（环境工程专业论文）城市典型景观水体富营养化及其控制探讨.pdf

摘要 本论文的研究对象是以景观作主要功能的( 卫) 津河和主要用作生态居住区景 观人工湖泊水体的中水( 再生水) ，本论文称它们为典型景观水体。论文主要研究 内容是典型景观水体的水质及其变化，水体藻类生长状况和趋势，水体富营养化评 价，以及对景观水体水质标准修订的建议等。 城市水体存在的一个比较严重的污染问题就是水体的富营养化。我们以天津市 某中水公司的中水作为初步研究对象，发现尽管中水达到了国家再生水回用于景 观水体的水质标准的要求，它还是有藻类滋生的现象，即发生了富营养化。不仅 中水作为水源时，景观水体会出现富营养化，以卫漳河为例，作为天津市景观水体， 再经过改造后，与海河相连，完全是以自然水体作为水源，但是它同样出现藻类疯 长现象，夏季时甚至出现藻华。这说明作为城市典型景观水体的水源水，自然水体 和中水均存在富营养化发生的趋势。 2 0 0 2 1 0 2 0 0 3 5 期间对卫津河水八里台站进行定期监测，根据不同的国内外水 体富营养化的评价标准对该点水体进行评价，发现该点基本常年处于富营养化状 态，在夏季甚至达到极富营养化状态。根据其监测数据利用s p s s 软件对其c h l a 含 量和其他监测指标进行相关回归分析，发现该点温度、p h 、高锰酸盐指数和溶解性 硅酸盐的值和水体中叶绿素的含量具有相关关系，并得出他们之间的回归方程。因 该站点氮磷值过高，所以和叶绿素之间没有较好的相关性。 结合芳水园人工湖泊及其使用的中水进行藻类生长研究，该中水满足回用于景 观水的水质标准。实验室模拟藻类生长实验中观察到在l l 天内叶绿素浓度达到 4 4 3 8 u g l 显示该中水在模拟实验条件下具有滋生藻类的巨大潜力，可达到极富营 养化水平。以中水为主体水的芳水园人工湖泊在4 5 月间叶绿素a 浓度最高达到 “5 6 u g l ，处于极富营养化水平。对于特定地区再生水用于景观水体时，当考虑水 体的富营养化，则再生水的水质标准要做适当修订，以降低景观水体发生富营养化 的风险。本论文还对藻类控制做了一定的探讨。 关键词；富营养化景观水体中水( 再生水) 藻类 a b s t r a c t i nt h i sp a p e rt h em a i no b j e c t sw es t u d i e do na r ew e i j i nr i v e r , al a n d s c a p er i v e ri n t i a n j i n ，a n dr e c l a i m e dw a t e r r e u s e di nm a n m a d el a n d s c a p ew a t e ri ne c o r e s i d e n t i a la r e a w ec a l l e dt h e mt y p i c a ll a n d s c a p ew a t e r w em a i n l yd i s c u s s e dt h ew a t e rq u a l i t ya n di t s c h a n g ei nt y p i c a ll a n d s c a p ew a t e r , t h ec o n d i t i o na n d t r e n do f a l g a lg r o w t h ，e v a l u a t i o no f w a t e re u t r o p h i c a t i o na n ds o m es u g g e s t i o n so ne m e n d a t i o no fw a t e rq u a l i t ys t a n d a r d so f l a n d s c a p ew a t e r as e r i o u sp r o b l e mt h a te x i s t si nc i t yw a t e rb o d i e si se u t r o p h i c a t i o n ，n om a t t e rw h a t k i n do fw a t e rs o u r c ew i l lb e t h r o u g ht e s t i n gw i t i lt h ew a t e rf r o ms o m er e c l a i m e dw a t e r c o m p a n yi nt i a n j i n ，w ef o u n dt h a ta l t h o u g ht h ew a t e rm e tt h en a t i o n a ls t a n d a r d sf o r r e c l a i m e dw a t e rr e u s e di nl a n d s c a p ew a t e rt h e r ew o u l db em u c h a l g a ei nt h ew a t e r t h a t i s e u t r o p h i c a t i o no c c u r r i n g n o to n l yt h er e c l a i m e dw a t e rb u ta l s o t h en a t u r a lw a t e r b o d i e sw i l lb ee u t r o p h i c a t e d w e i j i nr i v e ri sag o o de x a m p l ew h o s es o u r c ei sh a ir i v e r t h e r ei sa l s om u c h a l g a ei nt h ew a t e re s p e c i a l l yi ns u m m e r w em o n i t o r e dt h eb a l i t a is t a t i o no fw e i j i nr i v e rf r o ms e p ，2 0 0 2t om a y , 2 0 0 3 a f t e r e v a l u a t i n g t h ed a t a sw i t ht h ee u t r o p h i c a t i o ns t a n d a r d sa th o m ea n da b r o a dw ef o u n dt h a tt h es t a t i o nh a da l r e a d y b e e ns e r i o u s l ye u t r o p h i c a t d w ea n a l y s i s e dt h ed a t a sw i t hs p s sa n df o u n dt h ef o l l o w i n gr e s u l t s t h e a m o u n to fc h l o r o p h y l li sc o r r e l a t e dw i t ht h et e m p e r a t u r e ，p h ，s i 0 2a n dc o d m a n dw eg a v et h e e q u a t i o n so ft h e s er e l a t i o n s s i n c et h e r ei st o om u c hn a n dpi nt h ew a t e gt h e r ei sl i t t l e r e l a t i o n s h i p b e t w e e nt h e s et w of a c t o r sw i t hc h l o r o p h y l l w ed i ds o m er e s e a r c h e so na l g a lg r o w t hw i t ht h em a i l - m a d el a k ei nf a n g s h u i y u a n a n dt h er e c l a i m e dw a t e rr e u s e di nt h el a k e t h i sr e c l a i m e dw a t e rc o u l dm e e tt h ew a t e r q u a l i t ys t a n d a r d su s e di nl a n d s c a p ew a t e r t h r o u g hs i m u l a t e da l g a lg r o w t he x p e r i m e n t s i nt h el a b o r a t o r yw ef o u n dt h a tt h ea m o u n to f c h l o r o p h y l lc a nb eu pt o4 4 3 8 u g l ，w h i c h s h o w e dt h a tt h i sw a t e rh a sg r e a tp o t e n c yt og r o wa l g a ei nt h es i m u l a t e de x p e r i m e n t a l c o n d i t i o na n dc a nb ee x t r a - e u t r o p h i c a t e d t h ea m o u n to f c h l o r o p h y l li nt h ef a n g s h u i y u a n m a n - m a d el a k ec o u l db eu pt o11 5 6 u g lf r o m a p r i lt om a y i n2 0 0 3 t h ew a t e rw a sa l s o e x t r a e u t r o p h i c a t d s ow h e nw et h i n ka b o u tt h ee u t r o p h i c a t i o ni nt h er e c l a i m e dw a t e r u s e di nl a n d s c a p ew a t e ri nd i f f e r e n ta r e aw es h o u l da m e n dt h es t a n d a r d so fr e c l a i m e d w a t e rq u a l i t yt or e d u c et h er i s ko fe u t r o p h i c a t i o n i nt h i sp a p e rw ea l s od i s c u s s e dt h e p r o b l e m o f a l g a lc o n t r o li nr e c l a i m e d w a t e r k e y w o r d s ：e u t r o p h i c a t i o n r e c l a i m e dw a t e r a l g a el a n d s c a p ew a t e r 1 1 第一章前言 第一章前言 1 1 水体的富营养化问题 水资源是保障人类生存和社会经济持续发展的重要基础。在地球上所有资源 中，水是最：芷贵而又最洁净的资源，同时是任何其它资源无法取代的有限资源。 由于水资源的有限，争夺或拥有水资源不仅是地区的问题，而且是一个国际性 问题。据资料记载，全世界近13 亿人缺少饮用水，2 0 亿人的饮用水没有保证。 我国也是一个水资源匮乏的国家，人口占世界人口的2 2 ，而淡水量仅为世界淡水 量的8 ，且时空分布极不均匀，南多北少，东部潮湿，西部干旱，开发利用的难 度大，使得许多城市和地区严重缺水，华北、西北地区和部分沿海城市尤为突出。 但问题不仅于此，在我国大部分城市和地区，本已极为有限的水资源却还遭受水污 染的冲击，使水资源水质恶化，水生态系统遭到破坏。 水污染一般有两个方面：一是有毒物质污染，可直接造成急性中毒，使水生生 物死亡，如重金属、酚、氰及放射性物质等。二是水质的富营养化。 富营养化是水环境中一种常见的且危害严重的水质污染现象，它是指水体接纳 过多的氮、磷等无机营养物，引起藻类和其它水生植物大量繁殖，水体透明度和溶 解氧变化，造成水质恶化，加速水体老化，从而使其它水生生态系统和水功能受到 影响和破坏，严重的甚至发生“水华”，影响水资源的利用。水体富营养化自2 0 世 纪6 0 年代早期出现后便不断加剧，几十年来，富营养化问题已经成为全世界范围 内普遍存在的环境问题，很多国家和国际性组织开展了大量的研究。 水体富营养化主要发生于湖泊、池塘、水库、海湾等相对“静水”水域，尤以 湖泊为典型。实际上湖泊富营养化是湖泊自然演变中的一种自然过程，在自然条件 下，由于水土流失、蒸发和降水输送等过程会使水体中的营养物质逐渐积累，使一 些湖泊从贫营养向富营养化发展，逐渐由湖泊变成沼泽，最后变成早地。不过这一 自然过程需要几千年甚至几万年才能完成。但是人类活动的影响会急剧的加速这一 过程，特别是现代生活中人类对环境资源开发利用活动曰益增加，工农业迅速发展， 大量的营养物质进入并积累在湖泊、海湾中，导致富营养化可以在短时期内出现。 以美国e r i c 湖为例，由于大量的营养物质排入e r i c 湖，该湖在1 9 0 0 年到1 9 7 0 年的 7 0 年问发生的富营养化进展相当于过去1 0 0 0 0 年的发展结果2 1 。 第一章前言 超过水体自净能力的大量营养物质进入水体，在适宜的光照、p h 和充足的营 养物质的条件下，天然水体中藻类通过光合作用利用营养物质合成自身的原生质， 其基本反应式为 1 0 6c 0 2 + 1 6 n 0 3 + h p 0 4 2 。+ 1 2 2h 2 0 + 1 8h + + 能量 + 光合作用一c l h 2 6 3 n 1 6 p i + 1 3 80 2 + 呼吸作用 由反应式可以看出，藻类繁殖所必需的成分中，碳、氮和磷是比较重要的营养元素。 藻类可以利用水中溶解的二氧化碳和有机物分解产生的二氧化碳作为自身生长所 需要的碳源。富营养化水体中的氮磷主要包括外部进入水体的氯磷，以及水体内部 自身底泥等沉积物释放进入水中的氦磷。一般来讲，氮和磷是藻类生长的限制性因 素。但从藻类对氮、磷的需求关系分析，生产力受磷的限制更为显著。这是由于某 些监藻具有生物固氮作用，即水体在缺氮条件下，只要存在充足的磷，某些固氮蓝 藻可通过吸收空气中的分子态氮，并转化为有机氮固定在细胞中。据估计，在一些 湖泊中，固氮微生物从大气中固定的氮量可达需氮量的5 0 【4 1 。当然也有少数湖泊， 氮对藻类的生长起主导作用。 温度和照度也是湖泊藻类生长的影响因子。2 5 3 7 是水华藻类生长的晟适温 度：6 0 0i x 到3 0 0 0i x 是最适合水华藻类异常增长的光照范围i 甜。p h 和溶解氧也是 藻类繁殖的重要条件。不同藻类对溶解氧要求不同，有的在低溶解氧条件下容易繁 殖，这也就是厌氧性富营养化湖泊在夏季多发水华的原因。p h 高，蓝藻生长较好， 不利防止富营养化，但p h 升高不利于底质中磷、铁、锰等物质的溶出，这一点一l - 义对防止富营养化有利。 富营养化是我国许多湖泊、水库的重大环境问题，已对这些水体的水资源利用 产生了严重的障碍，有的湖泊酿成了公害，造成了环境和经济上的损失。其危害主 要表现在以下几个方面： ( 1 ) 水质恶化 具体表现在水体中蓝藻和绿藻大量繁殖，浮游植物个体数剧增；水体中悬浮物 数量( 细菌等) 增加：产生有异昧的有机物质；深层溶解氧降低；营养化严重的发 生水华，严重破坏水体功能。 ( 2 ) 影响水厂供水 作为自来水水源的湖泊、水库，由于藻类的繁殖，造成自来水过滤池的堵塞和 第一章前言 过滤效率降低。于桥水库就因此产生水厂过滤系统障碍、处理费用大增的后果。 ( 3 ) 影响水产养殖 由于藻类的大量繁殖，引起水中缺氧，鱼类等水生动物面临窒息的威胁。同时 一些资料表明，在富营养化的湖泊中，水生生物的群落、种群结构会发生变化，一 些耐污种的个体数量猛增，相反一些非耐污种数量减少甚至消失。 ( 4 ) 对旅游业的影响 i j 发生富营养化，因藻类大量繁殖，水体透明度下降，水体浑浊，臭味弥漫， 使水体的旅游观光价值大减，甚至丧失旅游功能。 归根结底，水体富营养化就是过量的营养物质如n 、p 等进入水体，引起藻类 等水生植物过量繁殖而导致的一系列水质变化。基于此，一般富营养化的防治主要 从减少氮磷含量、控制藻类生长着手。对已经产生富营养化的湖泊、水库，应采取 综合治理的方法。 目前一般采取以下几种措施： ( 1 ) 营养赫控制 控制水体营养盐浓度是传统的富营养化防治措施，它基于限制因子原理，以实 验室藻类生长瓶法测定结果为依据，对于外源性污染采取截污、污水改道、污水除 磷，对于内源性污染采取了清淤挖泥、营养盐钝化、底层曝气、稀释冲刷、调节湖 水氮磷比及絮凝沉降等一系列措葳。 1 ) 以截污为代表的外源性营养盐及污染控制 ， 外源污染是湖泊营养盐的重要来源，截污是控制富营养化湖泊外源营养盐的首 要步骤。 重点削减点源的污染，对排污口进行控制，限制排放污水中氮磷含量：同时， 控制非点源污染，合理使用农药、化肥，防止水土流失，以减少氮磷流失。农田施 用化肥、农药及水土流失将氮、磷元素通过地表径流带入湖泊。一般施入农闻氮肥 只有部分被农作物吸收，而未被吸收的氮可达5 0 ，甚至达8 0 t ”。由于磷是产生 富营养化的关键因素，故应限制磷的含量，特别是限制含磷洗剂的使用。合成洗涤 剂限磷与禁磷措施并不能彻底的解决水体的富营养化问题，但这种措施却是减少磷 排放、降低富营养化水体总磷含量的成本最低，最简单直接的措施【5 1 。 但是，一些水体，特别是浅水湖泊，磷的负荷减少了7 5 9 5 ，湖水富营养化 第一章前言 状态却往往难见缓解。r e s t h e m e 湖截污后，水体的营养盐浓度虽然有明显降低， 但是湖水中的叶绿素浓度却未能降低【6 。1 9 7 5 1 9 7 8 年，芬兰v c s i j a t v i 湖在削减外 源污染( 磷负荷削减了9 3 ) 、湖水中磷由0 1 5 m g l 降到o 0 5 m g l 之后，蓝藻水 华依然肆虐了卜年多 7 】：荷兰的l o o s d r e c h t 湖群自1 9 8 4 年后，磷的输入降到历史最 低水平，但其富营养化程度却未见缓解【8 】。 对湖水营养黼浓度较高的富营养化湖泊，外源污染的影响已不十分明显。南京 玄武湖就是一个严重的富营养化小型浅水湖泊，1 9 9 0 0 3 完成了西家大塘的截污工 程。西家大塘曾是玄武湖西南湖区唯一的点污染源，截污后。尽管该湖区水体氮磷 有所下降，但c h l a 年均值仍呈上升趋势【9 1 。 有研究认为，对营养盐浓度较低的湖泊( 如t p o ，2 0 m g l ) ，藻类生长与营养盐 浓度已不存在f 相关。s a s f “】等指出只要水体可溶性活性磷高于0 1 0 m g l ，磷浓 度的降低就不可能导致藻类生物量降低。 c o o k e l l2 】指出营养盐控制忽略了湖泊内部营养黼循环及生物之间的相互作用， 而月山_ ：| - 内循环及外源污染难以彻底控制，因此，单纯控制营养黼对富营养化防治 往往难以见效j 。 2 ) 以清淤为代表的内源性营养盐及污染控制 对于已经发生了富营养化的湖泊，底泥释放磷是重要的内源性污染源。目前最 直接和有效地减少内源性磷源的方法是底泥疏浚，我国的滇池就在进行底泥疏浚。 采用此法，可将富含高浓度营养物的底泥层除去以控制藻类生长。与此同时，加深 了湖泊、水库，增加湖( 库) 容，也除掉并控制了大型植物。 底泥疏浚的缺点是成本很高，技术难度大，而且影响清淤结果的因素较多，有 时不能达到预期的结果i “”1 。近年来，滇池革海的清淤工程共清挖底泥4 0 0 i 吨， 耗资2 5 亿人民币。韩伟明研究了清淤挖泥对杭州西湖水质的影响，他指出目 前每年疏浚( 3 6 ) 1 0 4 m 3 底泥，对改善西湖水质效果不明显，湖水c h l a 依然呈上 升趋势。 3 ) 引水充污 引水冲污能够稀释营养盐和藻类浓度较高的湖水，但其稀释能力受引水方式、 引水量、引水水质等因素影响。 _ _ | 于稀释作用同时也减缓了藻类生长的密度制约压 第一章前言 力，引水冲污后藻类生长往往呈现加剧趋势。因此，对富营养化严重的湖泊应慎用 引水措施。 4 ) 营养盐的沉降和钝化 此法适用于底泥有较高磷释放量和湖外营养物已被截住的，缓冲力强的硬水型 湖泊、水库。实践中，多用硫酸铝( 明矾) ，如果加入的铝盐量足够，则底泥表层 将会覆盖上一层3 6 e m 的a i ( o h ) 3 ，使底泥中的磷钝化，从而阻止磷进入水中。 1 9 9 1 年g r e e n 湖投放了1 8 1 t 明矾和7 6 5 t 铝酸钠控制湖水营养赫，湖水总铝剂量达 8 6 m g l ，碱度( c a c 0 3 ) 达2 8m g ，l ，随后湖水透明度由i 9 m 上升到6 1 m ，总磷 办有明显下降 。但它使水的透明度增加许多，易产生杂草由浅水区向深水区漫延 的现象。 ( 2 ) 直接除藻 用化学药品( 如硫酸铜和其他除藻剂) 控制藻类可能是最原始的方法，化学药 品可快速杀死藻类，但死亡藻类所产生的二次污染及化学药品的生物富集和生物放 大对整个生态系统的负面影响较大，而且长期使用低浓度的化学药物会使藻类产生 抗药性，因此，除非应急和健康安全许可，化学杀藻目前一般不宜采用。 用机械方法收获湖水中大量藻类，可短期内快速有效的去除湖水中的藻类及藻 华，但该法往往需要耗费大量的劳力和能量，而且随着藻类的生长，需要不断地收 获。而且许多富营养化湖泊往往没有单纯的良好的藻类资源，收获藻类难以取得相 应的直接经济效益。 1 9 9 9 年昆明世博会期间，采用了生化、微生物和化学的“综合抑藻法”，在滇 池草海进行了大面积开放性生产试验，湖水透明度明显提高，藻类数量显著降低， 水质感观和景观等均好与往年。但其长期生态效应、除藻效果的稳定性等尚待进一 步研究。 ( 3 ) 生物调控 生物调控即在富营养化水域中种植高等水生植物，或养殖水生动物吸收利用水 中的营养盐，从而除去水体中的氮磷这种治理方法己引起国际同行的极大关注。 生物调控最早是由s h a p i r o 1 9 1 提出的，对应于传统的营养盐控制技术，生物调 控是管理生物相组成，通过管理湖泊内较高层次的消费者生物，而控制藻类，实现 水质管理目标。一般采用捕获、毒杀鱼类以增加浮游动物以及直接放牧湖泊浮游动 第一章前言 物提高浮游动物现存量两种方法增加浮游动物种群以控制藻类爆发，也有研究根据 “下行效应”原理，提出直接用滤食性鱼类摄食浮游植物，并取得了理想的试验效 果f 1 8 2 0 1 ，但是，尽管鱼类大量摄食浮游植物，却未能降低浮游植物生物量，相反促 进了小型藻类的生长 2 1 - 2 4 】。武汉东湖的蓝藻肆虐多年，自1 9 8 5 年起突然消失后， 至今未见复发，有人认为鲢鳙鱼的大量放养是水华消失的决定因素【20 1 。不过，水华 消失后，东湖的富营养化程度并没有降低，而是呈现加速发展趋势 2 3 - 3 5 】，小型藻类 暴发，浮游植物生物量呈现上升趋势，水质愈加恶化。 生物调控在营养盐管理已经失败的富营养化湖泊中已显示出明显的治理效果， 且其费用低，但许多成功的实例往往是短期的，其稳定性研究有待于强化 2 5 】。 众所周知，水生高等植物不仅能够快速吸收水体和沉积物中的营养盐 2 6 - 3 1 】，分 泌产生他感物质抑制浮游植物的生长f 3 2 玎】，而且对湖泊生态系统的物理、化学特性 办有重要影n 1 6 j i ：3 4 - 3 7 1 。j a p p e s s e n 等 3 8 】指出，生物调控后湖泊能否保持清水状态，很 大程度上依赖于恢复的水生高等植物的发展。因此，水生高等植物被广泛应用于降 低湖泊水体营养盐负荷、控制藻类生长和调节湖泊生态系统等。但是，水生高等植 物在富营养化湖泊中存在生存压力，其生存的主要压力是富营养化湖泊水体透明度 降低，此外，也有研究指出藻类可以抑制水生高等植物生长口9 4 0 1 。 ( 4 ) 污水的脱氮除磷 氮磷营养盐是造成水体富营养化的元凶，而磷则是其罪魁祸首。所以污水的除 磷尤为重要。 污水除磷的方法有化学除磷与生物除磷法。化学沉淀法除磷是一种应用较早的 除磷技术。采用的药剂主要是铁盐、铝盐、石灰，此法具有管理方便、占地面积小、 投资少、处理效果好等优点，因此得到了广泛的应用，尤其是在瑞典、瑞士、芬兰 等国家。但是与生物除磷相比，化学除磷要产生大量的化学污泥，这些化学污泥不 但很难处理，且可能有毒性，造成二次污染。人们对化学除磷法进行了深入的研究， 试图克服化学法的缺点，主要有开发新型的化学药剂、设计新型的反应器以减少药 剂的使用量。有报道v a nd i j kj c 等人设计新型的流化床沉淀反应器，可以回收磷 肥。 生物除磷技术于8 0 年代在欧洲得到广泛使用，其除磷原理是用聚磷菌在好氧 情况下过量吸收水中的磷化合物，在厌氧条件下释放磷到水体中，从中摄取能量进 第一章前言 行自身的生命活动。微生物在好氧条件下吸收的磷比厌氧条件下释放的磷多。因此， 水体中的磷得到去除。由于污水中同时存在含氮化合物，也是造成富营养化的原因。 所以，目前的生物除磷工艺大多是同时考虑了脱氮的要求，由于氮化合物只能通过 生化处理的方式实现，所以目前污水除磷脱氮工艺都是优先考虑脱氮，在满足脱氮 的前提条件卜尽可能的实现除磷功能。比较常用的生物脱氮除磷工艺有a o ，a 2 o ， s b r 法等。 1 2 城市景观用水 随着我国经济的迅猛发展，城市规模的不断扩大以及人口的增加，城市用水量 和废水量不断增加，造成城市水源水量日益不足。由于近8 0 的污水未经有效处理 就直接排入自然水体，已使全国近4 0 的河段遭受污染，9 0 以上的城市水域被严 重污染，近5 0 的重点城镇水源不符合饮用水标准【4 2 1 。水环境质量的不断恶化，导 致可利用水资源的进一步减少和水资源供需矛盾的加剧。因污染导致缺水城市的比 例越来越大，缺水量越来越多；据统计，1 9 9 5 年6 2 0 多个城市中有3 0 0 多个缺水， 全国城市同缺水量达1 6 0 0 万吨【l 】：1 9 9 8 年有城市6 6 8 座，日缺水量达1 6 5 0 万吨f 4 3 】。 曰前，天津、长春、大连、烟台、威海、唐山、秦摹岛等大中城市已出现供水紧张 局面。 我国是一个发展中国家，在过去5 0 多年中虽取得了举世瞩目的成就，但我国 社会经济的持续发展正面临着水危机的严重挑战，每年因缺水而造成的经济损失达 1 2 0 0 亿元【4 4 1 ，水资源短缺已成为我国经济发展的限制因素，必须引起高度重视。 为缓解水短缺、水污染给人类生存发展带来的压力，人们采取了一系列相应的 措施，包括污染的预防、污水的治理、节水以及污水资源化利用等。其中很重要的 一项措施就是将城市污水处理厂二级出水进行深度处理，使之达到一定标准并能作 为再生资源加以应用，我们称之为中水( 或再生水) 。 因为废水回用在一定程度上能够缓解水资源的危机，许多国家都将城市污水回 用作为解决缺水问题的选择方案之一。不少国家已着手建筑中水道系统的研究和实 施，各国根据自己区域特点确定出适合其国情的中水回用技术。 回用的几个主要方向为： ( 1 ) 农业灌溉。城市污水回用于农田灌溉时，通常对其处理程度要求不高，处理 后一般仍含有较高的氮、磷、钾等成分。用于灌溉可以给土壤提供水分和肥分，增 第一章前言 加农作物产量，同时可以减少化肥用量，而且通过土壤的自净作用能使污水得到进 一步的净化。因此，将处理后的污水应用于农业灌溉既可以取得经济效益，又可以 保护环境，是一种符合可持续发展的回用方式。但是必须认真考虑水中存在或者有 可能存在的致病生物在公共卫生方面可能造成的影响，以及污水对农作物生产、土 壤结构及土壤中金属和其他有毒物质积累等农学方面的影响。 ( 2 ) 工业用水。工业回用对象一般用水量较大。对处理程度要求不高的冷却水和 工艺低质用水，污水处理厂二级处理出水只需进行物化处理即可满足许多工业用水 水质要求，处理工艺简单，成本低。可见工业回用是污水资源化利用的主要方式之 一。在美国，有3 0 0 余座城市实现了污水处理后再利用，回用总量的4 0 5 回用于 i , i t , t 4 5 1 ；f | 本城市污水回用总量的4 1 回用于工业f 4 6 】。 ( 3 ) 城市用水。有些国家将污水处理厂二级出水处理到饮用水程度，如美国丹佛 市同处理3 7 8 5 m 3 的污水回用于饮用水的示范工程在1 9 8 5 年开始运行；而另一种 则是将污水处理厂二级出水处理到非饮用水程度。对于前一种，因其投资较高、工 艺复杂，非特别缺水地区一般不常采用，多数国家则是处理到非饮用的程度。实践 证明，现有技术完全可以将出水水质提高到大多数饮用水水源水平，处理后的污水 回用于饮用水是可行的，但目前仍没有解决好回用废水作饮用水而带来的公共卫生 方面的问题，因此，一般不要轻易回用作为饮用水。通常情况下，将污水处理到非 饮用水程度，作为中水回用于清洁、绿化、洗车、消防，或补给河湖、地下水。研 究表明，中水的长期使用不会对用水器具产生不利影响【4 8 ；其水质也满足消防要求， 对消防系统几乎不产生危害【4 9 】。 1 9 8 7 年以色列全国已有2 1 0 个市政污水回用工程，城市污水回用率达7 2 t 5 0 1 ： 1 9 9 6 年纳米比亚温得和克市污水回用量达到2 1 0 0 0 m 3 d t 5 1 】；l i m a s s o l 每年有 3 5 0 0 0 0 0 m 3 循环使用，回用于地下水补给、高尔夫球场浇灌等各方面 5 2 】。1 9 6 0 年美 国科罗拉多州修建了一套中水回用系统提供高尔夫球场、公园、高速公路等的景观 用水。1 9 7 7 年，佛罗里达州建成一套2 0 0 k m 长的中水系统为公园、高尔夫球场、 校园、住宅区草地、冷却塔提供水源5 ”。我国北京市目前也已建成首都机场、中国 国际贸易中心、清华浴池等几十项中水工程，总设计能力3 0 0 0 m 3 de 5 引。 随着我国城市化进程的加快与可持续发展战略的实施，城市综合治理与城市水 环境保护已逐渐提到同程上来。我国很多城市都对那些流经城区、因污染严重已变 第一章前言 得黑臭的老河道进行了整治工作，但往往在投入巨额资金实施了污水截流、河道清 淤，河底硬化、堤岸砌石等治理工程之后，臭水河变成了无水河。由于一些城市周 边可利用的地表水资源较为匮乏，为了保持城市景观的游览水面，在河道中设置了 多道橡皮坝截流或引流蓄水，甚至打深井汲水或放入自来水来维持治理后的河道， 然而截流水体经过一段时间后水质即逐渐劣化而变得黑臭，须放掉重新蓄水，这在 社会、经济与环境效益等方面都是很不台理的。因此，近年来一些城市在建设了大 型城市污水处理厂后。丌始考虑将污水处理厂的出水进一步处理后作为这些干涸河 道的景观补给水，我国石家庄、慈溪、郑州、北京等地均己开始实施或计划实施此 类工程。这些工程为我国再生水回用于景观水体的大规模实践起到了积极的推动作 用 再生水回用与景观水体一般可有以下几种方式： 允许人体全部接触的娱乐性景观水体： 允许人体部分接触的娱乐性景观水体： 不允许人体接触的单纯观赏性景观水体； 储水式池塘。 允许人体全部接触的娱乐性水体要求污水处理程度很高，水质应与饮用水相 同，故处理费用相应很高；允许人体部分接触的娱乐性景观水体对感官和卫生条件 都有一定要求；不允许人体接触的观赏性景观水体只满足城市水景的需要，因此感 官和卫生条件比允许人体部分接触的娱乐性景观水体要低，处理费用相应也低；储 水式池塘即城市补充水源，这类回用方式完全为了满足缺水城市绿化、灌溉等需要， 因此要着重考虑的是灌溉的对象及灌区周围的环境。 将污水回用于人工湖泊、景观池塘、景观河道补充水及储水式池塘，既不像回 用于允许人体全部接触的娱乐性水体那样要求污水处理程度极高( 再生水回用于景 观水体的水质标准具体见表1 1 ) ，也不像回用于全部由再生水组成的景观河道那样 要求水量极大，可以认为在我国目前的条件下，这几种回用方式不仅实用，而且经 济可行。 第一章前言 表1 1再生水回用于景观水体的水质标准 单位m g ，l 。 序号 项日 标同用类型 准 值 人体非直接接触人体非全身性接触 基本要求 色度( 度) p h 化学需氧赶( c o d ) 五日生化需氧量( b o d ) 悬浮物( s s ) 总磷( 以p 计) 凯氏氮 人肠菌群( 个l ) 余氯。 全盐量 氯化物( 以c 1 计) 溶解性铁 总锰 挥发酚 石油类 1 7 i 阴离子表面活性剂 p h 及注明单位处除外。 为管网末梢余氯。 1 0 为夏季水温超过2 5 ( 2 时采用值。 2 0 0 0 为盐碱地区采用值。 无漂浮物无令人不 愉快的嗅和味 无漂浮物，无令人不 愉快的嗅和昧 3 0 6 5 9 0 5 0 1 0 1 0 1 o 1 0 5 0 0 0 2 一l0 1 0 0 0 2 0 0 0 3 5 0 0 4 l ，0 o 1 1 0 0 3 1 3 本论文的研究日的意义和内容 经改造后的天津市( 卫) 津河的主要功能是景观水体。天津市房地产业推出的 人工生态居住区中逐步设置人工景观湖泊，湖泊中的用水推荐用中水。本论文选择 两种水体为研究对象，并统称为城市典型景观水体。 随着城市化进程和人民生活水平的提高，城市住宅建设和房地产的兴起和竞 o 如 川 如 抛 ” 咖 恻 渤 附 吣 如 如 抛 ” 渤 吣 2 3 4 5 6 7 8 9 他 ” m 第一章前言 争，在居民区建设人工湖泊等景观水体似有增加的趋势。就天津市的情况而言，已 有多处居住小区在建人工湖泊，加上其它的景点设置，称为生态小区。 由于北方地区水资源紧缺，饮用水有限，景观用水受到定程度的限制，因此 人工湖泊用水问题很大程度上指望由达到景观用水标准的中水来解决。由于人工湖 泊用水量较大，中水公司产生的中水有销路，有经济效益，因此也能促进中水公司 研制制备中水的技术，推动二级出水的回用进程。 但是，我圈各地的中水由于地区差别和处理水工艺差别，所制备出的中水水质 也有差别。就天津市某中水公司制备的中水当用于人工湖泊景观水体时，经初步试 验发现存在藻生长的倾向，也就是说存在水体富营养化的可能性。富营养化是再生 水作为娱乐性、观赏性人工水体的最大障碍。 作为城市景观水体的水源，不仅中水会发生富营养化问题，自然水体同样也会 出现此类状况。以卫滓河为例，卫津河水原含有污水处理厂出水，因其水体极度恶 化，严重影响了城市整体美观故天津市于2 0 0 0 年开始对其进行改造，使卫津河 与海河相通，后者成为其水源。但尽管如此，外观上卫津河仍然出现水华，说明自 然水体作为景观水体时同样存在着富营养化问题。佟玉洁等研究了2 0 0 0 年的( 卫) 滓河水质，结果表明该水体处于中富营养化和极富营养化水平。 本论文的主要研究内容是，一方面通过对卫津河水八罩台站的监测得出城市典 型景观水体中藻类生长的主要影响因素，为富营养化的控制提供进一步的理论基 础；另一方面结合芳水园人工湖泊及其使用的中水进行藻类生长研究，对几种不同 的抑藻方案进行筛选，找出能够较好的控制藻类的药剂及量，并在此基础上得出中 水应用于景观水体时不发生富营养化的临界值，为中水再景观水体中的应用提供依 据。 本论文的研究结果将有利于了解和解决中水在城市景观水体使用中出现的富营 养化问题，探讨回用于景观水体的中水可能需要达到的水质标准：在回用的循环过 程中，应用适当的方法进行处理，减少藻类的生成，以有效地避免或减少富营养化 的发生。这样能够大量的节约有限的淡水资源，使废水得到更有效的利用，缓解水 资源短缺的矛盾，使我国社会经济得到持续的发展。 第二章卫津河八里台站水体营养评价 第二章卫津河八里台站水体营养评价 2 1 实验仪器及方法 2 1 1 实验仪器 7 5 2 紫外光栅分光光度计，高压灭菌锅，高速离，t l , 机，p h 计，冰箱，温度计 2 1 2 取样及预处理 2 0 0 2 年1 0 月2 0 0 3 年5 月期间，定期于南开大学东校门卫津河水面下l o o m 处取水样若干。水样部分用0 4 5um 滤膜过滤，待用。2 0 0 2 年1 2 月2 0 0 3 年2 月 为冰封期，故没有采样。 2 1 3 监测项目及分析方法 依据湖泊富营养化调查规范( 第二版) 1 5 6 ，选取温度、p h 、总氮、总磷、 总溶解磷、氨氮、高锰酸盐指数、可溶性二氧化硅和叶绿素a 等指标作为监测项目。 分析方法见表2 1 ： 表2 1 测试项目及方法 具体实验步骤详见湖泊富营养化调查规范( 第二版) 。 叶绿素的测定方法可分为分光光度法和荧光光度法，本实验采用分光光度法。 具体操作如下：用0 4 5 1 t m 滤膜过滤一定体积水样，保留滤膜上的物质。将滤膜取 第二章卫津河八里台站水体营养评价 出放于管中，向管中加入l o m l 无水乙醇旧，放于冰箱冷藏室浸泡2 4 小时，使藻类 中的叶绿素充分溶出。在3 5 0 0 r p m 下离心5 r a i n ，取上清液用分光光度计以无水乙 醇作参比测其各波长的吸光度，利用公式计算得出c h l a 值。其计算公式如下州： c a = 1 1 8 5 ( o d 6 6 4 ) 一1 5 4 ( o d 6 4 7 ) - o 0 8 ( o d 6 3 0 ) 洲a ( m g m 3 ，= 锅嬲辫 其中，c 。是叶绿素a 的浓度； o d 6 6 4 ，o d 6 4 7 ，o d 6 3 0 分别是相应波长的校正吸光度值； c h l a ( m g m 3 ) 是样品中的叶绿素浓度。 2 2 实验结果与讨论 2 2 1 实验结果 监测实验数据见表2 2 。 表2 2 卫津河水八里台站监测数据 监测 t nd t nt pd t p 氨氮s i 0 2c 0 d d h t p 0 4 c h l a 时间( m g j )( m 1 )( m g ，1 )f m g i )( m g ，i )( m j )( m 窖，i ) ( ) ( 1 1 1 9 i )( u g i ) 1 0 2 25 23 50 6 8 40 3 2 81 9 4 35 3 38 78 4 50 2 66 53 3 1 0 2 54 3 7 61 9 0 30 4 5 80 4 1 49 7 28 8 50 0 9 39 9 6 7 1 0 2 95 3 9 63 3 5 7o 5 70 3 52 4 5 83 9 79 5 88 2 670 2 56 8 9 8 1 0 3 15 7 83 3 10 7 4 4o 3 71 8 6 62 8 68 3 48 6 47o3 22 9 9 5 】10 3 3 42 4 80 3 0 30 1 6 31 2 22 4 57 0 28 3 64o 1 0 81 97 4 1 l ，0 93 0 92 1 80 2 20 1 90 7 7 61 4 66 5 3 48 4 870135 20 6 1 1 43 0 1 61 9 3o 2 9o 1 10 2 0 8o 2 56 4 98 4 65 50 0 7 1 1 2 85 ，0 94 9 60 0 40 0 1 80 79 6 64 1 27 7 932 8 8 3 0 324 123 0 40 0 4 60 0 1 7l ，0 5 83 3 0 8 5 44 3 1 026 6 72 1 6 70 15 70 0 2 91 74 0 25 2 48 2 663 1 5 6 3 1 725 7 520 4 4o 13 50 0 4 310 34 1 94 98 6 561 2 0 6 3 2 425 322 400 6 l0 8 7 522 05 9 38 1 48 52 52 0 3 3 13 0 2250 1 2 40 0 3 20 2 3 57 8 98 6 41 304 2 1 5 箜三主墨兰塑全墨鱼苎坐堡量查塑竺 40 731 4 4l9 301 1800 2 500 9 7l0 5 88 3 486 41 7o1 1 2 4 41 431 0 62 0 2 101 9 400 401 303 6 95 0 48 6 21 607 64 3 42 i33 6 52 0 9 901 5 60 0 40 1 7 6o 8 87 2 687 21 70 0 0 89 71 7 5 1 043 23 3 lo 1 9 50 0 2 41 1 60 0 4 69 1 99 0 81 90 0 0 71 6 7 4 5 】726 5l ，6 0o 18 5o0 3 30 5 3 4n d8 8 92 008 8 ，7 8 ( 注：表中持号意义：t n 一总氯d t n 一溶解性息氰。t p 一总磷。d t p 一总溶解性磷 t 一温度c h l a 一口 。绿素q 。s o z 一溶解性硅酸盐) 2 2 2 数据分析与讨论 1 卫津河八里台站水体水质初步评价 依据中华人民共和国国家标准地表水质量标准g h z b l 1 9 9 9 ，控制湖泊水 库富营养化的特定项目按表2 3 执行： 表2 3 控制湖泊水库富营养化的特定项目标准单位：m 以 序号 分类 i 类i i 类i i i 类【v 类