湖泊水體富營養(yǎng)化及其防治對策研究

1、7湖泊水體富營養(yǎng)化及其防治對策研究費磊2013年11月V?定義及機理d彈養(yǎng)化現(xiàn)狀.>d治理的屋路和方迭參考文獻(xiàn)水體富營養(yǎng)化(eutrophication)是指在人類活動影響下，生物所需的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)大量進(jìn)入湖泊、河口、海灣等緩流水體，引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖，水體溶解氧量下降，水質(zhì)惡化，魚類及其他生物大量死亡的現(xiàn)象。發(fā)生在海域時叫赤潮發(fā)生在湖泊時叫水華要注意的幾點1=自然條件下，湖泊也會從貧營養(yǎng)狀態(tài)過渡到富營養(yǎng)狀態(tài)，不過這種自然過程非常緩慢，有時長達(dá)數(shù)千年。2：人類活動所引起的水體富營養(yǎng)化則可以在短時間內(nèi)出現(xiàn)。3：一般的污染大多導(dǎo)致生物生產(chǎn)力的降低，而富營養(yǎng)化卻是營養(yǎng)物質(zhì)的增加

2、，往往提高了初級生產(chǎn)力。4：利貝格最小值定律：植物生長取決于外界供給它所需要的養(yǎng)料中數(shù)量最少的那一種。富營養(yǎng)化水體中藻類的生長繁殖主要決定于氮和磷，特別是磷。其含量決定著藻類繁殖速度和富營養(yǎng)化的程度。溫度，光照，無機鹽，C02等都是藻類繁殖必需的，藻類利用光能通過光合作用制造有機物以滿足自身生長繁殖所需。光合作用中所需要的葉綠素，藻藍(lán)素等光合色素及許多酶需要氮磷等元素。氮磷等含量增多時會提高這些物質(zhì)的含量進(jìn)而提高光合效率制造較多有機物，繁殖也更快一些。NkP等*1畳算埴華，或菲潮）術(shù)仲週址»：下降r<«w'JiS產(chǎn)白的忑#下層畫矣w慎物丸皇耳亡.忻入水直湖泊富

3、營養(yǎng)化過程1健康階段IO3Ibi«h*1run-*frMiricultvrelImimI2營養(yǎng)増加階段3生產(chǎn)力上升階段4沉水植物消亡階段M|l|H|r.了瀉辛、予>0|11115藻華嚴(yán)重發(fā)生階段6黑冥階段R«HMH3件了分亍辛、°0"來源湖泊富營養(yǎng)化是在特定的化學(xué)、生物和物理因素都具備的條件下發(fā)生的。總的來說，以下幾方面是造成水體富營養(yǎng)化的具體來源：1.農(nóng)田化肥2牲畜糞便3污水灌溉4工業(yè)廢水排入水體5水體人工養(yǎng)殖通Jo湖泊富營養(yǎng)化評價指標(biāo)及其分級靱酣黠I腳譴魏耿能及髓技欖足一般采用水體中營養(yǎng)物質(zhì)氮，磷濃度，COD,SD和葉綠素a等指標(biāo)對湖泊，水庫生

4、態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評價。下表左為中國環(huán)境監(jiān)測總站推薦的湖泊（水庫）富營養(yǎng)化評價方法及分級技術(shù)範(fàn)范。國外的富營養(yǎng)化分級標(biāo)準(zhǔn)詳見下表右。TV剛L)TP/(n/L)0>IV|mg/L)(11m1呼心ij®«alWIn'LIE/(咚l>CO%i(他Clila/1inm)3.冊0.24aoi910L6中舔Lfflft77AK56.410<s#>170.25-Ll»O.ttUSO.015<103-0.4>so(1651.409.015中百養(yǎng)ID.70.48-L20QQK)4Q491-42-15J0-8D中貓謡37Iffl<L2J0

5、115tiOcltf>47-100<108W験anJia4L0100-500表2營養(yǎng)北分級密不湖泊水體富營養(yǎng)化現(xiàn)狀我國主要湖泊富營養(yǎng)化狀態(tài)10晞湖4.50總氮濃度(mwL)0.7650.235I固披翊畔砂白洋淀.童湖.泄海i馨彌草海._遼花湖麓'淖'玄武湖長春南湖蘑菇湖甘事湖南寧南湖撫仙湖貧營養(yǎng)區(qū)東錢湖什剎海長白天池0.0190.065磷濃度（皿刼“04131.00湖泊水體富營養(yǎng)化現(xiàn)狀2007年重點湖;庫)水質(zhì)類別個數(shù)1襄】1英Ill類IV類V養(yǎng)劣丫類三湖3d0D1129011124懺市內(nèi)溯5QD11PA大坦水庫M014923總計27tJ161$13:M愿年比例(蜒

6、)012141$482(1叮年比例(%)0721111843.僚水系'、類u類唳V類霜V奏312大型潑水潮102413城市內(nèi)湖514大型水庫102332總計28264511比例(%)07.12E414.317.939.3Q3nJS2i3O3oEr-EslrJt*1二：千込SE三岀S!.«水B1藝忠S松4盂吉一水2三二二丈査于mi£大ttcr水0黑尊;55S邂1»漣Xp!=S$窮；rE溢MS濡E進(jìn)瀆艮診3*有懇總;2溢壬寰2?Eje.«2007年重點湖庫營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù);_*£e.K二一5一二*M一必£三*一二.-_=*番二A亞N=

7、層asw-.=5:盡M越¥.:?W賢鼻!3草£2006年費點湖庫莆料態(tài)揺數(shù)電J19湖泊水體富營養(yǎng)化現(xiàn)狀>1長時下耽區(qū)主馴泊的詐扶況右表為我國淡水湖泊最集中的長江中下游地區(qū)湖泊富營養(yǎng)化狀況3T.可以看出，絕大多數(shù)湖泊已經(jīng)富營養(yǎng)化，少量的尚未富營養(yǎng)化的湖泊，也已經(jīng)非常接近富營養(yǎng)化的水平，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，這些湖泊也會逐漸富營養(yǎng)化因此，可以說湖泊富營養(yǎng)化已成為我國淡水湖泊面臨的最主要生態(tài)環(huán)境問題.時ffi址大術(shù)前耐助ranCODimj/LlTNtRirt.)rPiBgii)丙菲婁SISIHM江兩29M5.L0J4IIJ7iJOUUMII養(yǎng)舵9!Adi紗(UClW2.S71.1

8、60JM3MM#M5A«SflMWU442.J402IM0078匍北62ru4.460J80J«0中咖KU毗iwi330622330JI5碾爐靱ssftJK1147431615.06ai40_0MMICTOi24Adi3AO_34|審養(yǎng)I蘇良吊以*期It340763.70(152OjD73M罪王蘇代冬人皿ttlt36042»J24X7040.1Mwl陽2802572.TJ0J36#3g博人肚fiM3162461350774OOHRa沁532«M123OJ28ffiS*測甲人何IW394471330019叭£SR9人旳畑I3D2.60253561

9、270J0I3中M13FR5AMfeihM変*101b240233.70460263as*床了尋人網(wǎng)AliffAtuII9J4958UI2«0_041*ttJ5901753*M9015卅<LM531.730.077&訥辭4)2.2IQSJRQOttOil中1賺琲民危害性151 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(zhì)質(zhì)量。2 降低水體的透明度在富營養(yǎng)水體中，生長著以藍(lán)藻、綠藻為優(yōu)勢種類的大量

10、水藻。這些水藻浮在湖水表面，形成一層“綠色浮渣”，使水質(zhì)變得渾濁,透明度明顯降低。危害性3 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，光合作用放出氧氣，因此表層水體有充足的溶解氧，富營養(yǎng)化水體表面形成氧飽和溶液。但富營養(yǎng)湖泊深層情況不同，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，溶解氧減少；湖泊藻類死亡后不斷向湖底沉積，腐爛分解也會消耗深層水體大量的溶解氧，嚴(yán)重時可使深層水體的溶解氧消耗殆盡而呈厭氧狀態(tài)，需氧生物難以生存O這種厭氧狀態(tài)，可以加速底泥積累的營養(yǎng)物質(zhì)的釋放，造成水體營養(yǎng)物質(zhì)的高負(fù)荷，

11、形成富營養(yǎng)水體的惡性循環(huán)。危害性4 向水體釋放有毒物質(zhì)富營養(yǎng)對水質(zhì)的另一個影響是某些藻類能夠分泌、釋放有毒性111:題晦隔I攏畜詼蕊起牲畜腸胃電J治理思路和方法富營養(yǎng)化的防治是水污染治理中十分棘手而又代價昂貴的困難問題原因有三：(1)導(dǎo)致水質(zhì)富營養(yǎng)化的氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)既有天然源，又有人為源；既有外源性,又有內(nèi)源性;既有點源,又有非點源,這給控制污染源帶來了顯而易見的困難。營養(yǎng)物質(zhì)去除難度高。至今還沒有任何單一的生物學(xué)、化學(xué)和物理措施能夠徹底去除廢水中的氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)。通常的二級生化處理方法,只能去除30%50%的氮和磷。某些處理措施在理論上或者在一走的條件下是可行的，但在實際上或者在大范圍內(nèi),則

12、往往達(dá)不到預(yù)期效果。#/1v維持水的自然循環(huán)，保證上游清水來源山體降水裡籃曲応I物蒸騰地表徑流蒸發(fā)下滲林地、濕地湖泊地下徑流:控制外源性營養(yǎng)物質(zhì)輸;:控制內(nèi)源性營養(yǎng)物質(zhì)輸;3：去除污水中的營養(yǎng)物質(zhì)治理思路和方法措施#電J治理思路和方法19控制外源性營養(yǎng)物質(zhì)輸入絕大多數(shù)水體富營養(yǎng)化主要是外界輸入的營養(yǎng)物質(zhì)在水體中富集造成的。如果減少或截斷外部輸入的營養(yǎng)物質(zhì)，就使水體失去了營養(yǎng)物質(zhì)富集的可能性。從長遠(yuǎn)觀點來看，要想從根本上控制湖泊水體富營養(yǎng)化，首先應(yīng)該著重減少或者截斷外部營養(yǎng)物質(zhì)的輸入。(1)實施截污工程截斷向河湖水體排放營養(yǎng)物的污染源，是控制水體富營養(yǎng)化的關(guān)鍵措施。一次性投資較高，但此后可從根本

13、上消除水體富營化的主要人為外源性污染源，為水質(zhì)改善提供基本條件。在長遠(yuǎn)看來，這種投資是必須的?？刂仆庠葱誀I養(yǎng)物質(zhì)輸入根據(jù)水環(huán)境功能制訂排放濃度標(biāo)準(zhǔn)確定某一湖泊水體的主要功能后，應(yīng)根據(jù)此功能的要求制訂N和P的允許排放濃度標(biāo)準(zhǔn)，限制可能排入水體的物質(zhì)種類和數(shù)量。（3）去除污水中的營養(yǎng)物過傳歸體遙1棒疇敝_企墀匚型燃霸蘇幽懐處垛、，也可采用生扮坐理方法（高效的脫Po已生活污水及某些工業(yè)廢水中含有較高濃度的N和P這些鷲經(jīng)T1.；也可釆用生捌處理方法（髙耘爲(wèi)媲昶時繼饗讎殛去、右離子交換法和石灰（4）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。只要合理規(guī)劃利用土地，最大限度地防止土壤侵蝕和地

14、表徑流過份漫流，如在建筑物、農(nóng)田安排自然排泄系統(tǒng)，就可以減少被暴雨或融雪沖走的氮和磷。20減少內(nèi)源性營養(yǎng)物質(zhì)負(fù)荷工程性措施1:底泥疏浚湖泊底泥疏浚技術(shù)是近30年來發(fā)展起來的湖泊內(nèi)源污染治理技術(shù)。其通過挖除表層污染底泥并對底泥進(jìn)行合理處置來去除湖泊中污染物，控制底泥中污染物的釋放以及營養(yǎng)物質(zhì)的生物可利用效力®6O增強底泥對水體的凈化能力從而對湖泊進(jìn)行有效治理。美國于1978年對IiIly湖進(jìn)行了底泥疏浚,共疏浚底泥68X103,最高水深由1-8m提高到6m?？偭椎南麥p率達(dá)55%7-8。瑞典在Trummen湖進(jìn)行了局部和大規(guī)模的底泥疏浚，經(jīng)疏浚后Trummen湖平均深度從11m增加到1.

15、75m,總磷的消減率送到90%,總氮消減率達(dá)80%刃。1998年滇池草海實施了底泥疏浚一期工程。該工程疏浚面積為2.88km2，疏浚工程量為432.69X104m3,工程實施后水質(zhì)得到了明顯改善。TN,TP,B0D5,COD以及葉綠素a與疏浚前相比分別下降了36.4%,64.7%,40.5%,37.8%,62.5%.去除污染物TN8230.45t,TP約1884.54t,重金屬約4440.72to水體透明度由小于0.37m提高到0.8m。時段SD(m)IX)ChiaTNTPBODCODmop（）r疏浚前0,343.970,1874911,071&639.82Q47疏浚后0.625.25

16、0.194&150.69&00&43Q38滇池草海疏浚前后主要水質(zhì)指標(biāo)變化#電J局限性底泥疏浚能夠有效控制營養(yǎng)鹽濃度，增大湖庫水體容量,改善水生植物生態(tài)環(huán)境。但如果疏浚過程中采取的疏浚方案不當(dāng)或技術(shù)措施不力其將帶來嚴(yán)重后果。1 底泥間隙水中的營養(yǎng)鹽可能釋放進(jìn)入水體，在水流作用下擴散進(jìn)入表層水體破壞水體中氮磷營養(yǎng)元素的平衡，導(dǎo)致湖泊富營養(yǎng)化程度進(jìn)一步惡化。2 影響湖泊水生生態(tài)系統(tǒng)破壞底棲生物原有的生存環(huán)境。3 疏浚出的底泥若未得到妥善處理，底泥中營養(yǎng)物質(zhì)，重金屬，有毒有害物質(zhì)等在雨水沖刷下進(jìn)入其他水體對周邊地表水體和地下水體造成二次污染。23口低，湖動了斷較度去；丿幀度濃

17、洗脣、/濃的要明/筆鹽鹽主透體靜秦用的水dM:呂作W5去和和刷也松沖加，1。眇沃秦，增動-12劭污污度麥醫(yī)入中程聶力曹體化物由能曲過水養(yǎng)生體凈魴通泊營類水自詐。湖富蒲慶的澹用増男體駅霍津動水第要，制角強搦的叢泊水而彩箱有譜從汗水期低期/眈泊管降圖力用湖稀生增能膽凈水類藻通復(fù)禾是潔蒂馬用的水清制客體動的抑泊水水:/RH3J25案例272002年1月太湖流域?qū)嵤┝藶槠趦赡甑囊瓭{(diào)水試驗工程，工程實施后太湖水質(zhì)和水生態(tài)系統(tǒng)得到明顯改善，TP濃度從2000年的0.10mg/L下降為2003年的0.069mg/L；高猛酸鹽指數(shù)從2000年的5.28mg/L下降為2003年的4.30mg/L。局限性生

18、態(tài)引水工程最大的優(yōu)點是治理成效快，可以在較短的時間內(nèi)改善湖泊水質(zhì);其次可以增強水體交換能力，提高湖流流速和水體復(fù)氧能力,有效提高水體自凈能力;再次是可以在一定程度上凈化底泥,減少底泥因缺氧引起營養(yǎng)鹽分的溶出。弓冰治污只是治表的方法，其局限性十分明顯。對于長距離的生態(tài)引水工程,需要修建大量的輸水設(shè)施和生態(tài)防護(hù)設(shè)施,引水成本較高；引水如果僅用作環(huán)保治理將給經(jīng)濟實力較弱水資源量匱乏的地區(qū)帶來較大壓力；生態(tài)引水工程受限于水源的選取,水質(zhì)和水量將直接關(guān)系到治理的成效。如在玄武湖調(diào)水中，由于弓冰工程中營養(yǎng)鹽和有機污染物輸入量過大,反而導(dǎo)致高猛酸鉀指數(shù)總磷和總氮的濃度升高其他工程性措施深層曝氣適用于湖水較深

19、而出現(xiàn)厭氧層的水體。磷易在厭氧條件下從底泥中釋放出來，采取定期或不定期人為向湖底深層曝氣充氧，使水與底泥面之間不出現(xiàn)厭氧層，有利于抑制底泥磷釋放，有利改善水質(zhì)。打撈法通過打撈船打撈藻體【1叫降低藻的密度，在水華大量發(fā)生時有一定的效果，但是不適合大面積使用，工程量大。1凝聚沉降法禾I用價格便宜的多種陽離子Fe3+（三價鐵鹽易與磷酸鹽反應(yīng)生成不溶性的磷酸鐵。二價鐵鹽能和污水中的磷反應(yīng)生成不溶性沉淀物）,AI3+（鋁離子與磷酸鹽具有特別強的親合力z可以選擇性地從廢水中去除磷）和（在pH值偏堿時，石灰與磷發(fā)生反應(yīng),生成磷酸鹽和無機氫氧化物,磷酸鹽和懸浮物質(zhì)隨反應(yīng)生成物凝聚沉淀下來,達(dá)到去除磷的目的）等

20、使磷形成沉淀,從水溶液釋放出來。韓劍宏,楊冬梅,劉派等在用硅酸鈣處理富營養(yǎng)化湖水中氨氮的實驗硏究中采用硅酸鈣作為吸附劑15,能有效的去除富營養(yǎng)化湖水中的氨氮。硅酸鈣作為一種新型吸附劑,是粉煤灰提取高鋁粉后產(chǎn)生的一種工業(yè)廢物,具有比表面積較大、內(nèi)部微孔發(fā)達(dá)、價格低廉等優(yōu)點。33150pm8070605040硅酸鈣吸陽劑的投加里£3020100sn90807060刃403020100316R1017UPH33結(jié)果：(1)硅酸鈣可有效去除富營養(yǎng)化湖水中的氨氮,當(dāng)采用粒徑為100目的硅酸鈣處理富營養(yǎng)化湖水,每100mL水樣投加量為1.0g、吸附時間為60min、pH為8時,其對氨氮的去除率達(dá)

21、到81.67%。(2)硅酸鈣對氨氮的吸附行為符合Langmuir和Freundlich吸附等溫式,NIV在硅酸鈣上的最大吸附量為6.60mggj(3)采用硅酸鈣作為吸附劑處理富營養(yǎng)化湖水達(dá)到了以廢治廢的目的，但其實際應(yīng)用還有一定的困難,需進(jìn)一步研究。化學(xué)處理方法2化學(xué)藥劑殺藻適合于水華盈湖的水體殺藻劑，將藻殺死后水藻腐爛分解仍舊會釋放出磷，因此應(yīng)該將被殺死的藻類及時撈出或者再投加適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)藥品，將藻類腐爛分解釋放出的磷酸鹽沉降。常用化學(xué)試劑主要有CuSO4zO3,CI02o局限性化學(xué)處理方法效果快而顯著，但是成本較高，劑量難以掌握，對水體易造成二次污染且難以消除，經(jīng)濟效益和環(huán)境效益均不太好，只能作為應(yīng)急之用。35電J生物修復(fù)水生植物修復(fù)技木1:人工濕地處理技術(shù)1=1利用基質(zhì)一微生物一植物這個復(fù)合的生態(tài)系統(tǒng),堡合物理、化學(xué)和生物的三重協(xié)調(diào)作用,通過過濾、噪附、共沉淀、離子交渙、植翔吸收和微生物分解耒實wSzk中有證物質(zhì)的去除,同時通址營養(yǎng)物質(zhì)和水分的循環(huán),賣現(xiàn)廢水的責(zé)源化和無害化皿】。水生棚通風(fēng)養(yǎng)出朮生物修復(fù)水生植物修復(fù)技術(shù)2:生態(tài)浮床運用無土栽培技術(shù),以高分子材料為載體和基質(zhì),采用現(xiàn)代農(nóng)藝和生態(tài)工程措施綜合集成的水面無土種植植物技術(shù)卩7】光合作用&幣液柞用I/jA生長繁茂的鳳狠蓮紫萍#舉例王志等研究兩種水生植物水葫蘆和輪葉黑藻對滇池草海富營養(yǎng)化水體水