6水体富营养化

水体富营养化报告人罗渊明指导老师卢泽民2011年10月目录1.概念介绍2.背景意义3.形成原因和危害4.研究现状及现有的一些防治措施5.未解决的问题及未来研究的方向1.水体富营养化的概念水体富营养化是因水体中所含的氮、磷等营养物质过多而导致的一种水体效应，主要表现有水中某些藻类和大型水生植物异常增殖，水生生物种群单一化及水质变坏等，水生生态系统受到严重破坏，水体富营养化主要发生在湖泊、河口、海湾等流动缓慢且水体更新时间较长的水域。水体富营养化可分为自然富营养化和人为富营养化。天然的湖泊都有一个从贫营养向富营养的发展过程，从贫营养过渡到富营养，进而发展到沼泽，直至消失，这是湖泊的自然发展规律，也是一个漫长的历史进程，但是人类活动会大大加速这个进程。理论上，水体富营养化是指水中营养物富集的过程，水体富营养化程度和水体富营养是指状态。习惯上把处于富营养以上的状态称为水体富营养化。这种现象在内陆水体中称为“水华’’,在海域中就称为“赤潮”。用于描述水体富营养化状态的常用指标变量有总磷(TP)、总氮(TN)、叶绿素(chla)、透明度(m)、生化耗氧量(B0D，mg／L)、化学耗氧量(COD，mg／L)。国际上通常以为透明度小于0.5m是富营养化湖泊的重要特性,目前国际上通行的富营养状态湖泊的磷负荷标准为0．02mg／L,一般认为，水体形成富营养化的指标是：水体中含氮量大于0．2～0．3mg／L，生化需氧量(BOD5)大于10mg／L。2.水体富营养化的背景及研究意义我国的这种水体现象比较严重。淡水水域中，50%以上的湖泊、30%以上的大型水库都出现过水体富营养化，其中以太湖、巢湖和滇池尤为严重。而海域的水体富营养化也不容乐观，20世纪80年代前，只有渤海发生过较多的赤潮；进入90年代后，东海成为赤潮发生最为频繁的海域；到了21世纪，除南海外，其他海域都频频爆发大面积的赤潮。这种现象正朝着频率提高、面积增大、损失加大的趋势发展。因此，通过水体富营养化的理论研究，对于防治水体富营养化，维护良好的生态环境具有很大的意义。3.水体富营养化的形成原因及危害3.1水体富营养化的形成原因3.1.1水体富营养化的理论生命周期理论它认为，含氮和含磷的化合物过多排入水体，破坏了原有的生态平衡，引起藻类大量繁殖，过多的消耗水中的氧，使鱼类、浮游生物缺氧死亡，它们的尸体腐烂又造成水质污染。根据这一理论，氮磷的过量排放是造成富营养化的根本原因，藻类是富营养化的主体，它的生长速度直接影响水质状态。在合适的光照、温度、pH值、硅以及其它营养物质充分的条件下，藻类光合作用的总反应式：根据Leibig最小因子定律，植物的生长取决于外界供给它们养分最少的一种或两种，从藻类原生质可以看出，生产1kg藻类，需要消耗碳358g，氢74g，氧496g，氮63g，磷9g，显然氮磷是限制因子。因此，要想控制水体富营养化，必须控制水体中氮磷等营养盐的含量及其比例。21611026310622432138(1812216106OPNOHCHOHHPONOCO藻类原生质）微量元素能量水体富营养化的形成原因比较复杂，氮、磷等营养物质是它形成的主要原因，氮、磷的来源比较复杂，既有内源又有外源，既有点源又有非点源。因此，对于氮、磷的控制比较困难。除此之外，水体的深度、流速、循环周期、所处地质环境与气候环境的性质等都是它形成的原因。水体深度越浅，阳光透过性越好，水体含氧量也越高，温度适宜，可以满足藻类生物生长和繁殖所需的阳光、氧气和温度要求。因此，浅水湖泊相对于深水湖泊，更容易产生富营养化问题。而水体的流速越慢，其水循环周期越长，更新速度越慢，流入水体的营养物更易在输出之前沉积在水底。大量营养物质的沉积会导致水体富营养化的发生，而这种状况一旦出现，就很难恢复。在适宜的温度、充足的光照条件下，藻类的繁殖速度会大大增加。在澳大利亚，富营养化是一个长期和普遍的问题，较高的温度等特殊的环境特征就是富营养化的一个重要诱因。我国巢湖的气候条件也很适宜藻类繁殖。过量的氮和磷主要来源于未处理或处理不完全的工业废水和生活废水、有机垃圾和家畜家禽的粪便及化肥等。其中化肥是最大的污染源。3.2水体富营养化的危害3.2.1对生态系统的危害由于藻类的过量繁殖，水面被藻类遮盖着阳光难以进入，严重抑制了深层水体的光合作用，降低了水中的溶解氧。而死亡藻类不断沉到底部，加快了底部氧的消耗，使表面以下的水体处于厌氧状态。这样就导致一些海洋生物不能正常生长、发育、繁殖，一部分生物逃避甚至死亡，破坏了原有的生态平衡。3.2.2对经济的危害1.水体富营养化危害水产养殖和捕捞业。2.水体富营养化还影响旅游业的发展。3.水体富营养化增加了给水处理的成本。3.2.3对人体健康的危害富营养化水体的水质下降，仅这一点就对人体健康产生很大的威胁。富营养化水体生长的鱼类富集了大量的毒素，人食用鱼后毒素可转移至人体内，危害人体健康。4.研究现状及现有的一些防治措施国内外对于水体富营养化进行了大量的研究，建立了一些评价水体富营养化的理论。水体富营养化评价的方法包括生态学评价[1]、参数法、营养状态指数法、营养度指数法、评分法[2]、灰色聚类法[3]、模糊综合评价法[4]，模糊权物元法[5]，同时运用这些方法建立不同预测水体富营养化的数学模型等[6]。控制内外源1.废水排放前须达标,控制氮、磷含量不超标2.尽量增加无机肥的有效使用率，提高有机肥的使用量3.排除内源，最大限度地减少内源对富营养化的“贡献”，如底泥疏浚，即把富含磷的湖泊底泥表层挖掉，也是一种最有效、最直接的办法，但费用较高[7]。生物方法1.人工湿地处理技术。人工湿地具有独特而复杂的净化机理，它能够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，实现废水的资源化和无害化[8]。但是，人工湿地对相对浓度较高的TN、TP的去除效果不是非常理想，人工湿地对污水中污染物的初始浓度有一定的要求，污染物浓度较低情况下，人工湿地净化效果较好；污染物浓度较高情况下，其净化效果下降。对于污染物浓度较高的污水，一定要经过前期处理，才能经人工湿地处理，以发挥人工湿地的净化效果。2.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，取得了明显的效果[9]。武汉东湖的围隔试验证明了链鱼和鳙鱼能有效控制蓝藻水华，并指出当放养的鲢鱼和鳙鱼的有效生物量达到46～50g／m2时，可有效地抑制水华的发生[10]。3.恢复生态系统的完整性和多样性，增强水体抗富营养化的能力。化学方法1.用化学药品直接快速杀死藻类的方法，但死亡藻类所产生的二次污染以及化学药品的生物富集和生物放大作用对整个生态系统的负面影响较大，长期使用低浓度的化学药物会使藻类产生抗药性。因此，除非应急和健康安全许可，化学杀藻一般不宜采用。2.昆明世博会期间，曾采用了生化、微生物和化学的“综合抑藻法”，在滇池草海进行了大面积开放性生产试验，湖水透明度明显提高，藻类数量显著降低，水质感观和景观等均好于往年[11]。物理方法1.人工增氧，加速水体循环。表层充氧可以消除温度分层现象，防治藻类稠密层的形成，从而导致藻类群体结构、数量、生长速率的变化以及状态的改善，有利于浮游动物的生存，特别是对水蚤等的生长繁殖非常有益，因此有助于浮游动物对藻类的吞食。深层曝气不但补充氧，使水体与底泥的界面之间不出现厌氧层，经常保持有氧状态，有利于抑制底泥中磷释放，而且可使底层水和表层水交换，使底层水缺氧水到地表让它复氧，使表层已经富营养化的水，循环到底层，使藻类见不到阳光失去活性甚至死亡。另外，尽可能设置一些急流、跌水和瀑布河段，增加曝气作用。喷射引氧与振荡射流扩散相结合的充氧技术。当高压水从喷嘴射出时,射出的水流会把其周围的空气卷吸进来随即以气水混合液的形式顺着竖立的管道向下注人水体。当上海苏州河1998年用射流振荡器向支流北新径供氧可使溶解氧含量从0.2mg/l提高2mg/l。液态氧经多孔橡胶管向水底增氧。德国在莱因河上和我国上海市在苏州河上都是采用了此项技术。这种方法需从专门制氧工厂运来液态氧,成本较贵,不便广泛实施[12]。SBR法（序批式间歇活性污泥法）处理城市污水的脱氮除磷工艺]13[5.未解决的问题及未来研究的方向到目前为止，还没有一套较成熟的理论能够在实际水体中用来预测富营养化发生；对于富营养化发生的各项指标还没有一个被广泛接受的严格量化的界定。对湖泊营养状态的划分比较混乱，描述方法不一，湖泊富营养化评价方法及指标各不相同,分级评价标准差别很大。因此，系统深入地开展水体富营养化发生原因的研究，对于有效地开展水体富营养化综合治理与防治具有重大的理论意义和实用价值。参考文献[1]刘永，郭怀成，戴永力，等．湖泊生态系统健康评价方法研究．环境科学学报，2004，24(4)：723—729[2]王明翠，刘学芹，张建辉．湖泊富营养化评价方法及分级标准．中国环境监测，2002，18(5)：47—49[3]朱庆峰，廖秀丽，陈新庚，等．用灰色聚类法对荔湾湖水质富营养化程度评价．中国环境监测，2004，20(2)：47—50[4]朱雷，陈威．模糊综合指数在水质评价中的应用．武汉理工大学学报，2001，23(8)：61—65[5]席北斗．于会彬．郭旭晶，等．基于模糊权物元理论的地下水水质评价模型构建及应用．环境工程学报，2009，3(2)：381—384[6]Sapanca，AkkoyunluA．，IleriR．Evaluationofeutrophicationprocessinlake．InternationalJournalofEnvironmentandPollution，2003，19(6)：576—602[7]郭培章,宋群.中外水体富营养化治理案例研究［M］北京：中国计划出版社，2003.3-9.[8]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．[9]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)：465—468．[10]刘建康，谢平．用鲢鳙直接控制微囊藻水华的围隔试验和湖泊实践[J]．生态科学，2003，22(3)：193—198．[11]王国祥，成小英，濮培民．湖泊藻型富营养化控制一技术、理论及应用[J]．湖泊科学，2002，14(3)：273—282．[12]孙厚钧.水体增氧技术是改善城市河流湖泊水质的有效措施[J]．北京水利，2002(3)：35—36．[13]于晓彩，单连彬，刘长风，王恩德．SBR法处理城市污水的脱氮除磷功能研究[J]．沈阳化工学院学报，2003，2(6)：99—101．谢谢！