水體富營養(yǎng)化及其防治措施ppt課件.ppt

水體富營養(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 水體富營養(yǎng)化 一 定義 水體富營養(yǎng)化 eutrophication 是指在人類活動的影響下 氮 磷等營養(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 評價標(biāo)準(zhǔn) 水體富營養(yǎng)化程度的評價指標(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 磷等營養(yǎng)物質(zhì)濃度等 生物學(xué)指標(biāo)包括優(yōu)勢浮游生物種類 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10萬個 表征藻類數(shù)量的葉綠素 a含量大于10pLg L 6 7 三 我國現(xiàn)狀 我國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 其營養(yǎng)鹽水平基本上都達(dá)到了富營養(yǎng)化發(fā)生的標(biāo)準(zhǔn)濃度 水體的富營養(yǎng)化在多數(shù)湖泊中已處于相當(dāng)水平 8 中國湖泊富營養(yǎng)化分布圖 中國湖泊富營養(yǎng)化 水華 9 四 富營養(yǎng)化的主要成因水體富營養(yǎng)化的根本成因是營養(yǎng)物質(zhì)的增加 使得藻類和有機物增加所致 營養(yǎng)物質(zhì)主要是磷 其次是氮 還有碳 微量元素或維生素等 營養(yǎng)物質(zhì)來源有 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養(yǎng)狀態(tài)的水體中生長著很多藻類 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 同時 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養(yǎng)水體中 生長著以藍(lán)藻 綠藻為優(yōu)勢種類的大量水藻 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養(yǎng)湖泊的表層 藻類可以獲得充足的陽光 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 在富營養(yǎng)湖泊深層 情況就不同 首先是表層的密集藻類使陽光難以透射入湖泊深層 而且陽光在穿射過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 也會消耗深層水體大量的溶解氧 嚴(yán)重時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養(yǎng)物質(zhì)的釋放 造成水體營養(yǎng)物質(zhì)的高負(fù)荷 形成富營養(yǎng)水體的惡性循環(huán) 4向水體釋放有毒物質(zhì)富營養(yǎng)對水質(zhì)的另一個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 富營養(yǎng)水體在作為供給水源時 會給制水廠帶來一系列問題 首先是在夏日高溫藻類增殖旺盛的季節(jié) 過量的藻類會給制水廠在過濾過程中帶來障礙 需要改善或增加過濾措施 其次 富營養(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 同時也加大了制水成本費用 6對水生生態(tài)的影響在正常情況下 湖泊水體中各種生物都處于相對平衡的狀態(tài) 但是 一旦水體受到污染而呈現(xiàn)富營養(yǎng)狀態(tài)時 水體的這種正常的生態(tài)平衡就會被擾亂 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 控制外源性營養(yǎng)物質(zhì)輸入1 制訂營養(yǎng)物質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) 2 實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 去除營養(yǎng)物 利用物理化學(xué)方法去除污水中的氮 磷營養(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 16 湖泊富營養(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 通過模擬自然濕地 人為設(shè)計與建造的由飽和基質(zhì) 挺水與沉水植被 動物和水體組成的復(fù)合體 它改變了濕地的傳統(tǒng)形態(tài) 通過科學(xué)的設(shè)計和改造 用自然生態(tài)系統(tǒng)中的物理 化學(xué)和生物的三重協(xié)同作用來實現(xiàn)對水體的凈化 19 昆明滇池人工濕地處理暴雨徑流試驗系統(tǒng) 20 21 22 1 2濕地組成填料 植物 微生物和動物是人工濕地生態(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介質(zhì) 還通過沉淀 過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 主要去除有機物和氨氮 23 1 3去除營養(yǎng)物質(zhì)機理氮 磷等營養(yǎng)物質(zhì)濃度的提高是導(dǎo)致湖泊富營養(yǎng)化的關(guān)鍵因素 除磷人工濕地對磷的去除作用包括介質(zhì)的吸收和過濾 植物吸收 微生物去除等 無機磷的吸收和過濾去除作用因濕地床的填料不同而存在差異 植物生長過程中通過同化作用將無機磷變成植物體的組成部分 最后通過收割去除 24 微生物對磷去除包括對磷的正常吸收和對磷的過量積累 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物 如脂肪酸 同時將細(xì)胞原生質(zhì)中聚合磷酸鹽異染粒的磷釋放出來 釋磷 并提供必需的能量以便它們在好氧條件下從水中吸收超過其生長所需的磷 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 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) 植物光合作用過程中將氧通過植株 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 去除無機氮 27 1 4應(yīng)用1994年 我國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個月運行監(jiān)測 該濕地系統(tǒng)對TN平均去除率為35 5 60 左右 對TP平均去除率為24 4 47 8 2002年 中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所和云南玉溪市環(huán)科所設(shè)計的撫仙湖人工構(gòu)造濕地開始投入運行 監(jiān)測結(jié)果表明對各項污染指標(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 運用無土栽培技術(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土種植植物技術(shù) 31 2 2原理利用植物在生長過程中對水體中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物的分泌物 加速有機污染物分解 一些植物還能分泌化學(xué)克生物質(zhì) 抑制浮游植物生長 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 通過微生物對有機污染物 營養(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 利用陸生植物生長過程中對大量N P吸收和光合作用 去除水中N P 無須施肥 避免肥料對水體污染 且病蟲害少 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 研究浮床香根草對富營養(yǎng)化水體的凈化效果 試驗表明 香根草在富營養(yǎng)化水體中生長良好 在56d生長期內(nèi) 對總氮去除率分別為85 13 91 12 和96 17 對氨氮去除率達(dá)到100 在試驗第35d時即降為0 對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土種植方法 以人工模擬池為試驗場所 在池內(nèi)的富營養(yǎng)化水體 KN和TP含量分別為2108和0125mgPL 表面種植水稻 通過水稻吸收和吸附作用 去除水體中N P元素 以實現(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對水生生物群及其棲息地的一系列調(diào)節(jié) 以增強其中的某些相互作用 促使浮游植物生物量下降 主要作用對象是魚類 41 3 2原理經(jīng)典的生物操縱主要通過去除浮游生物食性魚類 planktivore 或添加肉食性魚類 piscivores 來降低浮游生物食性魚的數(shù)量 調(diào)控浮游動物的群落結(jié)構(gòu) 促進(jìn)濾食效率高的植食性大型浮游動物 特別是枝角類的發(fā)展 從而提高浮游動物對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 即利用濾食性魚類直接進(jìn)行對浮游植物的生物操縱 42 浮游動物是生物操縱的關(guān)鍵因子之一 而大型浮游動物則是最重要的 最可能壓低浮游植物數(shù)量的因素植物過量生長 濾食性魚類可以調(diào)控浮游動物 減少魚類捕食壓力有利于大