水体富营养化

水体富营养化的现状与对策成员：姜雨，李成月，孙浩，张玉隆，张莉莉，尹媛，帕热但木·麦海提编写：第二组目录水体富营养化的国内现状水体富营养化的治理措施城市污水处理厂污水处理工艺中主要的氮、磷污染物的去除技术原理沿海城市浒苔问题青岛大学剑湖水质调查01PARTONELOREMIPSUMDOLOR水体富营养化的国内现状Ⅰ.水体富营养化的国内现状水体富营养化(eutrophication)：是指由于大量的氮、磷、钾等元素排入到流速缓慢、更新周期长的地表水体，使藻类等水生生物大量地生长繁殖，使有机物产生的速度远远超过消耗速度，水体中有机物积蓄，破坏水生生态平衡的过程。叶绿体A二聚体总氮高锰酸钾盐总量总磷标准偏差据国家环保总局有关部门公布的资料，我国的河流、河段已有近四分之一因污染不能满足灌溉用水的应用要求(这是我国最低一类的水质要求)；全国湖泊约有75％的水域受到显著富营养化污染。我国湖泊、水库和江河富营养化的发展趋势非常迅速。。1978～1980年大多数湖泊处于中营养状态，占调查面积的91.8%，贫营养状态湖泊占3.2%，富营养状态湖泊占5.0%。短短10年间，贫营养状态湖泊大多向中营养状态湖泊过渡，贫营养状态湖泊所占评价面积比例从3.2%迅速降低到0.53%，中营养状态湖泊向富营养状态过渡，富营养化湖泊所占评价面积比例从5.0%剧增到55.01%。•数十年来各地水体水质急剧恶化，呈富营养化状态，在20世纪90年代曾2次出现水体中藻类急剧繁殖的“水华”现象。•我国的武汉东湖、杭州西湖、南京玄武湖、济南大明湖、抚顺的大伙房水库，都曾受到富营养作用的影响。近年来，我国沿海的赤潮也时有发生，如1989年8～9月，河北黄骅县到天津塘沽百余里的沿海出现世界上罕见的大规模赤潮，使养虾业遭到严重损失。•近年来，随着太湖周边地区排污量的增加，水体富营养化日趋严重，夏季水华频繁发生，严重时造成绿色藻细胞覆盖整个水体，水厂停水，水乡居民喝污水的现象，同时，水中的有机物和氨氮含量严重超标，由于常规饮用水处理工艺本身存在着对有机物微污染物，氨氮等无法完全有效去除的弱点，并且氯化过程不能有效地消灭活水中抗氧性的病原寄生虫等病原微生物，还导致了对人体健康危害更大的有机氯化物的形成，因此处理后的生活饮用水安全性难以保证。•由于常规饮用水处理工艺本身存在着对有机物微污染物，氨氮等无法完全有效去除的弱点，并且氯化过程不能有效地消灭活水中抗氧性的病原寄生虫等病原微生物，还导致了对人体健康危害更大的有机氯化物的形成，因此处理后的生活饮用水安全性难以保证。•赤潮过处，海水泛红，腥臭难闻，水中鱼类等动物大量死亡。当地的各类养殖场损失惨重。据《经济日报》1998年5月3日报道，此次赤潮事件，香港渔民损失近1亿港元；大陆珍贵养殖鱼类死亡逾300吨，损失超过4000万元。2003年和2004年，巢湖曾经连续两年出现大面积蓝藻暴发现象。2003年，巢湖局部水域的蓝藻厚度竟达1米以上，之后两年，虽每年不同程度出现蓝藻，但没有形成大暴发态势。•滇池蓝藻在1999年和2001年暴发过两次，2007年7月8日，昆明滇池蓝藻集中爆发，水绿如漆。素有“高原明珠”之称的昆明滇池几年来一直进行污染治理。•2007年6月5日，中央电视台报导了武汉蔡甸区蓝藻暴发所导致的20万斤鱼死亡的事件，这个事件造成至少20万斤鱼死亡，给养殖户造成的直接经济损失超过70万元。02PARTTWO水体富营养化的治理措施Ⅱ.水体富营养化的治理措施•水体富营养化的危害很大，影响深远，不仅在经济上造成损失，而且危害人类健康，具体有以下几点：•1使水味腥臭难闻•2降低水体透明度•3消耗水体的溶解氧•4影响供水水质增加制水成本•5造成对水生生态、渔业、水环境质量的影响•水体富营养化是在特定的化学、生物、物理因素都具备的条件下发生的，总的来说，以下几方面是造成水体富营养化的具体原因：•1农田化肥•2牲畜粪便•3污水灌溉•4工业废水排入水体•5水体人工养殖•水体富营养化的控制因子[2]：•1．限制性营养物质，所谓富营养化实质上是指水体初级生产力异常增大的现象。支配这种初级生产力的营养性物质，很显然是富营养化的极为重要的指标，也是主要控制因子．根据A6P的测定，大多数湖泊是磷限制性的，但是也存在氮限制性的湖泊，并且富营养化程度越高，这种比例也就越大。当然，过渡性的类型也是存在的。•2．温度和照度在20度以下和40度以上，藻类生长率很小。同时，研究表明，6001x到3000lx是最适宜水华藻类异常增长的光照范围。•3．溶解氧和PH值在低氧条件下，藻类容易繁殖，在PH值很高的情况，藻类可以很好的生长，但同时高PH不利于底质中磷，铁，锰等物质的溶出，这又是有利的一面。防止措施：•1.重点控制农业面源污染：改善农业生产耕作布局，合理灌溉，改进施肥方式，减少农业废水中氮磷的含量，加强数字农作技术。•2.加强治理工业废水和生活污水：生活污水应修建与完善下水道系统，以截流输送到污水处理厂进行集中脱氮除磷；工业推行清洁生产，将污染消除于生产过程中，对需外排的废水，采取脱氮除磷处理，达标外排。•3.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，因而底泥挖掘成为富营养化水体治理的重要措施。•4.禁用含磷洗涤剂03PARTTHREE城市污水处理厂污水处理工艺中主要的氮、磷污染物的去除技术原理•污水中的氮和磷排入水体，会使水体处于富营养化状态，对水体生态环境和人类健康均存在很大威胁。目前，污水中氮磷的去除工艺主要包括生物法（主要用于除氮）和化学法（主要用于除磷）。•（1）AO和A2O工艺•AO和A2O分别是缺氧-好氧生物工艺和厌氧-缺氧-好氧生物脱氮除磷工艺。对氮的去除原理是氨化及硝化-反硝化过程，如式（1）~式（4）所示，将污水中的有机氮和氨氮转化为氮气的形式排入大气。••（2）氧化沟•氧化沟工艺具有较强的脱氮除磷能力。氧化沟内部的溶解氧梯度，使硝化和反硝化作用在氧化沟中交替发生而完成生物脱氮功能，不需要混合液回流。•氧化沟工艺流程简单、运行稳定、运行方式灵活、管理方便、处理费用低。由于采用了较低的BOD负荷、较长水力停留时间以及独特的流动方式，与其他工艺相比，氧化沟有较强的耐冲击负荷能力、出水水质较好，剩余污泥少且稳定，构筑物少。•3）高效藻类塘•高效藻类塘（High-ratealgalponds,HRAP）是利用藻类快速生长形成藻菌共生系统来去除营养元素的池塘（MunozRetal,2006）。微藻细胞能分别利用水体中多种无机氮、有机氮化合物和二氧化碳、碳酸盐作为氮源和碳源，进行光能自养生长。同时，微藻的光合作用造成水体pH值升高，导致正磷酸盐和NH3·H2O分别通过形成沉淀和挥发的形式去除，而且，高的pH值也能起到一定的消毒作用（MunozRetal,2006）。•藻类光合作用释放的氧气可以供给好氧异养型微生物进行代谢活动（GarciaJetal,2006）以氧化分解有机污染物，代谢产物二氧化碳和无机氮、磷化合物又供给藻类作为光合作用所需的碳源和营养元素。如此循环，形成藻菌之间的互生关系，如图1所示（MunozRetal,2006）•（4）反硝化生物滤池•反硝化生物滤池生物量大、处理效率高。白宇等人（2008）研究表明，反硝化生物滤池是实现污水深度处理的有效手段。由于O3在脱色除臭基础上能够强化活性炭滤池的生物多样性及活性，从而使出水CODCr能够长期稳定在30mg/L以下，NH3-N小于1mg/L。（刘金瀚等,2008）。•（5）化学除磷•国内外的实际运行经验表明，单独采用生物除磷工艺一般很难满足出水含磷量低于1.0mg/L的排放要求，常通过化学法来进一步除磷。•化学法除磷的主要原理是磷酸根离子的化学沉淀和混凝作用。常用的金属盐有三种：钙盐、铁盐和铝盐。一般认为磷酸盐沉淀是配位基参与竞争的电性中和沉淀，即通过PO43-与铝离子、铁离子或钙离子的化学沉淀作用加以去除。化学法的除磷效率较高，可达75%~85%，且稳定可靠。•（6）微絮凝过滤•微絮凝过滤是将混凝与过滤过程在滤池内同步完成的一种接触絮凝过滤工艺，可充分发挥滤池中滤料含污能力。微絮凝过滤适用于待滤水中的絮体小而密实的情况。这种直接过滤技术不仅可简化水厂处理流程、降低投资费用和减少运行费用，而且过滤周期长，反冲次数少，可提高产水量及出水水质•7）氮磷去除新方法•基于藻细胞培养的污水处理近年来正快速发展。微藻生长速率快、收获时期短、光合利用效率高，生长过程中会吸收大量氮磷，可作为污水厂三级处理单元深度净化污水（AnithanBetal,2002）。同时，微藻是目前所知的唯一可能代替化石能源的原料。•微藻培养去除氮磷无需投加外部碳源，处理出水中含有丰富的溶解氧而且无污泥处置问题，获得的藻细胞利用途径多（如动物饲料、生物沼气、生物柴油等）。04PARTFOUR沿海城市的浒苔问题Ⅳ.沿海城市浒苔问题•浒苔爆发的最根本原因是海水中富氮富营养化,打破了大自然原有的平衡。在正常情况下藻类和菌类保持着自然水体中的有机物与营养盐、水质的清洁与污浊、上下游食物链等复杂的生态平衡，并能保持自然水体的自净；人类污水的排入就会打破这种平衡，造成各种水质灾害和环境灾难。水体中的有机物浓度过量就会促使水中的菌类过量繁殖造成水体污浊乃至水体腐败、黑臭，。海水养殖使用饲料失控，也促使了浒苔大量繁殖。并且浒苔是养殖的天然优质饲料，近来的台风、风暴潮等因素冲垮养殖场导致浒苔入海泛滥。•青岛浒苔灾害爆发的主因原因是污水处理厂，•菌藻关系理论指出：在正常情况下藻类和菌类保持着自然水体中的有机物与营养盐、水质的清洁与污浊、上下游食物链等复杂的生态平衡，并能保持自然水体的自净；人类污水的排入就会打破这种平衡，造成各种水质灾害和环境灾难。•水体能承载有机物的能力是有限的，如水体中的有机物浓度过量就会促使水中的菌类过量繁殖造成水体污浊乃至水体腐败、黑臭，这种现象我们称之为称之为“菌类污染”或“菌类水质灾害”，该过程我们称之为“菌类过程”。•如何清理青岛的浒苔，我们不妨向法国人取取经。首先是打捞和收集，除了推土机等建筑机械，布列塔尼当局还动用了大量的农业机械：筛机、粉碎机、耙机来清理海滩，不仅要清走藻类，还要尽可能留下沙子，一方面保持海滩的原貌，另一方面方便下一步的垃圾处理。•收集起来的海藻一方面可以晒干供当地的牧场作为牲畜饲料，另一方面可以用作燃料，这也是布列塔尼人的传统做法。10年前，用干燥的海草生产一千卡热量大约需要花费10-18欧分，这是当时使用天然气或者石油价格的2倍多。考虑到如今油价早已是当年的数倍，烧海草会变得更加有吸引力，并且可以减少二氧化碳排放。•另一个用途是堆肥，浒苔每克干重大约含有20毫克氮和0.2毫克的磷，这是个相当高的含量，将这些海藻与绿色垃圾混合发酵会生产出优质的有机肥料。当然，考虑到与化肥相比，有机肥价格仍然较高，如何吸引更多农民使用是个需要解决的问题。第三个用途是用来生产沼气，将收集起来的海藻离心压缩后加入沼气池发酵产生沼气，废液经污水处理，废渣用作有机肥，这是处理海藻最理想的方式。05PARTFIVE青岛大学剑湖水质调查Ⅴ.青岛大学剑湖水质调查•提起青岛大学，不得不说过我们的剑湖。西院剑湖，润泽校园，如瑶池之霰，一水护园。远远望去，我们的剑湖还是相当美的。我们的剑湖水并没有异味，也很清澈。但是也是受到一定程度的污染。•剑湖有机物质的来源：•湖泊长期静止，水流不循环，导致有机物积累。•水中植物单一，水中活性小。•水生动物排泄物，动植物尸体。有人在湖里放鸭子，虽然这是一道美丽的风景线，但像水中投放的食物一定程度上使水体富营养化。•有人在湖边洗衣服，含磷洗衣粉污染水体。•曾见有人将废水倒入湖中•岸边垃圾堆积•解决措施①种植水生植物，养殖观赏泪鱼类—增加水中水质活性②定期排水③禁止乱丢垃圾④禁止非工作人员向水中投食