富营养化水体中藻类的脱除

1、富营养化水体中藻类的脱除 姓 名：杨小会 学 号：0301070219 班 级：矿物0702 指导老师:卢毅屏2010年5月12日富营养化水体中藻类的脱除生物除藻技术（杨小会，中南大学资生院矿物070219）摘要：水体富营养化发生的主要原因是由于水体的氮磷负荷过高，超出水体自净的能力，引起藻类的大量生长，使得水体稳定的物质能量循环遭到破坏，也损失了生物资源的多样性，降低了水资源的使用价值。城市中的景观水体会因富营养化污染而丧失旅游和城市休闲等娱乐功用。一些城市的景观水面临的问题是水体中浮游藻类大量生长，常常爆发“绿漆”状蓝绿藻水华。而且，藻类对水体的微污染影响到周围生活居民的饮水安全，对人的健

2、康存在着潜在的威胁。为了更好的保护利用水资源，世界各国的专家学者积极展开了对富营养化的研究工作，目前对富营养化水的生物除藻及生物调控的研究已成为一个研究的前沿。关键词：富营养化 氮磷 藻类 生物除藻1富营养化概述11 富营养化定义富营养化（feutrophication)一词原用于描述植物营养物质浓度增加对水生态系统的生物学效应，意味着水生植物大量繁殖，藻类种类数减少，是水体生态系统衰老的一种表现。水体富营养化是指由于人类的活动，水体中营养盐浓度增加，引起浮游植物过量生长和整个水体生态平衡的改变，因而造成的一种污染现象【1】。到20世纪中后期，当富营养化及其影响成为人们关注的问题时，富营养化所

3、指的是人为富营养化，即由社会的城市化、植物营养物的工农业利用及其废弃物的排放等所引起的。目前，湖泊富营养化是专家学者研究的热点。湖泊富营养化是人类社会活动对湖泊的影响导致的湖泊自然演变过程的浓缩受到人为活动的干扰，大量氮磷营养盐排入湖泊、河流、水库、海湾等封闭或半封闭的水体在其中积累，碰到合适的条件，藻类大量生长繁殖，水华爆发，初级生产力提高，藻类自身的呼吸作用以及藻类死亡后沉入水体分解过程需消耗大量的氧气，导致水体缺氧，透明度下降，水质恶化，其他的水生生物大量死亡。12 富营养化成因具体可以有以下几个方面：(1)自然因素：水体自身的特征，如湖泊的面积、水体的深度，浅水湖泊的阳光穿透性好，水体

4、涵养丰富，温度适宜，可以满足藻类的生长繁殖；水体的循环周期太长；水体周围的地质环境；适宜的气候条件等都可能成为水体富营养化的条件，一般来说静水体的城市浅层湖泊比较容易生长水华【2】。(2)人为因素：地理特征的人为改变，可能为富营养化的产生创造条件。营养盐负荷来源，a、生活污水，以洗涤污水、厕所用水为主，这些营养物将导致水生植物的过度繁殖。b、农业生产，化学肥料、牲畜粪便、农药、除草剂等的使用。c、底泥中含有大量的营养盐，且逐年积累。在风浪作用下，水流速度的增加，底泥受搅拌而悬浮，营养物质极易得到释放，为藻类生长、繁殖提供有效的内源供给。13 世界富营养化及我国现状湖泊与水库来自联合国环境规划部

5、署的一项水体富营养化调查结果表明：在全球范围内3040的湖泊和水库遭受不同程度影响，各地区受影响的情况相差悬殊。在气候干燥地区，水体富营养化相对严重。我国幅员辽阔，江河、湖泊和水库众多，这些不同类型的水体支持着各种生活和生产用水功能。近20年来，我国湖泊富营养化发展速度相当快。多年来的调查结果表明，富营养化湖泊个数占调查湖泊的比例由20世纪70年代末至80年代后期4l发展到80年代后期61，至20世纪90年代后期又上升到77，我国湖泊富营养化的发展趋势十分严竣。在26个国家重点湖泊中，水质一般较差，低于地面水环境质量标准(GB3838-3838)V类标准，氮、磷污染较高，相当部分湖泊都发生了“

6、水华”灾害“。1.4 富营养水体中藻类的危害（1）破坏水生生态系统。富营养水体中，生长着以蓝藻、绿藻为优势种的大量水藻，这些水藻浮在水露上像一层“绿色油漆”， 使原有种群结构被破坏，优势种群发生更替，生态系统的结构和性质发生显著变化【3】。（2）影响水体溶解氧。富营养化水体的表面因为藻类的光合作用，溶解氧很高，甚至高达过饱和状态。但是在湖泊的水体底层，由于表层藻类的密集成层，使得阳光难以穿透表层到达深处，阳光在透射的过程中，衰减率很大，水中的浮游藻类没有充足的阳光，进行微弱的光合作用，产生的氧气量少。（3）影响供水水质增加处理成本。富营养化的水库、湖泊由于藻类大量繁殖引起的水质恶化，会给水的净

7、化处理带来许多困难，进而严重影响饮用水水质。水中大量藻类露水生微生物的孳生繁殖使滤池堵塞，而且藻类产生的微量有机物使水带有强烈异味，常规净水工艺很难去除【4】藻类分泌出的有机物经分解生成难以降解的腐殖酸即“三卤甲烷前驱物”(THM的前驱物)。若用氯消毒即生成具有致癌、致畸和致突变作用的总三卤甲(TTHM)【5】使水质更加恶化，不宜饮用。（4）危害人类健康。植物营养素氨氮，转化成亚硝酸盐是“三致物”亚硝酸胺的前体。藻类可释放出剧毒物质，如微囊毒藻。这类物质毒害水生生物，污染饮用水进入食物链造成人类中毒甚至死亡。2水体富营养化中藻类的去除生物除藻技术生物除藻技术是利用培育的生物或培养、接种的生物的

8、生命活动，对水中污染物进行转化、降解及转移作用，从而使水体环境健康得到恢复的一种方法。目前很多供饮水水库大多采用生物除藻技术。用来除藻的生物主要有微生物和水生植物。微生物作为除藻剂的主要原理是利用其和藻类争夺水体中的营养，吸收、分解、转化水体中的营养物质，使水中的藻类由于得不到足够的营养而无法继续生长繁殖，以致死亡。越来越多的微生物继续降解死亡的藻类，直至消灭，使水体变清，从而达到除藻及净化水质的目的。而在富营养化水体中种植水生植物除了有上述作用外，一部分水生植物自身还可以释放化感物质，抑制某些特定藻类的生长、繁殖，从而达到改善水体生态环境，净化水质，促进鱼类生长的目的。生物一生态水体修复技术

9、，是当前水环境技术的研究热点。在人们极力倡导食品安全的今天，在养殖水域或大型水库、河流等水域利用生物除藻技术调控水质，无疑是一种极具潜力的可持续发展的良好的生态模式，也是今后环境保护发展的必然趋势。（1）微生物除藻技术的应用现状微生物除藻剂主要以光合细菌、芽孢杆菌、硝化细菌、反硝化细菌、放线菌、乳酸菌、酵母菌等微生物作为除藻剂。目前，国内外开始采用存在于自然环境中的多种微生物菌株，经诱变选育后培养形成混合菌制剂，利用其不同种属间的生态学特性，使其应用范围更广。有许多生物工程公司已大批量生产这种生物除藻剂，实际应用也比较广泛，尤其是许多大型饮用水供水水库多使用此方法。梁近光等【10】在藻型富营养

10、化的湖泊水体中应用有效微生物群菌剂的结果表明，有效微生物群对水体的透明度、叶绿素a含量的改善有明显的效果，可有效抑制藻类的生长，在投入有效微生物群后，透明度迅速提高。王平等【11】系统地考察了有效微生物群(EM)处理藻型富营养化源水效果，结果表明，在容器中按EM：源水的体积比为1 10 000投加EM菌液并辅以低速间歇式曝气处理89 d，藻类生物量得到明显控制，水样叶绿素a，TN，TP及CODcr去除率分别达9049 ，4525 ，5548及8237 ，出水水质接近国家地表类水质标准。韩士群等【12】利用固定化微生物(含有光合细菌、芽胞杆菌、硝化细菌以及反硝化细菌)对养殖水体中藻类和浮游动物的

11、种类、数量、生物量、水体氮素等理化环境的影响进行了研究，结果表明，固定化微生物处理可以显著降低水体的总氮、氨态氮和硝态氮的含量，其含量分别是对照的408 、365和459。但也有研究表明 J，投放EM初期对去除蓝藻(尤其是优势种铜绿微囊藻)有一定效果，试验后期除蓝藻效果逐渐消失。由此可见，微生物除藻方法应用于水华发生的早期阶段，除藻效果比较好；如果在富营养化严重的水域施用，虽能起到一定的降解作用，但是否可以达到预期效果，尤其像微囊藻等蓝藻类，微生物除藻剂是否能吸收、降解和转化其死亡后分解的有毒物质，目前还未见有报道。因此，研究具有明显除藻效果的微生物除藻剂，论证微生物除藻剂去除微囊藻毒素效果的

12、显著性，是目前急需解决的问题。同时，使用微生物除藻剂对鱼体体质是否有影响，也有待于进一步研究。（2） 化感作用除藻技术的应用现状化感作用的应用原理是运用植物和微生物能释放化学物质，促进或抑制其他个体生长或繁殖的机理，即利用生物间存在的相生相克的现象，达到抑制某种藻类生长的目的，是一种自然的化学调控措施。目前化感作用在农业中的应用研究比较多，在除草剂、杀虫剂、杀菌剂等方面取得了许多研究成果。在水产方面，已通过试验证实，香蒲、水盾草、金鱼藻、眼子菜、石龙草、苦草、珊瑚藻等对特定藻类有化感作用，水花生、水浮莲、满江红、紫萍、浮萍、西洋菜、水葫芦、石菖蒲对藻类也有抑制作用。据鲜启明【13】等研究发现，

13、金鱼藻和微齿眼子菜对铜绿微囊藻均有明显的克藻效应，且金鱼藻的克藻效果比微齿眼子菜更好，并进一步证实2种植物混生培养时抑藻效果要强于金鱼藻。同时有研究表明【14】 ，金鱼藻、苦草和伊乐藻3类沉水植物对水体水质均有良好的净化效果，可有效地去除水体中的N、P类植物营养物。清华大学在国际上首次从大型挺水植物芦苇中分离鉴定出化感物质2一甲基乙酰乙酸乙酯，对铜绿微囊藻具有很强的化感抑制作用，半效应质量浓度值为065 mgL【15】 。况琪军等研究表明，着生刚毛藻对富营养化湖水中氮(N)和磷(P)的净化效果明显，对水华藻类生长也有很强的抑制能力，尤其对水华微囊藻生长的抑制率达到9963 ，处理后湖水的藻类生

14、长潜力较原湖水下降了4017。利用化感作用控制藻类生长繁殖是一种极具潜力的可持续发展的控制措施，化感植物在今后的环境治理和生态修复过程中必将发挥极大的作用。目前，化感作用在自然水体中的应用研究比较少，迄今为止也只有大麦秸杆在自然水域中应用成功的范例，即利用大麦秸杆直接投入水中控制藻类的生长繁殖，这种方法经过大范围测试，证明在大多数情况下是成功的，而且没有副作用。但利用化感作用抑制有害藻类的研究目前仍处于起步阶段，目前所发现的化感植物可以提取的化感物质量比较低，当前研究的重点应该是化感植物的选择以及对实际水体的作用效果。把化感物质开发成高效专一的除藻剂，真正应用于生产实践是今后化感作用应用发展的

15、主要趋势。化感物质的产生、释放及作用机制的研究目前仍是一个薄弱环节，有待进一步探讨。3 总结调查发现，在鲢、鳙鱼达到一定养殖密度的水体，蓝绿藻水华发生的机率相对较少，所以鱼类养殖模式也是治理富营养化的一条途径。鲢、鳙鱼吃蓝藻是很多水产养殖专家都认同的事实。中国科学院谢平博士认为，太湖水华的大量产生是因为20世纪60年代环湖大堤和闸坝的建设阻隔了太湖和长江间的交通，让原本可以游进太湖的鲢鱼数量减少。食物链上掉下一环，蓝藻缺乏生态上的天敌，疯长只是时间问题。2005年虽然投放了1次鲢鱼苗，但相对于太湖广阔的面积来说是远远不够的。因此，利用养殖模式治理富营养化实际是建立和保持生态系统的平衡，是对生态

16、系统的修复和维护，对富营养化状态的治理作用也是显而易见的。无论是何种除藻技术的应用，都应根据地理自然环境因地施用。化学技术效果明显、快速，但会对环境造成污染，不提倡使用。物理技术也具有一定效果，不会对环境造成污染，但相对费用较高，目前在供水水库使用的比较普遍。生物技术中，微生物技术目前在很多水库水质处理中应用很多，在大型湖泊中推广此方法也具有可行性。而化感作用除藻技术可应用于任何水体，但对于施用水体有局限性，因为化感作用效果的产生与化感植物的密度有关，达不到一定的覆盖范围就起不到应有的效果；覆盖范围过大会使水体透光率过低影响其它生物的生长。因此，选择一种或几种化感物质含量高的植物，提纯化感物质

17、是今后化感研究的主要方向。参考文献：【1】Xie P and Liu J K。Studies on the influences ofplantivorous fishes(silver and bighead carp)on the“water bloom”in a shallow，eutrphication Chinese lake(the Donghu Lake)using enclosure method， Anunuat Report of FEBLfor1991International Academic publishers，BeOing，2l-24【2】汪常青，吴永红，刘剑彤，

18、武汉城市湖泊水环境现状及综合整治途径长江流域资源与环境，2004，13(5)：499502【3】张运林等太湖水体透明度的分析、变化及相关分析海洋湖沼通报，2003(2)。【4】陈红英，陈宏平。富营养化对饮用水生产酶危害及净化方法，浙江工业大学学报2002。【5】李欣，赵洪宾，浮田正夫配水管网中三卤甲烷的研究给水排水1999，25(1)：lO12【6】王鹏，富营养化湖泊营养盐的来源及治理，水资源保护，2004，2：10-12.【7】姚运先编译，湖泊水质的改善一一一国外湖泊营养化水质改善工程介绍，环境监测管理技术，2002(14)：4546。【8】陆开宏，宴维金，苏尚安富营养化水体治理与修复的环境生态工程一一环境科学学报，2002(22)：733739。【9】刘福军，胡文英光合细菌对盐碱地池塘浮游生物的影响湖泊科学，2002。【10】梁近光，黄增贤，简曙光，等有效微生物群控制富营养化湖泊蓝藻的效应J中山大学学报(自然科学版)，2000，39(1)：8145