水体富营养化评价与治理

水体富营养化与控制2012年8月武汉东湖蓝藻水华赤潮水体富营养化水体富营养化(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。一总磷、总氮等营养物质超标二缓慢的水流状态(水的流速和水库水深）三适宜的光照和温度move•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。•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。•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。•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。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10umg/L.卡尔森指数是美国科学家卡尔森在1977年提出来的,这一评价方法克服了单一因子评价富营养化的片面性,而是综合各项参数,力图将单变量的简易与多变量综合判断的准确性相结合。卡尔森指数是以湖水透明度(SD)为基准的营养状态评价指数。式中:TSI为卡尔森营养状态指数;SD为湖水透明度值(m);chla为湖水中叶绿素a含量(mg/m3);TP为湖水中总磷浓度(mg/m3)。2、湖泊富营养化评价的卡森指数)()(1jTSIwTSImjj贫营养,30)(TSI中营养,50)(30TSI，轻度富营养60)(50TSI，中度富营养70)(60TSI，重度富营养70)(TSI为了弥补卡尔森营养状态指数的不足,日本的相崎守弘等人提出了修正的营养状态指数(TSIM),即以叶绿素a浓度为基准的营养状态指数。例题2009年3-6月香溪河监测断面月平均检测值监测断面月份总磷（mg/L)叶绿素a(mg/L)透明度（m）泗湘溪30.1210.0011.840.0833.3351.950.056-11.560.2321380.5长沙坝30.0540.0012.440.011.7582.350.06711.8221.960.10717.80.606.555.2ln8.1ln53.169.346.2105.2lnlnSD53.169.346.210)Im(5.512ln8.1ln6102lnlnSD610)(SDTSSDTSI监测断面月份TSIM(TP)TSIM(chla)TSIM(SD)泗湘溪371.32360428-50.7882478455.05634214466.5926557637.745092954.15354081561.654133158.10070319679.4933786178.3739116476.44506425长沙坝361.19769728-50.7882478450.25269679440.0323757430.7571811250.96334689563.9049696651.5560971954.15354081669.7803608356.0223243573.40070319利用综合指数法计算：52.6128.481834.086.681790.051.581879.031.612663.0711834.0)()(28.48)89.5661.2109.0(10)661.2109.0(10)(86.68)33.2694.1453.5(10)694.1453.5(10)(51.58)11.0624.1436.9(10)624.1436.9(10)(31.61)31.28086.15.2(10)086.15.2(10)(71)36.094.1118.5(10)94.1118.5(10)(1jTSIwTSILnLnCODCODTSILnLnTNTNTSILnLnTPTPTSILnLnchlachlaTSILnLnSDSDTSImjjMNMN•富营养化的防治是水污染治理中十分棘手而又代价昂贵的困难问题——原因有三：⑴导致水质富营养化的氮、磷营养物质既有天然源，又有人为源；既有外源性，又有内源性；既有点源，又有非点源，这给控制污染源带来了显而易见的困难。⑵营养物质去除难度高。至今还没有任何单一的生物学、化学和物理措施能够彻底去除废水中的氮、磷营养物质。通常的二级生化处理方法，只能去除30%～50%的氮和磷。⑶某些处理措施在理论上或者在一定的条件下是可行的，但是，在实际上或者在大范围内，则往往达不到预期效果。1•控制外源性营养物质输入2•减少内源性营养物质负荷3•去除污水中的营养物质控制外源性营养物质输入绝大多数水体富营养化主要是外界输入的营养物质在水体中富集造成的。如果减少或截断外部输入的营养物质，就使水体失去了营养物质富集的可能性。从长远观点来看，要想从根本上控制湖泊水体富营养化，首先应该着重减少或者截断外部营养物质的输入。控制外源性营养物质可以采取以下措施。（1）制订营养物质排放标准和水质标准。制订向水体排放营养物质的标准，是为了达到符合规定的水体营养物质浓度的水质标准。当确定某一湖泊水体的主要功能后，可根据水体功能要求再制订相应的水质氮、磷浓度的允许标准。（2）根据湖泊水环境磷容量，实施总量控制。对湖泊的环境磷容量进行测算后，我们可以据此制订磷排放量的逐年削减和分配排放磷的总量控制办法。同时，严格的行政管理措施也是必不可少的。就目前普遍使用的洗涤剂而言，除少数几个国家洗涤剂中的磷含量低于2%，一般洗涤剂都含有5～12%的磷酸盐成分，这使进入水体的磷相当可观。因此，采用行政措施控制洗涤剂中的磷含量，推广使用行政措施控制洗涤剂中的磷含量，推广使用无磷洗衣粉等不失为一种控制磷的方法。对违反总量控制计划规定的单位，应该采取相应的约束措施，如加倍收费或者罚款等。（3）实施截污工程或者引排污染源。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本条件。因此，从长远观点来看，这样的投资是必须的。（4）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。只要合理规划利用土地，最大限度地防止土壤侵蚀和地表径流过份漫流，如在建筑物、农田安排自然排泄系统，就可以减少被暴雨或融雪冲走的氮和磷。同样，保护湖边绿化带、集中收集饲养场的家禽粪便等也是控制面源营养物质的方法。减少内源性营养物质负荷•1生物性措施生物性措施是指利用水生生物吸收利用氮、磷元素进行代谢活动这一自然过程达到去除水体中氮、磷营养物质目的的方法。它的最大特点是投资省，有利于建立合理的水生生态循环。在浅水型的富营养湖泊，通常种植高等植物，如莲藕、蒲草等，随着这些水生植物收获，氮、磷营养物也就随着水生植物体一道离开了湖泊水体。这种方法适用底泥中营养物质积累丰富的浅水湖泊，是一项既有经济效益又有明显环境效益的可行措施。•2工程性措施工程性措施主要包括挖掘底泥沉积物、进行水体深层曝气、注水冲稀等。控制底泥对改善那些底泥营养物质含量高的水体是一种有效的手段，但需注意挖掘底泥的地点和深度。它减少了已经积累在表层底泥中的总氮和总磷量，减少以至消除了潜在性内部污染源。而且通过挖掘底泥可以加深湖泊水体的深度，实际增加了湖泊环境容量，最终仍能起到降底湖泊水体营养负荷的作用。深层曝气适用于湖水较深而出现厌氧层的水体。磷容易在厌氧条件下从底泥中释放出来，采取定期或不定期人为湖底深层曝气充氧，使水与底泥面之间不出现厌氧层，有利于抑制底泥磷释放，对改善水质有利。注水冲稀的一种手段是在有条件的地方，用含磷和氮浓度低的水注入湖泊，起到稀释营养物质浓度的作用，这对控制水华现象，提高水体透明度等有一定作用，但营养物绝对量并未减少，不能从根本上解决问题；另一种手段是换水，这是针对临江湖泊的方案，起到江水取代湖水，以流动的贫营养水代替停滞的富营养水的目的。•3化学方法这类方法包括凝聚沉降和用化学药剂杀藻等。对那些溶解性营养物质如正磷酸盐等，采用往湖中投加化学物质使其生成沉淀而沉降。而使用杀藻剂可杀死藻类，这适合于水华盈湖的水体。藻类被杀死后，水藻腐烂分解仍旧会释放出磷，因此，死藻应及时捞出，或者再投加适当的化学药品，将藻类腐烂分解释放出的磷酸盐沉降。去除营养物城市生活污水及某些工业废水中含有较高浓度的氮、磷营养物质，一部分氮、磷能够通过二级生化处理过程被微生物去除，利用生物法进行脱氮除磷是一种比较适用的方法。但由于城市污水中的氮、磷浓度往往要比活性污泥生长所需要的浓度高出2～5倍，所以污水中仅有30%～50%的氮和磷被活性污泥去除，余下50%～70%的氮和磷将随二次废水排出。利用物理化学方法去除污水中的氮、磷营养物质可以采用以下方法：•（1）铁盐凝聚沉降法三价铁盐易与磷酸盐反应生成不溶性的磷酸铁。二价铁盐也能和污水中的磷反应生成不溶性沉淀物。•（2）铝离子交换法铝离子与磷酸盐具有特别强的亲合力，可以选择性地从废水中去除磷。而后，用高浓度的氢氧化物，如氢氧化钠回收铝，再用石灰回收氢氧化钠，回收的铝和氢氧化钠可以循环利用。但从经济性角度考虑，铝离子交换法需谨慎选用。•（3）石灰凝聚与氨气提法比较实用而且比较经济的方法。在pH值偏碱时，石灰与磷发生反应，生成磷酸盐和无机氢氧化物，磷酸盐和悬浮物质随反应生成物凝聚沉淀下来，达到去除