1、湖泊水体富营养化及其防治对策研究,费磊 2013年11月,2,定义及机理,富营养化现状,危害性,治理的思路和方法,参考文献,3,水体富营养化(eutrophication)是指在人类活动影响下，生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。,定 义,发生在海域时叫赤潮,发生在湖泊时叫水华,4,1：自然条件下，湖泊也会从贫营养状态过渡到富营养状态，不过这种自然过程非常缓慢，有时长达数千年。2：人类活动所引起的水体富营养化则可以在短时间内出现。3：一般的污染大多导致生物生产力的降低，而富营养化
2、却是营养物质的增加，往往提高了初级生产力。4：利贝格最小值定律：植物生长取决于外界供给它所需要的养料中数量最少的那一种。富营养化水体中藻类的生长繁殖主要决定于氮和磷，特别是磷。其含量决定着藻类繁殖速度和富营养化的程度。,要注意的几点,5,温度，光照，无机盐，CO2等都是藻类繁殖必需的，藻类利用光能通过光合作用制造有机物以满足自身生长繁殖所需。光合作用中所需要的叶绿素，藻蓝素等光合色素及许多酶需要氮磷等元素。氮磷等含量增多时会提高这些物质的含量进而提高光合效率制造较多有机物，繁殖也更快一些4。,机 理,6,湖泊富营养化过程,大量营养盐输入,水化学平衡变化,pH值升高 DO降低 CO2降低,生态系
3、统失调,藻类异常增殖 初级生产力失衡 生态系统结构破坏,湖泊生态系统功能丧失,7,湖泊富营养化是在特定的化学、生物和物理因素都具备的条件下发生的。总的来说，以下几方面是造成水体富营养化的具体来源：1. 农田化肥 2 .牲畜粪便 3 .污水灌溉 4 .工业废水排入水体 5 .水体人工养殖,来 源,8,一般采用水体中营养物质氮，磷浓度，COD，SD和叶绿素a等指标对湖泊，水库生态环境质量进行评价。下表左为中国环境监测总站推荐的湖泊（水库）富营养化评价方法及分级技术规范。国外的富营养化分级标准详见下表右2。,湖泊富营养化评价指标及其分级,9,我国主要湖泊富营养化状态,湖泊水体富营养化现状,10,20
4、07年,2007年重点湖库营养状态指数,湖泊水体富营养化现状,11,右表为我国淡水湖泊最集中的长江中下游地区湖泊富营养化状况3-4.可以看出,绝大多数湖泊已经富营养化,少量的尚未富营养化的湖泊,也已经非常接近富营养化的水平,随着经济的发展,这些湖泊也会逐渐富营养化.因此,可以说湖泊富营养化已成为我国淡水湖泊面临的最主要生态环境问题.,湖泊水体富营养化现状,12,滇池草海水葫芦,滇池,太湖梅梁湾,巢湖,13,1 使水味变得腥臭难闻在富营养状态的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，向湖泊四周的空气扩散，直接影响、烦扰人们的正常生活，给人以不舒适感觉，同时，这
5、种腥臭味也使水味难闻，大大降低了水质质量。 2 降低水体的透明度 在富营养水体中，生长着以蓝藻、绿藻为优势种类的大量水藻。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，透明度明显降低。,危害性,14,3 影响水体的溶解氧富营养湖泊的表层，藻类可以获得充足的阳光，光合作用放出氧气，因此表层水体有充足的溶解氧，富营养化水体表面形成氧饱和溶液。但富营养湖泊深层情况不同，首先是表层的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，所以深层水体的光合作用明显受到限制而减弱，溶解氧减少；湖泊藻类死亡后不断向湖底沉积，腐烂分解也会消耗深层水体大量的溶解氧，严重时可使深
6、层水体的溶解氧消耗殆尽而呈厌氧状态，需氧生物难以生存。这种厌氧状态，可以加速底泥积累的营养物质的释放，造成水体营养物质的高负荷，形成富营养水体的恶性循环。,危害性,15,4 向水体释放有毒物质 富营养对水质的另一个影响是某些藻类能够分泌、释放有毒性的物质，有毒物质进入水体后，若被牲畜饮入体内，可引起牲畜肠胃道炎症，人若饮用也会发生消化道炎症，有害人体健康。,危害性,16,富营养化的防治是水污染治理中十分棘手而又代价昂贵的困难问题原因有三： 导致水质富营养化的氮、磷营养物质既有天然源，又有人为源；既有外源性，又有内源性；既有点源，又有非点源，这给控制污染源带来了显而易见的困难。 营养物质去除难度
7、高。至今还没有任何单一的生物学、化学和物理措施能够彻底去除废水中的氮、磷营养物质。通常的二级生化处理方法，只能去除 30%50%的氮和磷。 某些处理措施在理论上或者在一定的条件下是可行的，但在实际上或者在大范围内，则往往达不到预期效果。,治理思路和方法,17,云与水汽,下渗,2、规范水的社会循环，减少人为污染,3、恢复或保育湖泊生态系统，平衡系统结构，发挥系统功能,山体,降水,水汽输送,蒸发,植物蒸腾,湖泊,小水体,地下径流,林地、湿地,1、维持水的自然循环，保证上游清水来源,地表径流,云与水汽,山体,降水,18,1：控制外源性营养物质输入,2：控制内源性营养物质输入,3：去除污水中的营养物质
8、,措施,治理思路和方法,19,治理思路和方法,控制外源性营养物质输入,绝大多数水体富营养化主要是外界输入的营养物质在水体中富集造成的。如果减少或截断外部输入的营养物质，就使水体失去了营养物质富集的可能性。从长远观点来看，要想从根本上控制湖泊水体富营养化，首先应该着重减少或者截断外部营养物质的输入。 （1）实施截污工程截断向河湖水体排放营养物的污染源，是控制水体富营养化的关键措施。一次性投资较高，但此后可从根本上消除水体富营化的主要人为外源性污染源，为水质改善提供基本条件。在长远看来，这种投资是必须的。,20,（2）根据水环境功能制订排放浓度标准确定某一湖泊水体的主要功能后，应根据此功能的要求制
9、订N和P的允许排放浓度标准，限制可能排入水体的物质种类和数量。（3）去除污水中的营养物生活污水及某些工业废水中含有较高浓度的 N 和 P，这些废水经过传统二级处理工艺处理后尚含有一定浓度的 N 和 P。 已有的二级处理厂的出水需要采取深度处理， 也可采用生物处理方法(高效的脱N除P工艺)和物化处理方法(铁盐凝聚沉降法、 铝离子交换法和石灰凝聚与氨气提法)对二级处理工艺加以改进。（4）合理使用土地，最大限制地减少土壤侵蚀、水土流失与肥料流失。 只要合理规划利用土地，最大限度地防止土壤侵蚀和地表径流过份漫流，如在建筑物、农田安排自然排泄系统，就可以减少被暴雨或融雪冲走的氮和磷。,控制外源性营养物质
10、输入,21,1：底泥疏浚湖泊底泥疏浚技术是近30年来发展起来的湖泊内源污染治理技术。其通过挖除表层污染底泥并对底泥进行合理处置来去除湖泊中污染物，控制底泥中污染物的释放以及营养物质的生物可利用效力5-6。增强底泥对水体的净化能力从而对湖泊进行有效治理。美国于1978年对lilly湖进行了底泥疏浚,共疏浚底泥68104m, 最高水深由1.8提高到6。总磷的消减率达557-8 。瑞典在Trummen 湖进行了局部和大规模的底泥疏浚，经疏浚后Trummen湖平均深度从1.1m增加到1.75m，总磷的消减率达到90%，总氮消减率达80%9。,减少内源性营养物质负荷,工程性措施,22,1998年滇池草海
11、实施了底泥疏浚一期工程10 。该工程疏浚面积为2.88km2 ，疏浚工程量为432.69104m3 ，工程实施后水质得到了明显改善。TN，TP，BOD5，COD以及叶绿素与疏浚前相比分别下降了36.4，64.7，40.5，37.8，62.5.去除污染物TN8230.45t，TP约1884.54，重金属约4440.72。水体透明度由小于0.37提高到0.8。,案 例,23,底泥疏浚能够有效控制营养盐浓度,增大湖库水体容量，改善水生植物生态环境。但如果疏浚过程中采取的疏浚方案不当或技术措施不力其将带来严重后果。 底泥间隙水中的营养盐可能释放进入水体，在水流作用下扩散进入表层水体破坏水体中氮磷营养元
12、素的平衡，导致湖泊富营养化程度进一步恶化。 影响湖泊水生生态系统破坏底栖生物原有的生存环境。 疏浚出的底泥若未得到妥善处理，底泥中营养物质，重金属，有毒有害物质等在雨水冲刷下进入其他水体对周边地表水体和地下水体造成二次污染 。,局限性,24,2：生态引水利用水利工程来改善湖泊富营养化程度的方法，稀释、冲刷和动水是净化湖泊水体的主要作用。通过引入污染物和营养盐浓度较低的清洁水来稀释湖泊水体，降低湖泊水体中污染物和营养盐的浓度，抑制藻类的生长，有效控制湖泊富营养化程度；冲刷作用主要洗去湖泊中的藻类，降低湖泊水体中的藻类生物量，增加水体的透明度；动水作用通过增强湖泊水体的动力使水体由静变动，激活水体
13、，增加了水体的复氧能力，从而加强水体的自净能力11-12。,工程性措施,25,2002年1月太湖流域实施了为期两年的引江济太调水试验工程，工程实施后太湖水质和水生态系统得到明显改善，TP浓度从2000年的0.10mg/L下降为2003年的0.069mg/L；高锰酸盐指数从2000年的5.28mg/L下降为2003年的4.30mg/L13。,案 例,26,生态引水工程最大的优点是治理成效快，可以在较短的时间内改善湖泊水质；其次可以增强水体交换能力，提高湖流流速和水体复氧能力，有效提高水体自净能力；再次是可以在一定程度上净化底泥，减少底泥因缺氧引起营养盐分的溶出。引水治污只是治表的方法，其局限性十
14、分明显。对于长距离的生态引水工程，需要修建大量的输水设施和生态防护设施，引水成本较高；引水如果仅用作环保治理将给经济实力较弱水资源量匮乏的地区带来较大压力；生态引水工程受限于水源的选取，水质和水量将直接关系到治理的成效。如在玄武湖调水中，由于引水工程中营养盐和有机污染物输入量过大，反而导致高锰酸钾指数总磷和总氮的浓度升高。,局限性,27,深层曝气适用于湖水较深而出现厌氧层的水体。磷易在厌氧条件下从底泥中释放出来，采取定期或不定期人为向湖底深层曝气充氧，使水与底泥面之间不出现厌氧层，有利于抑制底泥磷释放，有利改善水质。打捞法 通过打捞船打捞藻体14，降低藻的密度，在水华大量发生时有一定的效果，但
15、是不适合大面积使用，工程量大。,其他工程性措施,28,1 凝聚沉降法利用价格便宜的多种阳离子Fe3+（三价铁盐易与磷酸盐反应生成不溶性的磷酸铁。二价铁盐能和污水中的磷反应生成不溶性沉淀物），Al3+（铝离子与磷酸盐具有特别强的亲合力，可以选择性地从废水中去除磷）和Ca2+（在 pH值偏碱时，石灰与磷发生反应，生成磷酸盐和无机氢氧化物，磷酸盐和悬浮物质随反应生成物凝聚沉淀下来，达到去除磷的目的）等使磷形成沉淀，从水溶液释放出来。,化学处理方法,29,韩剑宏，杨冬梅，刘派等在用硅酸钙处理富营养化湖水中氨氮的实验研究中采用硅酸钙作为吸附剂15，能有效的去除富营养化湖水中的氨氮。硅酸钙作为一种新型吸附
16、剂，是粉煤灰提取高铝粉后产生的一种工业废物，具有比表面积较大、内部微孔发达、价格低廉等优点。,范 例,30,150m,31,结果：（1）硅酸钙可有效去除富营养化湖水中的氨氮，当采用粒径为100目的硅酸钙处理富营养化湖水，每100 mL水样投加量为1.0 g、吸附时间为60 min、pH为8时，其对氨氮的去除率达到81.67%。（2）硅酸钙对氨氮的吸附行为符合Langmuir和Freundlich吸附等温式, NH4+在硅酸钙上的最大吸附量为6.60 mgg-1。（3）采用硅酸钙作为吸附剂处理富营养化湖水达到了以废治废的目的，但其实际应用还有一定的困难，需进一步研究。,32,2 化学药剂杀藻适合
17、于水华盈湖的水体杀藻剂，将藻杀死后水藻腐烂分解仍旧会释放出磷，因此应该将被杀死的藻类及时捞出或者再投加适当的化学药品，将藻类腐烂分解释放出的磷酸盐沉降。常用化学试剂主要有CuSO4，O3，ClO2 。,化学处理方法,33,化学处理方法效果快而显著，但是成本较高，剂量难以掌握，对水体易造成二次污染且难以消除，经济效益和环境效益均不太好，只能作为应急之用。,局限性,34,水生植物修复技术 1：人工湿地处理技术利用基质一微生物一植物这个复合的生态系统，综合物理、化学和生物的三重协调作用，通过过滤、吸附、共沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对废水中有害物质的去除，同时通过营养物质和水分的循环，
18、实现废水的资源化和无害化16。,生物修复,35,水生植物修复技术 2:生态浮床 运用无土栽培技术，以高分子材料为载体和基质，采用现代农 艺和生态工程措施综合集成的水面无土种植植物技术17,生物修复,36,水生植物修复技术 3:放养控藻型生物利用水生生物对藻类的捕食或竞争作用，投加这些抑制性的生物，再定期捕捞。处理过程中基本不使用化学品，也不会产生有害副产物，是一种非常环保的处理技术。可用的经济类水生植物有凤眼莲、莲子草、慈姑、茭白、水花生、紫萍、菱角等。,生物修复,紫萍,37,王志等研究两种水生植物水葫芦和轮叶黑藻对滇池草海富营养化水体水质的影响。结果表明水体DO、pH值、TN和TP显著降低。
19、,举 例,38,水生动物修复技术利用湖泊生态系统食物链中的蚌螺、草食性浮游动物和鱼类，对富营养化水体中的营养盐类、有机碎屑和浮游植物进行直接吸收18。防治浮游动物繁盛最有效的方法是放养鳙鱼，而鲢鱼的放养通常是为了消除浮游植物。鲢鳙的放养量以及如何搭配亦值得研究。,生物修复,鲢鳙鱼,39,1：郭继征，王敬敏.水体富营养化产生机理.科技视界M. 2：王苏民,窦鸿身.中国湖泊志M.北京：科学出版社，1998：104-105. 3：Qin B Q, Gao G, Zhu G W, et al. Lake eutrophication and its ecosystem response. Chin S
20、ci Bull, 2013, 58, doi: 10.1007/s11434-012-5560-x 4：成小英, 李世杰. 长江中下游典型湖泊富营养化演变过程及其特征分析. 科学通报, 2006, 51: 848855 5：Zhong J C,You B S,fan,C X,et al.influence of sediment dredging on chemical forms and release of phosphorusJ.pedosphere,2008,18(1) 6：孙傅,曾思育,陈吉宁富营养化湖泊底泥污染控制技术评估环境污染治理技术与设备,2003,4(8):61-64 7：
21、Dunst R C. Sediment problems and lake restoration in WiscosinJ. Environment International,1982,7(2):87-92. 8：US EPA 1981,EPA-600/3-81-013,Sediment removal as a lake restoration techniqueR. 9：Sebetich M J,Ferriero N.lake restoration by sediment dredgingJ.Verh. 10：云南省工程咨询公司中国环境科学研究院草海污染底泥疏浚一期工程后评估报告昆明
22、20009 11：郜会彩湖网调水改善水环境研究 武汉武汉大学 2005 12：刘用凯景观湖泊水体综合整治技术研究 海峡科学，2009，27（3）：9-12 13：翟淑华张红举胡维平等引江济太调水效果评估中国水利，2008，（1） ：21-23 14：沈银武，刘永定，谢有奎，等. 富营养化湖泊滇池水华蓝藻的机械清除 J. 水生生物学报，2004，28（2）：131-135,参考文献,40,15：韩剑宏，杨冬梅，刘派. 硅酸钙处理富营养化湖水中氨氮的实验研究. 生态环境学报2013, 22(3): 490-493 16：张志勇，方向京，周跃人工湿地防治湖泊富营养化污染探讨J污染防治技术，2007，20(4)：38-41 17：唐静杰，周青生态浮床在富营养化水体修复中的应用J环境与可持续发展，2009(2)：2426 18 :宋旭，蔡继杰，丁学锋，等富营养化水体的物理一生态修复技术发展综述J农业环境科学学报，2007，26(S1)：465468,参考文献,41,
