水体富营养化评价与治理

单击此处编辑母版标题样式,编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,大家好,水体富营养化与控制,2012,年,8,月,武汉东湖,蓝藻水华,赤潮,水体富营养化,水体富营养化,(eutrophication),是指在人类活动影响下，,氮、磷,等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体,溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡现象,。这种现象在河流湖泊中出现称为水华，在海洋中出现称为赤潮。,水体富营养化成因,move,水体富营养化危害,1,使水味变得腥臭难闻,在富营养状态水体中生长着很多藻类，其中有一些藻类能够散发出腥味异臭。藻类散发出这种腥臭，向湖泊四周空气扩散，直接影响、烦扰人们正常生活，给人以不舒适感觉，同时，这种腥臭味也使水味难闻，大大降低了水质质量。,2,降低水体透明度,在富营养水体中，生长着以蓝藻、绿藻为优势种类大量水藻。这些水藻浮在湖水表面，形成一层 “绿色浮渣”，使水质变得浑浊，透明度明显降低，富营养严重水质透明度仅有,0.2,米，湖水感官性状大大下降。,3,影响水体溶解氧,富营养湖泊表层，藻类可以获得充足阳光，从空气中获得足够二氧化碳进行光合作用而放出氧气，因此表层水体有充足溶解氧。但是，在富营养湖泊深层，情况就不同，首先是表层密集藻类使阳光难以透射入湖泊深层，而且阳光在穿射过程中被藻类吸收而衰减，所以深层水体光合作用明显受到限制而减弱，使溶解氧来源减少。其次，湖泊藻类死亡后不断向湖底沉积，不断地腐烂分解，也会消耗深层水体大量溶解氧，严重时可能使深层水体溶解氧消耗殆尽而呈厌氧状态，使得需氧生物难以生存。这种厌氧状态，可以触发或者加速底泥积累营养物质释放，造成水体营养物质高负荷，形成富营养水体恶性循环。,4,向水体释放有毒物质,富营养对水质另一个影响是某些藻类能够分泌、释放有毒性物质，有毒物质进入水体后，若被牲畜饮入体内，可引起牲畜肠胃道炎症，人若饮用也会发生消化道炎症，有害人体健康。,5,影响供水水质并增加制水成本,湖泊常常是生活饮用水和工业用水供给水源。富营养水体在作为供给水源时，会给制水厂带来一系列问题。首先是在夏日高温藻类增殖旺盛季节，过量藻类会给制水厂在过滤过程中带来障碍，需要改善或增加过滤措施。其次，富营养水体由于缺氧而产生硫化氢、甲烷和氨等有毒有害气体，而且水藻产生某些有毒物质，在制水过程中，更增加了水处理技术难度。既影响制水厂出水率，同时也加大了制水成本费用。,6,对水生生态影响,在正常情况下，湖泊水体中各种生物都处于相对平衡状态。但是，一旦水体受到污染而呈现富营养状态时，水体这种正常生态平衡就会被扰乱，某些种类生物明显减少，而另外一些生物种类则显著增加。这种生物种类演替会导致水生生物稳定性和多样性降低，破坏了湖泊生态平衡。,二、评价标准,水体富营养化程度评价指标分为物理指标、化学指标和生物学指标。物理指标主要是透明度，化学指标包括溶解氧和氮、磷等营养物质浓度等，生物学指标包括优势浮游生物种类、生物群落结构与多样性和生物现存量（如生物量、叶绿素,a,）等。,目前一般采用标准是：水体中氮含量超过,0.20. 3mg/L,磷含量大于,0.010.02mg/L,生化需氧量大于,10mg/L,pH,值,79,淡水中细菌总数每毫升超过,10,万个，表征藻类数量叶绿素,-a,含量大于,10 umg/L.,卡尔森指数是美国科学家卡尔森在,1977,年提出来,这一评价方法克服了单一因子评价富营养化片面性,而是综合各项参数,力图将单变量简易与多变量综合判断准确性相结合。,卡尔森指数是以湖水透明度,(SD),为基准营养状态评价指数。,式中,:TSI,为卡尔森营养状态指数,;,SD,为湖水透明度值,(m);,chla,为湖水中叶绿素,a,含量,(mg/m,3,);,TP,为湖水中总磷浓度,(mg/m,3,),。,2,、湖泊富营养化评价卡森指数,为了弥补卡尔森营养状态指数不足,日本相崎守弘等人提出了修正营养状态指数,(TSIM),即以叶绿素,a,浓度为基准营养状态指数。,例题,利用综合指数法计算：,水体富营养化防治措施,富营养化防治是水污染治理中十分棘手而又代价昂贵困难问题,原因有三：, 导致水质富营养化氮、磷营养物质既有天然源，又有人为源；既有外源性，又有内源性；既有点源，又有非点源，这给控制污染源带来了显而易见困难。, 营养物质去除难度高。至今还没有任何单一生物学、化学和物理措施能够彻底去除废水中氮、磷营养物质。通常二级生化处理方法，只能去除,30%,50%,氮和磷。, 某些处理措施在理论上或者在一定条件下是可行，但是，在实际上或者在大范围内，则往往达不到预期效果。,措施,控制外源性营养物质输入,绝大多数水体富营养化主要是外界输入营养物质在水体中富集造成。如果减少或截断外部输入营养物质，就使水体失去了营养物质富集可能性。从长远观点来看，要想从根本上控制湖泊水体富营养化，首先应该着重减少或者截断外部营养物质输入。控制外源性营养物质可以采取以下措施。,（,1,） 制订营养物质排放标准和水质标准。,制订向水体排放营养物质标准，是为了达到符合规定水体营养物质浓度水质标准。当确定某一湖泊水体主要功能后，可根据水体功能要求再制订相应水质氮、磷浓度允许标准。,（,2,） 根据湖泊水环境磷容量，实施总量控制。,对湖泊环境磷容量进行测算后，我们可以据此制订磷排放量逐年削减和分配排放磷总量控制办法。同时，严格行政管理措施也是必不可少。,就目前普遍使用洗涤剂而言，除少数几个国家洗涤剂中磷含量低于,2%,，一般洗涤剂都含有,5,12%,磷酸盐成分，这使进入水体磷相当可观。因此，采用行政措施控制洗涤剂中磷含量，推广使用行政措施控制洗涤剂中磷含量，推广使用无磷洗衣粉等不失为一种控制磷方法。对违反总量控制计划规定单位，应该采取相应约束措施，如加倍收费或者罚款等。,（,3,） 实施截污工程或者引排污染源。,截断向湖泊水体排放营养物质排放源，是控制某些湖泊水体富营养化关键性措施。,实施截污工程，需要比较高一次性投资。但经过这样一次性高额投诉，可以从根本上消除水体富营养化主要人为外源性污染源，提供了改善水质基本条件。因此，从长远观点来看，这样投资是必须。,（,4,）,合理使用土地，最大限制地减少土壤侵蚀、水土流失与肥料流失。,只要合理规划利用土地，最大限度地防止土壤侵蚀和地表径流过份漫流，如在建筑物、农田安排自然排泄系统，就可以减少被暴雨或融雪冲走氮和磷。同样，保护湖边绿化带、集中收集饲养场家禽粪便等也是控制面源营养物质方法。,减少内源性营养物质负荷,1,生物性措施,生物性措施是指利用水生生物吸收利用氮、磷元素进行代谢活动这一自然过程达到去除水体中氮、磷营养物质目方法。它最大特点是投资省，有利于建立合理水生生态循环。 在浅水型富营养湖泊，通常种植高等植物，如莲藕、蒲草等，随着这些水生植物收获，氮、磷营养物也就随着水生植物体一道离开了湖泊水体。这种方法适用底泥中营养物质积累丰富浅水湖泊，是一项既有经济效益又有明显环境效益可行措施。,2,工程性措施,工程性措施主要包括挖掘底泥沉积物、进行水体深层曝气、注水冲稀等。,控制底泥对改善那些底泥营养物质含量高水体是一种有效手段，但需注意挖掘底泥地点和深度。它减少了已经积累在表层底泥中总氮和总磷量，减少以至消除了潜在性内部污染源。而且通过挖掘底泥可以加深湖泊水体深度，实际增加了湖泊环境容量，最终仍能起到降底湖泊水体营养负荷作用。,深层曝气适用于湖水较深而出现厌氧层水体。磷容易在厌氧条件下从底泥中释放出来，采取定期或不定期人为湖底深层曝气充氧，使水与底泥面之间不出现厌氧层，有利于抑制底泥磷释放，对改善水质有利。,注水冲稀一种手段是在有条件地方，用含磷和氮浓度低水注入湖泊，起到稀释营养物质浓度作用，这对控制水华现象，提高水体透明度等有一定作用，但营养物绝对量并未减少，不能从根本上解决问题；另一种手段是换水，这是针对临江湖泊方案，起到江水取代湖水，以流动贫营养水代替停滞富营养水目。,3,化学方法,这类方法包括凝聚沉降和用化学药剂杀藻等。对那些溶解性营养物质如正磷酸盐等，采用往湖中投加化学物质使其生成沉淀而沉降。而使用杀藻剂可杀死藻类，这适合于水华盈湖水体。藻类被杀死后，水藻腐烂分解仍旧会释放出磷，因此，死藻应及时捞出，或者再投加适当化学药品，将藻类腐烂分解释放出磷酸盐沉降。,去除营养物,城市生活污水及某些工业废水中含有较高浓度氮、磷营养物质，一部分氮、磷能够通过二级生化处理过程被微生物去除，利用生物法进行脱氮除磷是一种比较适用方法。但由于城市污水中氮、磷浓度往往要比活性污泥生长所需要浓度高出,2,5,倍，所以污水中仅有,30%,50%,氮和磷被活性污泥去除，余下,50%,70%,氮和磷将随二次废水排出。利用物理化学方法去除污水中氮、磷营养物质可以采用以下方法：,（,1,） 铁盐凝聚沉降法,三价铁盐易与磷酸盐反应生成不溶性磷酸铁。二价铁盐也能和污水中磷反应生成不溶性沉淀物。,（,2,） 铝离子交换法,铝离子与磷酸盐具有特别强亲合力，可以选择性地从废水中去除磷。而后，用高浓度氢氧化物，如氢氧化钠回收铝，再用石灰回收氢氧化钠，回收铝和氢氧化钠可以循环利用。但从经济性角度考虑，铝离子交换法需谨慎选用。,（,3,） 石灰凝聚与氨气提法,比较实用而且比较经济方法。在,pH,值偏碱时，石灰与磷发生反应，生成磷酸盐和无机氢氧化物，磷酸盐和悬浮物质随反应生成物凝聚沉淀下来，达到去除磷目。,控制、消除湖泊蓝藻爆发主要思路,分析中国富营养湖泊产生不同程度蓝藻爆发或甚至不爆发，经治理蓝藻爆发不同程度减轻或基本消除,总结治理太湖蓝藻爆发经验教训,治理,“,三湖,”,水环境总体思路相类似，其经验教训可相互借鉴,思路,1,、削减蓝藻数量和减轻富营养化结合,二者结合治理蓝藻爆发效果更好更快,仅靠治理富营养，,难以,消除蓝藻爆发,由于社会经济快速发展，难以恢复至,20,世纪,50,年代,N P,水平，难以彻底消除,N P,富营养化,（,如,TN 0.5mg/L,、,TP,0.02,mg/L,）,有些湖泊p本底值高而较难,彻底消除富营养化,治理富营养化有利于消除蓝藻爆发,削减蓝藻数量有利于降低富营养,实践,证明太湖和其他湖泊,两方面措施,结合,蓝藻爆发程度大幅度减轻或基本消除,如太湖蓝藻爆发累积面积和最大面积，,2009,年较,2007,年分别削减,73%,、,54%,（,1,）削减蓝藻数量方法,物理方法除藻,打捞蓝藻、清淤除藻、调水带走蓝藻,大规模采用,电催化,超声波等其它技术除藻杀藻,试验,化学方法除藻,，,如硫酸铜,应急用,生物方法除藻，包括生物种间竞争作用,植物一般有抑藻功能（蓝藻与植物间能相互抑制）,植物中目前仅发现紫根水葫芦有直接除藻作用,部分鱼类、贝类及低等动物滤食藻类,微生物除藻,芦苇湿地和湖滩地有直接除藻作用,紫根水葫芦,（,2,）减轻富营养化,降低湖泊水体,N P,浓度,控源截污、打捞蓝藻、生态调水、生态清淤、生态修复五类工程技术措施均能够减轻富营养化,其中控源截污是根本,控制蓝藻爆发关键指标是TP，但也必须控制T,N,思路,2,、各类工程技术措施和相应,保障措施科学结合和正确衔接,一般归纳为控源截污、打捞蓝藻、生态调水、生态清淤、生态修复五类工程技术措施，要不断创新技术和技术集成,太湖滇池巢湖根据具体情况确定实施各类措施轻重缓急和力度,一、控源截污为基本措施,主要,减小入湖河道,N P,浓度和入湖,N P,负荷,根据环境容量确定控源截污强度,控源截污需较长时间才能显示出其改善水质良好效果,加强,综合治理点源、面源力度,调整结构,节水减排,其中,P,本底值高特别要控制地面径流,建立污染补偿机制,要注意封闭全部或大部分排污,口是最有效治污推进措施,应明确提出封闭全部或绝大部分排污口时间表和予以立法,太湖流域须封闭全部排污口,某种意义讲,封闭太湖流域,全部,排污口时，就是治理好太湖之时,根据控污强度确定排污口封闭率,滇池,、巢湖,流域须封闭大部分,排污口,封闭流域绝大部分排污口时，就是治理好湖泊之时,建设高标准足量污水,处理系统是治污关键,城镇污水厂将成为入湖最大点源群,不能仅满足于建设足够污水厂和一级,A,或一级,B,标准排放，因此标准排放污染负荷估计分别相当于或接近于,”,三湖,”,2020,年环境容量,应制订污水处理地方标准,太湖接近或达到地表水,类（,TN2,3mg/L,）,滇池、巢湖周围城市和乡镇,TN,提高至,5,10mg/L,TP,相应提高,无锡芦村污水厂,（优于一级,A,）,二、,打捞和清除蓝藻,削减蓝藻数量及其所含,N P,大规模打捞蓝藻是国内标本兼治长期重要有效新措施,打捞蓝藻系列工作包括打捞蓝藻、藻水分离和资源化利用三部分技术集成。其中如德林海藻水打捞和分离技术效率高、效果好、成本较低。藻水分离可以固定式为主，适当配以移动式,无锡杨湾藻水分离站夜景,德林海无锡杨湾藻水分离站流程,离心脱水,二次分离,藻水入气浮池,加压气浮,一次分离,藻泥,合格尾水排放入湖,中央控制,藻泥自动装卸,打捞蓝藻,2007,2010,年无锡市等,太湖周边城市共打捞藻水,245,万,m,3,（含藻率,0.5%,计）,相当于清除蓝藻干物质（,dw,）,12250t,相当于去除,N 8207t,、,P 833t,减轻蓝藻爆发聚集对水源地和水环境严重危害，降低或消除“湖泛”发生可能,其他方法清除蓝藻,大规模放养紫根水葫芦除藻,紫根水葫芦是云南生态农业研究所创造,紫根水葫芦一般冬天要捞走，资源化利用,微生物直接除藻,其他还有超声波、电催化等技术除藻，处于试验阶段,紫根水葫芦,三、生态调水（带走蓝藻和,N P,，增加环境容量）,生态调水是重要和长期措施,以前没有注意到带走蓝藻功能，只认为具有稀释作用，或误以为是污染物转移,调水种类包括：,调进好水,调出差水,原位净化调水,阻挡污水入湖,适当降低春天水位,太湖,调水带走大量蓝藻,如,2007-2010,年太湖四年调水带走蓝藻,干,物质,（,dw,）,3.7,万,t,梅梁湖泵站调差水出湖,四、清淤,（,清除水底蓝藻，减少底泥,N P,释放）,削减蓝藻种源是以前没有注意到作用，仅认为有减少释放,N P,作用,清淤重点是自来水取水水源地、蓝藻大量堆积死亡区及河道入湖口,如清除巢湖西北部和滇池北部蓝藻堆积死亡区淤泥；太湖清淤大部分已完成,仍要继续,环保清淤船,太湖清淤效果,近年，太湖周边城市共清除受蓝藻爆发严重污染淤泥,1210,万,m,3,减少蓝藻种源数量,（,dw,）,0.726,万,t,及所含,N P,蓝藻重污染底泥区淤泥中蓝藻（,dw,）含量,0.6kg/ m,3,计,减少底泥,N P,及其释放量。相当于清除底泥中,TN 9240t,、,TP 5880t,减少底泥有机物,17.5,万,t,。,消除,“,湖泛,”,基础条件,严重污染河湖底泥可用微生物消解处理,1.,如,深圳清源宝,公司,特效微生物制剂处理效率比传统处理污泥技术高,5,到,7,倍,2.,用于水流较缓慢河湖严重污染底泥,3.,处理,5,天后污泥可减少,60-80%,5,天去泥效果,原河泥,五、生态修复 抑藻、除藻，提高水体自净能力,生态修复是治理湖泊全过程不可缺措施,是修复以植物为主及包括动物、藻类、微生物水生态系统。蓝藻主要是减少数量,生态修复,关键是改善生境,削减风浪、改善基底高程和土质,控制蓝藻爆发，阻挡蓝藻,种沉水植物须提高透明度改善水质,各类植物、动物和微生物合理搭配,提高透明度先锋类主要植物及其作用,类别,名称,直接消除蓝藻,抑制,蓝藻,净化水体,提高透明度,说明,漂浮,植物,紫根水葫芦,10-15,天可消除,80-95%,已爆发蓝藻,作用强,作用,很强,作用很强,一般,一年种一次，冬天捞走，须资源化利用，抗风浪能力较强,不固定底泥,水葫芦（凤眼莲）,可消除较低密度蓝藻,作用强,作用强,一般,种一次,冬天捞走,须资源化利用,抗风浪能力较强,不固定底泥,浮叶,植物,菱,可消除低密度蓝藻,作用强,作用强,一年一次,冬天捞走,可固定底泥,抗风浪能力较强,浮床,植物,湿生或,陆生植物,可消除较低密度蓝藻,作用强,作用强,一年种一次,成本很高,抗风浪能力较强,不固定底泥,仿生,植物,碳素纤维等人工生态水草,无,作用强,作用强,一次成本高，,可,十年放置一次，管理成本很低，抗风浪能力很强,硬底也可,此类植物（仿生植物）均有发达根、茎须，其有巨大表面积，期间微生物可有效,净化水体；其中紫根水葫芦更具特殊化感物质有,直接消除蓝藻作用，但需注意及时收获和资源化利用,紫根水葫芦菱,菱,浮床,狐尾藻,伊乐藻,碳素纤维人工生态水草,