环境监测毕业设计

学号：200926010109#毕业设计（论文）题目：生活污水中磷与水体富营养化的关系探讨 学生姓名#指导教师#班 级#专 业环境监测与治理技术学 院化工食品学院二 一 二 年 五 月毕业论文（设计）任务书化工食品学院 2009环境监测与治理技术 专业 1 班 # 同学现下达给你毕业论文任务如下，要求你在预定时间内，完成此项任务。题目生活污水中磷与水体富营养化关系探讨研究内容1. 水体富营养化的机理2. 水体富营养化的危害3. 对生活污水中磷的防治工作进程第 1 周确定题目第 2-3 周资料查询及大纲确定第 4-8 周论文初稿完成，上交审核第 9-10周返回修改第11-12周论文终稿上交，毕业答辩目标要求1. 按学校毕业论文格式提交毕业论文（自动生成目录、中英文摘要、正文、参考文献、致谢）；2. 要求设计有计算过程，达到预期设计目标；3. 答辩前提交一份打印版毕业论文；4. 论文不少于6000字。 环境与生化 教研室 指导教师 # 教研室主任 # 院长 # 2012年 3 月 26 日目录摘 要3绪论51、水体富营养化的机理52、水体富营养化的危害53营养物质的控制63、1洗涤剂禁磷63、2城市污水除氮除磷63、3分污引水63、4底泥挖掘735混凝除磷74、抑藻杀藻74、1药物除藻74.2生物控制74、3机械捕集84、4超声波除藻85、生物性措施86、展望8致谢9参考文献9摘 要水资源是人类赖以生存的基本物质，随着人口增长和飞速，水的需要量急剧增加，而水资源污染也日益严重。我国自20世纪80年代以来，由于经济的急速发展和环境保护的相对滞后，许多湖泊、水库已进入富营养化，甚至严重富营养化状态，如滇池、太湖、西湖、东湖、南湖、玄武湖、渤海湾、莱州湾、九龙江、黄浦江等。2000年对我国18个主要湖泊的调查表明，其中14个已进入富营养化状态。而生活污水的排放是造成水体富营养化的主要因素之一。关键词：生活污水；富营养化；防治绪论生活污水（domestic sewage,domestic wtewater）生活污水是指城市机关、学校和居民在日常生活中产生的废水，包括厕所粪尿、洗衣洗澡水、厨房等家庭排水以及商业、医院和游乐场所的排水等。而水体富营养化(eutrophication)是指在人类活动的影响下，生物所需的氮、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的现象1。在自然条件下，湖泊也会从贫营养状态过渡到富营养状态，不过这种自然过程非常缓慢。而人为排放含营养物质的生活污水所引起的水体富营养化则可以在短时间内出现。水体出现富营养化现象时，浮游藻类大量繁殖，形成水华。因占优势的浮游藻类的颜色不同，水面往往呈现蓝色、红色、棕色、乳白色等。这种现象在海洋中则叫做赤潮或红潮。1、水体富营养化的机理在地表淡水系统中，磷酸盐通常是植物生长的限制因素，而在海水系统中往往是氨氮和硝酸盐限制植物的生长以及总的生产量。导致富营养化的物质，往往是这些水系统中含量有限的营养物质，例如，在正常的淡水系统中磷含量通常是有限的，因此增加磷酸盐会导致植物的过度生长，而在海水系统中磷是不缺的，而氮含量却是有限的，因而含氮污染物加入就会消除这一限制因素2，从而出现植物的过度生长。生活污水和化肥、食品等工业的废水以及农田排水都含有大量的氮、磷及其他无机盐类。天然水体接纳这些废水后，水中营养物质增多，促使自养型生物旺盛生长，特别是蓝藻和红藻的个体数量迅速增加，而其他藻类的种类则逐渐减少。水体中的藻类本来以硅藻和绿藻为主，蓝藻的大量出现是富营养化的征兆，随着富营养化的发展，最后变为以蓝藻为主。藻类繁殖迅速，生长周期短。藻类及其他浮游生物死亡后被需氧微生物分解，不断消耗水中的溶解氧，或被厌氧微生物分解，不断产生硫化氢等气体，从两个方面使水质恶化，造成鱼类和其他水生生物大量死亡。藻类及其他浮游生物残体在腐烂过程中，又把大量的氮、磷等营养物质释放入水中，供新的一代藻类等生物利用。因此，富营养化了的水体，即使切断外界营养物质的来源，水体也很难自净和恢复到正常状态3。2、水体富营养化的危害水华的出现使水味变得腥臭难闻，降低水体的透明度，增加浊度。水面被藻类遮盖，阳光难以进入，严重抑制了深层水体的光合作用，降低溶解氧。死亡藻类不断沉到底部，加快了底部氧的消耗，使表面以下的水体处于厌氧状态，造成好氧生物死亡。除散发臭味、破坏景观、破坏水生生态环境外，部分藻类还能分泌藻毒素，引起鸟类、牛、羊等动物中毒，可能有致突变作用，对人类也有很大的潜在危险。富营养化对水体生态和人们生活造成很大，对于那些依靠富营养化水体为饮用水源的城市来说，情况尤为严重。水中的藻类会大大提高化学需氧量(COD)、生物需氧量(BOD)、悬浮固体(SS)等的浓度，增加水处理负担。藻类在过滤时会堵塞滤料，在氯化消毒时产生三卤甲烷(THMs)等有毒副产物。藻类代谢物如糖酸等在混凝过程中与混凝剂反应，降低处理效果，增加混凝剂用量，而生成的络合物又会导致管网腐蚀。藻毒素不能以常规去除。因此，富营养化水体作饮用水源会严重影响水厂的工艺运行、腐蚀管网、恶化出水水质。3营养物质的控制 3、1洗涤剂禁磷 生活污水中的磷25%来自含磷洗涤剂，许多国家均有禁止或限制使用含磷洗涤剂的政策，我国深圳市、太湖与滇池流域也采取了类似措施。然而，日本在禁磷前后对琵琶湖的监测表明，由于洗涤剂中的磷酸盐占水体总磷污染的比例较低，该政策并不能明显改变水中磷的含量。同时，洗涤剂中磷酸盐的替代品沸石会较大程度地增加污水处理厂污泥的体积，给污泥处理带来困难。因此，人们对洗涤剂禁磷的环境效应有着很大的争论4。 3、2城市污水除氮除磷 在城市污水处理中除氮除磷又称三级处理，在欧美等发达国家运用较多。三级处理有化学法和生物法2种，化学法以絮凝剂沉淀溶解性磷，再通过硝化和反硝化工艺处理5；生物法利用微生物除氮脱磷，常用的有AO、AAO(A2O)、OAO(AO2)等工艺。为促进除磷，也有工艺投加挥发性有机酸或糖类物质。三级处理主要是除氮，除磷效果不明显，而且某些工艺会造成二次污染。此外，三级处理工艺复杂，费用较高，我国城市污水集中处理量还很低，难以大规模地在常规处理的基础上再增加三级处理。因此，生活污水中氮磷的控制在我国大部分地区尚难实行6。随着城市化的进程和居民生活水平的提高，生活污水中氮磷会有进一步的上升。 3、3分污引水 污水分流、部分排出污染水体中水量、引入清水冲污等措施虽然可以部分减轻污染水体的压力，但是工程巨大，而且将污染转移到分流区域，可能造成新的污染区。玄武湖和西湖的经验表明，污水分流和引水冲污难以取得预期效果，藻类繁殖在短暂受抑制(3个月)后又恢复原状7。 3、4底泥挖掘 富含营养物质的底泥在一定条件下会释放出氮磷，成为水体的内源性污染源，因而底泥挖掘一度成为富营养化水体治理的重要措施。然而底泥挖掘工程巨大，挖出的底泥难以进一步处理，从上来说，这可能是最昂贵的措施。由于底泥中氮磷的吸收和释放过程复杂，尚无明确认识，底泥挖掘常常收不到预期效果。甚至因为破坏了水体底部生物和水生植物环境，将深层底泥暴露，使其中所含的氮磷溶解到水体中，而在一段时期内加深水华8。玄武湖和西湖的经验证明了该法弊病很多，必须慎重考虑。 35混凝除磷 投加混凝剂沉淀溶解性磷，使其不能被藻类利用，在美国和澳大利亚运用较多，常用的混凝剂有铁、铝盐9。该法效果不错，特别是在较深的湖泊，磷酸盐络合物可沉降到湖底同温层而不再返回表层。但是，在缺氧或氧化还原电位降低的条件下，这些络合物不稳定，会释放出溶解性磷。此外，混凝剂用于大面积水体时用药量大，可能与水体中其他物质发生不利反应，因此具有一定的潜在危险。 4、抑藻杀藻 针对藻类的过度繁殖引起表层以下厌氧状态，导致其他生物死亡，人们试图用机械搅拌或曝气来提高水中的溶解氧量。然而水体中氧的主要来源是水生植物的光合作用，富营养化水体表面并不缺氧，表面下水体因被藻类遮盖得不到阳光而缺氧，机械搅拌或曝气不能改变这一根本原因，收效甚微。 4、1药物除藻 常用的除藻剂有硫酸铜、氯、二氧化氯等，此外，臭氧和高锰酸钾作为除藻剂也有。这些氧化剂可以较快地杀藻，并进一步氧化藻细胞损伤释放的代谢物质和有毒有害物质，效果显著10。但是这些药剂价格较贵，而且对水生生物的以及与河水中溶解性离子的反应均未得到排除，可能引起二次污染。 4.2生物控制 利用水生生物对藻类的捕食或竞争作用，投加这些抑制性的生物，再定期捕捞。该法投资省，而且利于建立合理的水生生态循环，因此，国内外从20世纪70年代起进行了广泛的研究11。在鱼的种群的基础上，可针对实际情况选择适当的鱼类以滤食藻类及食藻微生物，包括我国常见的梭鱼、鲢鱼、草鱼等。可用的经济类水生植物有凤眼莲、莲子草、慈姑、茭白、水花生、菱角等12。然而，这些生物在减少藻类的同时，本身也会排泄相当量的营养物，这意味着同时有较大比例的营养物进入矿化循环而没有真正被去除。水生生态十分复杂，在人为强烈干扰下，将造成系统不稳定，难以控制，不属于当地种群的引进生物可能留下长期隐患。因此，采用生物控制时必须仔细考虑带来的不利生态后果13。 4、3机械捕集 在水华出现时用船只捕捞藻类，收获的藻类可以加工成鱼食, 在上海等地有使用。该法易于控制，短期效果显著，但在藻类大量繁殖后再去除，工作量极大，事倍功半。 4、4超声波除藻 20世纪90年代日本开始进行超声波抑藻杀藻技术的研究，目前在千叶湖进行较大规模的试验。我国清华大学等单位也进行了一定研究。初步结果表明，适当频率和强度的超声波处理5min就可以严重抑制藻类生长(减少50%)。高效、迅速、简单、无二次污染等显著优点使得超声波抑藻杀藻具有很大的吸引力。 5、生物性措施利用水生生物吸收利用氮、磷元素进行代谢活动以去除水体中氮、磷营养物质的方法。目前，有些国家开始试验用大型水生植物污水处理系统净化富营养化的水体。大型水生植物包括凤眼莲、芦苇、狭叶香蒲、加拿大海罗地、多穗尾藻、丽藻、破铜钱等许多种类，可根据不同的气候条件和污染物的性质进行适宜的选栽。水生植物净化水体的特点是以大型水生植物为主体，植物和根区微生物共生，产生协同效应，净化污水。经过植物直接吸收、微生物转化、物理吸附和沉降作用除去氮、磷和悬浮颗粒，同时对重金属分子也有降解效果14。水生植物一般生长快，收割后经处理可作为燃料、饲料，或经发酵产生沼气。这是目前国内外治理湖泊水体富营养化的重要措施。 近年来，有些国家采用生物控制的措施控制水体富营养化，也收到了比较明显的效果。例如德国近年来采用了生物控制，成功地改善了一个人工湖泊(平均水深7米)的水质。其办法是在湖中每年投放食肉类鱼种如狗鱼、鲈鱼去吞食吃浮游动物的小鱼，几年之后这种小鱼显著减少，而浮游动物(如水蚤类)增加了，从而使作为其食料的浮游植物量减少，整个水体的透明度随之提高，细菌减少，氧气平衡的水深分布状况改善。但也发现，浮游植物种群有所改变，蓝绿藻生长量比例增高，因为它们不能被浮游动物捕食，为此可以放鲢鱼来控制这种藻类的生长。6、展望国内外湖泊富营养化防治研究近年来虽取得一些进展,但从国内巢湖、滇池和太湖等湖泊富营养化防治实践来看,尽管先后采取了大量治理措施, 但是效果并不理想, 这与我们缺乏对湖泊富营养化的发生机制与控制对策等方面的研究有较大关系15。因此, 从湖泊富营养化状态变化的条件、过程等方面着手, 研究湖泊富营养化的发生机制与控制对策, 为水体富营养化防治提供理论基础, 应成为基础研究领域亟待解决的重大科学问题之一, 也是今后一段时间湖泊富营养化防治的主要研究之一。致谢本课题在选题及研究过程中得到岳福兴老师的悉心指导。岳福兴老师多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。岳福兴老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，虽历时三载，却终生受益。对岳福兴老师的感激之情是无法用言语表达的。感谢#老师、#老师、#老师、#老师等对我的教育培养。他们细心指导我的学习与研究，在此，我要向诸位老师深深地鞠上一躬。同样感谢我的同学、朋友在三年来对我学习、生活的关心和帮助。参考文献1 金相灿, 刘鸿亮, 等.中国湖泊富营养化M.北京:中国环境科学出版社,1992.2 屠清瑛, 顾丁锡, 等.巢湖富营养化研究M.合肥:中国科学技术大学出版社,1990.3 NixonSW.Coastal eutrophication:Adefinition,social causes and future concernsJ.Ophelia,1995,41:199-220.4 殷福才, 张之源.巢湖富营养化研究进展J.湖泊科学,2003,15（4）：377-384.5 秦伯强, 范成新.大型浅水湖泊内源营养盐释放的概念性模式探讨J.中国环境科学,2002,22（2）：150-153.6 Ccanfield DE Jr;Hoyer MV The eutrophication of Lake Okeechobee 19887 Reddy KR;Fisher MM;Ivanoff D Resuspension and diffusive flux of nitrogen and phosphorus in a hypereutrophic lake 外文期刊 1996 8 PAERL H W Nuisance phytoplankton blooms in coastal, estuarine, and inland waters 1988(04)9 Nixdorf B;Deneke R Why very shallowlakes are more successful opposing reduced nutrients loads 199710 杨达源;李徐生;张振克 长江中下游湖泊的成因与演化 期刊论文 -湖泊科学2000(03)11 Philips G;Bramwell A;Pitt J Practical application of 25 years research into the management of shallow lakes 外文期刊 199912 Ryding S-O;Rast W;朱萱 湖泊与水库富营养化控制 199213 李文朝 浅水湖泊生态系统的多稳态理论及其应用 1997(02) 14 Jorgensen S E;Vollenweider R A Guidelines of lake management, Volume 1: Principles of Lake Management 198915 Drenner R W;Day D J;Basham S J Ecological water treatment system for removal of phosphorus and nitrogen from polluted water 1997(02)