這種腥臭，向湖泊四周的空氣擴散，直接影響、煩擾人們的正常生活，給人以不舒適感覺，同時，這種腥臭味也使水味難聞，大大降低了水質質量。 2 降低水體的透明度 在富營養(yǎng)水體中，生長著以藍藻、綠藻為優(yōu)勢種類的大量水藻。這些水藻浮在

4、湖水表面，形成一層 “綠色浮渣”，使水質變得渾濁，透明度明顯降低，富營養(yǎng)嚴重的水質透明度僅有0.2米，湖水感官性狀大大下降。 3 影響水體的溶解氧影響水體的溶解氧 富營養(yǎng)湖泊的表層，藻類可以獲得充足的陽光，從空氣中獲富營養(yǎng)湖泊的表層，藻類可以獲得充足的陽光，從空氣中獲得足夠的二氧化碳進行光合作用而放出氧氣，因此表層水體得足夠的二氧化碳進行光合作用而放出氧氣，因此表層水體有充足的溶解氧。但是，在富營養(yǎng)湖泊深層，情況就不同，有充足的溶解氧。但是，在富營養(yǎng)湖泊深層，情況就不同，首先是表層的密集藻類使陽光難以透射入湖泊深層，而且陽首先是表層的密集藻類使陽光難以透射入湖泊深層，而且陽光在穿射過程中被藻類

5、吸收而衰減，所以深層水體的光合作光在穿射過程中被藻類吸收而衰減，所以深層水體的光合作用明顯受到限制而減弱，使溶解氧來源減少。其次，湖泊藻用明顯受到限制而減弱，使溶解氧來源減少。其次，湖泊藻類死亡后不斷向湖底沉積，不斷地腐爛分解，也會消耗深層類死亡后不斷向湖底沉積，不斷地腐爛分解，也會消耗深層水體大量的溶解氧，嚴重時可能使深層水體的溶解氧消耗殆水體大量的溶解氧，嚴重時可能使深層水體的溶解氧消耗殆盡而呈厭氧狀態(tài)，使得需氧生物難以生存。這種厭氧狀態(tài)，盡而呈厭氧狀態(tài)，使得需氧生物難以生存。這種厭氧狀態(tài)，可以觸發(fā)或者加速底泥積累的營養(yǎng)物質的釋放，造成水體營可以觸發(fā)或者加速底泥積累的營養(yǎng)物質的釋放，造成水

6、體營養(yǎng)物質的高負荷，形成富營養(yǎng)水體的惡性循環(huán)。養(yǎng)物質的高負荷，形成富營養(yǎng)水體的惡性循環(huán)。 4 向水體釋放有毒物質向水體釋放有毒物質 富營養(yǎng)對水質的另一個影響是某些藻類能夠分泌、釋放有毒富營養(yǎng)對水質的另一個影響是某些藻類能夠分泌、釋放有毒性的物質，有毒物質進入水體后，若被牲畜飲入體內，可引性的物質，有毒物質進入水體后，若被牲畜飲入體內，可引起牲畜腸胃道炎癥，人若飲用也會發(fā)生消化道炎癥，有害人起牲畜腸胃道炎癥，人若飲用也會發(fā)生消化道炎癥，有害人體健康。體健康。 5 影響供水水質并增加制水成本影響供水水質并增加制水成本 湖泊常常是生活飲用水和工業(yè)用水的供給水源。富營養(yǎng)湖泊常常是生活飲用水和工業(yè)用水的

7、供給水源。富營養(yǎng)水體在作為供給水源時，會給制水廠帶來一系列問題。首水體在作為供給水源時，會給制水廠帶來一系列問題。首先是在夏日高溫藻類增殖旺盛的季節(jié)，過量的藻類會給制先是在夏日高溫藻類增殖旺盛的季節(jié)，過量的藻類會給制水廠在過濾過程中帶來障礙，需要改善或增加過濾措施。水廠在過濾過程中帶來障礙，需要改善或增加過濾措施。其次，富營養(yǎng)水體由于缺氧而產生硫化氫、甲烷和氨等有其次，富營養(yǎng)水體由于缺氧而產生硫化氫、甲烷和氨等有毒有害氣體，而且水藻產生的某些有毒的物質，在制水過毒有害氣體，而且水藻產生的某些有毒的物質，在制水過程中，更增加了水處理的技術難度。既影響制水廠的出水程中，更增加了水處理的技術難度。既

8、影響制水廠的出水率，同時也加大了制水成本費用。率，同時也加大了制水成本費用。 6 對水生生態(tài)的影響對水生生態(tài)的影響 在正常情況下，湖泊水體中各種生物都處于相對平衡的在正常情況下，湖泊水體中各種生物都處于相對平衡的狀態(tài)。但是，一旦水體受到污染而呈現富營養(yǎng)狀態(tài)時，水狀態(tài)。但是，一旦水體受到污染而呈現富營養(yǎng)狀態(tài)時，水體的這種正常的生態(tài)平衡就會被擾亂，某些種類的生物明體的這種正常的生態(tài)平衡就會被擾亂，某些種類的生物明顯減少，而另外一些生物種類則顯著增加。這種生物種類顯減少，而另外一些生物種類則顯著增加。這種生物種類演替會導致水生生物的穩(wěn)定性和多樣性降低，破壞了湖泊演替會導致水生生物的穩(wěn)定性和多樣性降低

9、，破壞了湖泊生態(tài)平衡。生態(tài)平衡。 六、防治措施六、防治措施制訂營養(yǎng)物質排放標準和水質標準； 2、實施截污工程或者引排污染源 3、合理使用土地，最大限制地減少土壤侵蝕、水土流失與肥料流失二、減少內源性營養(yǎng)物質負荷二、減少內源性營養(yǎng)物質負荷 1、 生物性措施 2、 工程性措施（挖掘底泥沉積物、進行水體深層曝氣、注水沖稀等。） 3、三、去除營養(yǎng)物（去除營養(yǎng)物（利用物理化學方法去除污水中的氮、磷營養(yǎng)物質） 1 鐵鹽凝聚沉降法鐵鹽凝聚沉降法 2 鋁離子交換法鋁離子交換法 3 石灰凝聚與氨氣提法石灰凝聚與氨氣提法 七、 控制修復技術控制和修復技術有物理、化學和生態(tài)修復。 物理修復是借助工程技術措施 ,清除

10、底泥污染的一種方法,主要有疏浚、填沙、營養(yǎng)鹽鈍化 、底層曝氣、稀釋沖刷、調節(jié)湖水氮磷比、覆蓋底部沉積物及絮凝沉降等一系列措施。 化學修復如加入化學藥劑進行殺藻。 生物修復技術有人工濕地、生物浮床、生物操縱 物理和化學方法只能暫時控制，治標不治本。生態(tài)修復是新的領域，研發(fā)熱點。 湖泊富營養(yǎng)化生態(tài)修復技術一、人工濕地二、人工浮床三、生物操縱一、 人工濕地1.1 定義 1.2 組成1.3 原理1.4 應用1.1 定義 人工濕地是人工建造和管理控制的、工程化的濕地, 通過模擬自然濕地, 人為設計與建造的由飽和基質、 挺水與沉水植被、 動物和水體組成的復合體。它改變了濕地的傳統形態(tài),通過科學的設計和改造

11、,用自然生態(tài)系統中的物理、 化學和生物的三重協同作用來實現對水體的凈化。昆明滇池人工濕地處理暴雨徑流試驗系統1.2 濕地組成填料、植物、微生物和動物是人工濕地生態(tài)系統的主要組成部分。 填料一般由土壤、沙粒、碎石等構成。它不僅為植物和微生物提供生長介質，還通過沉淀、過濾和吸附等作用去除污染物。 植物包括挺水植物、沉水植物和浮水植物。植物對污染物有吸附、代謝、積累等作用。微生物是濕地重要組成部分，主要去除有機物和氨氮。1.3 去除營養(yǎng)物質機理氮、 磷等營養(yǎng)物質濃度的提高是導致湖泊富營養(yǎng)化的關鍵因素。除磷 人工濕地對磷的去除作用包括介質的吸收和過濾、 植物吸收、 微生物去除等。無機磷的吸收和過濾去除

12、作用因濕地床的填料不同而存在差異。植物生長過程中通過同化作用將無機磷變成植物體的組成部分, 最后通過收割去除。 微生物對磷去除包括對磷的正常吸收和對磷的過量積累,不同含氧狀態(tài)的人工濕地根區(qū)類似于污水脫氮除磷系統的 A-A-O處理單元,使某些細菌在厭氧條件下吸收低分子的有機物(如脂肪酸) ,同時將細胞原生質中聚合磷酸鹽異染粒的磷釋放出來(釋磷) , 并提供必需的能量以便它們在好氧條件下從水中吸收超過其生長所需的磷(聚磷) ,并以聚磷酸鹽的形式成為微生物細胞的內含物而被貯存起來, 因此人工濕地有較高的除磷效果除氮 人工濕地系統中氮的去除主要依靠微生物的分解轉化作用和植物的吸收同化作用完成的。進入濕

13、地系統中的氮主要以有機氮和氨氮的形式存在。在人工濕地系統內, 植物光合作用過程中將氧通過植株-根系向濕地床輸送, 使得系統內部存在許多好氧、 缺氧和厭氧微環(huán)境,為微生物的硝化和反硝化作用創(chuàng)造了良好條件。有機氮有機氮異氧微生物異氧微生物（氨化細菌）（氨化細菌）氨氮氨氮硝化細菌硝化細菌好氧環(huán)境好氧環(huán)境亞硝態(tài)氮亞硝態(tài)氮硝態(tài)氮硝態(tài)氮反硝化微生物反硝化微生物（脫氧）（脫氧）根系吸收根系吸收去除無機氮去除無機氮1.4 應用u1994 年,我國在滇池建立的人工濕地系統用以處理滇池流域農業(yè)面源污染,根據14個月運行監(jiān)測,該濕地系統對TN平均去除率為35.5%-60%左右, 對TP平均去除率為24.4%-47.

14、8%u2002 年,中國科學院南京地理與湖泊研究所和云南玉溪市環(huán)科所設計的撫仙湖人工構造濕地開始投入運行,監(jiān)測結果表明對各項污染指標的去除率分別達到: COD 87. 8%、BOD 68. 7%、 SS 96. 3%、 TP 32. 4%、 TN 36. 0%。二、生態(tài)浮床2.1 定義2.2 原理2.3 特點2.4 應用2.1 定義 生態(tài)浮床技術是按照自然規(guī)律, 運用無土栽培技術, 以高分子材料為載體和基質, 采用現代農藝和生態(tài)工程措施綜合集成的水面無土種植植物技術。2.2 原理 利用植物在生長過程中對水體中N、P等元素的吸收及植物發(fā)達根系和浮床基質對水體中懸浮物的吸附, 富集水體中有害物質,

15、 利用植物根系釋出大量能降解有機物的分泌物, 加速有機污染物分解; 一些植物還能分泌化學克生物質, 抑制浮游植物生長。隨著部分水質指標改善, 尤其是溶解氧 (DO) 大幅增加, 為好氧微生物繁殖創(chuàng)造了條件。 通過微生物對有機污染物、營養(yǎng)物的進一步分解, 使水質得到進一步改善, 最終通過收獲植物體形式, 將N、P及吸附積累在植物體內和根系表面的污染物完全遷出水體, 使水體中的污染物大幅減少, 水質改善,為水生生物, 特別是沉水植物生存、繁衍創(chuàng)造生態(tài)環(huán)境條件, 為最終修復水生態(tài)系統提供可能。生態(tài)浮床2.3 技術特點 避免塑料泡沫大量堆放產生的二次污染。生態(tài)浮床通常采用塑料泡沫板作為浮體的載體,使廢

16、棄塑料泡沫有用武之地,。 生態(tài)浮床技術將浮床陸生植物作為先鋒種植于河湖水面, 利用陸生植物生長過程中對大量N、P 吸收和光合作用, 去除水中N、P, 無須施肥, 避免肥料對水體污染, 且病蟲害少。 生態(tài)浮床不受光照等條件限制, 可避免沉水植物人工種植后, 由于光照等生境條件難以保障其正常生育而死亡的現象。浮床陸生植物多為經濟種類或觀賞種類 ( 如香草根、美人蕉等) , 不僅可以凈化水質, 還可創(chuàng)造一定的經濟效益2.4 應用司友斌等以巢湖湖水、合肥環(huán)城河水及安徽農大池塘水作為供試水樣, 研究浮床香根草對富營養(yǎng)化水體的凈化效果。試驗表明, 香根草在富營養(yǎng)化水體中生長良好, 在56d 生長期內, 對

17、總氮去除率分別為85.13%、91.12% 和 96.17% , 對氨氮去除率達到 100%(在試驗第 35d 時即降為 0) , 對總磷也有較高去除率,分別為98.10%, 96.17%, 97.10%。香根草香根草生態(tài)浮床香根草生態(tài)浮床 應用2：宋祥甫等采用水域浮床無土種植方法, 以人工模擬池為試驗場所, 在池內的富營養(yǎng)化水體 (KN和TP含量分別為2108和0125mgP L)表面種植水稻, 通過水稻吸收和吸附作用, 去除水體中N、P 元素, 以實現變廢為寶凈化水質, 并使水體產生良性循環(huán)。研究表明, 在水深 114m左右, 水面浮床覆蓋率分別為 20%、40%、60%條件下, 水稻分蘗

18、至成熟84天, 對全池水體中TN 凈去除率分別為 29.10%、49.18%和 58.17%, TP 凈去除率分別為 32.11%、42.10%和49.11%, 且水稻正常生育并收獲。水稻浮床水稻浮床三、 生物操縱3.1 定義3.2 原理3.3 應用3.13.1定義定義生物操縱即通過對水生生物群及其棲息地的一系列調節(jié)，以增強其中的某些相互作用，促使浮游植物生物量下降。主要作用對象是魚類。3.2 3.2 原理原理經典的生物操縱主要通過去除浮游生物食性魚類(planktivore)或添加肉食性魚類(piscivores)來降低浮游生物食性魚的數量，調控浮游動物的群落結構，促進濾食效率高的植食性大型浮游動物，特別是枝角類的發(fā)展，從而提高浮游動物對浮游植物的攝食效率，最終減少浮游植物生物量。目前有些學者提出了非經典的生物操縱理論，并取得了一定的效果，即利用濾食性魚類直接進行對浮游植物的生物操縱。浮游動物是生物操縱的關鍵因子之一,而大型浮游動物則是最重要的、 最可能壓低浮游植物數量的