水体富营养化及其防治措施

2.1 定义
生态浮床技术是按照自然规律, 运用无土 栽培技术, 以高分子材料为载体和基质, 采用现代农艺和生态工程措施综合集成的 水面无土种植植物技术。
2.2 原理
利用植物在生长过程中对水体中N、P等元素的吸收及 植物发达根系和浮床基质对水体中悬浮物的吸附, 富 集水体中有害物质, 利用植物根系释出大量能降解有 机物的分泌物, 加速有机污染物分解; 一些植物还能 分泌化学克生物质, 抑制浮游植物生长。随着部分水 质指标改善, 尤其是溶解氧 (DO) 大幅增加, 为好氧 微生物繁殖创造了条件。 通过微生物对有机污染物、营养物的进一步分解, 使 水质得到进一步改善, 最终通过收获植物体形式, 将N 、P及吸附积累在植物体内和根系表面的污染物完全迁 出水体, 使水体中的污染物大幅减少, 水质改善,为水 生生物, 特别是沉水植物生存、繁衍创造生态环境条 件, 为最终修复水生态系统提供可能。
三、我国现状
我国主要淡水湖除处于人烟稀少的地区与原始状态 的湖泊外, 其营养盐水平基本上都达到了富营养化发生 的标准浓度,水体的富营养化在多数湖泊中已处于相当 水平。
中国湖泊富营养化——水华
中国湖泊富营养化分布图
四、富营养化的主要成因
水体富营养化的根本成因是营养物质的增加 ，使得藻类和有机物增加所致。
水稻浮床
三、 生物操纵
3.1 定义 3.2 原理 3.3 应用
3.1定义
生物操纵即通过对水生生物群及其栖息地 的一系列调节，以增强其中的某些相互 作用，促使浮游植物生物量下降。
主要作用对象是鱼类。
3.2 原理
经典的生物操纵主要通过去除浮游生物食性 鱼类(planktivore)或添加肉食性鱼类 (piscivores)来降低浮游生物食性鱼的数 量，调控浮游动物的群落结构，促进滤食 效率高的植食性大型浮游动物，特别是枝 角类的发展，从而提高浮游动物对浮游植 物的摄食效率，最终减少浮游植物生物量 。
香根草
香根草生态浮床
应用2：宋祥甫等采用水域浮床无土种植方法 , 以人工模拟池为试验场所, 在池内的富营 养化水体 (KN和TP含量分别为2108和0125mgP L)表面种植水稻, 通过水稻吸收和吸附作用, 去除水体中N、P 元素, 以实现变废为宝净化 水质, 并使水体产生良性循环。研究表明, 在水深 114m左右, 水面浮床覆盖率分别为 20%、40%、60%条件下, 水稻分蘖至成熟84天 , 对全池水体中TN 净去除率分别为 29.10% 、49.18%和 58.17%, TP 净去除率分别为 32.11%、42.10%和49.11%, 且水稻正常生育 并收获。
2002 年,中国科学院南京地理与湖泊研究所和 云南玉溪市环科所设计的抚仙湖人工构造湿地 开始投入运行,监测结果表明对各项污染指标 的去除率分别达到: COD 87. 8%、BOD 68. 7% 、 SS 96. 3%、 TP 32. 4%、 TN 36. 0%。
二、生态浮床
2.1 定义 2.2 原理 2.3 特点 2.4 应用
4 向水体释放有毒物质 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。
目前有些学者提出了非经典的生物操纵理论 ，并取得了一定的效果，即利用滤食性鱼 类直接进行对浮游植物的生物操纵。
浮游动物是生物操纵的关键因子之一,而大型 浮游动物则是最重要的、 最可能压低浮游 植物数量的因素植物过量生长。
滤食性鱼类可以调控浮游动物,减少鱼类捕食 压力有利于大型植食浮游动物种群的发展, 而其密度的增加反过来又能很好的控制浮 游植物的过量生长。
2 降低水体的透明度
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。
3 影响水体的溶解氧 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。
2.4 应用
司友斌等以巢湖湖水、合肥环城河水及安徽 农大池塘水作为供试水样, 研究浮床香根 草对富营养化水体的净化效果。试验表明, 香根草在富营养化水体中生长良好, 在56d 生长期内, 对总氮去除率分别为85.13%、 91.12% 和 96.17% , 对氨氮去除率达到 100%(在试验第 35d 时即降为 0) , 对总 磷也有较高去除率,分别为98.10%, 96.17%, 97.10%。
微生物对磷去除包括对磷的正常吸收和对 磷的过量积累,不同含氧状态的人工湿地根 区类似于污水脱氮除磷系统的 A-A-O处理 单元,使某些细菌在厌氧条件下吸收低分子 的有机物(如脂肪酸) ,同时将细胞原生质 中聚合磷酸盐异染粒的磷释放出来(释磷) , 并提供必需的能量以便它们在好氧条件 下从水中吸收超过其生长所需的磷(聚磷) ,并以聚磷酸盐的形式成为微生物细胞的内 含物而被贮存起来, 因此人工湿地有较高 的除磷效果
➢除氮
人工湿地系统中氮的去除主要依靠微生物 的分解转化作用和植物的吸收同化作用完成 的。进入湿地系统中的氮主要以有机氮和氨 氮的形式存在。在人工湿地系统内, 植物光 合作用过程中将氧通过植株-根系向湿地床 输送, 使得系统内部存在许多好氧、 缺氧 和厌氧微环境,为微生物的硝化和反硝化作 用创造了良好条件。
一、 控制外源性营养物质输入
1、制订营养物质排放标准和水质标准； 2、实施截污工程或者引排污染源 3、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
二、减少内源性营养物质负荷 1、 生物性措施 2、 工程性措施（挖掘底泥沉积物、进行水体深层曝气、注
水冲稀等。） 3、
三、去除营养物（利用物理化学方法去除污水 中的氮、磷营养物质）
它改变了湿地的传统形态,通过科学的设计 和改造,用自然生态系统中的物理、 化学 和生物的三重协同作用来实现对水体的净 化。
昆明滇池人工湿地处理暴雨径流试验系统
1.2 湿地组成
填料、植物、Fra Baidu bibliotek生物和动物是人工湿地生态 系统的主要组成部分。
填料一般由土壤、沙粒、碎石等构成。它 不仅为植物和微生物提供生长介质，还通 过沉淀、过滤和吸附等作用去除污染物。
有机氮 异氧微生物 氨氮 （氨化细菌）
硝化细菌 好氧环境
亚硝态氮 硝态氮 根 （反 系 脱硝 吸 氧化 收 ）微
生 物
去除无机氮
1.4 应用
1994 年,我国在滇池建立的人工湿地系统用以 处理滇池流域农业面源污染,根据14个月运行 监测,该湿地系统对TN平均去除率为35.5%-60% 左右, 对TP平均去除率为24.4%-47.8%
滇池水华
赤潮
二、评价标准
水体富营养化程度的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。
目前一般采用的标准是：水体中氮含量超过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的淡水中细菌总数每毫升超过10万个， 表征藻类数量的叶绿素-a含量大于10 pLg/L.
生态浮床
2.3 技术特点
避免塑料泡沫大量堆放产生的二次污染。生态 浮床通常采用塑料泡沫板作为浮体的载体,使 废弃塑料泡沫有用武之地,。 生态浮床技术将浮床陆生植物作为先锋种植于 河湖水面, 利用陆生植物生长过程中对大量N 、P 吸收和光合作用, 去除水中N、P, 无须施 肥, 避免肥料对水体污染, 且病虫害少。 生态浮床不受光照等条件限制, 可避免沉水植 物人工种植后, 由于光照等生境条件难以保障 其正常生育而死亡的现象。 浮床陆生植物多为经济种类或观赏种类 ( 如 香草根、美人蕉等) , 不仅可以净化水质, 还 可创造一定的经济效益
3.3 应用
武汉东湖,70年代每年都会出现“水华” 。形成 水花蓝藻主要是微囊藻属、 鱼腥藻属和束丝藻属 的种类, 其中危害最大的是铜锈微囊藻。
1989 年, 刘建康院士和谢平在东湖里进行了4 个 夏秋的原位围隔试验,即采用放养鲢、 鳙鱼的方 法来试图直接控制微囊藻水华的生长,同时观察鲢 、鳙鱼放养量与水华现象之间的关系, 养殖鲢、 鳙鱼的水域里不出现水华, 原因在于鲢、 鳙吃掉 了导致水华发生的藻类,改善了水质。
生物修复技术有人工湿地、生物浮床、生物操 纵
物理和化学方法只能暂时控制，治标不治本。 生态修复是新的领域，研发热点。
湖泊富营养化生态修复技术
一、人工湿地 二、人工浮床 三、生物操纵
一、 人工湿地
1.1 定义 1.2 组成 1.3 原理 1.4 应用
1.1 定义
人工湿地是人工建造和管理控制的、工程化 的湿地, 通过模拟自然湿地, 人为设计与 建造的由饱和基质、 挺水与沉水植被、 动物和水体组成的复合体。
6 对水生生态的影响
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。
六、防治措施
1 铁盐凝聚沉降法 2 铝离子交换法 3 石灰凝聚与氨气提法
七、 控制修复技术
控制和修复技术有物理、化学和生态修复。
物理修复是借助工程技术措施 ,清除底泥污染 的一种方法,主要有疏浚、填沙、营养盐钝化 、底层曝气、稀释冲刷、调节湖水氮磷比、覆 盖底部沉积物及絮凝沉降等一系列措施。
化学修复如加入化学药剂进行杀藻。
营养物质主要是磷，其次是氮，还有碳、微 量元素或维生素等。
营养物质来源有：
土壤大量施肥，农田流失的氮、磷进人水 体。
禽畜、 水产养殖 ，畜、 禽排泄物中含有 大量的营养物质，雨水冲刷，进入水体。
生活污水和工业废水排入水体。
五、危害
1 使水味变得腥臭难闻
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。
2012年8月 武汉东湖
蓝藻水华
赤潮
水体富营养化
一、定义：
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。
植物包括挺水植物、沉水植物和浮水植物 。植物对污染物有吸附、代谢、积累等作 用。
微生物是湿地重要组成部分，主要去除有 机物和氨氮。
1.3 去除营养物质机理
氮、 磷等营养物质浓度的提高是导致湖泊富 营养化的关键因素。
➢ 除磷
人工湿地对磷的去除作用包括介质的吸收和 过滤、 植物吸收、 微生物去除等。无机 磷的吸收和过滤去除作用因湿地床的填料 不同而存在差异。植物生长过程中通过同 化作用将无机磷变成植物体的组成部分, 最后通过收割去除。