水體富營(yíng)養(yǎng)化及其防治措施ppt課件.ppt

水體富營(yíng)養(yǎng)化及其防治措施 1 2012年8月武漢東湖藍(lán)藻水華 2 赤潮 3 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 4 滇池水華 赤潮 5 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 2 0 3mg L 磷含量大于0 01 0 02mg L 生化需氧量大于10mg L pH值7 9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10pLg L 6 7 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 8 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 9 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 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 10 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)重的水質(zhì)透明度僅有0 2米 湖水感官性狀大大下降 11 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 12 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 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 13 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 挖掘底泥沉積物 進(jìn)行水體深層曝氣 注水沖稀等 3 14 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 15 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) 16 湖泊富營(yíng)養(yǎng)化生態(tài)修復(fù)技術(shù) 一 人工濕地二 人工浮床三 生物操縱 17 一 人工濕地 1 1定義1 2組成1 3原理1 4應(yīng)用 18 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 19 昆明滇池人工濕地處理暴雨徑流試驗(yàn)系統(tǒng) 20 21 22 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 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 23 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 24 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 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 25 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 26 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)氮 反硝化微生物 脫氧 根系吸收 去除無(wú)機(jī)氮 27 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 COD87 8 BOD68 7 SS96 3 TP32 4 TN36 0 28 29 二 生態(tài)浮床 2 1定義2 2原理2 3特點(diǎn)2 4應(yīng)用 30 2 1定義生態(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) 31 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 32 生態(tài)浮床 33 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 34 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 35 香根草 36 香根草生態(tài)浮床 37 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 KN和TP含量分別為2108和0125mgPL 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 38 水稻浮床 39 三 生物操縱 3 1定義3 2原理3 3應(yīng)用 40 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 41 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 42 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