（植物营养学专业论文）em菌（effective+microorganisms）联合高等植物对富营养化水体的处理效果研究.pdf

致谢 两载时光转瞬即逝，在本论文即将成文之际回顾两年来的求学历 程，留下的既有成功的欣喜，更多的还是对未竟目标深深的遗磕。 本论文是在导师杨肖娥教授的悉心指导下完成的。在攻读硕士学位 期间，导师渊博的学识、敏锐的思维、谦虚严谨的治学态度高尚的敬 业精神，一直是我不断努力的动力和源泉。藉此论文完成之际，谨向辛 勤培育我的导师杨肖娥教授致以最崇高的敬意和最深挚的盛谢。 惑谢濮培民教授和李廷强老师在试验设计，以及论文完成中给予的 热心指导，以及冯英，彭红云、叶正钱及魏幼璋等老师在实验过程中所 给予的无私帮助，和日常学习和工作中的殷切关心。 尤其痞谢实验室常会庆师兄，方云英师姐在读硕期间在实验过程中 的切身指导和论文写作过程中的帮助与修改；唐谢六年的夫学同学及室 友蔡景波在整个实验过程中的帮助，以及日常生活和学习中的照顾；惑 谢吴湘，熊集兵、焦蓉婷，胡绵好等同学在试验实施和数据处理中的大 力帮助和指导，以及实验室各位师兄师- 女j 1 所营造的良好学习及科研氛 围，这将使我在以后的学习和工作中受益匪浅；唐谢实验室朱凤珍、胡 困相和张素霞为实验设施作出的多方面服务；唐谢杭州绿生生态有限公 司的王小钟及杨桂娥在实验材料及实验过程中所提供的帮助。 感谢我的父母及弟弟对我的理解和支持，我将以健康乐观的生活态 度、积极进取的精神回报父母二十多年来含辛茹苦的培育。 特别意谢我的女友及其家人对我求学的理解、支持与鼓励，以及在 我学习和生活经历一次又一次失败的打击时给予的支持和鼓励。 感谢我所有的师长，朋友，亲人所给予我的无私帮助与支持，没有 他们，我也许不能完成这两年的学业，也正是他们给了我无比的信心与 勇气去战胜学习与生活中的所有困难。他们是我一生中最大的财富。 最后，再次唐谢所有给予我帮助和鼓励的人! 丁学锋 0 6 年5 月于杭州华池畔 中文摘要 e m 菌( e f f e c t i v em i c r o o r g a n i s m s ) 联合高等 植物对富营养化水体的处理效果研究 中文摘要 随着人口的急剧膨胀和工农业的迅速发展，大量生活污水和工农业废水所引起 的水体富营养化已引起人们的普遍关注，而水体物理一生态修复技术是目前一条创 新的治理技术路线。许多的研究已经表明利用一些大型的水生植物富集氮、磷是治 理、调节和抑制湖泊富营养化的有效途径之一。由于单独把水生植物或一些微生物 应用在净化污染水方面已经有不少的研究，而对于把两者相结合的处理效果研究却 报道较少。因此本研究着重对以高等植物( 包括陆生植物和水生植物) 和微生 物一e m 菌( e f f e c t i v em i c r o o r g a n i s m s ) 联合来对富营养化水体的生态修复进行 重点研究，主要内容包括：不同条件对e m 菌处理污水的效果影响：不同比例 e m 菌与水生植物一黄花水龙( j u s s i a e as t 扫u l a c e ao h w i ) 联合处理富营养化水 体的研究；利用固定化微生物技术研究e m 菌对富营养化水体的净化效果影响； e m 菌联合高等植物( 陆生植物和水生植物) 对污水处理厂尾水的处理效果。取得 研究结果总结如下： 1 通过研究不同条件( 接种量、p h 值、曝气时间和温度) 对e m 菌处理污水 的效果影响表明：目标污染物不同，e m 菌处理污水所需要的条件也不同。对于c o d 的去除：由于e m 菌的c o d 本底值较大，因此在处理过程中接种量不宣过大，否 则会恶化水质，但对酸碱环境的要求不是很高，其最佳条件为：e m ( v ) ：污水 ( v ) = 1 ：1 0 0 0 、连续曝气、t 2 5 ：而对于氮、磷的去除，其最佳条件一致为： e m ( v ) ：污水( v ) = 8 ：1 0 0 0 、间歇曝气、t 2 5 、p h 为中性偏碱。但考虑到 整体性、经济性和实用性，e m 菌处理污水的最佳条件为：e m ( v ) ：污水( v ) = 1 ：1 0 0 0 、间歇曝气、t 2 5 c 、p h 为中性偏碱。 2 利用微生物e m 菌联合高等水生植物一黄花水龙( j u s s i a e as t i p u l a c e a o h w i ) 对富营养化水体的净化效果表明：增加e m 菌的接种量会提高富营养水体的 脱氮除磷效果，当e m ( v ) ：污水( v ) = 5 ：1 0 0 0 时，t n 、n h 4 + - n 、t p 的去除率 分别比对照提高了3 9 2 5 、6 1 6 7 和5 6 5 8 ，而对b o d 5 的去除e m 接种量不易过大， 否则不但不利于b o d 5 的去除，反而会恶化水质；同时加植物与e m 菌的处理效果要 比单独加e m 菌的处理效果要好， 处理e m ( o 0 1 ) + p 、e m ( 0 0 5 1 + p 、e m ( o 1 1 + p 中文摘要 并 i e m ( o 5 ) + p 分别比e m ( 0 0 1 ) 、e m ( 0 0 5 ) 、e m ( 0 0 1 ) d e m ( 0 5 ) 的t n 去除率 提高了4 4 5 、2 4 2 3 、1 1 2 6 和1 1 6 4 ，t p 去除率分别提高了2 2 9 1 、1 7 0 5 、 1 4 5 5 和1 0 9 4 ：水体中的微生物数量与其净化功能之间存在显著关系，数量越多 则去除效果越好。由于试验过程中未及时对枯黄和死亡植物进行清理，从而使得植 物本身对氨磷的去除量相对总去除量较小，分别只有4 7 8 、3 3 4 。 3 利用固定化微生物技术对e m 菌处理污水的研究结果表明：e m 菌对水体中 氮、磷的去除有一定的效果，尤其是对氨氮的去除效果最好；未固定的e m 菌比固 定的e m 菌效果好，而且加了植物一黄花水龙比不固定e m 菌的处理效果更好，在 处理1 2 天期间内，对n h 4 + - n ，t n 和t p 的去除率分别达9 8 1 ，5 3 6 和4 7 4 。 这可能是由于e m 菌在固定过程中，高速离心打乱了某些微生物的正常生长和繁殖， 加之实验时间不长，微生物复壮需要一定时间，从而降低了e m 菌的活性。 4 通过利用e m 菌联合陆生植物( 黑麦草、串叶松香草、红叶甜菜和芥菜) 、水 生植物( 大漂) 对污水处理厂尾水的净化效果研究，结果表明：实验中所引种的黑 麦草、红叶甜菜对污水的净化效果理想，处理l p 、b v 对t n 的去除率比对照分别提 高了4 3 3 3 、4 2 7 8 ，对t p 的去除则分别提高了5 4 8 0 、5 3 7 7 ，对c o d m 。的去除 分别提高了4 7 0 0 、2 8 4 0 ，对c h l a 的去除分别提高了5 2 7 4 、5 2 0 4 ；在e m 菌 与植物的联合系统中，串叶松香草具有最好的处理效果，对t n 、t p 、c o d m n 和c h l a 的去除，s p + e m 处理分别为9 6 1 7 、8 3 8 5 、7 3 6 7 $ d 9 4 8 4 ；根长与污染物去除 率的相关系数分别为：r t n = o 7 3 、r n o x n = 0 6 7 、r w a 4 n ：0 4 5 、r t v = 0 3 6 、r c o d = 0 4 4 、 r c h i r = 0 3 6 。在本试验中，黑麦草、红叶甜菜和串叶松香草都具有发达的根系，其根 长都在2 9 c m 以上，而芥菜的根系不是很发达，结果也表明芥菜的净化效果不理想。 将e m 菌与高等植物( 水生植物和陆生植物) 联合对污水处理厂尾水进行处理，这为 以后的水处理提供了一条崭新的思路。 关键 司：富营养化、物理一生态修复技术、e m 菌( e f f e c t i v em i c r o o r g a n i s m s ) 、 水生植物、陆生植物 英文摘要 e f f e c t i v e n e s so fe m - m a c r o p h y t ei n t e r a c t i o no n r e m e d i a t i n ge u t r o p h i cw a t e r a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fi n d u s t r ya n dt h e g r o w t ho fp o p u l a t i o n , w a t e r e u t r o p h i c a t i o nc a u s e db yd a i l ys e w e r a g ed i s c h a r g ea n dn o n - p o i n tp o l l u t i o nh a sb e e n d r a w ng r e a ta t t e n t i o n t h ep h y s i c a l e c o l o g i c a lr e m e d i a t i o ni san e wm e a s u r ef o r c o n t r o l l i n gw a t e re u t r o p h i c a t i o n m a n yr e s e a r c he v i d e n c e sh a v ep r o v e dt h a tu s es o m e l a r g ea q u a t i cp l a n t st or e m o v en i t r o g e na n dp h o s p h o r u si sa ne f f e c t i v ew a y t ot r e a t ，a d j u s t a n dc o n t r o lw a t e r e u t r o p h i c a t i o n t h e r e a r eal o to f r e p o t s o n u s i n ga q u a t i c p l a n t s - e f f e c t i v em i c r o o r g a n i s mt op u d f yt h ep o l l u t e dw a t e r , h o w e v e r , l i t t l ei sk n o w n a b o u tt h ee f f e c to fa q u a t i cp l a n t sc o m b i n e dw i t hm i c r o o r g a n i s m s t h eo b j e c t i v e so ft h i s s t u d yw e r et oe x a m i n et h ee f f e c t i v e n e s so fa q u a t i cp l a n t sc o m b i n e dw i t he f f e c t i v e m i c r o o r g a n i s m s ( e m ) o nr e m e d i a t i o nw a t e re u t r o p h i c a t i o n t h em a i nc o n t e n t si n c l u d e ( 1 ) t h ee f f e c to f u s i n ge mt ot r e a tp o l l u t e dw a t e ri nd i f f e r e n tc o n d i t i o n s ，( 2 ) c o m b i n a t i o n o fe mw i t hj u s s i a e as t i p u l a c e ao h w ii nd i f f e r e n tp r o p o r t i o n st ot r e a tt h ep o l l u t e d w a t e r ( 3 ) u s ei m m o b i l i z e dt e c h n o l o g yt os t u d yt h ee f f e c to fe mo np u r i f y i n gt h e p o l l u t e dw a t e r ( 4 ) e f f e c to fe mc o m b i n e d 谢lh i g h e rp l a n t s ( a q u a t i cp l a n t s a n d t e r r e s t r i a lp l a n t s ) t ot r e a td i s c h a r g ew a s t e w a t e rf r o ms e w e r a g et r e a t i n gf a c t o r i e s t h e r e s u l t so b t a i n e da r es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： 1 t h er e s u l t sf r o mt h ee x p e r i m e n t so fu s i n ge mt ot r e a ts e w e m g eu n d e rd i f f e r e n t c o n d i t i o n s ( q u a n t i t y , p h ，d o ，t e m p e r a t u r e ) s h o w e dt h a tm i c r o b i a lp r o p o r t i o na n dt r e a t i n g c o n d i t i o n sw e r ed i f f e r e n tf r o mt h ena n dpp o l l u t i o nl e v e l s c o do ft h ee mi sg r e a t e r ， t h ei n o c u l a t e da m o u n t so fe mi nt h et r e a t m e n ts h o u l dn ot ob et o ol a r g e ，o t h e r w i s ei tw i l l w o r s et h ee f f e c t s t h eb e s tt r e a t m e n tc o n d i t i o n sw e r et h er a t i oo fe m ( v ) t os e w e r a g e w a t e r ( v ) b e i n g1 1 0 0 0 ，w i t hc o n t i n u o u sa e r a t i o n ，a n da tt 2 5 。c t or e m o v epa n dn t h eb e s tc o n d i t i o ni se m s e w e r a g e w a t e r = 8 1 0 0 0 ，w i t hi n t e r m i t t e n ta e r a t i o n ，a n da tt 2 5 ca n dp ho fn e u t r a lt os o d a t h el a t e rc o n d i t i o n sa r cm o r ee c o n o m i ca n dr e a l i s t i c ，a s c o m p a r e dw i t ht h ef o r m e r s 2 u s i n gm i c r o o r g a n i s m e m c o m b i n e dw i t h h i g h e ra q u a t i cp l a n t s - j u s s i a e a s a p u l a c e ao h w it or e m e d i a t i o nt h ee u t r o p h i cw a t e r t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h eq u a n t i t y 英文摘要 o fe ma d d e da f f e c t e dt h ee f f e c t i v e n e s so f 仃e a t m e n t a te m s e w e r a g ew a t e ro f5 1 0 0 0 ， e mt r e a t m e n ta l o n er e m o v e dt n ，r 川；- n ，t pb y3 9 2 5 ，6 1 6 7 和5 6 5 8 ， r e s p e c t i v e l yu n d e re x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n s h o w e v e r t h eq u a n t i t yo fe m s h o u l dn o ta d d t o oh i l 曲i no r d e rt od e c r e a s eb o d so ft h ew a t e r t h ec o m b i n a t i o no fa q u a t i cp l a n tw i t h e m0 b t a l n e db e t t e re f f e c t i v e n e s si nr e m o v i n gn u f f i e n t sa n db o df r o mt h ew a s t ew a t e r t h er e m o v a lo ft nw i t ht h et r e a t m e n t so fe m ( 0 0 1 ) + p ，e m ( 0 0 5 ) + p ，e m ( 0 1 ) + p a n de m ( o 5 ) + pi n c r e a s e db y4 4 5 ，2 4 2 3 ，1 1 2 6 a n d1 l ，6 4 ，r e s p e c t i v e l y , a s c o m p a r e dw i t ht r e a t m e n to fe m ( o 0 1 ) ，e m ( o 0 5 ) ，e m ( 0 1 ) a n de m ( 0 5 ) a n d t h er e m o v a lo ft pe n h a n c e db y2 2 9 1 ，1 7 0 5 ，1 4 5 5 ，a n d1 0 9 4 ，r e s p e c t i v e l y n u t r i e n tr e m o v a lf r o mt h ew a s t e w a t e rw a sh i g h l yd e p e n d e n to nt h eq u a n t i t yo f m i c r o o r g a n i s m si nt h ew a t e r t h eh i 【g h e rt h em i c r o o r g a n i s m a sn u m b e r , t h eb e t t e rt h e w a s t e w a t e rw a sp u r i f i e d 3 i m m o b i l i z e dm i c r o o r g a n i s mt e c h n i q u ew a su s e di nt h et r e a t m e n t so fs e w e r a g e w a t e r t h er e s u l t ss h o w e dt h a te mc o u l dr e m o v ena n dpe f f e c t i v e l y ，e s p e c i a l l y ，n h 4 + - n ， 谢t 1 1t h ef r e ee mh a v i nb e t t e re f f e c t st h a ni m m o b i l i z e de m t h er e a s o ni su n k o w n ， p r o b a b l yh o w e v e r , e mc o m b i n e dw i t hj u s s i a e as a p u l a c e ao h w is h o w e dt h eb e t t e r e f f e c t st h a ns i n g l ee m w i t h i n1 2d a y st r e a t m e n t ，o ft h er e m o v a lo fn h 4 + - n ，t n a n dt pw i t he m + pw e r eb y9 8 1 ，5 3 6 ，a n d4 7 4 ，r e s p e c t i v e l y 4 e mc o m b i n e sw i t ht e r r e s t r i a lp l a n t s ( l o l i u mp e r e n n el ，b e t av u l g a r i s ，s i l p h i u m p e 咖l i a t u ml p i s t i as t r a t i o t e sl ) t h er e s u l t so ft r e a t i n gt h es e w e r a g eo fs e w e r a g e f a c t o r i e ss h o w ；u s el o l i u mp e r e n n el a n ds i l p h i u mp e r f o l i a t u ml h a si d e a lp u r i f i c a t i o n r e s u l t s t h e yg e tr i do f t nr a i s e sb y4 3 3 3 ，4 2 7 8 a n dt pr a i s e sb y5 4 8 0 ，5 3 7 7 i n c o m p a r i s o n a tt h es a n l et i m e ，t h e yg e tr i do fc o d m nr a i s e sb y4 7 0 0 ，2 8 4 0 ，a n d c h l ab y5 2 7 4 ，5 2 0 4 w h e ne mc o m b i n e sw i t hp l a n t sb e t av u l g a r i sh a st h eb e s t r e s u l t s s p + e mc a ng e tr i do ft n ，t p ，c o d m na n dc h l ab y9 6 1 7 ，8 3 8 5 ，7 3 6 7 a n d9 4 8 4 t h el e n g t ho fr o o th a sr e l a t i o nw i d lt h er e s u l to fg e t t i n gr i do fn i t r o g ma n d s oo n t h a ti sr t n = o 7 3 ，r n o x n = 0 6 7 ，r n h 4 - n = 0 4 5 ，r t p = 0 3 6 ，r c o d = 0 4 4 ，r c h , a = 0 3 6 l o l i u mp e r e n n el ，b e t av u l g a r i sa n ds i l p h i u mp e r f o l i a t u ml g r e wl a r g er o o ts y s t e m s ， w i t hl e n g t h se x c e e d i n g2 9 c m ，i ta p p e a r st h a tc o m b i n i n ge mw i t hh i g h e rp l a n t s ( a q u a t i c p l a n t sa n dt e r r e s t r i a lp l a n t s ) c o u l de f f e c t i v e l yr e m e d i e ds e w e r a g ew a t e r , a n dr e m o v en a n d p 4 英文摘要 k e yw o r d s ：e u t r o p h i c a t i o n ，p h y s i c a l e c o l o g i c a lr e c o v e r yt e c h n o l o g y ，e f f e c t i v e m i c r o o r g a n i s m s ，a q u a t i cp l a n t s ，t e r r e s t r i a lp l a n t s 5 第一篇文献综述 第一篇文献综述 第一章水体富营养化及其物理生态 修复技术 水是万物之源，是一切生物生存的物质基础。曾有学者估计地球上所有生物的 含水量，几乎是地球地表淡水量的一半。地球上几乎所有生物的体内都含有水，都 会因缺水而死亡。所以从这种意义上来讲，“生命就是水，水就是生命”。地球虽然 号称水球，地球表面7 1 的面积被水覆盖，但其中9 7 5 的水是海水咸水，2 的水 被冰j i l 、冰帽所覆盖，剩下的部分则储藏在地下深处人们难以取用。人类可以使用 的淡水仅有0 2 6 左右。近3 0 年来，世界人口增加了6 0 以上。据世界卫生组织调 查，约有1 4 的人口缺少洁净的饮用水。目前全球有1 0 0 多个国家缺水，1 3 亿人缺 少饮用水，1 0 亿人的饮用水不合乎卫生要求，全球淡水量严重不足。 而更令人担忧的是，这数量极其有限的淡水，正越来越多地受到污染。许多国 家地区水污染状况的恶化使得用水紧张状况进一步加剧。我国就是世界上少数几个 贫水国家之一。 1 1 水环境污染现状 我国水资源总量为2 8 万亿m 3 ，居世界第6 位，但人均占有量只有2 3 0 0 m 3 ，约 为世界人均水平的1 4 ，排在世界第1 2 1 位，是世界上1 3 个贫水国家之一，全国6 0 0 多个城市目前大约有一半的城市缺水。而水污染更使我国的缺水状况“雪上加霜”， 使得水环境形势显得更为严峻。 水体污染( w a t e rp o l l u t i o n ) 通常指排入水体的污染物超过水体对该污染物的净 化作用，从而引起水质恶化，造成水生生物及人类生活与生产用水的不良影响，其 危害是多方面的。水污染是一个世界性问题，它会导致水资源的可利用性能降低， 自然水生态系统的逐渐退化。7 0 年代以来，许多江、河、湖泊、水库的水质一直在 下降。曾有一段民谣：5 0 年代淘米洗菜，6 0 年代洗衣灌溉，7 0 年代水质变坏，8 0 年代鱼虾绝代。日趋严重的水污染不仅降低了水体的使用功能，还进一步加剧了水 资源的短缺，对我国正在实施的资源可持续利用战略带来了严重的负面影响，尤其 严重地威胁到城乡居民的饮水安全和人民群众的身体健康。 1 2 水体富营养化 第一篇文献综述 水体富营养化( e u t r o p h i c a t i o n ) 一直是水污染中较为严重的环境问题。富营养 化( e u t r o p h i c a t i o n ) 一词来源于希腊文，即“喂养状态变好的过程”，但在本文中其 含义是指湖泊、水库、缓慢流动的河流以及某些近海水体中营养物质( 一般指氮和磷 的化合物) 过量从而引起水生植物( 如藻类及大型植物) 的大量生长。水体出现富营养 化现象时主要表现为浮游生物大量繁殖，因占优势的浮游生物的颜色不同水面往往 呈现蓝色、红色、棕色、乳白色等，这种现象在江河湖泊中称为“水华”，在海洋则 称为“赤潮”。 据中国水利部最新的调查显示：对4 9 个湖泊的营养状态进行评价，1 7 个湖泊 处于中营养状态，3 2 个湖泊处于富营养状态。国家重点治理的“三湖”情况是：太湖 1 6 5 的面积为类水，7 5 3 的面积为类水，8 2 的面积为劣v 类水；中营养水 平的面积占2 3 ，富营养占7 7 。滇池水质以v 类为主，占评价面积的6 9 ，劣于 v 类水质占评价面积的3 1 ，全湖处于富营养状态。巢湖的东半湖巢湖市第一水厂 湖区水质为类，中庙湖区水质为v 类，西半湖水质为劣v 类，湖水处于富营养状 态。( 2 0 0 4 年中国水资源公报) 1 2 1 水体富营养化的原因 水体富营养化的根本原因是营养物质的增加，使得有机物和藻类增加。藻类等 浮游水生植物在水中的生长、繁殖需要2 5 3 0 种元素，女l l c a 、m g 、z n 、b 、f e 、c u 、 a i 、及陋潜，另外维生素b 1 、b 1 2 及荷尔蒙也起着营养作用，在2 5 3 0 种营养元素 中植物需要的碳、氮、磷量最大( 金相灿，1 9 9 0 ) 。藻类生长遵循李比希最小定律( 饶 钦止等，1 9 8 0 ) ，即其生产量或生物量取决于外界供给它的所需养分中数量最少的那 一种。碳在自然界中存在量多且易获得，而水中的氮和磷量较少，因此氮和磷通常 是水体中植物生长、繁殖的制约因子。根据r e d f i e d f l 拘假设，一个典型藻类的分子式 应为( c 9 2 0 ) 1 0 6 ( n h 3 ) 1 6 ( h 3 p 0 4 ) ，这就是说，临界的氮磷比按元素计应为1 6 ：1 ，按重 量计应为7 2 ：1 。从理论上讲，如果氮磷比小于该比值，氮将限制藻类的增长；如 果氮磷比大于该比值，则认为磷是藻类增长的限制因素。在实际应用中，藻类增长 所需的氮磷均为可溶性的n 0 3 、n i - h 或p 0 4 ，按照r e d f i e d f l 拘分子式计算出来的比值， 一般认为，当氮磷重量比大于1 邮寸，磷可以考虑为藻类增长的限制因素( h o m e ，e t a 1 ，1 9 9 4 ) 。下述比值范围已确认为确定富营养化限制因素的条件：当n p 1 2 时 磷为限制因素；n p 7 时氮为潜在的限制因素；7 n p 1 2 时两种元素都 不是限制因素。 营养盐来源按进入途径可分为外源和内源。外源污染又可分为两大类：点源： 第一篇文献综述 来自流域的城镇生活污水和工业污染源排放；面源：来自流域的农田径流、畜禽 养殖、水产养殖及其他面源。随着点源污染排放的不断达标，面源污染日益成为水 体富营养化的主要来源。例如巢湖非点源入湖t n ，t p 总量占全湖输入量超过6 8 和7 4 ( 屠清瑛等，1 9 9 0 ) 。内源污染是由于湖底沉积物中液态营养盐向上覆水中 释放，在动力作用下营养盐再悬浮造成的，在这种因素影响下，即使大幅度削减外 源污染负荷，在特定条件下( 高温少雨) ，仍可能引起藻类暴发，所以内源污染成为 湖体藻类暴发的关键因素。以太湖为例，太湖表层底泥中t n 的质量分数为0 0 9 2 ， t p 的质量分数为o 0 6 0 ( 范成新等，2 0 0 0 ) 。 1 2 2 水体富营养化的危害 1 2 2 1 破坏生态环境 富营养化现象出现以后，大量繁殖物铺满水面，阻断光线向水底透射，使下层 水生植物光合作用受阻，氧的释放量减少，当繁殖藻类由于数量大而营养枯竭时会 发生大面积死亡，尸体被微生物分解又会消耗大量氧，两种作用的结果使水中溶解 氧浓度降低，在水底形成厌氧条件，水中的物质会在厌氧细菌的作用下被还原为 h 2 s 、n h 3 、c 1 - 1 4 等有害气体，加之藻类自身的腥味异常，使水质完全恶化，水体生 态结构被破坏，生物链断裂等水体功能退化。 1 2 2 2 破坏自然景观 人们常用山青水秀来形容人文和自然景观，有水的地方是人们休闲娱乐的重要 场所，然而现在许多地方的水体都严重污染，特别是由于水体富营养化而引起的“水 华”现象，使得透明度下降，浑浊的水体加上气味异常，使游人望而却步。例如滇池 是著名的高原湖泊，原来是昆明市的饮用水源，更是有名的旅游胜地，但同时也是 污水的受纳体，2 0 世纪9 0 年代起就只能满足灌溉水质的要求，内湖外潮中都出现了 蓝藻滋生的现象，原来的旖旎风光变成了一片污秽。 1 2 2 3 影响城市供水和人体健康 人们赖以生存的水库、河流、湖泊以及城市工业和生活用水，如果污染或者产 生富营养化，会使水体中有机质增加，产生藻毒素，这些藻毒素是肝脏肿瘤的强诱 发剂，严重威胁着人体健康和饮用水安全。在富营养化的水体中，硝酸盐和亚硝酸 盐的数量增多，其中还含有某些致癌物质，这对动物和人体也是一种威胁。藻类在 生命活动中，可使水体p h 值升高，为霍乱弧菌等某些致病菌的繁殖创造了有利条件， 使水质卫生标准下降，直接威胁人体健康。 第一篇文献综述 1 3 富营养化水体的防治 随着城市和工业的不断发展，以及农业化肥和含磷洗涤剂的大量使用，大量未 经处理的城市生活污水和工农业废水流入湖泊和江河中，使湖泊、江河中的氮、磷 等营养盐不断积累，使得湖库水体富营养化的进程大大加快( 金相灿等，1 9 9 0 ：吕 兰军，1 9 9 6 ) 。因此，水体富营养化的防治是一项十分重要，十分迫切的任务。 富营养化的防治是水污染处理中虽为复杂和困难的问题，至今还没有任何单一 的生物学、化学和物理措施能较好地治理富营养化的水体。其原因在于：污染源 的复杂性；营养物质去除的高难度。尤其是在污染源的复杂性方面，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。按照湖泊富营养 化与污染控制理论，防治水体营养化的根本性措施是减少水体的氮、磷含量，控制 主要污染物藻类、臭味、有机物( 顾丁锡等，1 9 8 8 ) 的生成，使富营养化水体 得到净化。 1 3 1 控制污染源对策 1 3 1 1 控制外源性营养物质的输入 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。如降低废水中氮、磷元素( 特别是磷元素) 的含量，把大量的氮磷 元素( 尤其是磷元素) 堵截在进入天然水体之前，控制外源性营养物质输入( 范美坤， 陈宇春，1 9 9 9 ) 。据对全国2 6 个湖泊水质调查资料的分析，约有半数以上的湖泊f 约 占6 1 ) 受到有机物和n 、p 较严重的污染( 李祚泳，1 9 9 4 ；金相灿，2 0 0 1 ) 。控制外 源性营养物质可以采取以下措施： ( 1 ) 非点源污染控制 非点源( n o n - p o i n ts o u r c e ) 污染水体的主要原因是农业活动。农业养分主要通过径 流、农田排水、渗漏淋洗、粪便排泄等途径进入水体。研究表明，不适当的生产活 动引起的地表侵蚀使土壤中的大量营养物质，特别是磷随地表径流进入水体，成为 湖泊营养物质的主要来源( 景海春等，1 9 9 4 ) 。滇池近4 0 ，太湖近5 0 ，巢湖甚 至更高的氮、磷来自于水土流失造成的面源污染( 孟庆义，2 0 0 1 ) 。 因此，对农业活动，特别是土地的利用和管理显得尤为重要。 ( 2 ) 点源污染控制 9 第一篇文献综述 研究表明，最主要的点源排放是居民生活污水和工业废水，另外还有大型农业 单位。目前的污水处理主要是除去水中的耗氧有机物，对氮、磷的去除率非常有限。 据报道。污水的一、二级处理对氮、磷的去除率分别为1 5 和1 3 0 ，三级处理的去 除率达到5 5 。所以，如果在当前普遍运行的一、二级处理的基础上加上三级处理， 可以使氮、磷的去除率接近于1 0 0 。由于经济及技术原因，我国污水的三级处理短 期内很难普及。太湖流域1 9 9 8 年底1 0 3 5 家日排废水l o o t 或c o d 3 0 m g l 以上重点排污 单位的总达标率为9 7 3 ，1 0 5 2 家非重点排污单位的治污设施也已完工7 0 。 ( 3 ) 截污、排污工程 生活污水、工业废水以及农田雨水径流输入的营养物是导致湖泊、水库水质富 营养化的主要原因。实践证明：对点源排放的氮、磷等营养性物质和其它污染物实行 截流是控制水体富营养化的关键措施之一。日本的水体富营养化专家津田极力主张 “救湖的良策是截污”。目前，截污工程已经成为中国许多富营养化湖泊治理的重要 途径之一。如太湖修建了望亭河道立交等工程，实现清污分开，减少入湖污水( 孟庆 义，2 0 0 1 ) 。 将高营养浓度的污水引流到非敏感水域，使敏感水域得到保护，是一条行之有 效的途径。这项措施的实施取决于湖泊附近的地理条件，最好是附近有相对次要的 容纳地，或者距海较近( d a v i dh ，1 9 9 2 ) 。 ( 4 ) 禁磷 磷对城市湖泊水体富营养化的负荷要超过氮，因此，磷是产生富营养化的关键 因素。目前普遍使用的洗涤剂，一般均含有5 1 2 的磷酸盐成分，因此在截污工程 实施之前，限制含磷洗涤剂在湖区的使用也是一项非常重要的措施。世界各国都把 禁用含磷洗涤剂作为控制水体和湖泊富营养化的重要措施。如美国、加拿大、日本 及西欧国家根据各国水体富养化程度，分别提出了地区性的“禁用或限用”含磷洗涤 用品的政策、法规，在一些地区已经有效地控制了地表水中的磷浓度( 舒金华等， 1 9 8 8 ) 。我国太湖流域也于1 9 9 9 年1 月1 日起全面禁用含磷洗涤剂。禁磷行动在太湖 至少减少了1 6 似的磷排放量( 孟庆义，2 0 0 1 ) 。 但由于洗涤剂中的磷酸盐在水体磷污染中只占2 0 ，因此限磷与禁磷措施并不 能彻底解决水体的富营养化问题( 谢雄飞等，2 0 0 0 ) 1 3 1 2 减少内源性营养物质的负荷 输入到湖泊水体中的营养性物质在时间及空间上的分布非常复杂。氮、磷元素 第一篇文献综述 在水体中可能被水生生物吸收利用，或者溶解于水中，或者经过复杂的物理、化学 反应及生物作用沉降，并在底泥中不断的累积，在一定的条件下再从底泥中释放到 水体( 谢礼国，郑怀礼，2 0 0 4 ) 。 减少内源性营养物质负荷，主要应防止营养盐类的回复，有效地控制水体内部 氮、磷的富集，应根据不同的污染情况，采用不同的方法，如物理化学方法、生物 性措施或工程性措施等。 ( 1 ) 疏浚底泥 由于长年的沉积作用，湖泊中沉积了大量富含氨、磷的污染物底泥，它们的溶 解释放是湖泊内部营养的主要来源。如不将其除去，即使是控制了外源营养物质的 进入，仍然起不到降低现有营养水平的效果( m u r p h y ，e t a l ，1 9 9 9 ) ，所以许多城 郊湖泊都在进行疏浚底泥。底泥疏浚是一个高投入的方法，不论是挖掘、运输还是 污泥最终处置，都要消耗大量的人力和物力。因此，这一措施一般只用于利用价值 较高的水体，而且一般应在枯水季节进行。挖掘过程中，底泥的扩散和颗粒物再悬 浮容易造成二次污染，比如底泥中含有大量营养物质以及重金属等有害成分，其最 终处置也是一个不容忽视的问题( 金相灿等，1 9 9 9 ) 。 ( 2 ) 人工曝气 这种措施适用于那些湖水较深而出现厌氧层的水体。在已经富营养化的湖泊中， 底泥中磷易于在厌氧条件下从底泥中释放出来。如果采用曝气船定期为湖底补充氧， 使水与底泥界面之间不出现厌氧层，经常保持有氧状态，这将有利于抑制底泥中磷 的释放，改善氧气状况，加强矿化作用，降低浮游植物光合作用等效果( 兰智文等， 1 9 9 2 ) 。这种方法由于受到经济条件的限制往往只能在小型湖泊推广运用。 ( 3 ) 引水换水 引水换水是减少和稀释水体营养物质的有效方法，这还可以与城市污水的资源 化利用结合进行。要实现这一目的需要具备两个条件：首先是要有低营养的水源， 另外要保证藻类冲刷出湖的速度大于在湖中生长的速度，同时冲坏藻细胞以控制藻 类生物量，一般认为，每天冲入湖泊体积1 0 一1 5 的水就足够了。这种方法对降 低湖水营养物质浓度，控制水体富营养化有一定作用，但是不能从根本上解决问题。 对于临江湖泊换水是一种可以考虑的方案。例如杭州西湖引钱塘江水冲刷，取得了 较好效果( 余国忠等，2 0 0 0 ) 。 ( 4 ) 化学方法 第一篇文献综述 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，常见方法有：铁盐凝聚沉降 法，铝离子交换法，石灰凝聚与氨汽提法。而使用杀藻剂可杀死藻类，这适合于水 华盈湖的永体，常用的除藻剂有：松香胺类、三连氮衍生物、有机酸、醛、酮以及 季胺化合物等有机化合物，铜盐( 硫酸铜、氧化铜) 、高锰酸钾、磷的沉淀剂( f e ”、 f j + 盐等) 等无机物。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。 目前在化学除藻方面，国内外都还没有成熟的经验可提供( 许木启等，1 9 9 8 ) 。 1 3 2 生态工程 过去的几年间，我国对一些严重富营养化的湖泊( 如玄武湖、西湖、滇池) 采 取截污、清淤挖泥、引水冲污、投加化学药剂钝化营养盐和直接除藻等治理措施， 从实际效果来看，对这些富营养化的湖泊河网水体，任何单一的措施，都难以控制 富营养化藻类种群暴发，有时甚至还会导致藻类生物量增加、富营养化呈现加重的 趋势。s h a p i r o 等在19 8 4 年提出了“生物操纵技；i ( b i o m a n i p u l a t i o nt e c h n o l o g y ) ，指通 过对湖泊生物群及其栖息地的一系列调节，以增强其中的某些相互作用，促使浮游 植物生物量下降。 生态工程的具体措