【水體富營養(yǎng)化修復技術探究進展探究綜述論文5000字】

水體富營養(yǎng)化修復技術研究進展研究綜述論文目錄TOC\o"1-2"\h\u60551水體富營養(yǎng)化的來源 274172我國水體富營養(yǎng)化治理現(xiàn)狀 254573水體富營養(yǎng)化修復技術研究進展 265493.1物理修復技術 2292683.2化學修復技術 4284563.3生物修復技術 4318483.4復合型修復技術 5160363.5其它修復技術 567594結語 515976參考文獻 6摘要：文章概述了水體富營養(yǎng)化成因及多種常用修復方法，例如，物理修復、化學修復、生物修復和復合修復的綜合應用。對不同種類修復方法進行水體富營養(yǎng)化N分析、P和其他污染因子，對各種修復技術進行優(yōu)缺點總結。從水體富營養(yǎng)化技術進展看，提出修復技術應該是生物修復與復合修復相結合，輔以物理，化學修復，結合修復技術和空間技術，能更有效地修復和監(jiān)測水體富營養(yǎng)化污染。另外無氮控磷、藻類微生物燃料電池及其他修復技術費用低，效果理想，值得深入研究與運用。關鍵詞：富營養(yǎng)化；氮磷；修復技術人工濕地水體富營養(yǎng)化已經(jīng)成為我國和全世界面臨的重大環(huán)境問題，嚴重地威脅到人類生存的水環(huán)境安全［1-2］。根據(jù)我國各主要流域所遭受的富營養(yǎng)化程度，可以把原因劃分為內(nèi)因與外因［3］。外在影響因素包括光照強度、水溫是否適宜，生活垃圾以及工農(nóng)業(yè)污染物質(zhì)等；內(nèi)部原因表現(xiàn)為水體微生物缺乏和流域內(nèi)氮缺乏、磷含量提高和積累。而且，氮和磷的富集會導致水中DO快速下降，浮游生物數(shù)量大增，最終導致魚類或其它水生生物死亡。如未及時處理打撈，出現(xiàn)湖面漂浮死魚，繼而造成水體惡臭、透明度下降等因素［4］。富營養(yǎng)化對水產(chǎn)養(yǎng)殖造成了巨大的損失，特別是對魚類、貝類養(yǎng)殖危害極大［5］。如果人們不小心吃了這些水制品，就會導致慢性中毒。概述了水體富營養(yǎng)化產(chǎn)生的原因及不同修復方法的利弊，最后，討論了國內(nèi)外在水體富營養(yǎng)化問題研究方面的最新動態(tài)，以期為湖泊及其流域富營養(yǎng)化控制提供理論依據(jù)和技術支撐。1水體富營養(yǎng)化的來源水體中磷［6］的其來源主要是受自然因素影響而產(chǎn)生的兩個，水體中沉積物釋放出還原態(tài)磷酸鹽，從而提高水體磷含量。受人為因素的影響，水中磷超標主要是由于居民在日常生活中排放含磷廢水、化工廠排放的富磷污水、農(nóng)業(yè)種植中使用的含磷化肥和畜禽糞便。60%進入水體中的磷酸鹽是從城市污水中提取出來的。水體中的氮［7］的其來源主要為農(nóng)田徑流帶入水體中大量氨氮、硝態(tài)氮，使原來氮平衡發(fā)生了變化，因而促使部分藻類迅速繁殖。這些水生植物死了以后，細菌將其分解，從而提高了其所處水體有機物含量，讓它們進一步消耗氧氣，造成大量魚類死亡。生活污水和人畜糞便中會向水體中排放氨氮，也會導致水體中氮磷比例失衡。2我國水體富營養(yǎng)化治理現(xiàn)狀20世紀50年代至60年代初，我國一些專家學者對水體富營養(yǎng)化問題給予了重視［8］。典型的富營養(yǎng)化地區(qū)有滇池［9］、鄱陽湖［10］、洞庭湖［11］、太湖［12］、巢湖［13］及洪澤湖［14］。特別是2007年太湖［12］“湖淹”引發(fā)的供水危機，盡管采用源頭治理及廢水截流，藍藻貯存、生態(tài)調(diào)水、生態(tài)疏浚與生態(tài)修復相結合的對策，但是，富營養(yǎng)化問題得到了一定的有效減緩，藍藻暴發(fā)有所降低。在水體富營養(yǎng)化方面，已經(jīng)有很多專家學者進行了各種各樣的研究，及不同污染程度或地區(qū)采用不同的修復方法等等。專家學者們將不同的修復方法分為物理修復，化學修復等、其他修補等種類［15-16］。3水體富營養(yǎng)化修復技術研究進展3.1物理修復技術3.1.1底泥疏浚湖泊中的重金屬和持久性有機污染物（POPS）大多殘留在沉積物中，湖泊被污染已久，將造成沉積物污染物不斷累積。在污染物大于湖泊最大極限時，則可引起富營養(yǎng)化暴發(fā)。所以，為了解決底泥污染，通過清除湖底表面底泥，本實用新型能夠降低底泥內(nèi)污染物對水體排放；或借助機械設備，將水中積累的泥沙攪拌成渾濁的水，讓污泥隨河水流動，疏通河水，減少污染物的積累，緩解富營養(yǎng)化的發(fā)生［17］。Zhong等［18］從泥沙水體表面層(SWI)的新視角研究了氮的影響和收支，并利用泥沙疏浚技術模擬了太湖富營養(yǎng)化研究。結果表明:疏浚有助于降低表層沉積物有機質(zhì)(OM)和全氮含量，有助于降低沉積物有機質(zhì)、物質(zhì)含量和總氮含量，加速n循環(huán)過程，改善SWI氧化還原環(huán)境，從而減小n收支差異。泥沙疏浚比較適合富營養(yǎng)化嚴重的湖泊，但是疏浚泥沙回收率偏低，大量堆積導致二次污染，成了這種方法的一大難點。Wang等［19］通過系列試驗研究，介紹了沸石和膨脹土添加劑，通過極值角度設計法，得到了燒結沉積陶粒的三組分混合物最優(yōu)比例，最后，利用所配制陶粒達到泥沙循環(huán)利用目的。3.1.2人工曝氣充氧法水體發(fā)黑發(fā)臭的主要原因是富營養(yǎng)化使水體溶解氧（DO）急劇下降。所以可采用技術機械來促使污染物分解，加快微生物滋生等途徑提高DO含量。人工曝氣主要包括固定式曝氣器和曝氣池，是目前防治富營養(yǎng)化最經(jīng)濟有效的措施［20］。風機曝氣、水下射流曝氣和水面曝氣是目前應用最廣泛的曝氣方式，這些曝氣方式都需要在原地固定，所以曝氣容器所需費用昂貴，人工操作多。地表水、湖泊和水庫富營養(yǎng)化問題主要表現(xiàn)在范圍過大，傳統(tǒng)的恢復方法投資大，但是收效緩慢，效果并不顯著。Wang等［20］通過對太陽能移動曝水器（SEMWA）的研究發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)曝氣方式相比，SEMWA不僅成本低，而且曝氣效率高，而且在當前狀態(tài)下具有更好的傳氧速度和巡航優(yōu)勢。姜丹等［21］將太陽能照明技術應用于鴨綠江花園河污染區(qū)。發(fā)現(xiàn)太陽能曝氣機使水體透明度升高，DO含量升高，COD,TP濃度明顯降低。3.1.3引水技術近年來引水工程在富營養(yǎng)化大湖生態(tài)水文中的作用也受到人們的普遍重視［22］。為了解決富營養(yǎng)化和水資源短缺的問題，中國還通過多種方式調(diào)水工程，如“引江濟滇”、“南水北調(diào)”、“引江濟太”等大型調(diào)水工程。Dai等［23］通過對長江入太湖不同季節(jié)調(diào)水前后水質(zhì)的采樣分析，結果表明:調(diào)水工程能夠提高浮游植物的多樣性和減少有機污染物的含量，恢復水體富營養(yǎng)化。但是這一方式將引起原有生態(tài)群落的改變，加大了氮向水體輸入的概率，費用太高又費時。所以在大型湖泊治理中得到普遍應用，要有國家大力扶持。3.2化學修復技術3.2.1化學除藻化學除藻是以化學除藻劑為主、殺藻劑對藻類進行防治或清除。從目前看，應用最廣泛的化學試劑是硫酸銅（CuSO4）和二氧化氯等、高錳酸鉀及復合藥劑［15］。Ma等［24］選取了外海滇池在不同pH情況下地表水、水溫等條件，聚合硫酸鐵（PFS）和聚氯化鋁（PAC）的研究、Al2（SO4）3·18H2O和Fe2（SO4）3四種絮凝劑對滇池水體葉綠素a和濁度的去除效果較好，與單純絮凝劑相比，聚合物絮凝劑具有更好的去除效果；在人工水實驗中PAC、Al2（SO4）3·18H2O、Fe2（SO4）3對pH6~8的處理作用最佳，PFS以pH5~8的處理為最佳；含藻水中試驗，四種絮凝劑對藻類及混濁去除率>70%，PACAl2（SO4）3·18H2O和Fe2（SO4）3的去除率分別為125,125,125,250mg/L。3.2.2化學固定化學固定是通過添加混凝劑將磷等營養(yǎng)物質(zhì)固定在沉積物中，其中鐵、鋁、鈣(成本較低)是最常用的，能與磷酸鹽生成難溶的沉積物。Yin等［25］通過對鑭（La）結合鋁（Al）性能研究對凹凸棒石顆粒黏土改性，制備了新型吸附劑，在富營養(yǎng)化較重的流域進行了采樣實驗，結果，新制吸附劑在較寬pH范圍內(nèi)都有較好的性能、沉降-水界面磷含量均可受到有效抑制，及可有效鎖定表層沉積物內(nèi)流動磷向惰性磷遷移。3.3生物修復技術3.3.1植物修復植物修復就是通過植物的吸收、截獲、降解以及生物酶的作用將污染物累積或者轉(zhuǎn)化成對植物無害的物質(zhì)［26］。水生植物由于生長特性的不同，對污染物的去除效果也不同，如水下植物、新興植物、漂浮植物等［27］。3.3.2微生物修復微生物修復就是在可控的環(huán)境中，使用天然存在或者特殊培養(yǎng)微生物，使有毒污染物變成無毒物質(zhì)的一種處理技術。近年來微生物生物技術由于具有效率高，成本低等特點、環(huán)境友好等突出優(yōu)點，在水污染治理方面得到了日益廣泛的重視［30］。HUSSAINZ等［31］將內(nèi)生細菌與景觀濕地結合起來進行研究，結果表明這種方法可以將廢水中絕大部分污染物除去，重金屬(Cr97%、Fe89%、Ni88%、Cd72%)去除率顯著提高，而CZV(81%)BOD(72%)color(74%)N(84%)和P(79%)去除率顯著降低。3.3.3動物修復水體動物康復主要分為經(jīng)典生物手法和非經(jīng)典生物手法。前者利用浮游動物過濾水體中的藻類，后者利用濾食性魚類控制水體中的藻類。在濕地環(huán)境中，浮游動物主要用于修復水體污染，尤其是原生動物、輪蟲、枝蟲和橈足類［26］。3.4復合型修復技術雖然傳統(tǒng)的物理、化學等方法取得了快速的效果，但它們過于昂貴、持久，容易造成二次污染，甚至對生態(tài)系統(tǒng)造成損害，威脅著人類的健康。所以需要借鑒傳統(tǒng)治理經(jīng)驗，不斷探索體系、全面解決方法。復合修復就是將各種修復技術結合起來使用，針對各種污染條件，提出了一種系統(tǒng)，綜合解決污染問題的途徑。它不同于其他的治理方式，綜合生態(tài)恢復的系統(tǒng)治理方法謀求的是長遠效益與長期利益，在應對水體富營養(yǎng)化，調(diào)整流域自身水生生態(tài)，循環(huán)保護［30］。HALDAR等［32］對兩種生態(tài)浮床（EFB）在類似條件下的處理效果進行了對比，結果顯示：改進生態(tài)浮床（EEFB）處理，使總氮、總磷，氨氮處理效率提高到63.5%、59.3%和68.0%，常規(guī)生態(tài)浮床（CEFB）處理使總氮，總磷，氨氮處理效率提高到51.4%、52.8%和57.7%，表明與CEFB相比，EEFB處理系統(tǒng)對超富營養(yǎng)化水環(huán)境污染的治理凈化效果較好。3.5其它修復技術在水體富營養(yǎng)化爆發(fā)之初，國內(nèi)外研究人員主要依靠氮、磷雙管齊下的防治。但是最近幾年，一些專家建議富營養(yǎng)化的治理不能對氮進行控制，本研究僅對磷修復技術進行調(diào)控。王洪鑄［33］通過對只控P，不控N進行研究，結果發(fā)現(xiàn)，單純控制P能控制富營養(yǎng)化，減少N不能控制浮游藻類總量，相反，它能引起大量固氮藍藻的產(chǎn)生，它的費用僅為N,P同時控制的1/4～1/15。最近幾年，微生物燃料電池系統(tǒng)用于脫除營養(yǎng)物質(zhì)被眾多科學家研究。4結語國內(nèi)外專家學者對水體富營養(yǎng)化恢復進行了長期的研究。盡管已取得一定的成績，但是，要完全解決水體富營養(yǎng)化還存在著空白。在對修復方法進行大量研究的基礎上，在進行富營養(yǎng)化修復時，需要提前進行實地研究，確定水污染的來源，制定合適的修復方案。關于水體富營養(yǎng)化的修復途徑，提出如下看法：（1）廣泛采用源污染內(nèi)外控制、沉積物改良、人工復氧、微生物制劑、水生植物修復等工藝，即以生物修復為主，復合修復為輔，輔以化學，物理修復，可以使景觀湖泊生態(tài)系統(tǒng)走上良性循環(huán)的軌道。（2）水體修復之后，更關鍵的是要進行后續(xù)維護和監(jiān)控。修復技術是“3S”空間等現(xiàn)代信息技術的綜合，本實用新型能夠提高水體富營養(yǎng)化治理的效率，對水質(zhì)的變化進行實時監(jiān)控，在環(huán)境污染防治方面起著愈來愈大的作用。（3）僅控P，不控N以及藻類微生物燃料電池修復技術成本較低，其結果處于理想的范圍之內(nèi)，必將是今后一個重要的發(fā)展方向。參考文獻[1]李娜，黎佳茜，李國文，等.中國典型湖泊富營養(yǎng)化現(xiàn)狀與區(qū)域性差異分析[J].水生生物學報，2018,42(4):854-864.[2]談偉強，孔赟，潘國強，等.湖庫富營養(yǎng)化生物控藻技術的研究進展[].安全與環(huán)境工程，2017(4):58-63.[3]王宇庭，葉金云，鄭榮泉.防止和修復湖泊水庫富營養(yǎng)化漁業(yè)操縱的探討[J].大連海洋大學學報，2017,32(4):451-456.[4]陳小鋒.我國湖泊富營養(yǎng)化區(qū)域差異性調(diào)查及氮素循環(huán)研究[D].南京：南京大學，2012.[5]PAULP,ROMAINLG,JOSETTEG,etal.EutrophicationmodellingchainforimprovedmanagementstrategiestopreventalgalbloomsintheBayofSeine[J].MarineEcol-ogyProgressSeries,2016,543:107+25.[6]唐志敏.水體富營養(yǎng)化及常用除磷方法研究進展[J].江西化工，2018(5):36-38.[7]李琳琳，盧少勇，孟偉，等.長江流域重點湖泊的富營養(yǎng)化及防治[J].科技導報，2017,35(9):13-22.[8]趙永宏，鄧祥征，戰(zhàn)金艷，等.我國湖泊富營養(yǎng)化防治與控制策略研究進展[J].環(huán)境科學與技術，2010,33(3):92-98.[9]張石文.滇池藍藻暴發(fā)原因及治理措施探討[J].科技創(chuàng)新與應用，2020(33):116-117.[10]劉戀，王國英.鄱陽湖水環(huán)境質(zhì)量及主要污染物變化趨勢分析[J].水文，2016,36(3):61-64,96.[11]劉詠梅.洞庭湖水環(huán)境安全分析與調(diào)控措施研究[J].湖南水利水電，2016(1):42-44,52.[12]馬建華，朱喜，胡明明，等.太湖藍藻爆發(fā)現(xiàn)狀及繼續(xù)治理措施[J].江蘇水利，2017(3):21-27.[13]魯怡婧.巢湖流域水環(huán)境治理回顧與展望[J].中國資源綜合利用，2020,38(12):116-118.[14]沈匯超，周思聰，趙宇，等.洪澤湖湖西濕地根區(qū)氮磷與水體富營養(yǎng)化特征探究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2020,48(24):75-80.[15]郭楠楠，齊延凱，孟順龍，等.富營養(yǎng)化湖泊修復技術研究進展[J].中國農(nóng)學通報，2019,35(36):72-79.[16]黃立新.鄭州城湖水質(zhì)生態(tài)修復技術[J].河南水產(chǎn)，2019(5):43-46.[17]黃潤民.河道水體富營養(yǎng)化污染綜合治理的研究[J].清洗世界，2020,36(4):33-34.[18]JICHENGZ,SHUAILONGW,LUZ,etal.Nitrogenbudg-etatsediment-waterinterfacealteredbysedimentdred-gingandsettlingparticles:Benefitsanddrawbacksinmanagingeutrophication[J].JournalofHazardousMateri-als,2021,406:124691.mentalEarthSciences,2015,74(5):3795-3804.[25]YINH,YANGP,KONGM,etal.Useoflanthanum/alu-minumco-modifiedgranulatedattapulgiteclayasanovelphosphorus(P)sorbenttoimmobilizePandstabilizesur-facesedimentinshalloweutrophiclakes[J].ChemicalEngineeringJournal,2020,385:123395.[26]申益春.淺析幾種生物修復技術在濕地修復中的運用[J].熱帶林業(yè)，2018,46(2):62-65.[27]王波，韓誠武，薛春梅，等.水污染植物修復技術探討[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2018(14):192-93,199.[28]YUS,MIAOC,SONGH,etal.Efficiencyofnitrogenandphosphorusremovalbysixmacrophytesfromeutrophicwater[J].InternationalJournalofPhytoremediation,2019,21(7):643-651.[29]LUB,XUZ,LIJ,etal.Removalofwatern