3水体富营养化与蓝藻水华

水体富营养化与蓝藻水华一、富营养化问题的历史与现状1.什么是富营养化；2.蓝藻水华爆发机制与危害；3.我国水体富营养化的趋势；4.长江流域水体富营养化趋势。二、富营养化营养物的主要来源三、富营养化的防治四、富营养化防治和藻华治理存在的问题20世纪60年代前，水体的主要污染是有机物污染，有机物的生物降解带来了无机营养物质的增加，引起了广泛的水体富营养化。60年代后：成为突出的、全球性的问题。我国90年代以后重视富营养化问题。1.什么是富营养化富营养化是一个自然和人为因素叠加的过程，其主导进程是生源要素在集水区内的运动。富营养化是湖泊发展过程中的自然过程：自然条件下湖泊从平营养湖过渡为富营养湖，进而演变为沼泽和陆地，是一种极为缓慢的过程。人类活动的不断增强大大加速了水体的富营养化过程。湖泊富营养化是人类社会活动对湖泊的影响导致的湖泊自然演变过程的浓缩。湖泊富营养化演变过程水体富营养化的定义由于人类活动，水体中营养物质增加，引起植物过量生长和整个水体生态平衡的改变，因而造成危害的一种污染现象。湖泊富营养化的原因主要来自城市生活污水、工业废水等点源污染和农林业化肥、水体养殖污染、湖内底泥等面源污染。水体富营养化的主要营养物质：主要磷，其次是氮，可能还有碳、微量元素或维生素等。浮游藻类生物量用叶绿素a(Chla)含量来衡量；传统的氮磷比理论：藻类群落在TN/TP相对较大时受总磷限制，在TN/TP相对较小时受总氮限制，在TN/TP处于中等水平时则受总氮和总磷共同限制。TN/TP阈值有很大的变异性：Sakamoto（1966）提出的10-17，Huber等（1982）提出的10-30，OECD（2006）提出的7-15。氮磷比与藻类生长普遍认为：除控磷处理外，富营养化治理需要严格控制氮的排放，并投入巨资开展污水脱氮处理。《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）和《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）对总氮的限值分别为15-20mg/L和0.2-1.0mg/L（可作饮用水源的I-III类水体）。污水处理中脱氮需要通过硝化和反硝化过程，工艺复杂，成本较高，许多污水处理厂难以正常运行。除磷则相对较容易，通过沉淀和絮凝等方法即可去除水中80%-95%的磷，成本较低。最新研究进展：无论总氮浓度高低，湖水总磷浓度都是限制浮游藻类生长的最重要因素，藻类总量决定于总磷而不是总氮，从而证明在野外条件下控氮并不能减少藻类总量（王洪铸，2008）。湖沼富营养化治理无须控氮，削减水体氮的输入反而大大促进固氮蓝藻的发展；只要磷充足且有足够的时间，固氮过程就可使藻类总量达到较高水平，从而使湖泊仍保持高度富营养状态。规律：在较长的时间尺度上单纯消减氮负荷不能控制浮游藻类的总量，反而诱发固氮蓝藻水华生长最新研究：富营养化治理无需控氮建议试行只除磷、少脱氮或不脱氮，降低污水处理厂的运营成本；适当放宽或取消关于氮的限值。王洪铸，2008，蓝藻水华治理应放宽控氮、集中控磷，以大幅度降低污水处理成本。科技导报。2.蓝藻水华爆发机制与危害水华的发生是水体富营养化最常见的一种表征。水华定义：指淡水水体在富营养状况条件下，出现藻类异常增殖，导致水面呈现异常水色的现象，这种现象在江河、湖泊中称为水华。水华是淡水中的一种自然现象，因占优势浮游生物的颜色不同，水体水面往往呈现出蓝色、红色、棕色、乳白色等不同颜色。蓝藻水华：由于水环境极其恶劣导致大量蓝藻繁殖而影响到生态平衡。引起淡水蓝藻水华的种类主要有微囊藻、浮胶刺藻、鱼腥藻、鞘颤藻、束丝藻。水华发生的机理：充足的营养物质，包括氮、磷等营养盐和有机质；适宜的气候条件，主要包括温度和光照等；适宜的水文条件，如缓慢的水流等；水体生态系统对藻类生长的生物控制作用失效。蓝藻水华的危害：破坏了水体生态系统的平衡；影响供水水质，增加供水成本；破坏水域生态景观；危害人类及其它动物的健康。淡水水华中最常见的蓝藻毒素为微囊藻毒素。微囊藻毒素产自浮游性蓝藻-微囊藻、鱼腥藻、颤藻、念珠藻、项圈藻、以及陆生的软管藻；进入人体的途径主要是通过饮水，少部分通过娱乐活动或通过口服蓝藻类保健品；微囊藻毒素的第一靶器官是肝脏；中国南方原发性肝癌的高发病率被认为与饮水中的微囊藻毒素污染有关。研究发现：性腺是仅次于肝脏（肝胰腺）的第2个靶器官、且藻毒素可传递到后代（卵中有大量存在）。贡献：黄鳝雌雄同体和性反转现象。鳝鱼刚生下时全是雌的，雄鳝都是由雌鳝产卵后通过性转变而来，而且，该转变不可逆转，即雄鳝不再变回雌性。刘建康院士(1917年—)提出了用滤食性鱼类直接控制微囊藻水华的非经典生物操纵法；性腺是藻毒素仅次于肝脏（肝胰腺）的第2个靶器官；水华危害表现出的特点：污染面大；危害严重；治理难度大；形成恶性循环；使水体生态过程中断。07年太湖水华事件3.我国水体富营养化的趋势湖泊湖泊河道水库水库富营养化导致的蓝藻水华暴发，使我国成为世界上蓝藻水华最严重、水华蓝藻种类最多、分布最广泛的国家之一我国共有24800多个天然湖泊，湖泊储水总量7088亿立方米，是地下水可开采量的2.2倍。是我国饮用水的重要来源，全国城镇饮用水水源的50%以上源于湖泊；全国粮食产量的近1/3-1/4来自于湖泊流域，工农业总产值占全国的30%以上。湖泊提供全国淡水水产品总量35%，其中75%的名特产鱼、虾、蟹、贝类来自于湖泊。3.1湖泊富营养化的趋势我国湖泊的富营养化状况日益严重，湖泊型饮用水源地水质最差。上世纪70年代，我国湖泊富营养化面积约为135平方公里，目前富营养化面积已达约8700平方公里，增长了约60倍。上世纪70年代，湖泊富营养化主要以城市湖泊为主，而2000年以后，太湖、巢湖、滇池等大型湖泊开始大面积水华，导致全国湖泊的富营养化面积急剧增加。湖泊：富营养化最严重、蓝藻水华暴发最频繁富营养41%贫营养12%中营养47%70末-80年代前期（34个）中营养35%贫营养4%富营养61%80年后期（26个）中营养15%贫营养0%富营养85%90年代后期（26个）中营养41.9%贫营养6.9%富营养51.2%2005年（131个）我国湖泊富营养化局势严重的主要是东部平原湖区、长江中下游湖区、云贵高原湖区的湖泊和城市湖泊。在我国东部地区，已经很难发现水质清澈的天然湖泊。富营养化是湖泊生态系统受损的关键阶段。湖泊富营养化尤其的蓝藻水华暴发加剧了我国水质性缺水的局面，威胁到饮用水供应，严重制约了经济建设和社会发展。我国主要河流污染未能得到有效遏制，污染负荷不断增加、污染治理进展艰难、水污染加剧的态势未能得到有效遏制。2006年，七大水系197条河流408个断面中，Ⅳ-Ⅴ类和劣Ⅴ类水质的比例分别为28%和26%。河流水环境的特殊性。河流的水质改善技术总体上呈现出多元化、集成化和系统化的发展趋势。发达国家河流治理已经完成了污染治理的过程，水质得到较好的改善，莱茵河、泰晤士河的治理就是成功的案例。3.2河流富营养化的趋势通过水动力特性影响，主要借助营养物质的输入或输出影响河湖关系。通过闸坝控制对营养物质输移影响。通过河口结构特性对营养物质输移影响。河湖关系对生源要素输移影响河湖关系主要通过水动力特性、闸坝控制及河口特性影响营养物质的输移。3.3水库富营养化的趋势水库富营养化问题严重，形成以氮、磷污染为基本特征的湖泊水环境问题，集中表现为水库富营养化严重。与湖泊相比，水库富营养化程度总体状况尚好。广东省是水库大省，水库供水占了全省总供水量的40%，而且还负责港澳地区的供水。地理因素加上人类活动使水库的水污染问题没有得到有效的制止。2008年：在57座水库中，超Ⅲ类水质的占33.3%，其中中营养化水库占81.7%、富营养化水库占18.3%。2010年：在54座水库中，有70%的水库处于由中营养向富营养过渡状态，约20%水库处于富营养状态；有37%的水库蓝藻水华风险较高，有22%水库(12座)正发生蓝藻水华。技术上采取植物浮床、鱼类调控、人工附着介质等。广东重要供水水库的富营养化、蓝藻水华风险增加长江流域在占全国不足18％的国土面积上，集中了约占全国40％的人口和国内生产总值；20世纪50年代的大量围垦和人工建闸，80年代以来的大量工农业和城市生活污水入湖，导致湖泊富营养化，引发水华暴发和水质性缺水。4.长江流域水体富营养化趋势长江流域水华发生的典型区域主要是“三湖”(滇池、巢湖、太湖)、三峡库区一些支流库湾和汉江中下游。31个湖泊调查表明：18个处于中营养，占58%；13个处于富营养，占42%；湖泊地域不同，气候环境不同，富营养化状况也不同，水华的种类、发生频率与密度也不相同。长江流域多数湖泊处于中营养水平，但存在向富营养湖泊转化的趋势。蓝藻水华经典案例1－滇池滇池污染从20世纪70年代后期开始，至90年代，湖泊水体富营养化日趋严重。目前滇池草海处于重度富营养化状态，水质为劣V类；外海处于中度富营养化状态，水质为V类。滇池蓝藻水华始于20世纪80年代中后期。滇池自1993年先后实施了污水处理厂建设、面源控制、底泥疏浚、湖滨带生态恢复与建设、水葫芦打捞、除藻等多项治理工程，但湖区氮磷含量降低不明显。太湖蓝藻水华从20世纪80年代初开始，随后暴发的规模和频率不断增加。80年代每年暴发2-3次，范围扩大至梅梁湖；90年代上升到每年暴发4-5次，并逐渐向湖中心扩展；自2000年起湖心区已出现水华。2006年发生了全湖性的水华，2007年再度暴发水华。蓝藻水华经典案例2－太湖长江流域水库密集，2004年统计约有4．56万座，其中大型水库147座，中型水库1066座。据20世纪90年代末期调查表明：在93个大中型水库中，大型水库中10座呈富营养化，占同类调查水库的36%；中型水库中31座呈富营养化，占同类调查水库的48%。蓝藻水华经典案例3－三峡水库1994年正式动工兴建，2003年开始蓄水发电，于2009年全部完工。由它所引发的移民搬迁、环境等诸多问题，使它从开始筹建的那一刻起，便始终与巨大的争议相伴。三峡水库蓄水前，库区支流未观测到水华发生。蓄水后，支流回水区的水质多为Ⅳ一V类水，局部支流库湾具备发生富营养化的营养条件。从2003年至今，库区的部分支流局部河段与库湾每年均有程度不同的水华发生。库区支流水体的富营养化是水华发生的根本原因，水库蓄水所形成的缓流态是直接诱因。蓝藻水华经典案例4－汉江汉江是长江中游最大的支流，其上游的丹江口水库是南水北调中线工程的引水水源地。自20世纪90年代以来，汉江中下游发生大规模水华共4起，集中在冬末春初的汉江枯水期。汉江这种大型河流发生大规模水华比较罕见。分析发现：汉江褐色水华都是在当时的水流、气象、水质条件均满足藻类大量繁殖所需条件。二、富营养化营养物的主要来源点源点源面源面源面源地表径流：大量施用肥料是重要的原因；畜牧业、渔业；生活污水；工业废水：有些工业废水有较高的氮、磷含量，如食品、化工和毛皮；大气降水：雨水中的氮、磷；地下水：岩石或土壤中的氮、磷溶解带入水体。三、富营养化的防治保护湖泊水体质量与生态健康的技术，可分为污染治理技术与生态修复技术两大类。通常当一个湖泊水体出现富营养化问题时，污染治理技术是先行手段，是恢复和改善湖泊生态性能的前提；生态修复技术是后继手段，是保持和提升污染治理成效的保障。富营养化治理主要通过控制外源污染及湖内技术来实现污染控制技术：针对湖泊底泥污染的内源污染控制技术；针对流域内汇入湖泊的点源污染控制技术和面源污染控制技术；针对一些紧急污染事件的应急处理技术中。生态修复技术：针对湿地生态区的湿地净化技术；针对湖泊水生态区的湖泊水质净化技术。湖泊综合修复技术流域水环境污染控制与管理1.内源污染控制技术控泥技术底泥疏浚技术以及底泥疏浚后处理技术：当底泥中污染物的浓度高出本底值2～3倍时，即需要考虑