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1、水體富營(yíng)養(yǎng)化及其防治措施,2012年8月 武漢東湖 藍(lán)藻水華,赤潮,水體富營(yíng)養(yǎng)化,一、定義：,水體富營(yíng)養(yǎng)化(eutrophication)是指在人類活動(dòng)的影響下，氮、磷等營(yíng)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(yú)類及其他生物大量死亡的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象在河流湖泊中出現(xiàn)稱為水華，在海洋中出現(xiàn)稱為赤潮。,滇池水華,赤潮,二、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),水體富營(yíng)養(yǎng)化程度的評(píng)價(jià)指標(biāo)分為物理指標(biāo)、化學(xué)指標(biāo)和生物學(xué)指標(biāo)。物理指標(biāo)主要是透明度，化學(xué)指標(biāo)包括溶解氧和氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度等，生物學(xué)指標(biāo)包括優(yōu)勢(shì)浮游生物種類、生物群落結(jié)構(gòu)與多樣性和生物現(xiàn)存量（如生物量、葉綠

2、素a）等。 目前一般采用的標(biāo)準(zhǔn)是：水體中氮含量超過(guò)0.20. 3mg/L,磷含量大于0.010.02mg/L,生化需氧量大于10mg/L,pH值79的淡水中細(xì)菌總數(shù)每毫升超過(guò)10萬(wàn)個(gè)，表征藻類數(shù)量的葉綠素-a含量大于10 pLg/L.,,,三、我國(guó)現(xiàn)狀,我國(guó)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(yíng)養(yǎng)鹽水平基本上都達(dá)到了富營(yíng)養(yǎng)化發(fā)生的標(biāo)準(zhǔn)濃度,水體的富營(yíng)養(yǎng)化在多數(shù)湖泊中已處于相當(dāng)水平。,中國(guó)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化分布圖,中國(guó)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化水華,,,四、富營(yíng)養(yǎng)化的主要成因 水體富營(yíng)養(yǎng)化的根本成因是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的增加，使得藻類和有機(jī)物增加所致。 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要是磷，其次是氮，還有碳、微量元素或維生素等

3、。 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來(lái)源有： 土壤大量施肥，農(nóng)田流失的氮、磷進(jìn)人水體。 禽畜、 水產(chǎn)養(yǎng)殖 ，畜、 禽排泄物中含有大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，雨水沖刷，進(jìn)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(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的水體中生長(zhǎng)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(kuò)散，直接影響、煩擾人們的正常生活，給人以不舒適感覺(jué)，同時(shí)，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(yíng)養(yǎng)水體中，生長(zhǎng)著以藍(lán)藻、綠藻為優(yōu)勢(shì)種類的大量水藻。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，富營(yíng)養(yǎng)嚴(yán)重的

4、水質(zhì)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 富營(yíng)養(yǎng)湖泊的表層，藻類可以獲得充足的陽(yáng)光，從空氣中獲得足夠的二氧化碳進(jìn)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(yíng)養(yǎng)湖泊深層，情況就不同，首先是表層的密集藻類使陽(yáng)光難以透射入湖泊深層，而且陽(yáng)光在穿射過(guò)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(lái)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(huì)消耗深層水體大量的溶解氧，嚴(yán)重時(shí)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)，可以觸發(fā)或者加速底泥積累的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的釋放，造成水體營(yíng)養(yǎng)物

5、質(zhì)的高負(fù)荷，形成富營(yíng)養(yǎng)水體的惡性循環(huán)。 4 向水體釋放有毒物質(zhì) 富營(yíng)養(yǎng)對(duì)水質(zhì)的另一個(gè)影響是某些藻類能夠分泌、釋放有毒性的物質(zhì)，有毒物質(zhì)進(jìn)入水體后，若被牲畜飲入體內(nèi)，可引起牲畜腸胃道炎癥，人若飲用也會(huì)發(fā)生消化道炎癥，有害人體健康。,5 影響供水水質(zhì)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(yíng)養(yǎng)水體在作為供給水源時(shí)，會(huì)給制水廠帶來(lái)一系列問(wèn)題。首先是在夏日高溫藻類增殖旺盛的季節(jié)，過(guò)量的藻類會(huì)給制水廠在過(guò)濾過(guò)程中帶來(lái)障礙，需要改善或增加過(guò)濾措施。其次，富營(yíng)養(yǎng)水體由于缺氧而產(chǎn)生硫化氫、甲烷和氨等有毒有害氣體，而且水藻產(chǎn)生的某些有毒的物質(zhì)，在制水過(guò)程中，更增加了水處理的技術(shù)難度

6、。既影響制水廠的出水率，同時(shí)也加大了制水成本費(fèi)用。 6 對(duì)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(duì)平衡的狀態(tài)。但是，一旦水體受到污染而呈現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)時(shí)，水體的這種正常的生態(tài)平衡就會(huì)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。這種生物種類演替會(huì)導(dǎo)致水生生物的穩(wěn)定性和多樣性降低，破壞了湖泊生態(tài)平衡。,,六、防治措施,一、 控制外源性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸入 1、制訂營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)； 2、實(shí)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(nèi)源性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)負(fù)荷 1、 生物性措施 2、 工程性措施（挖

7、掘底泥沉積物、進(jìn)行水體深層曝氣、注水沖稀等。） 3、,三、去除營(yíng)養(yǎng)物（利用物理化學(xué)方法去除污水中的氮、磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)） 1 鐵鹽凝聚沉降法 2 鋁離子交換法 3 石灰凝聚與氨氣提法,七、 控制修復(fù)技術(shù) 控制和修復(fù)技術(shù)有物理、化學(xué)和生態(tài)修復(fù)。 物理修復(fù)是借助工程技術(shù)措施 ,清除底泥污染的一種方法,主要有疏浚、填沙、營(yíng)養(yǎng)鹽鈍化 、底層曝氣、稀釋沖刷、調(diào)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(xué)修復(fù)如加入化學(xué)藥劑進(jìn)行殺藻。 生物修復(fù)技術(shù)有人工濕地、生物浮床、生物操縱 物理和化學(xué)方法只能暫時(shí)控制，治標(biāo)不治本。生態(tài)修復(fù)是新的領(lǐng)域，研發(fā)熱點(diǎn)。,,湖泊富營(yíng)養(yǎng)化生態(tài)修復(fù)技術(shù),一、人工濕地

8、 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(yīng)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(guò)模擬自然濕地, 人為設(shè)計(jì)與建造的由飽和基質(zhì)、 挺水與沉水植被、 動(dòng)物和水體組成的復(fù)合體。 它改變了濕地的傳統(tǒng)形態(tài),通過(guò)科學(xué)的設(shè)計(jì)和改造,用自然生態(tài)系統(tǒng)中的物理、 化學(xué)和生物的三重協(xié)同作用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)水體的凈化。,昆明滇池人工濕地處理暴雨徑流試驗(yàn)系統(tǒng),1.2 濕地組成 填料、植物、微生物和動(dòng)物是人工濕地生態(tài)系統(tǒng)的主要組成部分。 填料一般由土壤、沙粒、碎石等構(gòu)成。它不僅為植物和微生物提供生長(zhǎng)介質(zhì)，還通過(guò)沉淀、過(guò)濾和吸附等作用去除污染物。

9、 植物包括挺水植物、沉水植物和浮水植物。植物對(duì)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(jī)物和氨氮。,1.3 去除營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)機(jī)理 氮、 磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度的提高是導(dǎo)致湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)鍵因素。 除磷 人工濕地對(duì)磷的去除作用包括介質(zhì)的吸收和過(guò)濾、 植物吸收、 微生物去除等。無(wú)機(jī)磷的吸收和過(guò)濾去除作用因濕地床的填料不同而存在差異。植物生長(zhǎng)過(guò)程中通過(guò)同化作用將無(wú)機(jī)磷變成植物體的組成部分, 最后通過(guò)收割去除。,微生物對(duì)磷去除包括對(duì)磷的正常吸收和對(duì)磷的過(guò)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(tǒng)的 A-A-O處理單元,使某些細(xì)菌在厭氧條件下吸收低分子的有機(jī)物(如脂肪酸

10、) ,同時(shí)將細(xì)胞原生質(zhì)中聚合磷酸鹽異染粒的磷釋放出來(lái)(釋磷) , 并提供必需的能量以便它們?cè)诤醚鯒l件下從水中吸收超過(guò)其生長(zhǎng)所需的磷(聚磷) ,并以聚磷酸鹽的形式成為微生物細(xì)胞的內(nèi)含物而被貯存起來(lái), 因此人工濕地有較高的除磷效果,除氮 人工濕地系統(tǒng)中氮的去除主要依靠微生物的分解轉(zhuǎn)化作用和植物的吸收同化作用完成的。進(jìn)入濕地系統(tǒng)中的氮主要以有機(jī)氮和氨氮的形式存在。在人工濕地系統(tǒng)內(nèi), 植物光合作用過(guò)程中將氧通過(guò)植株-根系向濕地床輸送, 使得系統(tǒng)內(nèi)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(jī)氮,,異氧微生物,（氨化細(xì)菌）,氨氮,,硝化細(xì)菌,好氧環(huán)境,亞硝態(tài)氮,硝態(tài)

11、氮,,反硝化微生物 （脫氧）,根系吸收,去除無(wú)機(jī)氮,1.4 應(yīng)用 1994 年,我國(guó)在滇池建立的人工濕地系統(tǒng)用以處理滇池流域農(nóng)業(yè)面源污染,根據(jù)14個(gè)月運(yùn)行監(jiān)測(cè),該濕地系統(tǒng)對(duì)TN平均去除率為35.5%-60%左右, 對(duì)TP平均去除率為24.4%-47.8% 2002 年,中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所和云南玉溪市環(huán)科所設(shè)計(jì)的撫仙湖人工構(gòu)造濕地開(kāi)始投入運(yùn)行,監(jiān)測(cè)結(jié)果表明對(duì)各項(xiàng)污染指標(biāo)的去除率分別達(dá)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(diǎn) 2.4 應(yīng)用,2.1 定義 生

12、態(tài)浮床技術(shù)是按照自然規(guī)律, 運(yùn)用無(wú)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(wú)土種植植物技術(shù)。,2.2 原理 利用植物在生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)水體中N、P等元素的吸收及植物發(fā)達(dá)根系和浮床基質(zhì)對(duì)水體中懸浮物的吸附, 富集水體中有害物質(zhì), 利用植物根系釋出大量能降解有機(jī)物的分泌物, 加速有機(jī)污染物分解; 一些植物還能分泌化學(xué)克生物質(zhì), 抑制浮游植物生長(zhǎng)。隨著部分水質(zhì)指標(biāo)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(guò)微生物對(duì)有機(jī)污染物、營(yíng)養(yǎng)物的進(jìn)一步分解, 使水質(zhì)得到進(jìn)一步改善, 最終通過(guò)收獲植物體形式, 將N、P及吸附積累在植物體內(nèi)和根

13、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(zhì)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(fù)水生態(tài)系統(tǒng)提供可能。,生態(tài)浮床,2.3 技術(shù)特點(diǎn) 避免塑料泡沫大量堆放產(chǎn)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,使廢棄塑料泡沫有用武之地,。 生態(tài)浮床技術(shù)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(zhǎng)過(guò)程中對(duì)大量N、P 吸收和光合作用, 去除水中N、P, 無(wú)須施肥, 避免肥料對(duì)水體污染, 且病蟲(chóng)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(xiàn)象。 浮床陸生植物多為經(jīng)濟(jì)種類

14、或觀賞種類 ( 如香草根、美人蕉等) , 不僅可以凈化水質(zhì), 還可創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)效益,2.4 應(yīng)用 司友斌等以巢湖湖水、合肥環(huán)城河水及安徽農(nóng)大池塘水作為供試水樣, 研究浮床香根草對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的凈化效果。試驗(yàn)表明, 香根草在富營(yíng)養(yǎng)化水體中生長(zhǎng)良好, 在56d 生長(zhǎng)期內(nèi), 對(duì)總氮去除率分別為85.13%、91.12% 和 96.17% , 對(duì)氨氮去除率達(dá)到 100%(在試驗(yàn)第 35d 時(shí)即降為 0) , 對(duì)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,應(yīng)用2：宋祥甫等采用水域浮床無(wú)土種植方法, 以人工模擬池為試驗(yàn)場(chǎng)所, 在池內(nèi)的富營(yíng)養(yǎng)化水體 (

15、KN和TP含量分別為2108和0125mgP L)表面種植水稻, 通過(guò)水稻吸收和吸附作用, 去除水體中N、P 元素, 以實(shí)現(xiàn)變廢為寶凈化水質(zhì), 并使水體產(chǎn)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, 水稻分蘗至成熟84天, 對(duì)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,,三、 生物操縱,3.1 定義 3.2 原理 3.3 應(yīng)用,3.1定義 生物操縱即通過(guò)對(duì)水生生物群及其棲息地的一系列調(diào)節(jié)，以增強(qiáng)其中的某些相

16、互作用，促使浮游植物生物量下降。 主要作用對(duì)象是魚(yú)類。,3.2 原理 經(jīng)典的生物操縱主要通過(guò)去除浮游生物食性魚(yú)類(planktivore)或添加肉食性魚(yú)類(piscivores)來(lái)降低浮游生物食性魚(yú)的數(shù)量，調(diào)控浮游動(dòng)物的群落結(jié)構(gòu)，促進(jìn)濾食效率高的植食性大型浮游動(dòng)物，特別是枝角類的發(fā)展，從而提高浮游動(dòng)物對(duì)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(xué)者提出了非經(jīng)典的生物操縱理論，并取得了一定的效果，即利用濾食性魚(yú)類直接進(jìn)行對(duì)浮游植物的生物操縱。,浮游動(dòng)物是生物操縱的關(guān)鍵因子之一,而大型浮游動(dòng)物則是最重要的、 最可能壓低浮游植物數(shù)量的因素植物過(guò)量生長(zhǎng)。 濾食性魚(yú)類可以調(diào)控浮游動(dòng)物,減少魚(yú)類捕食壓力有利于大型植食浮游動(dòng)物種群的發(fā)展, 而其密度的增加反過(guò)來(lái)又能很好的控制浮游植物的過(guò)量生長(zhǎng)。,3.3 應(yīng)用 武漢東湖,70年代每年都會(huì)出現(xiàn)“水華” 。形成水花藍(lán)藻主要是微囊藻屬、 魚(yú)腥藻屬和束絲藻屬的種類, 其中危害最大的是銅銹微囊藻。 1989 年, 劉建康院士和謝平在東湖里進(jìn)行了4 個(gè)夏秋的原位圍隔試驗(yàn),即采用放養(yǎng)鰱、 鳙魚(yú)的方法來(lái)試圖直接控制微囊藻水華的生長(zhǎng),同時(shí)觀察鰱、鳙魚(yú)放養(yǎng)量與水華現(xiàn)象之間的關(guān)系, 養(yǎng)殖鰱、 鳙魚(yú)的水域里不出現(xiàn)水華, 原因在于鰱、 鳙吃掉了導(dǎo)致水華發(fā)生的藻類,改善了水質(zhì)。,謝謝觀賞！,