第四讲 水体富营养化.ppt

第四讲水体富营养化,黄钰铃2013春,主要内容,1、富营养化的概念2、富营养化的危害3、富营养化产生的原因4、国内外富营养化现状5、富营养化的治理,1、富营养化的概念,第一个确实的、科学的观察应在19世纪20年代瑞士的莫尔登湖湖水变成红褐色。周围居民认为是二百多年前德瑞战争中法国士兵血迹的回溯。经过植物学家观察，发现是由于大量红色颤藻Oscillatoriarubencens(D.C.)Gom.的生长，而它的大量出现可能与畜牧业中大量施用肥料有关。,1、富营养化的概念,目前认为湖泊中营养物的缓慢增加称为天然富营养化；而只有突然的、迅速的营养物增加(通常是人为的原因)，才可称为真正的富营养化，或人为富营养化(cultural或anthropogeniceutrophication)。对于人为富营养化在湖泊演替中的地位，过去大都认为是加速了演替过程，使湖泊走向衰老但现在有人把它看作是演替过程的逆转，使湖泊由衰老走向“年青化”。“人为富营养化”是一个环境污染问题。,1、富营养化的概念,“由于人类活动，水体中营养物质增加，引起浮游生物过量生长和整个水体生态平衡的改变，因而造成危害的一种污染现象”。淡水水华咸水/海洋赤潮,1、富营养化的概念,指标,N0.20.3mg/L,P0.010.02mg/L，生化需氧量10mg/L，细菌总数105个，叶绿素a10g/L。,特征,浮游生物大量繁殖，水中溶解氧含量降低；藻类数目迅速增加；因占优势的浮游藻类颜色不同，水面往往呈现蓝、红、棕、乳白等颜色,1、富营养化的概念,1、富营养化的概念,以总磷年平均浓度进行判断,1、富营养化的概念,富营养湖泊与贫营养湖泊比较,富营养湖泊与贫营养湖泊比较,1、富营养化的概念,2、富营养化的危害,(1)透明度降低，阳光难以穿透水层，影响水中植物光合作用，同时浮游生物大量繁殖，消耗水中大量的氧，使水中溶解氧严重不足，造成鱼类大量死亡。养殖,2、富营养化的危害,(2)富营养化水中含有亚硝酸盐和硝酸盐，人畜长期饮用，会中毒致病等。供水,2、富营养化的危害,(3)水体富营养化，常导致水生生态系统紊乱，水生生物种类减少，多样性受到破坏旅游。,3、富营养化产生的原因,富营养化发生所需的最必要的外力条件：,发生富营养化暴发“水华”,(1)总磷、总氮等营养盐相对充足；(2)缓慢的水流；(3)适宜的气候条件(包括水温、光照条件)。,营养物质的来源,点源面源内源,3、富营养化产生的原因,营养物质的来源,（1）点源主要包括工业废水和城市生活污水污染，通常有固定的排污口集中排放。,3、富营养化产生的原因,营养物质的来源,（2）面源又称非点源，污染物从非特定的地点，在降水（或融雪）冲刷作用下，通过径流过程而汇入受纳水体（包括河流、湖泊、水库和海湾等）并引起水体富营养化。,3、富营养化产生的原因,营养物质的来源,（3）内源是指江河湖库水体内部由于长期污染的积累产生的污染再排放。,3、富营养化产生的原因,4、国内外富营养化现状,世界湖泊和水库营养化状况,4、国内外富营养化现状,目前欧洲在统计的96个湖泊中有80%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,属富营养型湖。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。,全球现状,AlgaebloominMoundsDamimpoundmentcausedbyeutrophication,4、国内外富营养化现状,富营养化湖泊个数占调查湖泊的比例由20世纪70年代末80年代后期41%发展到80年代后期61%,至20世纪90年代后期又上升到77%,我国湖泊富营养化的发展趋势十分严峻。,4、国内外富营养化现状,国内现状,4、国内外富营养化现状,2009年8月16日，在武汉东湖风光村旁官桥湖水面上，大量的蓝藻形成一块漂浮的油布，湖水就像稠稠的绿色油漆，浑浊还发出腥臭味。,4、国内外富营养化现状,昆明2007环境状态公报发布：滇池水体富营养化加重,4、国内外富营养化现状,太湖夏季水华频繁发生，严重时造成绿色藻细胞覆盖整个水体，水厂停水；同时，水中的有机物和氨氮含量严重超标，特别是溶解性DOC有机物占总有机物COD的比例为88%。,沿海省（自治区、直辖市）赤潮发现次数,5、富营养化防治,化学法物理法生态法,1）化学法,（1）应用除藻剂常用的除藻剂有硫酸铜或含有铜的有机螯合物、氯、二氧化氯等。硫酸铜等除藻剂可使藻细胞破坏，增加水体的透明度，但有些藻细胞破坏后会释放毒素，造成二次污染。而导致水体铜盐浓度上升，铜离子易在生物体内蓄积，危害水生生物及人体的健康。,1）化学法,（2）混凝沉淀除磷加入絮凝剂可钝化沉淀水体中的磷，使氮磷比例失调，防止水华发生。常用化学药剂有3类：石灰、铝盐、铁盐。化学除磷去除磷效率较高，去除率可达85以上。其优点是能去除溶解性与胶体性磷盐，适用于胶体状和溶解性无机磷含量较高的封闭或缓流水体。,1）化学法,（3）电化学除藻直接电解水溶液获得氧自由基和活性氯等抑菌成分，对细菌和病毒有较高的灭活率。这种技术具备成本低廉，对环境友好的优点，在污水处理方面得到快速发展。电化学除藻效率与电极材质、电流强度和搅动频率等因素相关，在恰当条件时除藻率可达到90以。,2）物理法,采取截流、疏浚、稀释和污水分流等措施。应用最成功的典型是华盛顿湖，治理花了17年，费用1亿3千万美元。（1）流体动力方法利用流体动力改变藻类的生存条件和破坏藻的细胞囊，促使藻细胞死亡，达到去除目的。,2）物理法,（2）曝气充氧技术向水中补充氧气，在一定程度可以防止因藻类大量繁殖而导致缺氧使鱼类死亡，对维持水体生态平衡起到一定的作用。曝气设备分为鼓风曝气、机械曝气及射流曝气，在河湖水库中多用机械曝气。,2）物理法,（3）物理吸附技术利用多孔介质使水体中的一种或多种物质被吸附在固体表面而去除的方法。此方法主要通过分子力而引起的，不发生化学作用，在低温或常温下就能进行。去除对象主要是有机物、无机氮，对封闭的微污染水体去除率在40以上。,3）生物法,（1）遮光除藻遮避光源会显著抑制藻类的光合产氧速率，并促使藻类消亡。试验结果显示，遮光9d之后叶绿素a浓度、浊度、COD都显著下降，去除率分别达到80.1、68.0、93.8。实际应用困难：如太湖湖水面积约2425平方公里，要遮蔽5060的光照面积来实现除藻，工程巨大。,3）生物法,（2）微生物治理很多原生动物可取食藻类，主要有：鞭毛虫、变形虫和纤毛虫三个大类。现今已分离到取食微囊藻、束丝藻等滇池优势藻种的原生动物。原生动物具有食量大、抗逆性强、易繁殖等优点。,3）生物法,（3）食藻生物防治部分鱼类或贝类等直接或间接以藻类为食，从而抑制藻类的过度生长控制其危害。巴西一个热带水库试验结果表明鲢能成功控制微囊藻水华。武汉东湖鲢鳙的大量放养，是蓝藻水华消失的决定性因素。,5、富营养化防治,生活污水经过处理后再排放,5、富营养化防治,构建人工湿地，滞留污染物,5、富营养化防治,5、富营养化防治,黏土除藻技术的运用，可将藻类迅速沉降，改善水质,“滇池蓝藻水华污染控制技术研究”基地的重力斜筛自动脱水设备对滇池蓝藻水华进行脱水处理，脱水后的藻浆经去毒处理，可成为上好的有机肥料或饲料。,中科院水生所“滇池蓝藻水华污染试验技术研究”课题组示范区6.1km2的滇池水面在治理中水质逐渐好转，成群的红嘴鸥飞至湖面捕食、嬉戏。,我校在三峡库区支流富营养化及水华方面的研究工作,2005-目前,TGR,Atthelevelof175m,thelengthisabout668kmfromdamuptoJiangjin,averagewidthis1100m,andwatersurfaceis1084km2oftheTGR.Itisatypicalriver-typereservoir,with40incomebranches,2763.1kmofthem.,TGR,GeneralintroductionofTGR,Stat.resultsin2009showedthat:In2008,industrialwastewaterdischargedtobe5.58billiont,increasing17.7%morethanlastyear,urbansewage5.93billiont,24.1%morethanlastyear.,GeneralintroductionofTGR,GeneralintroductionofTGR,GeneralintroductionofTGR,GeneralintroductionofTGR,GeneralintroductionofTGR,GeneralintroductionofTGR,GeneralintroductionofTGR,SinceimpoundingoftheTGRinJune2003,thereweremanytimesofalgaebloomindifferentbranches.,资料来源：国家环保部长江三峡工程生态与环境监测公报（2003-2010）,GeneralintroductionofTGR,Monitoringresultsonthemainstreambyourgroupshowedthat:theconcentrationsoftotalnitrogenandtotalphosphorexceedthanthestandardsoftheeutrophicationintheworld.,GeneralintroductionofTGR,Algaebloomintypicalbranches,AlgaebloominXXbay,Springin2005:Dinoflagellate,AlgaebloominXXbay,AlgaebloominXXbay,AlgaebloominXXbay,AlgaebloominXXbay,AlgaebloominXXbay,AlgaebloominXXbay,StudyRegion,generalregionalsurvey:TGRanditsbrancheskey-pointinvestigationarea：HeadofTGRandXiangxihe,DaningheandXiaojiang,StudyRegion,StudyRegion,StudyRegion,StudyRegion,StudyRegion,StudyRegion,Xiaojiang,afirstorderbranchontheleft,isabiggerbranchofthereservoir,withthedistancefromdamtobe250.0km，originatedfromkaixiancounty,Chongqing,importingintoChangjangattheShuangjiangtown.TheareaofXiaojiangbasinis5276km2.,StudyRegion,Daninghe,afirstorderbranchontheleft,originatedfromWuxicounty,Chongqing,importsintoChangjangattheeastofWushancounty.Thelengthofthemainriveris165.0km,withthewindingriverway,averagegradienttobe11,andthearea4199.0km2.Thedistancefromthedamis123.0km.,StudyRegion,ThedistanceofJiuwangxi,Xiangxihe,PuzhuangheandZaxihefromthedamis20.0，32.0，34.0and42.0km，separately,withhighmountainsandgorges。XiangxiheandZaxihelieontheleftofChangjiangRiver,flowingfromnorthtosouth,aversely,JiuwanxiandPuzhuangheontherightofChangjiangRiver,fromsouthtonorth.XiangxiheisthebiggestbranchofthereservoirinHubei,originatedfromtheforestofShennongjia,importingtoChangjiangattheZiguitown.ThedistanceofbackwaterofXiangxiheismorethan40.0kmwiththelevelofreservoirtobe175m.,Mechanismofalgaebloom(I),Fieldobservation,VCJVXX,Criticalflowvelocity,VVcritical,OperationOfTGR,Sluicing,Mechanismofalgaebloom,Question,Mechanismofalgaebloom(I),Note:ItisdifficulttoacceleratetheflowvelocitythroughsluicingofTGRtocontrolalgaebloom;MaybeCriticalvelocitydoesntexist,orotherparameterscanbeusedtoshowthedifferentcharacteristicsofflowinXXandCJ;Waterlevel,waterleveldailyfluctuation,etc.can?,？,Sluicingtoacceleratetheflow,Mechanismofalgaebloom(II),Mechanismofalgaebloom(II),relativestratifieddensitycurrentinXX,One-dimensionalinCJ,Mixing,Stratificationvariedwithspace,Destroylayer,Impounding,YES,ZmixZeu,NO,Mechanismofalgaebloom(II),OperationoftheTGRforalgaebloomcontrol,Notes,3.Densitycurrentinbrancheswillstrengthenmixing,destroystratification,andlesseneuphotic,whichwillleadtoZeu:Zmix1,andcontroleutrophicationandalgaebloominashorttime.,2.WiththeimpoundingofTGR,densitycurrentwilldropintobranchesfromCJ,especialthewaterleveldailyfluctuationistobe1.0-1.5m/d,thewaterrecycleledbydensitycurrentisobviousinbranches.,1.TherangeofwaterlevelinTGRis30m,from145mto175m,whichisenoughtooperateforsomeenvironmentalandecologicalobjectivesprotection.,？,Operationprogramtomeetanemergence,Normal,Advantage:controlalgaebloominSpring,increaseelectricenergyproduction；Disadvantage:doharmtothechannelofdownstream.,Impoundinginashorttime,withWLrising4-10min2-5days,WLDFtobe1.5-2m.,Normal,Operationprogramtomeetanemergence,Advantage:controlalgaebloominSummer,flood-pulse,increaseelectricenergyproduction;Disadvantage:leadtofloodrisk.,Impoundinginashorttime,withWLrisingfrom145mto155min4-5days,WLDFtobeabout2m.,Operationprogramtomeetanemergence,Advantage:impoundinginadvance,controlalgaebloominAutumn,increaseelectricen