（环境工程专业论文）荔湾湖水质净化工程研究.pdf

中山大学硕士学位论文 荔湾湖水质净化工程研究 导师 专业名称 陈文 雷恒毅教授 环境工程 研究方向水污染控制技术 答辩委员会委员( 签名) 主席 委员 幂终 y 6 7 g 0 27 l 荔无蘩蓥 水体富* 养化治理综述 摘要 水体富营养化是指水体中植物类营养物，也就是溶解性无机盐类 营养物( 主要是含氮、磷盐类) 过度积聚的现象或过程。由于这些盐 类是植物增长所需要的，因此水体富营养化的一个直接结果，也是它 的一个显著标志就是水生植物的大量生长和繁殖。 水体富营养化对水质的影响和危害主要表现在以下6 个方面； 使水味变得腥臭难闻；降低水体的透明度；影响水体的溶解氧；向 水体释放有毒物质；影响供水水质并增加制水成本；影响水生生态 的平衡。水体富营养化成为当前国际上极为关注的环境问题 荔湾湖公园位于广州市荔湾区，其湖水富营养化情况亦十分严 重。本研究通过投加生物制剂和湖水曝气的办法，达到进一步削减水 中污染物质，改善水体生态平衡的目的，为荔湾湖湖水水质净化提供 可靠的技术方案。 荔湾湖分四个小湖，本研究选取湖面面积和水量均为最小且与各 湖相对独立的小翠湖作为研究对象，主要方法是在小翠湖投放b 5 0 4 微生物制剂，并用聚乙烯穿孔软管进行曝气，连续观测试验水体净化 效果。其中b 5 0 4 微生物制剂是美国生物系统公司产品，由美国原厂 供货。它含独特的营养剂和生长刺激剂，可以有效地清除水中氨氮和 有机质，消化底泥，抑制藻类生长，增加水中溶解氧和透明度，是消 除水体有机污染物的优良微生物制剂，主要用于处理淤积的浅水池、 n 水体富。许养化治理综述 沟渠、水产养殖场、湖泊等富营养化水体。本次试验结果表明小翠湖 出水水质各项指标基本达到类水标准，符合试验预期目标，表明用 微生物技术治理湖泊富营养化是町行的，使用b 5 0 4 微生物制剂也是 有效的。小翠湖的试验为应用微生物技术治理水体富营养化提供了有 益的经验，在此次试验的基础上调整、改进和提高将会取得更好的效 果和效益。 关键词：水体、富营养化、微生物制剂、曝气、荔湾湖 中山人学碗i ：学位论文 水体富营养化治理综述 t h er e s e a r c ho fw a t e r q u a l i t yp u r i f i c a t i o n o fl i w a nl a k e m a j o r ：e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g n a m e ： w e n c h e n s u p e r v is o t ：h e n g y i l e i a b s t r a c t e u t r o p h i c a t i o n o fw a t e r sm e a n sa p h e n o m e n o n o r p r o c e s s o f e x c e s s i v e p i l i n g - u p o f p l a n t n u t r i t i o u ss u b s t a n c e si n w a t e r , n a m e l y s o l v e n ti n o r g a n i cs a l t s ，m a i n l yt h o s eo fn i t r o g e n i z e da n dp h o s p h u r e t e d o n e s s i n c et h en u t r i t i v es a l t sa r en e c e s s a r yf o rp l a n tg r o w t h ，ad i r e c t r e s u l ta sas i g n i f i c a n ti n d i c a t o ro fn u t r i t i o na b u n d a n c ei sar a p i dg r o w t h a n df a s tr e p r o d u c t i o no f h y d r o p h y t e s e u t r o p h i c a t i o ni nw a t e r h a sa ni n f l u e n c ea n dh a r m f u l n e s so fw a t e ri n t h e f o l l o w i n g 6 a s p e c t s ：d o w n g r a d i n g t h ew a t e ri n t o s m e l l y o n e ， d e c r e a s i n gt r a n s p a r e n c yo fw a t e rb o d y , a f f e c t i n gc a p a b i l i t y o fo x y g e n s o l u t i o no f w a t e r , r e l e a s i n g t o x i cs u b s t a n c et ot h ew a t e r , a f f e c t i n gq u a l i t y o fw a t e r s u p p l y a n d i n c r e a s i n g c o s to fw a t e r p u r i f i c a t i o n ，a n d u n d e r m i n i n ge c o l o g i c a lb a l a n c eo fh y d r o p h i l ye n v i r o n m e n t t h e n u t r i t i o n a b u n d a n c eo fw a t e rb o d yh a sn o w a d a y sb e c o m ea ne n v i r o n m e n tp r o b l e m 2 巾山人学颤1 ：学位论史 水体富营养化治王! ! 综述 w i t hw o r l d w i d ea t t e n t i o n l i w a n h up a r ki sl o c a t e di nt h el i w a nd i s t r i c t ，g u a n g z h o u t h e n u t r i t i o na b u n d a n c ei nt h e l a k ew a t e ri sa l s oas e r i o u s p r o b l e m t h i s s t u d yp r o v i d e sr e l i a b l et e c h n i q u e sf o rp u r i f i c a t i o no fl a k ew a t e ro ft h e l i w a n h u b yw a yo fp u t t i n g i n o fb i o l o g i c a l a g e n t s a n du n d e r w a t e r b u b b l i n g ，w h i c h a r ea b l et or e d u c ew a t e rp o l l u t a n t sa n di m p r o v et h e b a l a n c eo fw a t e r e c o l o g y l i w a nl a k ei s c o m p o s e do ff o u rs m a l ll a k e s t h i ss t u d yc h o o s e s x i a o c u il a k e ，w h i c hh a st h es m a l l e s ta r e aa n dt h el e a s tw a t e rq u a n t i t y , a n di sr a t h e r s e p a r a t e f r o mo t h e rl a k e s t h em a i nw a yi s p u t t i n gt h e m i c r o b i a l p r e p a r a t i o n o fb 5 0 4i nx i a o c u il a k e ，a n du s i n g p e r f o r a t e p o l y t h e n e t u b ef o ru n d e r w a t e rb u b b l i n g ，a n dc o n t i n u o u s l yo b s e r v i n ga n d e x a m i n i n gt h ep u r i f y i n ge f f e c t o fw a t e r t h em i c r o b i a lp r e p a r a t i o no f b 5 0 4 ，w h i c hi st h ep r o d u c to f a m e r i c a n b i o l o g i c a lc o m p a n y , i ss u p p l i e d b yo r i g i n a lc o m p a n y i tc o n t a i n sp a r t i c u l a r n u t r i t i o n i n g r e d i e n t a n d g r o w i n gs t i m u l a t i o ni n g r e d i e n t s oi t c a nc l e a na m m o n i a cn i t r o g e na n d o r g a n i cm a t t e r , a l s oc a nd i g e s ts e d i m e n t ，r e s t r a i nt h eg r o w t h o f a l g a e a n d i n c r e a s et h eo x y g e ni ns o l u t i o na n dt h ed i a p h a n e i t yo fw a t e la sa n e x c e l l e n tm i c r o b i a lp r e p a r a t i o nf o re l i m i n a t i n gt h eo r g a n i cp o l l u t i o no f w a t e r ，t h eb 5 0 4i sm a i n l yu s e df o rt r e a t i n gw i t he u t r o p h i c a t e dw a t e rs u c h a sa l l u v i a lw a d i n g p o o l ，a q u a f a r m a n dl a k e t h er e s u l tr e a c h e so u r g o a l i t s h o w e dt h a tt h ew a t e rq u a l i t yi n d e x e so ft h eo u t p u tw a t e rf r o mx i a o c u i 3 中山人学碳 一学位论文水体富营养化治删综述 l a k e a p p r o x i m a t e l yc o n f o r m t ot h ei vn a t i o n a lw a t e r s t a n d a r d ，i n d i c a t i n g t h e p o s s i b i l i t y o ft h e u t i l i t y o fm i c r o b i a l t e c h n o l o g y i nw a t e r e u t r o p h i c a t i o ni nl a k e s t h ee f f i c i e n c yo f b 5 0 4m i c r o b i a lp r e p a r a t i o nw a s a l s oc o n f o r m e d t h ee x p e r i m e n t st a k e na tx i a o c u il a k ec a np r o v i d e e f f i c i e n te x p e r i e n c ei nt h ea p p l i c a t i o no fw a t e re u t r o p h i c a t i o nt r e a t m e n t u s i n gm i c r o b i a lt e c h n o l o g y 。w i t hm o r ei m p r o v e m e n t s ，m o d i f i c a t i o na n d o p t i m i z a t i o n ，b e t t e re f f e c t sa n d b e n e f i tc a nb ee x p e c t e di nt h i sf i e l d k e yw o r d s ：w a t e r 、e u t r o p h i c a t i o n 、m i c r o b i a lp r e p a r a t i o n 、 u n d e r w a t e r b u b b l i n g 、l i w a n l a k e 4 学坝i 岸他论史水体富竹养化治理综述 第1 章绪论 水体富营养化是当前因际上极为关注的环境问题，是水环境和水资源问题中 个辛要方面，就水在人类生存和生活巾的重要性而言。，水体富营养化的危害 能轻视。 1 1 水体富营养化的形成 水体富营养化是指水体中植物类营养物，也就是溶解性无机鼎类营养物( 主 含氮、磷盐类) 过度积聚的现象或过程。出于这些盐类是植物增长所需要的， 水体富营养化的一个直接结果，也是它的个显著标志就是水生植物的人量 和繁殖。水华是水体富营养化的典型表现。它是水体过多植物类营养物后， 藻类大量增长所造成。因藻类自身的色素( 或绿或蓝或红等) ，聚集在水面 水体呈现相应的色彩，仿佛水面丌了花一样。 在内陆，富营养化主要发! l 存湖泊、水库( 人工湖泊) 等静水水体。它是 着湖泊、水库的水分循环过程而发生的。在这些水体的水分循环过程巾，水 蒸发量往往大十水面直接的降水，补允水量维持甲衡的入湖水则冈流经地表 带入营养物，湖内水流缓慢，营养物停留时间长且沉积，出湖水又一般是上 弊物含量低的水，出湖水量也小，丁是营养物在湖内积聚，富营养化就发生 【l 】 从湖泊的演化束看，富营养化是指湖泊从贫营养向富营养的演化。一般早 湖泊大多是贫营养的，富营养状态足湖泊老龄化的阶段。伴随富营养化，湖 生植物大量增长，当这些水生植物枯死后，其遗体在湖内大量积累，湖内有 逐渐增加，湖底抬高，湖泊趋于沼泽型或是异养型，最终湖泊衰老、消亡。 一般来说，湖泊的富营养化是一个：必然趋势，湖泊通常都会经过从贫营养 营养的演替，但这一过程非常缓慢，常需几千年甚至卜j 年。但是人类活动 ：响会争剧的加速这过程，特别足现代生活中人类对环境资源 ：发利用活动 i 增加，工农业迅速发腱，大苗的营养物质进入湖泊并积累，导致富营养化可 ：短时期内 b 现。以荚蚓ez i e 湖为例，山于大量的背养物质排入湖中，浚湖 中山人学坝1 学位论文水仆右t t 养化治埋综述 在1 9 0 0 年到1 9 7 0 年的7 0 年时问发生的富营养化进展相当于1 0 0 0 0 年的发展结 果。1 2 1 在人类的生产、生活过程中产! 卜的各种各样的污水，这些污水最简单、最 方便的出路就是就近直接排入周围的地表水中，或是随农田的灌溉水和雨水等自 然流畅地汇入河、湖中。当这些含有各种营养物的污水进入地表水水体后，犹如 给它施tj e ，刺激水生生物的增长，富营养化就被人为地加快了。在各种污水中， 工业污水中的有毒有害物较多，其危害是卣接侵害水生生物，破坏水生生态系统； 而农业污水和生活污水中有毒有害物相对较少，无机或有机的营养物含量较高， 是当前水体富营养化的主要原因。 河流在一定程序上也接纳了大量的人工污水，但因其流动和物质循环交换 快，营养物质驻留时间短，只是一个营养物的输送通道，因而一般情况下河流不 易发生富营养化。湖泊、水库则如同一个大的营养物收集器，汇集了各方来水及 其携带的营养物，水分蒸发了而营养物留下了。因此，相对而言，富营养化一般 发生在湖泊、水库。 富营养化也会发生在河口、海湾或近海区域。这些区域的水分循环类似湖 泊，蒸发大于降水，携带大量营养物的河水及岸上的冲刷、淋溶水进入海水中， 富营养化也就难以避免。所谓“赤潮”一甲藻等大量增长在水面而使海面呈红色 的现象，就是海域富营养化的典型表现。我国的渤海、东海等海域都曾发生过“赤 潮”一海域的富营养化。 总的而言，水体富营养化的发生是一个必然过程，但具体发生在哪罩、发 生过程如何、什么时候发生则取决于该水体的地理、生态条件和人类活动的影响 的特点、强度及其综合作用的结果。 1 2 产生水体富营养化的主要原因 在适宜的光照、温度、酸碱度和充足的营养物质条件下，天然水体中藻类通 过光合作用合成自身的原生质，其基本反应式为”3 ： 1 0 6 c 0 广1 6 n 0 3 - - + h p o t 2 - + 1 2 2 h z 0 + 1 8 h 十 能量十微量尤素一h 。n 。p + 1 3 8 0 ：( 卜1 ) 反应式巾的微量元素是指镁、锌、钼、钒、硼等元素的化合物。从反应式可 中山j 学坝i 学位论文 水体富齿养化治矬综述 知，在藻类繁殖所需要的各种成分中，碳、氮、磷是比较重要的营养j i 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_ 二氧化碳作为自身尘长所需 要的碳源，而氮和磷就作为限制性因素。所以藻类的生长繁殖主要决定于水体中 这两种成份的含量。在一般情况下，水体中藻类可利用的氮远比可利用的磷多， 因此，磷的含量通常作为富营养化的标志，英国国家环境署觌定，在静止的水体 中，总磷浓度8 6 m g l 为发生富营养化的i 临界值”1 。 自然界的磷广泛存在于水和岩石圈。按自然丰度排序，磷居第1 0 位，是人 和动植物生命活动中所必需的元素。它在生命细胞的所有重要功能中都起到关键 性的作用。自然存在的磷化台物只有很低的溶解度和挥发性，所以磷元素的生物 地球化学循环的通量很小，它取决于河j i i 中含磷悬浮固体往海洋迁移的速率和含 磷尘粒在大气中的迁移能力，磷的循环主要在地球表面的陆地和水圈中进行。人 类的生命活动对磷的迁移产生了深远的影响，现代人类作用含磷洗涤剂清洗衣服 和餐具，使用磷肥来提高农作物的产量，造成营养物质不断地积累于水体中，加 速了湖泊和港湾等水流缓慢区域的富营养化进程。 水体中磷的主要来源有五个方面”1 ： 、城市污水，尤其是居民生活污水。生活污水中，人类的排泄物、合成洗 涤剂、食物污物都含有大量的磷。据估算，我国入均体内排出的磷约为每天l 克左右，每天消耗的洗衣粉中磷为0 2 i g 。 、地表径流和土地的侵蚀。人类的活动使得水土流失和程度提高了2 倍“3 倍，美国每年因暴雨冲刷而带入水体中的土壤为3 5 亿吨，其中1 7 0 万吨磷排入 水体。我国水土流失的国土面积已达国土总面积的3 8 ，每年流失的土壤为5 0 亿吨，仅重庆市每年流失的土壤就达2 亿吨，据此可以认为水土流失也是一个重 要的磷污染的来源”1 。 、农、l k 排水。化肥和农家肥中都含有大量的磷肥，在肥料过量施用的情况 下，磷肥的土壤泄漏是导致水体富营养化的重要原因之一，甚至是最重要的污染 源。1 。饲养业中排出的禽畜粪便也是重要的磷污染源。 、工业污染源。食品加工业、化肥生产企业等工业废水都含有大量的磷， 当这些工业废水不加处理或处理不充分时，都将导致大量的磷化合物进入水体， 造成严重的污染。 9 中山人学倾i 学位论史水休富盼养化治璀综述 底泥释放的磷。是一种内源性磷源，而上面提及的四种磷的来源都是外源 污染源。由于磷化合物的溶解性较差，大部分磷化合物进入水体后就转入水体的 底泥中。水底的溶解氧较低，在物理、化学和生物的作用下，底泥中的磷化合物 可以释放到水体中，形成溶解性的磷，而导致水体富营养化的发生。在某些情况 下，水体中的底泥可能在外源性氯、磷被截断后的一段时问内都持续发挥作用， 使水体保持富营养化状态。对于浅水湖泊，底泥释放磷的问题更加突出。底泥释 放磷是导致杭州西湖的富营养化的一个重要原因，西湖的底泥腐泥层厚达0 8 6 米，据估算，每年全湖平均释放磷7 2 2 吨，相当于外源性磷输入量的两倍1 。 统计资料表明，英国地表水中的磷4 3 来自于农业，2 4 来自于人类排泄物 和其它生活污水，1 9 来自于合成洗涤剂。从磷在我国国民经济的用途可以大致 分析各种磷污染源的相对重要性。我国每年7 5 磷用于制造磷肥，用于合成洗涤 剂工业的不足1 0 ，其余用于饲料、农药和化工行业等。据统计，近年来每年排 入滇池的磷有1 0 0 0 吨左右，其中工业污染源占1 4 4 ，生活污染源占4 4 8 ，面 源污染占4 0 8 。从以上统计数据得出，面源污染是富营养化问题中一个重要因 素，在某些大城市中，城市生活污水是造成富营养化的主要原因，底泥释放磷在 很多情况下也是不可忽略的因素。 1 3 水体富营养化对水质的影响和危害 水体富营养化对水质的影响和危害主要表现在以下6 个方面【9 j ： 1 3 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，一些研究表明【1 0 】当水体中硝态氮 浓度为0 3 m g l 、磷浓度为o 0 2 m g l 时就会引起藻类等浮游植物的疯狂繁殖。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f 常生活，给人以不舒适感觉，同时，这种腥臭味也 使水味难闻，人大降低了水质质量。 1 3 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 在湖水表面，形成层“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2 0 厘米左右，湖水感官性状大大下降。 j o 中山人学坝i ：学位论立水体富骨养化治理综述 1 3 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，从空气中获锝足够的二氧 化碳进行光合作用放出氧气，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，首先是表层密集的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减弱，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，湖泊藻类死亡后一i 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入，造成水体营养物质的高负荷，形成富营养水体的恶性 循环。 1 3 4 向水体释放有毒物质 富营养化对水质的另一个影响是某些藻类本身是有毒的l ，并能够分泌、 释放有毒性的物质，有毒物质进入水体后，若被子动物饮入体内，可引起动物肠 胃道炎症，造成动物中毒死亡，从而破坏渔业资源。1 9 7 2 年日本磨滩发生赤潮【i “， 一次死鱼1 4 2 8 万尾，损失7 1 亿同元。我国近年也时有发生，其中1 9 8 9 年黄骅 海域赤潮事件最大，损失重达3 亿人民币”。 1 3 5 影响供水水质并增加制水成本 湖泊通常是生活饮用水和工业用水的供给水源。富营养化水体在作为供水 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， 富营养化水体由于缺氧而产生的硫化氢、甲烷和氨等有毒有害气体，而且藻类产 生的某些有毒物质，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，也加大了制水成本费用。 1 3 6 对水生生态的影响 在f 常情况下，湖泊水体中器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化时，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，而另外一些生物则显著增加。这种生物演替会导致水生生 物的稳定性和多样性降低，破坏了湖泊的生态平衡。 巾山大学倾f ：学位论史水体富抒养化治理综述 1 4 国内外湖泊水体富营养化状况 1 4 1 国外湖泊水体富营养化状况 二十世纪仞，水体富营养化问题目l 起了生态学家、湖沼学家的注意，同时 也得到一些国际组织、国家政府及社会各界人士的关注与重视。在六十年代术， 联合国粮农组织( f a o ) 、联合国教科文组织( u n e s c o ) 、世界卫生组织( w h o ) 、 欧洲经济共同体( e e c ) 以及经济合作与发展组织( o e c d ) 等众多国际组织开 始在其计划中设立研究专项。1 9 7 3 年o e c d 曾在1 8 个成员国之间建立过国际富 营养化研究计划。当时主要对湖泊水体开展水体富营养化研究，通过在世界范围 内开展的大量的研究，确定水中总磷、总氮的含量是水体富营养化程度的重要标 志，是产生水体富营养化的主要原因和物质基础，如美国、日本等国根据大量的 湖泊调查资料提出了各自水体营养程度评价模式及营养分级标准。 来自联合国环境规划署( u n e p ) 的一项水体富营养调查结果表明【1 4 】( 见表 1 1 ) ：在全球范围内3 0 - 4 0 的湖泊和水库受到不同程度的影响，各地区受影 响的情况相差悬殊。世界上大部分的大型湖泊未受影响，水质良好，如贝尔加湖、 苏必利湖、马拉维湖、坦噶尼喀湖、大熊湖、大奴湖等；而在气候干燥地区，水 体富营养化情况相对严重，如西班牙的8 0 0 座水库中，至少有三分之一是处于重 富营养化状态，在南美、南非、墨西哥及其它一些地方都有水库严重富营养化的 报道，加拿大湖泊众多，发生富营养化的湖泊主要集中在加拿大南部人口稠密的 地区，其大部分湖泊( 约四分之三) 处理贫营养状态。 表1 - 1 世界湖泊和水库营养化状况 中山大学坝f 学位论义 水体富7 f 养化治理综述 注：此表引自联合国环境规划署关于“水体富营养化”调查研究；c e c d 指 经济合作与发展组织；p a h o 指美洲卫生组织国家。 近年来，世界各国普遍重视湖泊环境的演变，目前欧洲湖泊面临的最大问 题是湖泊富营养化问题，在统计的9 6 个湖泊中有8 0 的湖泊不同程度地受到氮、 磷的污染，呈现出富营养化状态。在北美洲最受人们关注的五大湖泊中，苏必利 湖水质最好，属贫营养湖泊，休伦湖和密执安湖处于中营养状态，而伊利湖和安 大略湖则水质相对较差，属富营养状态。亚洲湖泊水质南北差异较大，北部湖泊 水质较好，南部湖泊水质较差，亚洲湖泊水质的主要特点是水中氮、磷含量较高。 亚洲南部大部分湖泊富营养化问题突出，适宜的自然条件和湖中营养盐容易引起 水华。此外，亚洲大部分城市湖泊接受生活污水较多，c o d 和b o d 指标均超标 严重【1 7 】。 1 4 2 国内湖泊富营养化现状 中国就湖泊( 水库) 水资源状况开展过几次调查与评价研究。1 9 5 8 年、1 9 6 4 年，中国科学院南京地理与湖泊研究所、河海大学、南京大学等对东部平原湖泊 进行了调查；1 9 7 6 年】9 7 7 年，中国科学院组织了对青藏高原、云贵高原、东北、 西北地区主要湖泊的综合调查：1 9 8 1 年1 9 8 5 年水利电力部水文局组织了“水资 源综合评价和合理利用”专题研究，对全国范围湖泊水资源进行了调查与分析研 究：1 9 8 7 年1 9 9 0 年间国家环保总局在会国范围内组织了对部分湖泊( 水库) 的 大规模调杏，调查内容涉及湖泊的水文特征、理化特征、营养指标、沉积特征和 生物特征等方面的内容，并根据调查结果对湖泊( 水库) 水体富营养化状况进行 了总体分析与评价，对重要湖泊进行了典型专项研究。 中国幅员辽阔，江河、湖泊利水库众多，这些不同类型的水体支持着各种 中山人学顿i 学位论文 水休富什养化治理综述 生活和生产用水功能。据统计f l “，我困约有2 灯多个湖泊，占世界天然湖泊的 1 1 0 ，湖泊总水域硒积达7 月多平方公里，约占全国陆地总面积的0 8 。但是， 由于人为和自然原因，我国湖泊水体的环境现状令人担忧。根据九十年代后期对 全国2 6 个大中型湖泊进行的调查1 1 7 l ( 见图1 1 ) ，己趋富营养化的湖泊达7 7 ， 中营养化的湖泊达2 3 ，贫营养化的湖泊为0 。按照国际上总氮( o 2 m g l ) 和 总磷( o 0 2 r a g l ) 浓度作为湖泊富营养化的评价指标所调查的湖泊中，多数湖泊 总氮浓度+ 般高出5 1 2 5 倍，总磷高出1 0 - - 5 0 倍。许多湖泊出现水华泛滥，其 面积、强度以及藻毒素的含量，均大幅度增长。同时海湾办赤潮频发，仅赤潮造 成的损失每年就达数十亿元之多。在有些湖泊，人畜中毒现象时有发生。 近2 0 年来，我国湖泊富营养化发展速度相当快速。多年以来的调查结果表 明，富营养化湖泊个数占所调查湖泊的比例由二十世纪七十年代末八十年代后 期的4 1 发展到八十年代后期的6 1 ，至二十世纪九十年代后期又上升为7 7 ， 我国湖泊富营养化的发展趋势十分严峻( 见图1 - 1 ) 。在2 6 个国家重点控制湖泊 中，水质一般较差，低于地面水环境质量标准( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) v 类标准， 氮、磷污染较高，相当一部分湖泊还发生“水华”灾害。如滇池、太湖和巢湖是 国家重点治理的“三湖”1 1 8 l 。滇池是我国著名的高原淡水湖泊，位于昆明市下 游，也是城市唯一的纳污水体；太湖和巢湖分属中国的五大淡水湖之一，具有蓄 洪、灌溉、航运、供水、水产养殖、旅游等多方面的功能，而且是周围城市的主 要饮水源。据1 9 9 9 年中国水资源公报：太湖9 3 的湖区水质介于类劣v 类之间，主要超标项目为t p 、c o d 及b o d 。东太湖及太湖东部、南部沿岸带约2 3 的湖区水质稍好，为中富营养状态，其它7 7 9 6 的湖区为重富营养状念，太湖北湖 区夏季蓝藻大爆发，导致无锡市自来水供水困难。云南滇池水质为劣v 类，处于 重富营养状态。巢湖西半湖水质为劣v 类，东半湖稍好，全湖以重富营养化水体 为主。 中山人学倾i 。学位论文 墩体富茜养化治理综述 贫营养 l2 营养 4 剀1 - j 巾国主要湖泊营养状态变化趋势( _ 二十世纪七十年代一九十年代) 中山人学颂f ：学位论文水体富特养化治理综述 1 4 3 广州市湖泊富营养化现状 根据中山大学1 9 9 8 1 9 9 9 年对东“i 湖、流花湖和麓湖水质的跟踪比较研究， 发现流花湖、东山湖和麓湖的水质分别属于严重富营养一蓝藻( 铜绿微囊藻) 型、 重富营养( 银坎平裂藻、点形粘球藻) 型和重富营养一蓝藻( 银灰平裂藻、点形 粘球藻) 型污染水平，湖水中总氮、总磷、c o d 。g o d ；、叶绿素a 、浮游植物数、 透明度的年平均值如表1 2 所示。水体透明度显然与叶绿素a 含量有极高的相关 性，而叶绿素a 含量则主要与浮游植物的种类和数量有关，流花湖之所以透明度 很低，主要由于湖内优势藻种为铜绿微囊藻，属最主要的致“水华”蓝藻种类， 而另外两个湖主要为银灰平裂藻、点形粘球藻，因此未发生严重蓝藻“水华”。 尽管中山大学在此次研究中未对荔湾湖进行研究，但是从荔湾区环境监测 站历年来的监测数据可知，荔湾湖营养物质严重过剩，湖水水质仅次于流花湖，其 水体处于重富营养化水平，局部水域还处于缺氧状态，散发出明显腥臭气味，枯 水期情况最为严重。 表卜21 9 9 8 年4 爿一1 9 9 9 年2 月流花湖、东山湖和麓湖水质年平均值 1 5 水体富营养化的对策 富营养化的防治是水污染治理中十分棘手而且代价昂贵的困难问题，这主 要是导致水体富营养化的氮、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。另一方面，营养物的去除难度高。至今还 没有任何单一的生物学、化学和物理学措施能够彻底去除水中的氮、磷营养物质。 通常的二级生化处理方法，也只能去除3 0 5 0 的氮和磷。某些处理措施在理 论上或者在一定条件卜足可行的但是，在实际上或者大范围内则往往达不到 中山人学坝1 学位论艾水体富谐养化治坐综述 预期的效果。水体富营养化控制对策主要考虑以下原则： 加强湖泊上游的植被保护或尽可能地恢复上游的植被，从而保持水上，减 少入湖水的营养物质。 科学、合理地使用化肥，避免过分使用化肥，或使用高效、易吸收的化肥， 减少田问化肥的残留量，也就是减少农田径流携带的营养物质。 关闭点污染源，禁止排放：非点源尽量点状化，集中处理、降解后排放： 提倡使用无磷洗涤剂，提倡减少洗涤剂的用量：人畜粪便污水统一控制处置。 湖内有针对性地设嚣一些合理的物理、化学、生物或是综合的机制，加 强循环、交换，促进竞争、分解，使富营养化状态有所改善。 1 6 目前对湖泊富营养化治理的处理方式 目前国内外针对相对封闭的湖水的处理方式主要有控制外源性营养物质输 入和减少内源性营养物质负荷两种措施“。 1 6 1 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 6 1 1 制订营养物质排放标准和质量标准 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。 1 6 1 2 根据湖泊水环境容量，实旌总量控制 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 分配排放磷的总鼍控制方法。同时，严格的行政管理措施也是必不可少的。就目 中山人学伽! l 学位论文水体富f 养化治胜综述 前普遍使_ = f j 的洗涤剂而言，除少数国家洗涤剂中的磷含量低于2 ，一般洗涤剂 都含有5 、1 2 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，推广使用无磷洗衣粉等不失为一种控制磷的方法。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。 1 6 1 3 实施截污工程 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 关键性措旋。 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资， 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。 1 6 1 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 只要合理规划使用土地，最大限度地防止土壤侵蚀和地表径流过分漫流， 如在建筑物、农田安排自然排泄系统，就可以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也是控制面源营养物质的方法。 1 6 2 减少内源性营养物质负荷 减少内源性营养物质负萄主要有物理法、化学法和生物法三种方法。 1 6 2 1 物理法 物理法主要有清挖底泥沉积物、进行水体深层曝气、注水冲稀或水体置换 等。 清挖底泥沉积物对改善那些底泥营养物质含量较高的水体是一种较为有效 的手段但需要注意挖掘底泥的地点和深度。因为水体深层底泥中的可溶性磷和 氨氮可能反而高于表层底泥，当挖掘表层底泥后，正好暴露出深层底泥高含量的 可溶性磷和氨氮，使更多的磷和氨氮从底泥中释放出来，使水质进一步恶化。所 以，事先查清底泥营养物质在纵向剖面的形态分布，有助于合理地发挥挖捌底泥 中山人学颂f 学位论文 水体富一踏养化治理综述 去除内源性营养物质的效益。但不管怎样，从总体和长远观点来说，清挖底泥减 少了已经积累在表层底泥中的总氮和总磷，减少以至消除了潜在性内部污染源。 而且通过清挖底泥可以加深湖泊水体的深度，实际增加了源泊的环境容量，最终 仍能起到降低湖泊水体营养负荷的作用。f = 1 本诹访湖”o 。、北京颐和园昆明湖就是 采用清挖底泥方法，使水质明显好转。 水体深层曝气适用于那些湖水较深而出现厌氧层的水体。它在湖泊底部安 装曝气装置，定期或不定期采取人为湖底深层曝气而补充氧，使水体保持有氧状 态，有利于抑制底泥磷释放，对改善水质有利，但是这种方法效果不是很明显， 而且见效慢，运行费用较高。 注水冲释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， 起到稀释水体中营养物质浓度的作用，可以减少藻类生长的营养物质供给源，对 控制水华现象，提高水体透明度有定的作用。但是水体内的污染物绝对量并没 有减少，不能从根本上解决问题，而且有时很难找到这种磷和氮浓度较低的水源； 另一种手段是换水，这是针对临江湖泊的方案，起用江水取代湖水，以流动的贫 营养水代替停滞的富营养水的目的。 1 6 2 2 化学法 化学法包括直接在湖中投混凝剂及把湖水抽出来混凝沉淀后再返回湖中等 方法。 在湖中直接投加混凝剂见效快，但易产生二次污染，且药剂量难以掌握， 并有沉淀物沉积在湖底，污染物没有被带出水体，在湖中产生底泥又需清理底泥。 把湖水抽出来混凝后再返回湖中的方法以低剂量的金属盐与相当少量的高 分子聚合物联合使用处理湖水，并把污染物转移出湖体。具有占地少、工艺简单、 见效快等特点，但它的投资费用会较大。 1 6 2 3 生物法 生物法包括种植水生植物、土地处理、湖中投加生物絮凝剂及投加微生物 制剂等方法。 种植水生生物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 中山人学顾i 。学他论业 水仆富营养化治堙综述 然过程达到去除水体中氮、磷营养物质目的的方法。在浅水型的富营养化湖泊， 通常种植高等水生植物如莲藕、睡莲、蒲草等，随着这些水生植物的收获，氮磷 营养物质也就随水生植物一起离开了湖泊水体。这种方法的特点是无副作用、廉 价，但是见效慢，而且种植的水生生物需要经常清理、打捞，若不及时清理，水 生生物会腐化污染水体，因而管理无法达到自动化。这种方法对水体中的c o d 和b o d 去除率也不高，而且种植的水生植物受季节影响和外界环境影响较大， 如在涨洪或暴雨时会被淹死。 土地处理方法是一种生态工程方法，具有基建投资低、处理能耗低、运行 成本低，、运行管理方便等特点，但另一方面也存在一些缺点：占地面积较大， 处理效果般，需定期翻动、清理土地等。 在水体中喷洒生物絮凝剂能杀死藻类并抑制其再生，被杀死的藻类沉入湖 底，部分被分解成氮气和氨气，从水中释放出来，可以去除水中的氮。但是存在 如下缺点：一次性费用高，投加后短期内水质清、效果好，但是经过一段时间后 水质变差，污染物沉积在湖底，无法除去水体中的磷。不把磷从水体中转移出来， 无法根本解决水体富营养化问题。 投入微生物制剂是利用有效微生物菌群，分解水中有机污染物，消化底泥和 促进氮元素的反硝化作用，使水中藻类灭活，化学耗氧量、生化需氧量和氨氮下 降，透明度增加，水体得到改善。 1 6 2 4 几种处理方法的比较： 湖泊富营养化治理的几种处理方式比较( 见表1 3 ) ： 表1 - 3 湖泊富营养化治理的几种处理方式比较 在湖中投在湖中投 在湖中投 一 种植水生 抽取湖水 项目物理方法 加生物混加生物絮 加微生物 植物 混凝 凝荆凝剂 制剂 中山人学硕卜学位论文 水体富背养化治理综述 l - 7 目前国内外湖泊富营养化治理的现状 1 7 1国外湖泊富营养化治理现状 国外治理富营养化湖泊经验介绍 l 、澳大利亚新南威尔士州 1 9 9 1 年至1 9 9 3 年，全州共发生1 6 2 次水华，其中8 4 次对水的用途造成不 良影响，尤其是1 9 9 1 年底在达令河系发生世界上有记录以来最大规模的蓝绿藻 水体，绵延1 0 0 0 k m 以上。 治理措施： 减少进入水体营养物的数量，加强水污染防治和管理对策的研究。 a 控制城市和农村点源污染的工程和管理措施有：提高污水处理水平( 排 水系统清、污分流，改扩建以提高现有污水厂除氮、磷效率及扩大处理规模) ； 鼓励使用无磷或低磷洗涤剂；污水( 经处理) 浇灌；生活污水和河水的除磷处理 等。 b 般制面污染源的对策：保护流域内植被；城区多种草植树，帮助滤去地 中山人学硕i ：学位论史水体富营养化治理综述 表径流污染物：根据气候、土壤特点和作物需求，确定适宜的化肥使用时间、方 法和数量；利用河边的绿化带作为士地使用和水系间的缓冲和过滤带；改变和改 善化粪池的位置、设计和作用。 c 营养物污染管理规划，确定水体营养物的环境负荷和养活营养物排放量 方案。 d 建立流域污染控制示范工程。示范工程中有人工湿地、河岸绿化缓冲带 和高效污水处理厂。 水华的控制和管理对策 a 对水量进行调节和管理。 b 其他物理措施：水库管理，采用机械搅动和曝气破坏水体分层，增加水 体流动性：机械收获蓝藻绿藻。 c 化学措施：采用杀藻剂、除藻剂仅作为应急措施。 d 生物措麓。 2 、日本琵琶湖的水源保护和管理 琵琶湖是日本最大的湖泊，也是同本近畿地区的主要饮用水源。上世纪五十、 六十年代日本经济高速发展，污水排入琵琶湖，导致富营养化，严重威胁着当地 人民的身体健康。当地政府经多年努力，终于使琵琶湖水质得到改善，让当地群 众喝上了放一心水。他们的做法主要是通过研究、立法、宣教、规划、资金补助、 改造制水设备等措施，恢复了琵琶湖的良性循环。 污染源防治对策 工业废水：主要以1 9 7 9 年1 0 月制订的富营养化防治条例为依据，其中 “废水排放规则”一章中规定：企事业单位向公共水域排放的废水中氮、磷的含 量必须达标，并填写责任书。若废水不符合排放标准，可以下达禁令，这样做大 幅度地削减了工厂排放的污染负荷。 生活污水：条例中规定：“任何人