（环境工程专业论文）生物强化技术改善太湖梅梁湾水源地水质的研究.pdf

摘要 生物强化技术 改善太湖梅梁湾水源地水质的研究 研究生：詹旭导师：吕锡武教授东南大学 摘要 利用两种新型的人工载体a c p ( a n g u l a rc u b i cp o l y s t y l e ) 和p m ( p o l y s t y l em i t u r e ) 实现生物强化技 术，对湖水中的土著微生物进行有效富集，构建出丰富的生物相，通过人j ：载体表面上多种微生物 的共同协同作用来去除去除氮磷、藻类、有机物、藻毒素等污染物，进一步修复水源地生态系统， 提高生态系统的自净能力，最终达到持续改善水源地水质的目的。论文通过中试与小试相结合的方 式，引入太湖梅梁湾原水，进入试验池，考察不同人：工：载体密度、不同停留时间作用下的人工载体 改善水质效果情况，并确定了最佳的人】：载体密度和停留时间；通过对人j ：载体生物特性的分析， 对人j ：载体进行有效的改进；对藻毒素、持久性有机污染物( p o p s ) 等微量有机物进行了降解实验； 利用现代分子生物学技术探索了生物强化系统中微生物学特性；并运用该技术构建新型生态系统作 了系列研究。结果表明，利用生物强化技术进行水源地水质改善效果明显，水源地生态系统得到一 定程度的修复。 当人j f ：载体a c p 和人- 1 ：载体p m 的密度从7 8 、1 3 1 增加到1 8 2 时，浊度、总氮、氨氮、 总磷、有机物的去除率有所增加，其中人：f ：载体密度从7 8 增加剑1 3 1 时污染物的平均“比去除 率”高于人 ：载体密度从1 3 1 增加到1 8 2 。当水力停留时间从3 d 、5 d 增加剑7 d 时，考察生物 强化技术对浊度、氮、磷、有机物、藻类的去除效果。随着水力停留时间的延长，这些污染物指标 的平均去除率得剑显著提高。增加水流速度对t n 、n h 3 - n 、t p 的去除有一定的促进作用，而对 c o d m 。、u v 2 5 4 、t o c 、d o c 等有机物的去除收效甚微。 对人工载体上的生物膜厚度、生物膜重量、生物餐、生物活性分析，结果表明：不同位置的生 物分布大不相同，综合比较结果，试验池横向2 - - 6 m ，纵向o 1 2 m 位置的人j ：载体相比较其它位 置的人j i ：载体，其生物分布较为丰富。 通过对人丁载体a c p 和p m 的生物量和生物活性等人丁载体表面的生物特性分析，对人j i ：载体 a c p 和p m 作了进一步改进后，得剑改进后的组合人1 ：载体，微生物试验表明，改进后的组合人工 载体在富集微生物的生物量和生物活性较朱改进前提高了2 0 4 0 。 污染物去除效果方面，当改进后组合人：r ：载体的密度为1 3 1 、水力停留时间为7 d 的条件下， 改进后的组合人j ：载体对浊度、t n 、t p 、c o d m 。、c h l - a 的平均去除率达剑了最高，分别为8 7 0 7 、4 1 1 4 、7 0 4 2 、3 2 3 8 、8 0 8 2 。与改进前两种人：i ：载体各自对水体中污染物的去除效果 比较，改进后的组合人j l ：载体进一步改善了水质状况。对水中微囊藻毒素的降解效果结果表明， t m c l r 的降解率达剑了9 9 7 3 ，t m c r r 的降解率达到了9 7 1 0 ，e m c r r 的降解率达剑了7 5 4 4 ，对e m c l r 的降解率达剑了1 0 0 ，改进后的组合人- 1 ：载体对微囊藻毒素的降解效果显若。 对p o p s 的降解试验表明，通过c a 7 m s 分析水源地原水的有机物种类，共检测出2 4 种常见的 有机物，经过人j i ：强化富集微生物处理后，g c m s 显示，对总峰面积的去除率为6 6 5 7 。其中， 原水检测中出的硝基苯、l ，2 ，4 二氯苯、阿特拉津、邻苯二甲酸_ 二f j 酯的浓度均低于地表水环境质 量标准( g b 8 3 8 3 2 0 0 2 ) 中各自的限值标准，表明原水朱受剑这儿种有机物的污染。 当改进后组合人i ：载体的密度为1 3 1 时，考察不同水力停留时间对特定有机污染物的降解影 响考察，7 d 后硝基苯的降解率接近1 0 0 ：1 , 2 ，4 三氯苯的降解率为9 1 7 3 ，阿特拉津的降解率为 8 2 2 l ，邻苯二甲酸_ 二j 酯的降解率为9 0 5 6 。随着水力停留时间的延长，微鼙有机物的降解效 果得以提高。 对动态降解试验池中的特定有机物的降解菌进行分离、培养、提纯，挑选得剑降解硝基苯的一 菌株，经鉴别为芽孢杆菌属( b a c i l l u ss p ) ；得到降解阿特拉津一菌株，经鉴别为假单胞菌属 东南大学博士学位论文 ( p s e u d o m o n a ss p ) ；得到降解邻苯二甲酸- - - j 酯一菌株，经鉴别为短杆菌属( b r e v i b a c t e r i u ms p ) ， 对各自的降解菌的降解特性显示，降解特性满足一级反应动力学模型。 对改进后组合人t 载体的试验池中取样观察生物富集特性，对浮游动物考察结果表明，试验池 中原生动物、甲壳类浮游动物、轮虫类浮游动物的数量和种类比试验对照池，都有很大程度的提高， 对浮游动物的富集效果明显增强。对浮游植物的考察结果显示，改进后的组合人工载体在优化浮游 植物种群的同时，提高了浮游植物多样性、减少了浮游植物的生物量，对有毒有害的微囊藻的生长 有一定的抑制作用，微囊藻生物量能减少6 1 8 4 。 通过d a p i 荧光染色法来研究总细菌的富集特性，改进后的组合人工载体上富集的细菌总数比 湖水中的细菌总数高出了8 - 9 个数量级，利用p c r 检测技术，从溶藻试验中培养、分离、鉴定得 到一株溶藻细菌，属于假单胞菌属( p s e u d o m o n a ss p ) ，对其溶藻效果和溶藻方式进行了探讨，其 富集性能的考察表明，假单胞菌的平均丰度能达到2 0 。通过杂交反应，荧光镜检，对硝化细菌和 反硝化细菌的富集特性观察，经过生物强化技术的有效富集，硝酸菌的数量有很大的提高，提高 了近8 个数量级，中层位置上的贬硝酸菌的平均数量高于上层和下层位置上富集的平均数量：硝酸 菌的数量有很人的提高，提高了约7 8 个数量级，上层位置上的硝酸函的平均数量高于中层和下层 位置上富集的平均数量；反硝化细菌的数量为4 5 1 0 8 c e l l s g ，下层比上层和中层的反硝化细菌的数 量要高。 利用改进后的组合人i t 载体来构建新型生态系统，把河蚬、鲢鱼、虾引入到改进后的组合人t 载体系统中。在改进后的组合人：1 ：载体的密度为4 3 的条件下，通过试验证明，新型生态系统对浊 度平均去除率为8 9 8 4 ，对氮磷的平均去除率超过了6 5 6 2 ，对有机物的平均去除率能达到4 1 8 3 ，对藻类的平均去除率超过了8 4 3 7 ，与前期试验相比，新型生态系统对水源地水质的改善效果 明显提高。 关键词：生物强化技术，水源地。水质改善，人 ：载体，改进后的组合人工载体，持久性有机污染 物，藻毒素 国家高技术研究发展汁划“太湖梅梁湾水源地水质改善技术”( 项日编, j ：2 0 0 2 a a 6 0 1 0 1 1 ) 2 江苏省科技厅社会发腱项目“k - k o t x 域城镇饮用水安全保障技术”( 项目编；j ：b s 2 0 0 4 0 5 0 ) a b s t r a c t u s i n gt w on e ws t y l ea r t i f i c i a lc a r r i e r sa c p ( a n g u l a rc u b i cp o l y s t y l e ) a n dp m ( p o l y s t y l em i t u r e ) o n i m p r o v e m e n to fm e i l i a n gb a yo ft a i h ul a k es o u r c ew a t e rq u a l i t yb a s e do nt h eb i o a u g m e n t a t i o n w i t ha p i l o t s c a l et e s t ，b a s e do ne f f e c to fw a t e rq u a l i t yi m p r o v e m e n t ，t h ec o n d i t i o no fe f f e c t i v ea r t i f i c i a lc a r r i e r s d e n s i t y a n do p e r a t i o nc o n d i t i o n so f h y d r a u l i c r e t e n t i o nt i m e( h r t )w a sc h o s e n t h e i m p r o v e d - c o m b i n a t i o na r t i f i c i a lc a r r i e r sw e r ep r e s e n t e dt h r o u g ha n a l y s i so fb i o c h a r a c t e r i s t i c so na r t i f i c i a l c a r r i e r s t h ed e g r a d a t i o no fm i c r o c y s t i n s ( m c ) a n dp e r s i s t e n to r g a n i cp o l l u t a n t s ( p o p s ) w e r es t u d i e d t h r o u g hm o d e mm o l e c u l a rb i o l o g yt e c h n i q u e s ，t h e 7c h a r a c t e r i s t i c so fm i c r o o r g a n s i s m su s i n g t h e b i o a u g m e n t a t i o nw a sd i s c u s s e d t h en e ws t y l ee c o l o g i c a ls y s t e mt oi m p r o v es o u r c ew a t e rq u a l i t yw a s d e v e l o p e d t h er e s u l t ss h o w st h ei m p r o v e m e n te f f e c to fs o u r c ew a t e rq u a l i t yi so b v i o u sa n ds o u r w a t e r e c o s y s t e mo b t a i n sc e r t a i nr e s t o r a t i o n b a s e do np i l o te x p e r i m e n t s u n d e rt h ec o n d i t i o no fd i f f e r e n ta r t i f i c i a lc a r r i e r sd e n s i t ya n dh r t , t h e a r t i f i c i a lc a r r i e r sa c pa n dp mu s e dt oi m p r o v es o u r c ew a t e rq u a l i t y t h ea v e r a g e “r a t i or e m o v a lr a t e o f a r t i f i c i a lc a r r i e r sd e n s i t yf r o m7 8 t o1 3 1 w a sh i g h e rt h a nf r o m1 3 1 t o1 8 2 t h r b i d i t y , n i t r o g e n ， p h o s p h o r u s 。o r g a n i cp o l l u t a n t s ，a l g a eh a db e e no b s e r v e da sd i f f e r e n th r - t w i t ht h ee x t e n s i o no fh r t , t h e r e m o v a la b i l i t yt or e m o v et h ep o l l u t a n t sh a db e e ne n h a n c e d 、h e na r t i f i c i a lc a r r i e r sd e n s i t yw a g1 3 1 a n d h r tw a s7 d ，t h ei n c r e a s e dv e l o c i t yo f f l o wt ot n ，a m m o n i an i t r o g e na n dt pr e m o v a lh a dp r o m o t e ra c t i o n ， b u tt oc o d m 。，u v 2 s 4 ，t o ca n dd o c ，w h i c hi th a dl i a l ea c t i o n a n a l y z i n gt h eb i o m e m b r a n et h i c k n e s s ，t h eb i o m e m b r a n ew e i g h t ，t h eb i o m a s s ，b i o a c t i v i t yo nt h e a r t i f i c i a lc a r r i e r sa c pa n dp m t h er e s u l ts h o w e dt h a tt h ea r t i f i c i a lc a r r i e r sw h i c hl i e di nc r o s s w i s e2 6 m a n dt h el o n g i t u d i n a l0 1 2 mh a dr i c hm i c r o o r g a n i s m s s f r o mt h o s eb i o m a s sa n db i o a c t i v i t ya n a l y s i s ，t h ea r t i f i c i a lc a r r i e r sa c pa n dp mh a db e e nf u r t h e r i m p r o v e df o rh i p e re n r i c h m e n ta n da c c u m u l a t i o na b i l i t y t h ei m p r o v e d - c o m b i n a t i o na r t i f i c i a ic a r r i e r sh a d b e t t e ra b i l i t yo nb i o a u g m e n t a t i o n w h i c hi te n h a n c e df r o m2 0 t o4 0 o ft h ef o r m e rq u a l i t y w - l l e l lt h ei m p r o v e d - c o m b i n a t i o na r t i f i c i a lc a r r i e r sd e n s i t yw a s13 1 a n dh r tw a s7 d ，a v e r a g e r e m o r a lr a t eo nt u r b i d i t y , t n ，t p c o d m n ，c h l - aa r r i v e d8 7 0 7 ，4 1 1 4 ，3 2 3 8 a n d8 0 8 2 s e p a r a t e l y c o m p a r e dw i t ht h ef o r m e rc a t t i e r , t h ei m p r o v e d - c o m b i n a t i o na r t i f i c i a lc a r r i e r sh a df u r t h e r i m p r o v e m e n to ns o u r c ew a t e rq u a l i t y t h ei m p r o v e d - c o m b i n a t i o na r t i f i c i a lc a r r i e r sh a dh i g h e rd e g r a d a t i o n o nm ci ns o u r c ew a t e r t h er e s u l ts h o w e dt h a tt h ed e g r a d a t i o nr a t eo ft m c - l r t m c r i le m c r ra n d e m c l rr e a c h e d9 9 7 3 ，9 7 1 0 7 5 4 4 a n d1 0 0 r e s p e c t i v e l y t h er e m o v a le f f e c to fm cw a s s i g n i f i c a n t t h r o u g ha n a l y s i so ng c m s 2 4o r g a n i cp o l l u t a n t sh a db e e nd e t e c t e d u n d e rt h eb i o a u g m e n t a t i o n ，t h e r e m o v a lr a t eo ft o t a lp e a ka r e ar e a c h e d6 6 5 7 t h ec o n c e n t r a t i o no fn i t r o b e n z e n e ，1 , 2 ，4 - t r i c h l o r o b e n z e n e ， a t r a z i n e d i n - b u t y lp h t h a l a t e ( d b p ) i ns o u r c ew a t e rr e a c h e dt h e “e n v i r o n m e n t a lq u a l i t ys t a n d a r d sf o r s u r f a c ew a t e r ( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) ”t h er e s u l t ss h o w e dt h a tr e s o u r c ew a t e rh a dn o tb e e np o l l u t e db yt h e s e p e r s i s t e n to r g a n i cp o l l u t a n t s 、e nt h ei m p r o v e d - c o m b i n a t i o na r t i f i c i a lc a r r i e r sd c n s i 僻w a s13 1 a n dh r tw a s7 d ，a v e r a g e d e g r a d a t i o n r a t eo nn i t r o b e n z e n e ，l ，2 ，4 t r i c h l o r o b e n z e n e ，a t r a z i n ea n dd b pr e a c h e dl0 0 ，91 7 3 ， 8 2 21 a n d9 0 5 6 s e p a r a t e l y w i t ht h ee x t e n s i o no fh r t , t h ed e g r a d a t i o na b i l i t yt ot h em i c r o - o r g a n i c p o l l u t a n t sw e r ee n h a n c e d f r o md e g r a d a t i o ne x p e r i m e n to ft h ep e r s i s e n to r g a n i cp o l l u t a n t s ，t h ed e g r a d a t i o nb a c t e r i u mw h i c h d e g r a d e dm i c r o - o r g a n i cp o l l u t a n t sw e r ei s o l a t e da n da n a l y z e d b a c i l l u ss p w a si s o l a t e df r o mt h e d e g r a d a t i o no fn i t r o b e n z e n e p s e u d o m o n a ss p w a s i s o l a t e df r o mt h e d e g r a d a t i o no f a t r a z i n e b r e v i b a c t e r i u ms p w a si s o l a t e df r o mt h ed e g r a d a t i o no fd bp a l lt h o s eb a c t e r i u mf o rd e g r a d a t i o n c h a r a c t e r i s t i c ss a t i s f i e do n el e v e lr e a c t i o nk i n e t i c sm o d e l t h ei m p r o v e d - c o m b i n a t i o na r t i f i c i a lc a r r i e r sd e n s i t ye n h a n c e dt h eq u a n t i t ya n ds p e c i e so fz o o p l a n k t o n t h ei m p r o v e d - c o m b i n a t i o na r t i f i c i a lc a r r i e r sh a sa l s oo p t i m i z e dt h es p e c i e so fp h y t o p l a n k t o na n dr e d u c e d b i o m a s so fp h y t o p l a n k t o n e s p e c i a l l y , i tr e d u c e d61 8 4 o fm i c r o c y s t i n sb i o m a s s t h ei m p r o v e d - c o m b i n a t i o na r t i f i c i a lc a r r i e r sa l s oe n r i c h e do nb a c t e r i u mo f10 6 l0 7t i m e st h a ni t si n w a t e ru s i n gd a p ia n a l y s i s p s e u d o m o n a ss p i s o l a t e df r o ma l g a e l y s i n ge x p e r i m e n ta sa l g a e - l y s i n g b a c t e r i a a v e r a g ea b u n d a n c eo fp s e u d o m o n a ss p r e a c h e d2 0 t h r o u g hh y b r i dr e s p o n s e sa n df l u o r o s c o p e e x a m i n e s ，n i t r i f y i n gb a c t e r i aa n dt h ed e n i t r i l y i n gb a c t e r i aw e r eo b s e r v e d t h eq u a n t i t yo fn i t r o s o m o n a s w h i c hl i e di nm i d d l ep o s i t i o nw a sl a r g e rt h a no t h e rp o s i t i o ni np o o l ，w h i c hh a dl0 0t i m e st h a ni t si nw a t e r t h eq u a n t i t yo fi t r o b a c t e rw h i c hl i e di nu p p e rp o s i t i o nw a sl a r g e rt h a no t h e rp o s i t i o ni np o o l ，w h i c hh a d l o 。1 0 5t i m e st h a ni t si nw a t e r t h eq u a n t i t yo f d e n i t r i f y i n gb a c t e r i ar e a c h e d4 5 x 1 0 6 c e l l s g ，w h i c hl i e di n 东南大学博士学位论文 b o t t o mp o s i t i o ni sl a g e rt h a no t h e rp o s i t i o ni np 0 0 1 u s i n gt h ei m p r o v e d - c o m b i n a t i o na r t i f i c i a lc a r r i e r s 。r i v e re o r b i c u l a ，s i l v e rc a r pa n ds h r i m p ，n e ws t y l e e c o s y s t e mh a db e e nc o n s t r u c t e d u n d e rt h ei m p r o v e d - c o m b i n a t i o na r t i f i c i a lc a r r i e r sd e n s i t yw a s4 3 a v e r a g er e m o v a lr a t eo nt u r b i d i t y , p o l l u t a n t so fn i t r o g e na n dp h o s p h o r u s ，o r g a n i c sa n da l g a er e a c h e d8 9 8 4 ，6 5 6 2 ，4 1 8 3 a n d8 4 3 7 s e p a r a t e l y t h en e ws t y l ee c o s y s t e r nh a dg o o de f f e c to ni m p r o v e m e n t o fs o u r c ew a t e rq u a l i t y k e yw o r d s ：b i o a u g m e n t a t i o n ，s o u r c ew a t e r , w a t e rq u a l i t yi m p r o v e m e n t , a r t i f i c i a lc a r r i e r s ， i m p r o v e d - c o m b i n a t i o na r t i f i c i a lc a r r i e r s ，p e r s i s t e n to r g a n i cp o l l u t a n t s ，m i c r o c y s t i n s i v 术语注释表 符号、缩略词等本论文专用术语的注释表 i 缩略词列表 2 符号列表 符号中文含义 a c p p m t m c l r e m c l r t m c r r e m c l r c h l 口 c o d m n u v 2 5 4 h p c 试验专用人工载体名称 亮氨酸总微囊藻毒素 亮氨酸胞外微囊藻毒素 精氨酸总微囊藻毒素 精氨酸胞外微囊藻毒素 叶绿素a 高锰酸盐指数 2 5 4 n m 波长下的紫外吸光度 平板菌落计数 v 东南大学博士学位论文 s p e d d t h c h d i o x i n d s t h m s i r i s p s e u d o m o n a ss p b a c i l l u ss p b r e v i b a c t e r i u ms p d a p i r t q h a s 固相萃取柱 滴滴涕 六六六 二恶英 三卤甲烷 三羟甲基氨基甲烷 假单胞菌属 芽孢杆菌属 短杆菌属 4 6 二脒基2 苯基吲哚盐酸盐 实时荧光定量 腐魑酸 v l 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用 过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示了谢意。 矿8 、1 o 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 土 研究生签名：陛导师签名： e l 期：迎茎：2 佃 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 随着国民经济不断增长，工业规模不断扩大，城镇人口不断增加，工业废水、生活污水的排放 量日益增加，大量污染物质未经过处理流入江河、湖泊，造成大量的水资源受到污染，湖泊是重要 的淡水资源之一，同时也是水源地的重要人工载体。它与人民的生产、生活以及经济的可持续发展 休戚相关。 1 1 1 水源地污染状况 据联合国公布的数据，全世界有1 l 亿入饮用受到污染的水，每天大约有6 0 0 0 名儿童死于不卫 生的水及其它环境问题所引起的疾病f l j 。饮用水水源地的水质安全性值得忧虑。在法国鲁昂，一直 以塞纳河的地下井水作水源，由于受到农业排水和工业废水的影响，使井水中氨含量逐渐增高，由 0 3 m g l 上升到2 6 m g l ，其间仅仅用了七年。苏格兰高原地区以易泰河与埃尔俄黑河为饮用水水源 地，受工业排放物硫化物及含氮化合物的污染，水质逐渐酸化，p h 值测定为4 - 5 ，其它超标污染 物也大量存在，致使这两个饮用水水源地遭到严重的破坏。在美国，作为水源的地表水也同样受到 了污染，费城以特拉华河为饮用水水源地，河水受到工业废水的污染，其中双醚的含餐在0 4 0 5 l - t g l ，这些化合物与附近的1 ：业：1 ：厂有明显的相关关系。在对3 7 个州的水源地的检测中发现， 各类化学物质的浓度不断上升，1 9 个州的水源遭受到有毒化学物质的严重污染，对其中七个地表水 源作了调查，总有机碳的浓度在5 8 1 6 7 m g l ，三卤甲烷前体物的浓度为3 1 3 - - 1 0 8 7 p g l ，溴化物 的含量最高为3 5 0 1 a g l 【2 j 。国外发达国家的水源地水体污染状况在上世纪比较严重，随着环境保护在 国外的重视提高，相应的技术也得到了很人的发展，最近十年，国外的水源地保护 ：作逐见成效， 污染趋势得到了有效的缓解。 我国淡水资源人均占有量2 3 4 0 m 3 ，约为世界人均占有水量的1 4 ，被列为最贫水的1 3 个国家之 一，全国6 6 8 个城市有4 0 0 多个缺水 3 j 。其中主要是由于水源地水质状况交差，出现的水质性缺水。 水利部的一份报告显示：目前，全国农村有3 亿多人饮水不安全，其中约有1 9 亿人饮用水有害物 质含量超标，6 3 0 0 多万人饮h j 高氟水，2 0 0 多万人饮用高砷水，3 8 0 0 多万人饮用苦咸水。全国1 5 1 个地表水源区有6 5 4 的人口饮用不符合生活饮用水水质标准的水，其中两亿人饮用人肠菌群超标 水，1 6 4 亿人饮用有机污染严重水，与水源污染有关的疾病多达5 0 余种，恶性肿瘤和肝炎的发病率 呈明显上升的趋势【4 1 。 2 0 0 6 年中国环境状况公告报道：2 0 0 6 年，全国废水排放总量为5 3 7 0 亿吨，比上年增氏2 4 ， 化学需氧餐排放量为1 4 2 8 2 万吨，比上年增长1 o ，氨氮排放量为1 4 1 3 万吨。珠江、长江水质良 好，松花江、黄河、淮河为中度污染，辽河、海河为重度污染；重点城市集中式饮j 【l j 水源地总体水 质良好；南海、黄海近岸海域水质良好，渤海、尔海近岸海域分别为轻度和中度污染，远海海域水 质良好；对1 0 7 个重点城市( 朱包括1 1 3 个环保重点城市中的济! j 。、曲靖、泰安、铜川、咸阿l 和 株洲市) 的3 8 2 个集中式饮刚水源地总体水质良好。环保重点城市月均监测取水总量为1 5 9 亿吨， 达标水鼙l1 5 亿吨( d , - 7 2 3 ) ，不达标水量4 4 亿吨( i i2 7 7 ) 。河流型水源地主要污染指标为 粪人肠菌群，湖库型水源地主要污染指标为总氮。我国的水源地污染状况依然严峻。 末南大学博学位论文 2 湖泊富营养化状况 湖泊作为水源地的重要组成形式，是人类赖以生存的重要水资源是人类经济社会发展的基本 保障因而它成为人类社会经济发展所需要的自然资源的重要组成部分。它既有丰富的水量、水利 和水产肇源又具有维持生物多样性、调节气候、蓄纳洪术、调节地表径流、净化水质萼功能。但 是随着我国工农业的迅速发展、城市化进程加快和低级、租放的经济发展模式，：业废水和生话 污水捧放量日益增加大量营养物不断流入湖泊给请多湖泊环境造成了不良影响，导致我国湖泊 承体的营养负荷急剧增加和积累生态系统不断退化蓝藻水华捌繁爆发湖泊富营养化早现迅猛 发展的趋辨。富营养化是指生物所需的氰( n ) 、磷( p ) 等无机营养物质大簧进 湖泊，海湾等相 对封闭或水流缓慢的水体在适宜的外界环境( 水域的物理化学环境) 因素综台佧_ 【l f ，引起藻类 及其它浮游生物迅速繁殖水体溶解氧蹙下降，水质恶化，鱼类及其它水生生物大量死亡的现象”j 。 最近联合国环境规划署的统计资料表明，整个美国境内有7 6 的湖泊处于富营养化、2 3 州的湖 泊处丁中营养水平。欧洲范围内9 6 个湖泊巾有8 0 的湖泊不同程度地受到氮、磷的污染，呈现较旺 盛的藻类生k 能力”1 。亚洲湖泊水质的主要特点是水中氰、磷含始偏高，寓营养化问蹶突出，适宦 的自然条什和湖中营养盐容易引起水华，如日本的琵琶湖和霞浦湖受生活污水的污染，选成湖水中 氮、磷音量增高，局部地方出现富营养化现象“l 。在1 9 8 5 1 9 8 6 年对印度的马哈龙湖和佳里纳湖两 个印度国内较大的饮用水水源地水质的检测中显示各种有机氯杀虫荆不断流失到湖泊中，其中a a a 、氯丹、d d t 、d d d 等数种彖虫剂被检测出来，异种有机污染物的浓度均在2 0 虮5 0 n g ，l ， 有机污染物的存在极大危害了当地居民的身体健康。由此可见，湖泊富营养化问题是全球湖泊面临 的最凡问露。 我国是个湖泊丰富的国家初步统计：我国约有太小湖泊2 7 0 0 个，总面积9l 万k m 2 ，约占国 土总面积的o9 5 。其中约i 3 为 戋水湖泊，主要分布在东部沿海与k 江中下游地区。由丁经济发 展、人口膨胀与不台理的开发利月i ，我国湖泊承资源的污染现状触目惊心，越米越多的湖泊早现富 营养化趋势。据对1 3 1 个主要湖泊的调奇表明：已选富营养程度的湖泊有6 7 个，t 调查湖泊总数的 5 i2 五太淡水湖的太湖、滇池、巢湖、洪泽湖等均已达到中度或中度以上的富营养化榉度，都 刖湖、涸庭潮的磷、氰含量偏高正处于向富营养的过渡阶段。 2 0 0 7 年6 月4 日国家环保总局发布的( 2 0 0 6 年中田环境状况公报指出，在对2 7 个国控重点 湖( 库) 的监测中。满足类水质的潮( 库) 2 个，t l j7 ；i i i 类水质的湖( 席) 6 个，i l l2 2 ； 水质的湖( 库) 1 个i jr4 ；v 类水质的湖( 库) 5 个，l i 1 9 ：劣v 类水质湖( 库) 1 3 个，i i l 4 8 。荩中巢湖水质为v 类，太湖、滇池为劣v 类。主要污染指标为总氢和总磷。2 0 0 6 年重点湖库 富营养化状况见凹1 - l 。 削1 一】2 0 0 6 年重点湖库营养状态指数 f i g1 - 1n u t r i t i o n a ls t a t u s i n d e xo f k e y l a k e i n2 0 0 6 m m * h m m * * i r * 自 “ m * # 北wh q * 女 m w * k 自 第一章绪论 其中，9 个重点国控大型淡水湖泊中，兴凯湖为i i 类水质；洱海为类水质；镜泊湖为类水 质；洞庭湖、都阳湖为v 类水质；洪泽湖、南四湖、达赉湖和白洋淀为劣v 类水质。主要污染指标 为总氮和总磷。与上年相比，鄱阳湖水质好转，其它大型淡水湖水质无明显变化。营养状态评价表 明：洱海、都阳湖为中营养状态；洞庭湖、洪泽湖、南四湖、镜泊湖为轻度富营养状态；达赉湖为 中度富营养状态；白洋淀为重度富营养状态。 1 1 3 湖泊富营养化成因 湖泊富营养化是由诸多物理因素( 温度和光) 、化学因素( 氮、磷、有机质、钙、铁、p h 值、 溶解氧和二氧化碳等) 和生物变量共同作片j 的结果，湖泊富营养化的过程和成因比较复杂，其中工 业污水、农业废水、生活污水等大量废水的涌入，是外在的原因。其主要表现就是湖泊总氮、总磷 含量过高，超过湖体的自净能力，营养盐类特别是磷含量增加使湖泊藻类和生物量增加，这表明水 体发生富营养化。其中营养盐长久以来被认为是最重要的因素，关于营养盐问题将在下节中重点介 绍。 随着社会经济的发展，大量无处理污水的排放，使得湖泊接纳了大量的工业! 生活和农业废水。 以太湖流域无锡市为例【1 0 , i i l ，从1 9 8 0 年到2 0 0 0 年，生活用水总量从8 0 3 1 0 4 t d 增加到3 0 1 1 0 4 t d ： 生产用水量从1 9 8 0 年的4 1 1 6 x1 0 4 t d 年增加到2 0 0 0 年的8 5 1 9 1 0 t d 年，而无锡市污水处理率仅 仅为4 2 5 ( 2 0 0 0 年) ，包括郊县在内的城镇生活污水处理率仅2 7 5 。我国一段时期以来对湖泊资 源无节制地开发，如修筑堤坝、围垦造田，造成了湖泊人面积的萎缩。在千湖之省的湖北江汉平原， 2 0 世纪5 0 年代的湖泊有6 0 9 个，到8 0 年代仅存3 0 9 个，面积减少2 6 5 7 k m 2 。洞庭湖在建国之初有 4 3 5 0 k m 2 ，冈围星面积减少到2 4 3 2 k m 2 【1 2 l 。围垦后的湖泊或湿地，在挖渠排水后，改造成农田，加剧 了湖泊富营养化的发展。另外，大量修建的水利工程冈调蓄等需要建闸，处理不当会造成江湖阻隔， 既改变湖泊的水动力条件，引起泥沙的淤积，义会造成生物区系的交流阻断和湖泊生态系统结构的 变化，使得富营养化湖泊修复到原有的健康系统更加凼难。 1 1 4 湖泊富营养化危害 藻类的异常繁殖生长是湖泊富营养化最为直观的表现。直接导致了湖泊水道阻塞、鱼类生存空 间缩小、水体生色发臭、透明度降低等问题的出现。富营养化破坏水生生态平衡，使有机物生长速 度远远超过消耗速度，水体中有机物积蓄。总的说来，湖泊富营养化无论对生物健康还是社会经济 发展都有着严重影响。 1 ) 影响正常生活 湖泊是巨大的天然水库，它可以被用来作为饮用水和浇灌水。随着湖泊富营养化的日益严重， 水中氮、磷、有机物、异常增殖的藻类所分泌的毒物以及有毒有害物质的含鼙也相应增加，藻类过 度繁殖，不仅威胁水生生物的生存，而且易使人们在饮用后致病，对人们的健康产生很大影响。 2 ) 影响生态环境 处于富营养化污染的水体，正常的生态平衡被破坏，湖泊老化进程被加速，水体色度增加，水 质浑浊，透明度降低，水体中藻类及浮游生物急剧增殖，大量消耗水体中的溶解氧，严重影响水生 生物的生长和繁殖，由于底层水体得不到戍有的光合作h j ，有机体大量夕e 亡，沉淀湖底，由于没有 足够的溶解氧供应，而变为厌氧分解状态，使人量的厌氧细菌繁殖起米，加剧了水体底部的厌氧发 酵，引起微生物种群、群落的演替，改变了原来的生态环境。 3 ) 沉积物危害 沉积物中蓄积的污染物主要有3 大类：重金属、营养元素及难降解有机物。通过各种途径进入 水体的重金属很容易被水体悬浮物或沉积物所吸附、络合或共沉淀，从而在水底的沉积物重富集。 人类排放的人昔有机有毒物质也有相当一部分进入水体而沉积在水底沉积物中，从而