水體富營養(yǎng)化原因分析(ppt 93頁).ppt

1、第四講 水體富營養(yǎng)化,黃鈺鈴 2013春,主要內(nèi)容,1、富營養(yǎng)化的概念 2、富營養(yǎng)化的危害 3、富營養(yǎng)化產(chǎn)生的原因 4、國內(nèi)外富營養(yǎng)化現(xiàn)狀 5、富營養(yǎng)化的治理,1、富營養(yǎng)化的概念,第一個確實的、科學(xué)的觀察應(yīng)在19世紀20年代 瑞士的莫爾登湖湖水變成紅褐色。周圍居民認為是二百多年前德瑞戰(zhàn)爭中法國士兵血跡的回溯。 經(jīng)過植物學(xué)家觀察，發(fā)現(xiàn)是由于大量紅色顫藻Oscillatoria rubencens (D.C.)Gom.的生長，而它的大量出現(xiàn)可能與畜牧業(yè)中大量施用肥料有關(guān)。,1、富營養(yǎng)化的概念,目前認為湖泊中營養(yǎng)物的緩慢增加稱為天然富營養(yǎng)化；而只有突然的、迅速的營養(yǎng)物增加(通常是人為的原因)，才可稱

2、為真正的富營養(yǎng)化，或人為富營養(yǎng)化(cultural 或anthropogenic eutrophication)。 對于人為富營養(yǎng)化在湖泊演替中的地位，過去大都認為是加速了演替過程，使湖泊走向衰老但現(xiàn)在有人把它看作是演替過程的逆轉(zhuǎn)，使湖泊由衰老走向“年青化”。 “人為富營養(yǎng)化”是一個環(huán)境污染問題。,1、富營養(yǎng)化的概念,“由于人類活動，水體中營養(yǎng)物質(zhì)增加，引起浮游生物過量生長和整個水體生態(tài)平衡的改變，因而造成危害的一種污染現(xiàn)象”。 淡水水華 咸水/海洋赤潮,1、富營養(yǎng)化的概念,指標,N0.20.3mg/L, P0.010.02mg/L， 生化需氧量10mg/L， 細菌總數(shù)105 個， 葉綠素a1

3、0g/L。,特征,浮游生物大量繁殖，水中溶解氧含量降低； 藻類數(shù)目迅速增加； 因占優(yōu)勢的浮游藻類顏色不同，水面往往呈現(xiàn)藍、紅、棕、乳白等顏色,1、富營養(yǎng)化的概念,1、富營養(yǎng)化的概念,以總磷年平均濃度進行判斷,1、富營養(yǎng)化的概念,富營養(yǎng)湖泊與貧營養(yǎng)湖泊比較,富營養(yǎng)湖泊與貧營養(yǎng)湖泊比較,1、富營養(yǎng)化的概念,2、富營養(yǎng)化的危害,(1) 透明度降低，陽光難以穿透水層，影響水中植物光合作用，同時浮游生物大量繁殖，消耗水中大量的氧，使水中溶解氧嚴重不足，造成魚類大量死亡。 養(yǎng)殖,2、富營養(yǎng)化的危害,(2) 富營養(yǎng)化水中含有亞硝酸鹽和硝酸鹽，人畜長期飲用，會中毒致病等。 供水,2、富營養(yǎng)化的危害,(3)水體

4、富營養(yǎng)化，常導(dǎo)致水生生態(tài)系統(tǒng)紊亂，水生生物種類減少，多樣性受到破壞 旅游。,3、富營養(yǎng)化產(chǎn)生的原因,富營養(yǎng)化發(fā)生所需的最必要的外力條件 ：,發(fā)生富營養(yǎng)化 暴發(fā)“水華”,(1)總磷、總氮等營養(yǎng)鹽相對充足； (2)緩慢的水流； (3)適宜的氣候條件(包括水溫、光照條件)。,營養(yǎng)物質(zhì)的來源,點源 面源 內(nèi)源,3、富營養(yǎng)化產(chǎn)生的原因,營養(yǎng)物質(zhì)的來源,（1）點源 主要包括工業(yè)廢水和城市生活污水污染，通常有固定的排污口集中排放 。,3、富營養(yǎng)化產(chǎn)生的原因,營養(yǎng)物質(zhì)的來源,（2）面源 又稱非點源，污染物從非特定的地點，在降水（或融雪）沖刷作用下，通過徑流過程而匯入受納水體（包括河流、湖泊、水庫和海灣等）并引

5、起水體富營養(yǎng)化。,3、富營養(yǎng)化產(chǎn)生的原因,營養(yǎng)物質(zhì)的來源,（3）內(nèi)源 是指江河湖庫水體內(nèi)部由于長期污染的積累產(chǎn)生的污染再排放 。,3、富營養(yǎng)化產(chǎn)生的原因,4、國內(nèi)外富營養(yǎng)化現(xiàn)狀,世界湖泊和水庫營養(yǎng)化狀況,4、國內(nèi)外富營養(yǎng)化現(xiàn)狀,目前歐洲在統(tǒng)計的96個湖泊中有80%的湖泊不同程度地受到氮、磷的污染,呈現(xiàn)出富營養(yǎng)化狀態(tài)。 在北美洲最受人關(guān)注的五大湖泊中,蘇必利湖水質(zhì)最好,屬貧營養(yǎng)湖泊,休倫湖和密執(zhí)安湖處于中營養(yǎng)狀態(tài),而伊利湖和安大略湖則水質(zhì)相對較差,屬富營養(yǎng)型湖。 亞洲南部大部分湖泊富營養(yǎng)化問題突出,適宜的自然條件和湖中營養(yǎng)鹽容易引起水華。,全球現(xiàn)狀,Algae bloom in Mounds D

6、am impoundment caused by eutrophication,4、國內(nèi)外富營養(yǎng)化現(xiàn)狀,富營養(yǎng)化湖泊個數(shù)占調(diào)查湖泊的比例由20世紀70年代末80年代后期41%發(fā)展到80年代后期61%,至20世紀90年代后期又上升到77%,我國湖泊富營養(yǎng)化的發(fā)展趨勢十分嚴峻。,4、國內(nèi)外富營養(yǎng)化現(xiàn)狀,國內(nèi)現(xiàn)狀,4、國內(nèi)外富營養(yǎng)化現(xiàn)狀,2009年8月16日，在武漢東湖風(fēng)光村旁官橋湖水面上， 大量的藍藻形成一塊漂浮的油布， 湖水就像稠稠的綠色油漆， 渾濁還發(fā)出腥臭味。,4、國內(nèi)外富營養(yǎng)化現(xiàn)狀,昆明2007環(huán)境狀態(tài)公報發(fā)布：滇池水體富營養(yǎng)化加重,4、國內(nèi)外富營養(yǎng)化現(xiàn)狀,太湖夏季水華頻繁發(fā)生，嚴重時造成

7、綠色藻細胞覆蓋整個水體，水廠停水； 同時，水中的有機物和氨氮含量嚴重超標，特別是溶解性DOC有機物占總有機物COD的比例為88%。,沿海省（自治區(qū)、直轄市）赤潮發(fā)現(xiàn)次數(shù),5、富營養(yǎng)化防治,化學(xué)法 物理法 生態(tài)法,1）化學(xué)法,（1）應(yīng)用除藻劑 常用的除藻劑有硫酸銅或 含有銅的有機螯合物、氯、二氧化氯等。 硫酸銅等除藻劑可使藻細胞破壞，增加水體的透明度，但有些藻細胞破壞后會釋放毒素，造成二次污染。 而導(dǎo)致水體銅鹽濃度上升，銅離子易在生物體內(nèi)蓄積，危害水生生物及人體的健康。,1）化學(xué)法,（2）混凝沉淀除磷 加入絮凝劑可鈍化沉淀水體中的磷， 使氮磷比例失調(diào)，防止水華發(fā)生。 常用化學(xué)藥劑有 3類：石灰、

8、鋁鹽、鐵鹽。 化學(xué)除磷去除磷效率較高，去除率可達85以上。其優(yōu)點是能去除溶解性與膠體性磷鹽， 適用于膠體狀和溶解性無機磷含量較高的封閉或緩流水體。,1）化學(xué)法,（3）電化學(xué)除藻 直接電解水溶液獲得氧自由基和活性氯等抑菌成分，對細菌和病毒有較高的滅活率。 這種技術(shù)具備成本低廉，對環(huán)境友好的優(yōu)點，在污水處理方面得到快速發(fā)展。 電化學(xué)除藻效率與電極材質(zhì)、電流強度和攪動頻率等因素相關(guān)，在恰當條件時除藻率可達到90以。,2）物理法,采取截流、疏浚、 稀釋和污水分流等措施。應(yīng)用最成功的典型是華盛頓湖，治理花了17年， 費用1億3千萬美元。 （1）流體動力方法 利用流體動力改變藻類的生存條件和破壞藻的細胞囊

9、，促使藻細胞死亡，達到去除目的。,2）物理法,（2）曝氣充氧技術(shù) 向水中補充氧氣，在一定程度可以防止因藻類大量繁殖而導(dǎo)致缺氧使魚類死亡，對維持水體生態(tài)平衡起到一定的作用。 曝氣設(shè)備分為鼓風(fēng)曝氣、機械曝氣及射流曝氣，在河湖水庫中多用機械曝氣 。,2）物理法,（3）物理吸附技術(shù) 利用多孔介質(zhì)使水體中的一種或多種物質(zhì)被吸附在固體表面而去除的方法。 此方法主要通過分子力而引起的，不發(fā)生化學(xué)作用，在低溫或常溫下就能進行。 去除對象主要是有機物、無機氮，對封閉的微污染水體去除率在40以上。,3）生物法,（1）遮光除藻 遮避光源會顯著抑制藻類的光合產(chǎn)氧速率，并促使藻類消亡。 試驗結(jié)果顯示，遮光 9d之后葉綠

10、素a 濃度、濁度、COD都顯著下降，去除率分別達到80.1、68.0、93.8。 實際應(yīng)用困難：如太湖湖水面積約2425平方公里，要遮蔽5060的光照面積來實現(xiàn)除藻，工程巨大。,3）生物法,（2）微生物治理 很多原生動物可取食藻類，主要有：鞭毛蟲、變形蟲和纖毛蟲三個大類。 現(xiàn)今已分離到取食微囊藻、束絲藻等滇池優(yōu)勢藻種的原生動物。 原生動物具有食量大、抗逆性強、易繁殖等優(yōu)點。,3）生物法,（3）食藻生物防治 部分魚類或貝類等直接或間接以藻類為食，從而抑制藻類的過度生長控制其危害。 巴西一個熱帶水庫試驗結(jié)果表明鰱能成功控制微囊藻水華。 武漢東湖鰱鳙的大量放養(yǎng)，是藍藻水華消失的決定性因素。,5、富營

11、養(yǎng)化防治,生活污水經(jīng)過處理后再排放,5、富營養(yǎng)化防治,構(gòu)建人工濕地，滯留污染物,5、富營養(yǎng)化防治,5、富營養(yǎng)化防治,黏土除藻技術(shù)的運用，可將藻類迅速沉降，改善水質(zhì),“滇池藍藻水華污染控制技術(shù)研究”基地的重力斜篩自動脫水設(shè)備對滇池藍藻水華進行脫水處理，脫水后的藻漿經(jīng)去毒處理，可成為上好的有機肥料或飼料。,中科院水生所“滇池藍藻水華污染試驗技術(shù)研究”課題組示范區(qū)6.1 km2的滇池水面在治理中水質(zhì)逐漸好轉(zhuǎn)，成群的紅嘴鷗飛至湖面捕食、嬉戲。,我校在三峽庫區(qū)支流富營養(yǎng)化及水華方面的研究工作,2005-目前,TGR,At the level of 175m, the length is about 66

12、8km from dam up to Jiangjin, average width is 1100m, and water surface is 1084km2 of the TGR. It is a typical river-type reservoir, with 40 income branches, 2763.1km of them.,TGR,General introduction of TGR,Stat. results in 2009 showed that: In 2008, industrial wastewater discharged to be 5.58 billi

13、on t, increasing 17.7% more than last year, urban sewage 5.93 billion t, 24.1% more than last year.,General introduction of TGR,General introduction of TGR,General introduction of TGR,General introduction of TGR,General introduction of TGR,General introduction of TGR,General introduction of TGR,Sinc

14、e impounding of the TGR in June 2003, there were many times of algae bloom in different branches.,資料來源：國家環(huán)保部長江三峽工程生態(tài)與環(huán)境監(jiān)測公報（2003-2010）,General introduction of TGR,Monitoring results on the main stream by our group showed that: the concentrations of total nitrogen and total phosphor exceed than the s

15、tandards of the eutrophication in the world.,General introduction of TGR,Algae bloom in typical branches,Algae bloom in XX bay,Spring in 2005: Dinoflagellate,Algae bloom in XX bay,Algae bloom in XX bay,Algae bloom in XX bay,Algae bloom in XX bay,Algae bloom in XX bay,Algae bloom in XX bay,Study Regi

16、on,general regional survey: TGR and its branches key-point investigation area：Head of TGR and Xiangxihe, Daninghe and Xiaojiang,Study Region,Study Region,Study Region,Study Region,Study Region,Study Region,Xiaojiang, a first order branch on the left, is a bigger branch of the reservoir, with the dis

17、tance from dam to be 250.0 km，originated from kaixian county, Chongqing, importing into Changjang at the Shuangjiang town. The area of Xiaojiang basin is 5276 km2.,Study Region,Daninghe, a first order branch on the left, originated from Wuxi county, Chongqing, imports into Changjang at the east of W

18、ushan county. The length of the main river is 165.0km, with the winding riverway, average gradient to be 11, and the area 4199.0 km2. The distance from the dam is 123.0 km.,Study Region,The distance of Jiuwangxi, Xiangxihe, Puzhuanghe and Zaxihe from the dam is 20.0，32.0，34.0 and 42.0km，separately,

19、with high mountains and gorges。 Xiangxihe and Zaxihe lie on the left of Changjiang River, flowing from north to south, aversely, Jiuwanxi and Puzhuanghe on the right of Changjiang River, from south to north. Xiangxihe is the biggest branch of the reservoir in Hubei, originated from the forest of She

20、nnongjia, importing to Changjiang at the Zigui town. The distance of backwater of Xiangxihe is more than 40.0km with the level of reservoir to be 175m.,Mechanism of algae bloom (I),Field observation,VCJVXX,Critical flow velocity,VVcritical,Operation Of TGR,Sluicing,Mechanism of algae bloom,Question,

21、Mechanism of algae bloom (I),Note: It is difficult to accelerate the flow velocity through sluicing of TGR to control algae bloom; Maybe Critical velocity doesnt exist, or other parameters can be used to show the different characteristics of flow in XX and CJ; Water level, water level daily fluctuat

22、ion, etc. can?,？,Sluicing to accelerate the flow,Mechanism of algae bloom (II),Mechanism of algae bloom (II),relative stratified density current in XX,One-dimensional in CJ,Mixing,Stratification varied with space,Destroy layer,Impounding,YES,ZmixZeu ,NO,Mechanism of algae bloom (II),Operation of the

23、 TGR for algae bloom control,Notes,3.Density current in branches will strengthen mixing, destroy stratification, and lessen euphotic, which will lead to Zeu:Zmix1, and control eutrophication and algae bloom in a short time.,2. With the impounding of TGR, density current will drop into branches from

24、CJ, especial the water level daily fluctuation is to be 1.0-1.5m/d, the water recycle led by density current is obvious in branches.,1. The range of water level in TGR is 30m, from 145m to 175m, which is enough to operate for some environmental and ecological objectives protection.,？,Operation progr

25、am to meet an emergence,Normal,Advantage: control algae bloom in Spring, increase electric energy production； Disadvantage: do harm to the channel of downstream.,Impounding in a short time, with WL rising 4-10m in 2-5days, WLDF to be 1.5-2 m.,Normal,Operation program to meet an emergence,Advantage:

26、control algae bloom in Summer, flood-pulse, increase electric energy production; Disadvantage: lead to flood risk.,Impounding in a short time, with WL rising from 145m to 155m in 4-5days, WLDF to be about 2 m.,Operation program to meet an emergence,Advantage: impounding in advance, control algae bloom in Autumn, increase electric energy production Disadvantage: lead to flood risk,Normal,Impound