第2章-水体富营养化与防治

1、水体富营养化与防治水体富营养化与防治水体富营养化基本概念水体富营养化基本概念 水体富营养化危害水体富营养化危害水体富营养化防治技术水体富营养化防治技术什么是水体富营养化？什么是水体富营养化？概念：概念：水体富营养化(eutrophication)是指在人类活动的影响下，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的现象。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。 水体富营养化基本概念水体富营养化基本概念水体富营养化水体富营养化 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

2、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，从而出现植物的过度生长。l工业废水l生活废水l有机垃圾l家畜粪便l农施化肥水体富营养化成因水体富营养化成因总磷、总氮等总磷、总氮等营养物质超标营养物质超标缓慢的水流缓慢的水流状态状态适度的温度适度的温度和光照强度和光照强度藻类迅速繁殖而且生长藻类迅速繁殖而且生长周期短，藻类及其他浮周期短，藻类及其他浮游生物死亡后被需氧微游生物

3、死亡后被需氧微生物分解，不断消耗水生物分解，不断消耗水中的溶解氧，或被厌氧中的溶解氧，或被厌氧微生物分解，不断产生微生物分解，不断产生硫化氢等气体硫化氢等气体磷酸盐、氨氮和磷酸盐、氨氮和硝酸盐是植物生硝酸盐是植物生长的限制因素长的限制因素水自净能力、相水自净能力、相对封闭的水域对封闭的水域光合作用光合作用 我国是世界上湖泊众多的国家之一，约有2万多个湖泊，占世界天然湖泊的十分之一，总面积约为8万多km2。然而，自20世纪80年代以来，由于经济的急速发展、人口的不断增多和环境保护工作的相对滞后，大量富含营养盐的废水未经任何处理直接排入各种水体，我国湖泊富营养化发展速度相当迅速。多年来的调查结果表

4、明，富营养化湖泊个数占调查湖泊的比例由20世纪70年代末的41%发展到80年代后期的61%，至20世纪90年代后期又上升到了77%，富营养化成为我国湖泊目前与今后相当长一段时期内的重大水环境问题。 在富营养状态的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，向湖泊四周的空气扩散，直接影响、烦扰人们的正常生活，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。 水体富营养化水体富营养化1. 使水味变得腥臭难闻使水味变得腥臭难闻 实例实例-无锡太湖蓝藻爆发引发严重环保事件无锡太湖蓝藻爆发引发严重环保事件 2007年5月从29日开始，江苏无锡市城区的大

5、批市民家中自来水水质突然发生变化，并伴有难闻的气味，无法正常饮用。恶臭难当，不仅不能喝，连洗澡都不能用，手沾一下那臭水，臭味半个小时都散不去，满城的人见面提起这个事情都气愤。29日，抢购矿泉水的狂潮开始，一个无锡市市民回忆，他从5点半下班，跑了6个超市，在人群里挤了三个小时，最后只抢到了5大桶水。30日上午，很多公司就已经开始放假，9点多的时候无锡市城区的大润发、家乐福等几家超市，发现各种瓶装、桶装的纯净水已被抢购一空。有水的地方，价格也翻了一倍。不少市民开始大量购买其他品种的饮料，他们担心用变质水做饭影响健康。2007年5月30日，无锡市前宋巷小区居民家中的自来水伴有刺鼻异味无锡市城区的大润

6、发、家乐福等几家超市，发现各种瓶装、桶装的纯净水已被抢购一空5月30日，无锡从上海调来的纯净水，准备出售居民们排队等待着得到干净的饮用水 在富营养水体中，生长着以蓝藻、绿藻为优势种类的大量水藻。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，富营养严重的水质透明度仅有0.2米，湖水感官性状大大下降。2. 降低水的透明度降低水的透明度我国东海发生的我国东海发生的“赤潮赤潮”现象现象太湖发生太湖发生“水华水华”现象现象 富营养湖泊的表层，藻类可以获得充足的阳光，从空气中获得足够的二氧化碳进行光合作用而放出氧气，因此表层水体有充足的溶解氧。但是，在富营养湖泊深层，情况就

7、不同，首先是表层的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，所以深层水体的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的溶解氧，严重时可能使深层水体的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的营养物质的释放，造成水体营养物质的高负荷，形成富营养水体的恶性循环。 3. 影响水体的溶解氧影响水体的溶解氧 富营养对水质的另一个影响是某些藻类能够分泌、释放有毒性的物质，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

8、症，有害人体健康。 4. 向水体释放有毒物质向水体释放有毒物质 湖泊常常是生活饮用水和工业用水的供给水源。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的季节，过量的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，而且水藻产生的某些有毒的物质，在制水过程中，更增加了水处理的技术难度。既影响制水厂的出水率，同时也加大了制水成本费用。如东湖水厂，原来滤池12h反冲洗一次，现缩短至23h，冲洗水量最高可达出水量的20。增加新的处理装置，又使成本提高，同时还影响水质。5. 影响供水水质并增加供

9、水成本影响供水水质并增加供水成本 在正常情况下，湖泊水体中各种生物都处于相对平衡的状态。但是，一旦水体受到污染而呈现富营养状态时，水体的这种正常的生态平衡就会被扰乱，某些种类的生物明显减少，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的稳定性和多样性降低，破坏了湖泊生态平衡。 6. 对水生生态的影响对水生生态的影响 1971年的某一天早晨，日本濑户内海的渔民正要出海打鱼，忽然发现了一种奇妙的景象：海水在一夜之间由蔚蓝色变成了赤红色，好像是在海湾上铺了一块硕大无比的红地毯，一时间，消息不胫而走，附近的人们都来观看这闻所未闻的奇景，有的人还赞不绝口，为自己大开眼界而高兴。 殊不知，

10、这并不是什么奇景，而是一场灾难。没过多久，海风带来阵阵难闻的恶臭，死鱼大批漂向岸边，这时，渔民们才恍然大悟：啊呀，我们的生计完了！ ( (参考图参考图) )凶恶赤潮凶恶赤潮“劫劫”走走4 4万万鲍鱼鲍鱼水体富营养化防治技术水体富营养化防治技术水体富营养化防治技术主要包括以下8个方面： 挖除底泥 泥水隔离； 杀藻除草； 收藻利用； 生物防治 清洁生产； 深海排污 深层排水； 污水截留及脱氮除磷（1 1）清洁生产）清洁生产 清洁生产（清洁生产（clean productionclean production）是指在生产过程中采用清洁）是指在生产过程中采用清洁的能源，无或少废料以及生产无公害产品等。

11、如生产过程中减少废水中磷的能源，无或少废料以及生产无公害产品等。如生产过程中减少废水中磷的含量。洗涤剂中把支链型烷基苯磺酸钠改为直链型。改用磷酸盐的代用的含量。洗涤剂中把支链型烷基苯磺酸钠改为直链型。改用磷酸盐的代用品。农业上合理控制施肥。品。农业上合理控制施肥。案例：常州市武进鸿骏纺织品有限公司清洁生产投入资金404.6万元，重点实施:用电装置变频改造蒸汽冷凝水回用染缸热水回用及污水处理回收改造导热油炉水膜除尘改造和余热利用等预计年产生综合经济效益100.8万元节电22万度/年、节水17.49万吨/年、节约蒸汽1840吨/年减少废水排放量17.49万吨/年、化学需氧量28.5吨/年、氨氮0.

12、87吨/年、总磷0.087吨/年、二氧化硫3吨/年 。(2)(2)深海排污深海排污 华盛顿湖用五年时华盛顿湖用五年时间修建管道，把经过两级处理后间修建管道，把经过两级处理后的出水不排人湖中而改为排人海的出水不排人湖中而改为排人海中。中。 7 7年后完全恢复，表现在磷年后完全恢复，表现在磷量下降，浮游植物数量下降，种量下降，浮游植物数量下降，种类改变。这是一个成功的典型。类改变。这是一个成功的典型。(3)(3)深层排水深层排水 深水湖泊或水库中，底深水湖泊或水库中，底层水中营养物含量高于表层水，当层水中营养物含量高于表层水，当水流转时进入湖上层，往往引起水流转时进入湖上层，往往引起“水华水华”现

13、象。而一般流出水均是现象。而一般流出水均是表层水，为此设法将深层水排出，表层水，为此设法将深层水排出，可降低富营养化程度。如波兰一湖可降低富营养化程度。如波兰一湖中，用此法得到较好效果。奥地利中，用此法得到较好效果。奥地利一湖中采用一一湖中采用一“虹吸装置虹吸装置”进行深进行深层排水。层排水。(4)(4)污水截留及脱氮除磷污水截留及脱氮除磷 主要用于减少外部营养物负荷，截断向湖泊水体排主要用于减少外部营养物负荷，截断向湖泊水体排放营养物质的排放源，是控制某些湖泊水体富营养化的关键性措施。实施截放营养物质的排放源，是控制某些湖泊水体富营养化的关键性措施。实施截污工程，需要比较高的一次性投资。但经

14、过这样的一次性高额投诉，可以从污工程，需要比较高的一次性投资。但经过这样的一次性高额投诉，可以从根本上消除水体富营养化的主要的人为外源性污染源，提供了改善水质的基根本上消除水体富营养化的主要的人为外源性污染源，提供了改善水质的基本条件。因此，从长远观点来看，这样的投资是必须的。本条件。因此，从长远观点来看，这样的投资是必须的。案例： 东湖位于武汉市武昌东北部，湖中富营养化的水体占到整个面积的东湖位于武汉市武昌东北部，湖中富营养化的水体占到整个面积的62.21%,62.21%,中营养的水体占到中营养的水体占到37.79%37.79%，而贫营养的水体则不存在。东湖现有主，而贫营养的水体则不存在。东

15、湖现有主要排污口要排污口1919个个, ,污水总量达污水总量达303010104 4t/a,t/a,日排放量在日排放量在1 1万万t t以上的有以上的有1313个。东湖个。东湖点源污染中磷的污染负荷为点源污染中磷的污染负荷为87.8t/a,87.8t/a,大都集中在东湖的西南部大都集中在东湖的西南部,1997,1997年年1212月至月至19991999年年1 1月各排污口的污水流量及水质监测统计表明月各排污口的污水流量及水质监测统计表明, ,东湖西南面东湖西南面1010个排污个排污口的污水流量为口的污水流量为146408m146408m3 3/d,TN/d,TN排放量为排放量为558.63t

16、/a,TP558.63t/a,TP排放量为排放量为50.62t/a,COD50.62t/a,CODcr cr排放量为排放量为3167.75t/a,BOD3167.75t/a,BOD5 5排放量为排放量为1711.0t/a1711.0t/a。武汉武汉东湖东湖的子的子湖水湖水果湖果湖蓝藻蓝藻爆发爆发东湖已建截污工程有：(1)沙湖(一期)污水处理系统:该工程主要包括一座日处理能力5万m3的污水处理厂和12 km长的污水收集管网,主要截取东湖西南面部分污水,自1993年投入运行以来,点源污染最严重的西南区(也是富营养化最严重的区域)日排污水量减少71.4%,TN和TP的平衡浓度可分别由3.45mg/L

17、和0.37mg/L降至1.40mg/L和0.14mg/L。(2)武昌三厂污水处理系统:,即二郎庙、龙王嘴、沙湖(二期)处理厂,日处理能力分别为18万m3、15万m3和5万m3。该工程将截取东湖19个主要排污口中的15个,截流入湖污水24.19万m3/d。如果武昌三厂全部投入使用,将实现东湖点源污染的主体截污。从截流污水量可知,截污工程可以截走70.24t/a的磷负荷。经过多年的污水截留及湖泊经过多年的污水截留及湖泊治理，东湖水水质已经明显治理，东湖水水质已经明显有所好转，其中部分子湖营有所好转，其中部分子湖营养状况已经从前两年的中度养状况已经从前两年的中度富营养转变为轻度富营养，富营养转变为轻

18、度富营养，显示治理初见成效。显示治理初见成效。 (5)(5)挖除底泥挖除底泥 富营养型湖泊中的底部沉积物常是一个营养库，在一定条富营养型湖泊中的底部沉积物常是一个营养库，在一定条件下可不断释放磷。这称为内部负荷。当外部负荷减少后，内部负荷可件下可不断释放磷。这称为内部负荷。当外部负荷减少后，内部负荷可补偿，使营养化现象继续存在。例如瑞典的补偿，使营养化现象继续存在。例如瑞典的TrummanTrumman湖、因生活污水严湖、因生活污水严重污染而出现蓝藻水华，采取截流措施后重污染而出现蓝藻水华，采取截流措施后1010年仍未恢复，主要原因是底年仍未恢复，主要原因是底泥释放营养物。经研究后决定挖除底泥

19、，挖除的底泥相当于去除了泥释放营养物。经研究后决定挖除底泥，挖除的底泥相当于去除了50t50t磷磷和和450t450t氮。随之该湖恢复到接近贫营养湖的水平。杭州西湖每年挖泥氮。随之该湖恢复到接近贫营养湖的水平。杭州西湖每年挖泥336 6万吨，耗费比引水法高，但去除的氮、磷亦高于引水法万吨，耗费比引水法高，但去除的氮、磷亦高于引水法案例： 长期以来，高原浅水湖泊滇池饱受污染，富营养化极为严重，一度长期以来，高原浅水湖泊滇池饱受污染，富营养化极为严重，一度出现全湖水质劣出现全湖水质劣类的情况。滇池水质受到污染的同时，底质也受到类的情况。滇池水质受到污染的同时，底质也受到严重污染。据调查，疏浚前的草

20、海严重污染。据调查，疏浚前的草海( (滇池内海滇池内海) )污染层底泥中累积了大量污染层底泥中累积了大量的重金属和砷的污染物，已构成生态危害性毒性浓度。长期淤积的大的重金属和砷的污染物，已构成生态危害性毒性浓度。长期淤积的大量底泥成为隐藏在水底的一大量底泥成为隐藏在水底的一大“毒瘤毒瘤”。据昆明滇池治理底泥疏浚三。据昆明滇池治理底泥疏浚三期工程建设指挥部指挥长王勇介绍，滇池底泥总量估计大约在期工程建设指挥部指挥长王勇介绍，滇池底泥总量估计大约在80008000万万1.21.2亿亿m m3 3左右。底泥疏浚工程始于左右。底泥疏浚工程始于19981998年，截至目前，已完成滇池年，截至目前，已完成

21、滇池污染底泥疏挖及处置一期工程、滇池草海污染底泥继续疏浚工程和滇污染底泥疏挖及处置一期工程、滇池草海污染底泥继续疏浚工程和滇池污染底泥疏挖及处置二期工程，三期疏浚工程也已正式开工。尽管池污染底泥疏挖及处置二期工程，三期疏浚工程也已正式开工。尽管前期用前期用1212年时间做了大量卓有成效的工作，清淤近年时间做了大量卓有成效的工作，清淤近10001000万万m m3 3，但也只，但也只是清除了约是清除了约1/101/10的淤泥。的淤泥。 滇池底泥疏挖及处置二期工程滇池底泥疏挖及处置二期工程柳苑基底修复柳苑基底修复区土工管袋围堰工程区土工管袋围堰工程 经过昆明市锲而不舍地长期努力，滇池底泥疏浚已取得

22、了明显成效。据了解，早在1998年开展的草海底泥疏浚一期工程及继续疏浚工程，就已完成疏浚底泥达600多万m3，疏浚后的水体环境得到明显好转，黑臭现象不断减轻，蓝藻暴发趋势开始减弱，水葫芦的生长势头也有所减缓，水体透明度增加到水下12米，草海水质有了明显改善。完成二期底泥疏浚工程后，整个草海的底泥又在10年间得到了一次彻底疏挖。目前，滇池近1000万m3污泥被清除后，不仅增加了库容量，还对减少污染负荷及促进自身净化起到了很大的作用。 滇池挖泥船滇池挖泥船 据测算，已经完工的滇池底泥疏浚二期工程共清除主要污染物总氮约1.12万吨、总磷约4700吨。据2010年11月环境监测数据显示，与2009年同

23、期比较，草海水质营养状态由一直以来的重度富营养变为中度富营养，综合营养状态指数较去年同期下降了15.9%，水体透明度的平均值较2009年同期上升了58.6%，主要污染物高锰酸盐指数、总磷、氨氮、总氮和叶绿素a的平均值均有明显下降，草海水体整体景观明显改善。 (6)(6)泥水隔离泥水隔离 也是为了减少内部负荷，但泥不挖出，而是也是为了减少内部负荷，但泥不挖出，而是就地处理。例如加入凝聚剂，塑料薄膜覆盖。这种方法就地处理。例如加入凝聚剂，塑料薄膜覆盖。这种方法只能用于小水体，而且费用也不低，在目前我国要采用只能用于小水体，而且费用也不低，在目前我国要采用不太现实。不太现实。(7)(7)杀藻除草杀藻

24、除草 用药剂来除藻类和水草。美国环保局批准使用的杀藻剂用药剂来除藻类和水草。美国环保局批准使用的杀藻剂有有2727种，其中最常用的是硫酸铜，但这种方法只有局部治标作用，而种，其中最常用的是硫酸铜，但这种方法只有局部治标作用，而且还要考虑残毒问题；美国用得较多，每年要使用近万吨杀藻剂。且还要考虑残毒问题；美国用得较多，每年要使用近万吨杀藻剂。(8) (8) 收藻利用收藻利用 富营养化后藻类富营养化后藻类“水华水华”出现，能否直接利用，化害为利呢出现，能否直接利用，化害为利呢? ?非非洲乍得人有食用蓝藻的习惯，目前有用作农肥、饲料、制沼气和提取有用物质洲乍得人有食用蓝藻的习惯，目前有用作农肥、饲料

25、、制沼气和提取有用物质的试验。但收集是一个问题。美国曾试验过机械的藻类收集船。原苏联曾试验的试验。但收集是一个问题。美国曾试验过机械的藻类收集船。原苏联曾试验研究过利用水库中蓝藻研究过利用水库中蓝藻“水华水华”于农肥、饲料及其他方面，认为花钱少、收益于农肥、饲料及其他方面，认为花钱少、收益大，并可改善水质。我们也曾实际测算了东湖内可利用的蓝藻大，并可改善水质。我们也曾实际测算了东湖内可利用的蓝藻“水华水华”量，表量，表明数量相当可观，且含有很高氮、磷量，如果加以利用，可减少东湖氮负荷的明数量相当可观，且含有很高氮、磷量，如果加以利用，可减少东湖氮负荷的14.514.5和磷负荷的和磷负荷的9.19.1。“滇池蓝藻水华滇池蓝藻水华污染控制技术研污染控制技术研究究”基地的重力基地的重力斜筛自动脱水设斜筛自动脱水设备在对滇池蓝藻备在对滇池蓝藻水华进行脱水处水华进行脱水处理。脱水后形成理。脱水后形成的藻浆经去毒处的藻浆经去毒处理，可成为上好理，可成为上好的有机肥料或饲的有机肥料或饲料。料。(9)(9)生物防治生物防治 过去对富营养化防治的措施都集中在理化方法和工程措施，对利用过去对富营养化防治的措施都集中在理化方法和工程措施，对利用生态学方法，即从生态系统结构和功能的调整来进行治理很少注意。生态学方法，即从生态