水体富营养化和其防治措施专家讲座.pptx

年年8月月 武汉东湖武汉东湖 蓝藻水华蓝藻水华水体富营养化和其防治措施专家讲座第1页赤潮赤潮水体富营养化和其防治措施专家讲座第2页水体富营养化水体富营养化一、定义：一、定义：水体富营养化水体富营养化水体富营养化水体富营养化(eutrophication)(eutrophication)是指在人类活动影响下，是指在人类活动影响下，氮、磷氮、磷氮、磷氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引发藻类及其它浮游生物快速繁殖，水体体，引发藻类及其它浮游生物快速繁殖，水体溶解氧量溶解氧量溶解氧量溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其它生物大量死亡现象。这种下降，水质恶化，鱼类及其它生物大量死亡现象。这种现象在河流湖泊中出现称为水华，在海洋中出现称为赤现象在河流湖泊中出现称为水华，在海洋中出现称为赤潮。潮。水体富营养化和其防治措施专家讲座第3页滇池水华滇池水华赤潮赤潮水体富营养化和其防治措施专家讲座第4页二、评价标准二、评价标准 水体富营养化程度评价指标分为物理指标、化学指标水体富营养化程度评价指标分为物理指标、化学指标和生物学指标。物理指标主要是透明度，化学指标包含溶和生物学指标。物理指标主要是透明度，化学指标包含溶解氧和氮、磷等营养物质浓度等，生物学指标包含优势浮解氧和氮、磷等营养物质浓度等，生物学指标包含优势浮游生物种类、生物群落结构与多样性和生物现存量（如生游生物种类、生物群落结构与多样性和生物现存量（如生物量、叶绿素物量、叶绿素a）等。）等。当前普通采取标准是：水体中当前普通采取标准是：水体中氮含量超出氮含量超出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淡水中细菌总数淡水中细菌总数每毫升超出每毫升超出10万个万个，表，表征藻类数量叶绿素征藻类数量叶绿素-a含量含量大于大于10 pLg/L.水体富营养化和其防治措施专家讲座第5页水体富营养化和其防治措施专家讲座第6页三、我国现实状况三、我国现实状况 我国主要淡水湖除处于人烟稀少地域与原始状态湖泊外,其营养盐水平基本上都到达了富营养化发生标准浓度,水体富营养化在多数湖泊中已处于相当水平。水体富营养化和其防治措施专家讲座第7页中国湖泊富营养化分布图中国湖泊富营养化水华水体富营养化和其防治措施专家讲座第8页四、富营养化主要成因 水体富营养化根本成因是营养物质增加，使得藻类和有机物增加所致。营养物质主要是磷，其次是氮，还有碳、微量元素或维生素等。营养物质起源有：土壤大量施肥，农田流失氮、磷进人水体。禽畜、水产养殖，畜、禽排泄物中含有大量营养物质，雨水冲刷，进入水体。生活污水和工业废水排入水体。水体富营养化和其防治措施专家讲座第9页 五、危害1 使水味变得腥臭难闻 在富营养状态水体中生长着很多藻类其中有一些藻类能够散发出腥味异臭。藻类散发出这种腥臭，向湖泊四面空气扩散，直接影响、烦扰人们正常生活，给人以不舒适感觉，同时，这种腥臭味也使水味难闻，大大降低了水质质量。2 降低水体透明度 在富营养水体中，生长着以蓝藻、绿藻为优势种类大量水藻。这些水藻浮在湖水表面，形成一层“绿色浮渣”，使水质变得浑浊，透明度显著降低，富营养严重水质透明度仅有0.2米，湖水感官性状大大下降。水体富营养化和其防治措施专家讲座第10页3 影响水体溶解氧影响水体溶解氧 富营养湖泊表层，藻类能够取得充分阳光，从空气中富营养湖泊表层，藻类能够取得充分阳光，从空气中取得足够二氧化碳进行光合作用而放出氧气，所以表层水体有取得足够二氧化碳进行光合作用而放出氧气，所以表层水体有充分溶解氧。不过，在富营养湖泊深层，情况就不一样，首先充分溶解氧。不过，在富营养湖泊深层，情况就不一样，首先是表层密集藻类使阳光难以透射入湖泊深层，而且阳光在穿射是表层密集藻类使阳光难以透射入湖泊深层，而且阳光在穿射过程中被藻类吸收而衰减，所以深层水体光合作用显著受到限过程中被藻类吸收而衰减，所以深层水体光合作用显著受到限制而减弱，使溶解氧起源降低。其次，湖泊藻类死亡后不停向制而减弱，使溶解氧起源降低。其次，湖泊藻类死亡后不停向湖底沉积，不停地腐烂分解，也会消耗深层水体大量溶解氧，湖底沉积，不停地腐烂分解，也会消耗深层水体大量溶解氧，严重时可能使深层水体溶解氧消耗殆尽而呈厌氧状态，使得需严重时可能使深层水体溶解氧消耗殆尽而呈厌氧状态，使得需氧生物难以生存。这种厌氧状态，能够触发或者加速底泥积累氧生物难以生存。这种厌氧状态，能够触发或者加速底泥积累营养物质释放，造成水体营养物质高负荷，形成富营养水体恶营养物质释放，造成水体营养物质高负荷，形成富营养水体恶性循环。性循环。4 向水体释放有毒物质向水体释放有毒物质 富营养对水质另一个影响是一些藻类能够分泌、释放富营养对水质另一个影响是一些藻类能够分泌、释放有毒性物质，有毒物质进入水体后，若被牲畜饮入体内，可引有毒性物质，有毒物质进入水体后，若被牲畜饮入体内，可引发牲畜肠胃道炎症，人若饮用也会发生消化道炎症，有害人体发牲畜肠胃道炎症，人若饮用也会发生消化道炎症，有害人体健康。健康。水体富营养化和其防治措施专家讲座第11页5 影响供水水质并增加制水成本影响供水水质并增加制水成本 湖泊经常是生活饮用水和工业用水供给水源。富湖泊经常是生活饮用水和工业用水供给水源。富营养水体在作为供给水源时，会给制水厂带来一系列问题。营养水体在作为供给水源时，会给制水厂带来一系列问题。首先是在夏日高温藻类增殖旺盛季节，过量藻类会给制水首先是在夏日高温藻类增殖旺盛季节，过量藻类会给制水厂在过滤过程中带来障碍，需要改进或增加过滤办法。其厂在过滤过程中带来障碍，需要改进或增加过滤办法。其次，富营养水体因为缺氧而产生硫化氢、甲烷和氨等有毒次，富营养水体因为缺氧而产生硫化氢、甲烷和氨等有毒有害气体，而且水藻产生一些有毒物质，在制水过程中，有害气体，而且水藻产生一些有毒物质，在制水过程中，更增加了水处理技术难度。既影响制水厂出水率，同时也更增加了水处理技术难度。既影响制水厂出水率，同时也加大了制水成本费用。加大了制水成本费用。6 对水生生态影响对水生生态影响 在正常情况下，湖泊水体中各种生物都处于相对在正常情况下，湖泊水体中各种生物都处于相对平衡状态。不过，一旦水体受到污染而展现富营养状态时，平衡状态。不过，一旦水体受到污染而展现富营养状态时，水体这种正常生态平衡就会被扰乱，一些种类生物显著降水体这种正常生态平衡就会被扰乱，一些种类生物显著降低，而另外一些生物种类则显著增加。这种生物种类演替低，而另外一些生物种类则显著增加。这种生物种类演替会造成水生生物稳定性和多样性降低，破坏了湖泊生态平会造成水生生物稳定性和多样性降低，破坏了湖泊生态平衡。衡。水体富营养化和其防治措施专家讲座第12页六、防治办法六、防治办法一、一、一、一、控制外源性营养物质输入控制外源性营养物质输入控制外源性营养物质输入控制外源性营养物质输入 1 1、制订营养物质排放标准和水质标准；2、实施截污工程或者引排污染源 3、合理使用土地，最大限制地降低土壤侵蚀、水土流失与肥料流失二、降低内源性营养物质负荷二、降低内源性营养物质负荷 1、生物性办法 2、工程性办法（挖掘底泥沉积物、进行水体深层曝气、注水冲稀等。）3、水体富营养化和其防治措施专家讲座第13页三、去除营养物（去除营养物（利用物理化学方法去除污水中氮、磷营养物质）1 铁盐凝聚沉降法铁盐凝聚沉降法 2 铝离子交换法铝离子交换法 3 石灰凝聚与氨气提法石灰凝聚与氨气提法 水体富营养化和其防治措施专家讲座第14页七、控制修复技术控制和修复技术有物理、化学和生态修复。物理修复是借助工程技术办法,去除底泥污染一个方法,主要有疏浚、填沙、营养盐钝化、底层曝气、稀释冲刷、调整湖水氮磷比、覆盖底部沉积物及絮凝沉降等一系列办法。化学修复如加入化学药剂进行杀藻。生物修复技术有些人工湿地、生物浮床、生物操纵 物理和化学方法只能暂时控制，治标不治本。生态修复是新领域，研发烧点。水体富营养化和其防治措施专家讲座第15页 湖泊富营养化生态修复技术一、人工湿地二、人工浮床三、生物操纵水体富营养化和其防治措施专家讲座第16页一、人工湿地1.1 定义 1.2 组成1.3 原理1.4 应用水体富营养化和其防治措施专家讲座第17页1.1 定义 人工湿地是人工建造和管理控制、工程化湿地,经过模拟自然湿地,人为设计与建造由饱和基质、挺水与沉水植被、动物和水体组成复合体。它改变了湿地传统形态,经过科学设计和改造,用自然生态系统中物理、化学和生物三重协同作用来实现对水体净化。水体富营养化和其防治措施专家讲座第18页昆明滇池人工湿地处理暴雨径流试验系统水体富营养化和其防治措施专家讲座第19页水体富营养化和其防治措施专家讲座第20页水体富营养化和其防治措施专家讲座第21页1.2 湿地组成填料、植物、微生物和动物是人工湿地生态系统主要组成部分。填料普通由土壤、沙粒、碎石等组成。它不但为植物和微生物提供生长介质，还经过沉淀、过滤和吸附等作用去除污染物。植物包含挺水植物、沉水植物和浮水植物。植物对污染物有吸附、代谢、积累等作用。微生物是湿地主要组成部分，主要去除有机物和氨氮。水体富营养化和其防治措施专家讲座第22页1.3 去除营养物质机理氮、磷等营养物质浓度提升是造成湖泊富营养化关键原因除磷 人工湿地对磷去除作用包含介质吸收和过滤、植物吸收、微生物去除等。无机磷吸收和过滤去除作用因湿地床填料不一样而存在差异。植物生长过程中经过同化作用将无机磷变成植物体组成部分,最终经过收割去除。水体富营养化和其防治措施专家讲座第23页 微生物对磷去除包含对磷正常吸收和对磷过量积累,不一样含氧状态人工湿地根区类似于污水脱氮除磷系统 A-A-O处理单元,使一些细菌在厌氧条件下吸收低分子有机物(如脂肪酸),同时将细胞原生质中聚合磷酸盐异染粒磷释放出来(释磷),并提供必需能量方便它们在好氧条件下从水中吸收超出其生长所需磷(聚磷),并以聚磷酸盐形式成为微生物细胞内含物而被贮存起来,所以人工湿地有较高除磷效果水体富营养化和其防治措施专家讲座第24页除氮 人工湿地系统中氮去除主要依靠微生物分解转化作用和植物吸收同化作用完成。进入湿地系统中氮主要以有机氮和氨氮形式存在。在人工湿地系统内,植物光合作用过程中将氧经过植株-根系向湿地床输送,使得系统内部存在许多好氧、缺氧和厌氧微环境,为微生物硝化和反硝化作用创造了良好条件。水体富营养化和其防治措施专家讲座第25页有机氮有机氮异氧微生物异氧微生物（氨化细菌）（氨化细菌）氨氮氨氮硝化细菌硝化细菌好氧环境好氧环境亚硝态氮亚硝态氮硝态氮硝态氮反硝化微生物反硝化微生物（脱氧）（脱氧）根系吸收根系吸收去除无机氮去除无机氮水体富营养化和其防治措施专家讲座第26页1.4 应用1994 年,我国在滇池建立人工湿地系统用以处理滇池流域农业面源污染,依据14个月运行监测,该湿地系统对TN平均去除率为35.5%-60%左右,对TP平均去除率为24.4%-47.8%年,中国科学院南京地理与湖泊研究所和云南玉溪市环科所设计抚仙湖人工结构湿地开始投入运行,监测结果表明对各项污染指标去除率分别到达:COD 87.8%、BOD 68.7%、SS 96.3%、TP 32.4%、TN 36.0%。水体富营养化和其防治措施专家讲座第27页水体富营养化和其防治措施专家讲座第28页二、生态浮床2.1 定义2.2 原理2.3 特点2.4 应用水体富营养化和其防治措施专家讲座第29页2.1 定义 生态浮床技术是按照自然规律,利用无土栽培技术,以高分子材料为载体和基质,采取当代农艺和生态工程办法综合集成水面无土种植植物技术。水体富营养化和其防治措施专家讲座第30页2.2 原理 利用植物在生长过程中对水体中N、P等元素吸收及植物发达根系和浮床基质对水体中悬浮物吸附,富集水体中有害物质,利用植物根系释出大量能降解有机物分泌物,加速有机污染物分解;一些植物还能分泌化学克生物质,抑制浮游植物生长。伴随部分水质指标改进,尤其是溶解氧(DO)大幅增加,为好氧微生物繁殖创造了条件。经过微生物对有机污染物、营养物深入分解,使水质得到深入改进,最终经过收获植物体形式,将N、P及吸附积累在植物体内和根系表面污染物完全迁出水体,使水体中污染物大幅降低,水质改进,为水生生物,尤其是沉水植物生存、繁衍创造生态环境条件,为最终修复水生态系统提供可能。水体富营养化和其防治措施专家讲座第31页生态浮床水体富营养化和其防治措施专家讲座第32页2.3 技术特点防止塑料泡沫大量堆放产生二次污染。生态浮床通常采取塑料泡沫板作为浮体载体,使废弃塑料泡沫有用武之地,。生态浮床技术将浮床陆生植物作为先锋种植于河湖水面,利用陆生植物生长过程中对大量N、P 吸收和光合作用,去除水中N、P,无须施肥,防止肥料对水体污染,且病虫害少。生态浮床不受光照等条件限制,可防止沉水植物人工种植后,因为光照等生境条件难以保障其正常生育而死亡现象。浮床陆生植物多为经济种类或观赏种类(如香草根、美人蕉等),不但能够净化水质,还可创造一定经济效益水体富营养化和其防治措施专家讲座第33页2.4 应用司友斌等以巢湖湖水、合肥环城河水及安徽农大池塘水作为供试水样,研究浮床香根草对富营养化水体净化效果。试验表明,香根草在富营养化水体中生长良好,在56d 生长久内,对总氮去除率分别为85.13%、91.12%和 96.17%,对氨氮去除率到达 100%(在试验第 35d 时即降为 0),对总磷也有较高去除率,分别为98.10%,96.17%,97.10%。水体富营养化和其防治措施专家讲座第34页香根草水体富营养化和其防治措施专家讲座第35页香根草生态浮床香根草生态浮床水体富营养化和其防治措施专家讲座第36页 应用2：宋祥甫等采取水域浮床无土种植方法,以人工模拟池为试验场所,在池内富营养化水体(KN和TP含量分别为2108和0125mgP L)表面种植水稻,经过水稻吸收和吸附作用,去除水体中N、P 元素,以实现变废为宝净化水质,并使水体产生良性循环。研究表明,在水深 114m左右,水面浮床覆盖率分别为 20%、40%、60%条件下,水稻分蘖至成熟84天,对全池水体中TN 净去除率分别为 29.10%、49.18%和 58.17%,TP 净去除率分别为 32.11%、42.10%和49.11%,且水稻正常生育并收获。水体富营养化和其防治措施专家讲座第37页水稻浮床水稻浮床水体富营养化和其防治措施专家讲座第38页三、生物操纵3.1 定义3.2 原理3.3 应用水体富营养化和其防治措施专家讲座第39页3.13.1定义定义生物操纵即经过对水生生物群及其栖息地一系列调整，以增强其中一些相互作用，促使浮游植物生物量下降。主要作用对象是鱼类。水体富营养化和其防治措施专家讲座第40页3.2 3.2 原理原理经典生物操纵主要经过去除浮游生物食性鱼类(planktivore)或添加肉食性鱼类(piscivores)来降低浮游生物食性鱼数量，调控浮游动物群落结构，促进滤食效率高植食性大型浮游动物，尤其是枝角类发展，从而提升浮游动物对浮游植物摄食效率，最终降低浮游植物生物量。当前有些学者提出了非经典生物操纵理论，并取得了一定效果，即利用滤食性鱼类直接进行对浮游植物生物操纵。水体富营养化和其防治措施专家讲座第41页浮游动物是生物操纵关键因子之一,而大型浮游动物则是最主要、最可能压低浮游植物数量原因植物过量生长。滤食性鱼类能够调控浮游动物,降低鱼类捕食压力有利于大型植食浮游动物种群发展,而其密度增加反过来又能很好控制浮游植物过量生长。水体富营养化和其防治措施专家讲座第42页3.3 3.3 应用应用 武汉东湖,70年代每年都会出现“水华”。形成水花蓝藻主要是微囊藻属、鱼腥藻属和束丝藻属种类,其中危害最大是铜锈微囊藻。1989 年,刘建康院士和谢平在东湖里进行了4 个夏秋原位围隔试验,即采取放养鲢、鲢、鳙鱼鳙鱼方法来试图直接控制微囊藻水华生长,同时观察鲢、鳙鱼放养量与水华现象之间关系,养殖鲢、鳙鱼水域里不出现水华,原因在于鲢、鳙吃掉了造成水华发生藻类,改进了水质。水体富营养化和其防治措施专家讲座第43页水体富营养化和其防治措施专家讲座第44页