水體富營養(yǎng)化評價與治理

1、水體富營養(yǎng)化與控制,2012年8月 武漢東湖 藍藻水華,赤潮,水體富營養(yǎng)化,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。,水體富營養(yǎng)化成因,move,水體富營養(yǎng)化的危害,1 使水味變得腥臭難聞

2、 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

3、有0.2米，湖水感官性狀大大下降。,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，

4、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。,5

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

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。,,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)

7、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10 umg/L.,,,卡爾森指數(shù)是美國科學(xué)家卡爾森在1977年提出來的,這一評價方法克服了單一因子評價富營養(yǎng)

8、化的片面性,而是綜合各項參數(shù),力圖將單變量的簡易與多變量綜合判斷的準(zhǔn)確性相結(jié)合。 卡爾森指數(shù)是以湖水透明度(SD)為基準(zhǔn)的營養(yǎng)狀態(tài)評價指數(shù)。,式中:TSI為卡爾森營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù); SD為湖水透明度值(m); chla為湖水中葉綠素a含量(mg/m3); TP為湖水中總磷濃度(mg/m3)。,2、湖泊富營養(yǎng)化評價的卡森指數(shù),,為了彌補卡爾森營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的不足,日本的相崎守弘等人提出了修正的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(T

9、SIM),即以葉綠素a濃度為基準(zhǔn)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)。,例題,利用綜合指數(shù)法計算：,水體富營養(yǎng)化的防治措施,富營養(yǎng)化的防治是水污染治理中十分棘手而又代價昂貴的困難問題——原因有三： ⑴ 導(dǎo)致水質(zhì)富營養(yǎng)化的氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)既有天然源，又有人為源；既有外源性，又有內(nèi)源性；既有點源，又有非點源，這給控制污染源帶來了顯而易見的困難。 ⑵ 營養(yǎng)物質(zhì)去除難度高。至今還沒有任何單一的生物學(xué)、化學(xué)和物理措施

10、能夠徹底去除廢水中的氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)。通常的二級生化處理方法，只能去除 30%～50%的氮和磷。 ⑶ 某些處理措施在理論上或者在一定的條件下是可行的，但是，在實際上或者在大范圍內(nèi)，則往往達不到預(yù)期效果。,措施,控制外源性營養(yǎng)物質(zhì)輸入,絕大多數(shù)水體富營養(yǎng)化主要是外界輸入的營養(yǎng)物質(zhì)在水體中富集造成的。如果減少或截斷外部輸入的營養(yǎng)物質(zhì)，就使水體失去了營養(yǎng)物質(zhì)富集的可能性。從長遠觀點來看，要想從根本上控制湖泊水體富營養(yǎng)

11、化，首先應(yīng)該著重減少或者截斷外部營養(yǎng)物質(zhì)的輸入?？刂仆庠葱誀I養(yǎng)物質(zhì)可以采取以下措施。 （1） 制訂營養(yǎng)物質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。 制訂向水體排放營養(yǎng)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)，是為了達到符合規(guī)定的水體營養(yǎng)物質(zhì)濃度的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)確定某一湖泊水體的主要功能后，可根據(jù)水體功能要求再制訂相應(yīng)的水質(zhì)氮、磷濃度的允許標(biāo)準(zhǔn)。,（2） 根據(jù)湖泊水環(huán)境磷容量，實施總量控制。 對湖泊的環(huán)境磷容量進行測算后，我們可以據(jù)此制訂磷排

12、放量的逐年削減和分配排放磷的總量控制辦法。同時，嚴(yán)格的行政管理措施也是必不可少的。 就目前普遍使用的洗滌劑而言，除少數(shù)幾個國家洗滌劑中的磷含量低于 2%，一般洗滌劑都含有5～12%的磷酸鹽成分，這使進入水體的磷相當(dāng)可觀。因此，采用行政措施控制洗滌劑中的磷含量，推廣使用行政措施控制洗滌劑中的磷含量，推廣使用無磷洗衣粉等不失為一種控制磷的方法。對違反總量控制計劃規(guī)定的單位，應(yīng)該采取相應(yīng)的約束措施，如加倍收費或者罰款等

13、。,（3） 實施截污工程或者引排污染源。 截斷向湖泊水體排放營養(yǎng)物質(zhì)的排放源，是控制某些湖泊水體富營養(yǎng)化的關(guān)鍵性措施。 實施截污工程，需要比較高的一次性投資。但經(jīng)過這樣的一次性高額投訴，可以從根本上消除水體富營養(yǎng)化的主要的人為外源性污染源，提供了改善水質(zhì)的基本條件。因此，從長遠觀點來看，這樣的投資是必須的。（4） 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。

14、 只要合理規(guī)劃利用土地，最大限度地防止土壤侵蝕和地表徑流過份漫流，如在建筑物、農(nóng)田安排自然排泄系統(tǒng)，就可以減少被暴雨或融雪沖走的氮和磷。同樣，保護湖邊綠化帶、集中收集飼養(yǎng)場的家禽糞便等也是控制面源營養(yǎng)物質(zhì)的方法。,,減少內(nèi)源性營養(yǎng)物質(zhì)負(fù)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、磷元素進行代謝活動這一自然過程達到去除水體中氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)目的的方法。它的最大特點是投資省，有利于建立合理的

15、水生生態(tài)循環(huán)。 在淺水型的富營養(yǎng)湖泊，通常種植高等植物，如蓮藕、蒲草等，隨著這些水生植物收獲，氮、磷營養(yǎng)物也就隨著水生植物體一道離開了湖泊水體。這種方法適用底泥中營養(yǎng)物質(zhì)積累豐富的淺水湖泊，是一項既有經(jīng)濟效益又有明顯環(huán)境效益的可行措施。,2 工程性措施 工程性措施主要包括挖掘底泥沉積物、進行水體深層曝氣、注水沖稀等。 控制底泥對改善那些底泥營養(yǎng)物質(zhì)含量高的水體是一種有效的手段，

16、但需注意挖掘底泥的地點和深度。它減少了已經(jīng)積累在表層底泥中的總氮和總磷量，減少以至消除了潛在性內(nèi)部污染源。而且通過挖掘底泥可以加深湖泊水體的深度，實際增加了湖泊環(huán)境容量，最終仍能起到降底湖泊水體營養(yǎng)負(fù)荷的作用。 深層曝氣適用于湖水較深而出現(xiàn)厭氧層的水體。磷容易在厭氧條件下從底泥中釋放出來，采取定期或不定期人為湖底深層曝氣充氧，使水與底泥面之間不出現(xiàn)厭氧層，有利于抑制底泥磷釋放，對改善水質(zhì)有利。

17、 注水沖稀的一種手段是在有條件的地方，用含磷和氮濃度低的水注入湖泊，起到稀釋營養(yǎng)物質(zhì)濃度的作用，這對控制水華現(xiàn)象，提高水體透明度等有一定作用，但營養(yǎng)物絕對量并未減少，不能從根本上解決問題；另一種手段是換水，這是針對臨江湖泊的方案，起到江水取代湖水，以流動的貧營養(yǎng)水代替停滯的富營養(yǎng)水的目的。,3 化學(xué)方法 這類方法包括凝聚沉降和用化學(xué)藥劑殺藻等。對那些溶解性營養(yǎng)物質(zhì)如正磷酸鹽等，采用往湖中投加化學(xué)

18、物質(zhì)使其生成沉淀而沉降。而使用殺藻劑可殺死藻類，這適合于水華盈湖的水體。藻類被殺死后，水藻腐爛分解仍舊會釋放出磷，因此，死藻應(yīng)及時撈出，或者再投加適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)藥品，將藻類腐爛分解釋放出的磷酸鹽沉降。,去除營養(yǎng)物,城市生活污水及某些工業(yè)廢水中含有較高濃度的氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)，一部分氮、磷能夠通過二級生化處理過程被微生物去除，利用生物法進行脫氮除磷是一種比較適用的方法。但由于城市污水中的氮、磷濃度往往要比活性污泥生長所需要的濃度高出 2～5倍，所

19、以污水中僅有30%～50%的氮和磷被活性污泥去除，余下50%～70%的氮和磷將隨二次廢水排出。利用物理化學(xué)方法去除污水中的氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)可以采用以下方法：,（1） 鐵鹽凝聚沉降法 三價鐵鹽易與磷酸鹽反應(yīng)生成不溶性的磷酸鐵。二價鐵鹽也能和污水中的磷反應(yīng)生成不溶性沉淀物。 （2） 鋁離子交換法 鋁離子與磷酸鹽具有特別強的親合力，可以選擇性地從廢水中去除磷。而后，用高濃度的氫氧化物，如氫氧化

20、鈉回收鋁，再用石灰回收氫氧化鈉，回收的鋁和氫氧化鈉可以循環(huán)利用。但從經(jīng)濟性角度考慮，鋁離子交換法需謹(jǐn)慎選用。 （3） 石灰凝聚與氨氣提法 比較實用而且比較經(jīng)濟的方法。在 pH值偏堿時，石灰與磷發(fā)生反應(yīng)，生成磷酸鹽和無機氫氧化物，磷酸鹽和懸浮物質(zhì)隨反應(yīng)生成物凝聚沉淀下來，達到去除磷的目的。,控制、消除湖泊藍藻爆發(fā)主要思路,分析中國富營養(yǎng)湖泊產(chǎn)生不同程度藍藻爆發(fā)或甚至不爆發(fā)，經(jīng)治理藍藻爆發(fā)不同程度減輕或基本消除

21、總結(jié)治理太湖藍藻爆發(fā)經(jīng)驗教訓(xùn)治理“三湖”水環(huán)境總體思路相類似，其經(jīng)驗教訓(xùn)可相互借鑒,思路1、削減藍藻數(shù)量和減輕富營養(yǎng)化結(jié)合,二者結(jié)合治理藍藻爆發(fā)效果更好更快僅靠治理富營養(yǎng)，難以消除藍藻爆發(fā)由于社會經(jīng)濟快速發(fā)展，難以恢復(fù)至20世紀(jì)50年代N P水平，難以徹底消除N P富營養(yǎng)化（如TN ≤0.5mg/L、TP ≤0.02 mg/L）有些湖泊p本底值高而較難徹底消除富營養(yǎng)化治理富營養(yǎng)化有利于消除藍藻爆發(fā)削減藍藻數(shù)量有利于降低富營養(yǎng)

22、實踐證明太湖和其他湖泊兩方面措施結(jié)合,藍藻爆發(fā)程度大幅度減輕或基本消除如太湖藍藻爆發(fā)的累積面積和最大面積，2009年較2007年分別削減73%、54%,（1）削減藍藻數(shù)量方法,物理方法除藻打撈藍藻、清淤除藻、調(diào)水帶走藍藻—大規(guī)模采用電催化,超聲波等其它技術(shù)除藻殺藻—試驗化學(xué)方法除藻，如硫酸銅—應(yīng)急用生物方法除藻，包括生物的種間競爭作用植物一般有抑藻功能（藍藻與植物間能相互抑制）植物中目前僅發(fā)現(xiàn)紫根水葫蘆有直接除藻作用部

23、分魚類、貝類及低等動物濾食藻類微生物除藻蘆葦濕地和湖灘地有直接除藻作用,紫根水葫蘆,（2）減輕富營養(yǎng)化,降低湖泊水體N P濃度控源截污、打撈藍藻、生態(tài)調(diào)水、生態(tài)清淤、生態(tài)修復(fù)五類工程技術(shù)措施均能夠減輕富營養(yǎng)化其中控源截污是根本控制藍藻爆發(fā)的關(guān)鍵指標(biāo)是TP，但也必須控制TN,思路2、各類工程技術(shù)措施和相應(yīng)的 保障措施科學(xué)結(jié)合和正確銜接,一般歸納為控源截污、打撈藍藻、生態(tài)調(diào)水、生態(tài)清淤、生態(tài)修復(fù)五類工程技

24、術(shù)措施，要不斷創(chuàng)新技術(shù)和技術(shù)集成太湖滇池巢湖根據(jù)具體情況確定實施各類措施的輕重緩急和力度,一、控源截污為基本措施,主要減小入湖河道N P濃度和入湖N P負(fù)荷 根據(jù)環(huán)境容量確定控源截污強度控源截污需較長時間才能顯示出其改善水質(zhì)的良好效果加強綜合治理點源、面源的力度調(diào)整結(jié)構(gòu),節(jié)水減排其中P本底值高的特別要控制地面徑流建立污染補償機制,要注意封閉全部或大部分排污 口是最有效的治污推進措施,應(yīng)明確提出封閉全

25、部或絕大部分排污口的時間表和予以立法太湖流域須封閉全部排污口某種意義講,封閉太湖流域全部排污口時，就是治理好太湖之時根據(jù)控污強度確定排污口封閉率滇池、巢湖流域須封閉大部分排污口封閉流域絕大部分排污口時，就是治理好湖泊之時,建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)的足量的污水 處理系統(tǒng)是治污的關(guān)鍵,城鎮(zhèn)污水廠將成為入湖最大點源群不能僅滿足于建設(shè)足夠的污水廠和一級A或一級B標(biāo)準(zhǔn)排放，因此標(biāo)準(zhǔn)排放的污染負(fù)荷估計分別相當(dāng)于或接近于”三湖”2

26、020年的環(huán)境容量應(yīng)制訂污水處理地方標(biāo)準(zhǔn)太湖接近或達到地表水Ⅴ類（TN2～3mg/L）滇池、巢湖周圍城市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)TN提高至 5～10mg/L,TP相應(yīng)提高,無錫蘆村污水廠（優(yōu)于一級A ）,二、 打撈和清除藍藻 削減藍藻數(shù)量及其所含N P,大規(guī)模打撈藍藻是國內(nèi)標(biāo)本兼治的長期重要有效的新措施打撈藍藻系列工作包括打撈藍藻、藻水分離和資源化利用三部分的技術(shù)集成。其中如德林海藻水打撈和分離技術(shù)效率高、效果好、成本較低。藻水分離可

27、以固定式為主，適當(dāng)配以移動式,無錫楊灣藻水分離站夜景,德林海無錫楊灣藻水分離站流程,離心脫水→二次分離,藻水入氣浮池,,加壓氣浮,,一次分離,,藻泥,,合格尾水排放入湖,,中央控制,藻泥自動裝卸,,,,,,打撈藍藻,,,,2007～2010年無錫市等太湖周邊城市共打撈藻水245萬m3（含藻率0.5%計）,相當(dāng)于清除藍藻干物質(zhì)（dw）12250t相當(dāng)于去除N 8207t、P 833t減輕藍藻爆發(fā)聚集對水源地和水環(huán)境的嚴(yán)重危害，降低或

28、消除“湖泛”發(fā)生的可能,其他方法清除藍藻,大規(guī)模放養(yǎng)紫根水葫蘆除藻紫根水葫蘆是云南生態(tài)農(nóng)業(yè)研究所創(chuàng)造紫根水葫蘆一般冬天要撈走，資源化利用微生物直接除藻其他還有超聲波、電催化等技術(shù)除藻，處于試驗階段,紫根水葫蘆,三、生態(tài)調(diào)水（帶走藍藻和N P ，增加環(huán)境容量）,生態(tài)調(diào)水是重要和長期措施以前沒有注意到帶走藍藻功能，只認(rèn)為具有稀釋的作用，或誤以為是污染物轉(zhuǎn)移調(diào)水種類包括：調(diào)進好水,調(diào)出差水,原位凈化調(diào)水,阻擋污水入湖,適當(dāng)降低春

29、天水位太湖調(diào)水帶走大量藍藻如2007-2010年太湖四年調(diào)水帶走藍藻干物質(zhì)（dw）3.7萬t,梅梁湖泵站調(diào)差水出湖,四、清淤（清除水底藍藻，減少底泥N P釋放）,削減藍藻種源是以前沒有注意到的作用，僅認(rèn)為有減少釋放N P作用清淤重點是自來水取水水源地、藍藻大量堆積死亡區(qū)及河道入湖口如清除巢湖西北部和滇池北部藍藻堆積死亡區(qū)的淤泥；太湖清淤大部分已完成,仍要繼續(xù),環(huán)保清淤船,太湖清淤效果,近年，太湖周邊城市共清除受藍藻爆發(fā)嚴(yán)重污染

30、的淤泥1210萬m3 減少藍藻種源數(shù)量（dw）0.726萬t及所含的N P藍藻重污染底泥區(qū)淤泥中的藍藻（dw）含量0.6kg/ m3計減少底泥N P及其釋放量。相當(dāng)于清除底泥中TN 9240t、TP 5880t減少底泥有機物17.5萬t。 消除 “湖泛”基礎(chǔ)條件,嚴(yán)重污染河湖底泥可用微生物消解處理,1.如深圳清源寶公司特效微生物制劑處理效率比傳統(tǒng)處理污泥技術(shù)高5到7倍2.用于水流較緩慢河湖嚴(yán)重污染的底泥3.處理5 天后污泥可

31、減少60-80%,5天去泥效果,原河泥,五、生態(tài)修復(fù) 抑藻、除藻，提高水體自凈能力,生態(tài)修復(fù)是治理湖泊全過程不可缺的措施是修復(fù)以植物為主的及包括動物、藻類、微生物的水生態(tài)系統(tǒng)。藍藻主要是減少數(shù)量生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵是改善生境削減風(fēng)浪、改善基底高程和土質(zhì)控制藍藻爆發(fā)，阻擋藍藻種沉水植物須提高透明度改善水質(zhì)各類植物、動物和微生物合理搭配,提高透明度先鋒類主要植物及其作用,此類植物（仿生植物）均有發(fā)達的根、莖須，其有巨大的表面積，