第四講水體富營養(yǎng)化

黃鈺鈴春水體富營養(yǎng)化原因分析第1頁主要內容1、富營養(yǎng)化概念2、富營養(yǎng)化危害3、富營養(yǎng)化產生原因4、國內外富營養(yǎng)化現實狀況5、富營養(yǎng)化治理水體富營養(yǎng)化原因分析第2頁1、富營養(yǎng)化概念

第一個確實、科學觀察應在19世紀20年代——瑞士莫爾登湖湖水變成紅褐色。周圍居民認為是二百多年前德瑞戰(zhàn)爭中法國士兵血跡回溯。經過植物學家觀察，發(fā)覺是因為大量紅色顫藻[Oscillatoriarubencens(D.C.)Gom.]生長，而它大量出現可能與畜牧業(yè)中大量施用肥料相關。水體富營養(yǎng)化原因分析第3頁1、富營養(yǎng)化概念

當前認為湖泊中營養(yǎng)物遲緩增加稱為天然富營養(yǎng)化；而只有突然、快速營養(yǎng)物增加(通常是人為原因)，才可稱為真正富營養(yǎng)化，或人為富營養(yǎng)化(cultural或anthropogeniceutrophication)。對于人為富營養(yǎng)化在湖泊演替中地位，過去大都認為是加速了演替過程，使湖泊走向衰老．但現在有些人把它看作是演替過程逆轉，使湖泊由衰老走向“年青化”。“人為富營養(yǎng)化”是一個環(huán)境污染問題。水體富營養(yǎng)化原因分析第4頁1、富營養(yǎng)化概念

“因為人類活動，水體中營養(yǎng)物質增加，引發(fā)浮游生物過量生長和整個水體生態(tài)平衡改變，因而造成危害一個污染現象”。淡水——水華咸水/海洋——赤潮水體富營養(yǎng)化原因分析第5頁1、富營養(yǎng)化概念

指標N>0.2~0.3mg/L,P>0.01~0.02mg/L，生化需氧量>10mg/L，細菌總數>105

個，葉綠素a>10g/L。特征浮游生物大量繁殖，水中溶解氧含量降低；藻類數目快速增加；因占優(yōu)勢浮游藻類顏色不一樣，水面往往展現藍、紅、棕、乳白等顏色水體富營養(yǎng)化原因分析第6頁1、富營養(yǎng)化概念

水體富營養(yǎng)化原因分析第7頁1、富營養(yǎng)化概念

以總磷年平均濃度進行判斷水體富營養(yǎng)化原因分析第8頁水體富營養(yǎng)化原因分析第9頁水體富營養(yǎng)化原因分析第10頁1、富營養(yǎng)化概念

特征貧營養(yǎng)湖泊富營養(yǎng)湖泊湖形態(tài)水色透明度溶解氧營養(yǎng)物生物群落深、湖岸陡淡、呈藍色高濃度高N<0.3mg/LP<0.03mg/L種類多，數量少，主要是硅藻，貝殼動物淺、湖岸較平緩濃、呈綠、藍綠和黃色低晝夜相差懸殊N>0.3mg/LP>0.03mg/L種類少，數量多，主要是藍藻，普通缺乏底棲動物。富營養(yǎng)湖泊與貧營養(yǎng)湖泊比較水體富營養(yǎng)化原因分析第11頁富營養(yǎng)湖泊與貧營養(yǎng)湖泊比較1、富營養(yǎng)化概念

富營養(yǎng)湖泊貧營養(yǎng)湖泊微生物數量品種分布晝夜間遷移水華現象主要藻類豐富較少主要在水體表面有限經常發(fā)生藍藻科魚腥藻屬、囊絲藻屬、微囊藻屬等，片硅藻科直鏈藻屬、脆桿藻屬、冠盤藻屬、星干藻屬。稀少很多可生長至深層頻繁極少出現綠藻科角星鼓藻屬、片硅藻科平板藻屬，小環(huán)藻屬；金藻可錐囊藻屬水體富營養(yǎng)化原因分析第12頁2、富營養(yǎng)化危害(1)

透明度降低，陽光難以穿透水層，影響水中植物光合作用，同時浮游生物大量繁殖，消耗水中大量氧，使水中溶解氧嚴重不足，造成魚類大量死亡。——養(yǎng)殖水體富營養(yǎng)化原因分析第13頁2、富營養(yǎng)化危害(2)富營養(yǎng)化水中含有亞硝酸鹽和硝酸鹽，人畜長久飲用，會中毒致病等?！┧w富營養(yǎng)化原因分析第14頁2、富營養(yǎng)化危害(3)水體富營養(yǎng)化，常造成水生生態(tài)系統(tǒng)紊亂，水生生物種類降低，多樣性受到破壞——旅游。水體富營養(yǎng)化原因分析第15頁3、富營養(yǎng)化產生原因富營養(yǎng)化發(fā)生所需最必要外力條件：發(fā)生富營養(yǎng)化暴發(fā)“水華”富營養(yǎng)化(1)總磷、總氮等營養(yǎng)鹽相對充分；(2)遲緩水流；(3)適宜氣候條件(包含水溫、光照條件)。

水體富營養(yǎng)化原因分析第16頁營養(yǎng)物質起源點源面源內源3、富營養(yǎng)化產生原因水體富營養(yǎng)化原因分析第17頁營養(yǎng)物質起源（1）點源主要包含工業(yè)廢水和城市生活污水污染，通常有固定排污口集中排放。3、富營養(yǎng)化產生原因水體富營養(yǎng)化原因分析第18頁水體富營養(yǎng)化原因分析第19頁水體富營養(yǎng)化原因分析第20頁營養(yǎng)物質起源（2）面源又稱非點源，污染物從非特定地點，在降水（或融雪）沖刷作用下，經過徑流過程而匯入受納水體（包含河流、湖泊、水庫和海灣等）并引發(fā)水體富營養(yǎng)化。3、富營養(yǎng)化產生原因水體富營養(yǎng)化原因分析第21頁水體富營養(yǎng)化原因分析第22頁營養(yǎng)物質起源（3）內源是指江河湖庫水體內部因為長久污染積累產生污染再排放。3、富營養(yǎng)化產生原因水體富營養(yǎng)化原因分析第23頁4、國內外富營養(yǎng)化現實狀況世界湖泊和水庫營養(yǎng)化情況水體富營養(yǎng)化原因分析第24頁4、國內外富營養(yǎng)化現實狀況當前歐洲在統(tǒng)計96個湖泊中有80%湖泊不一樣程度地受到氮、磷污染,展現出富營養(yǎng)化狀態(tài)。在北美洲最受人關注五大湖泊中,蘇必利湖水質最好,屬貧營養(yǎng)湖泊,休倫湖和密執(zhí)安湖處于中營養(yǎng)狀態(tài),而伊利湖和安大略湖則水質相對較差,屬富營養(yǎng)型湖。亞洲南部大部分湖泊富營養(yǎng)化問題突出,適宜自然條件和湖中營養(yǎng)鹽輕易引發(fā)水華。全球現實狀況水體富營養(yǎng)化原因分析第25頁AlgaebloominMoundsDamimpoundmentcausedbyeutrophication水體富營養(yǎng)化原因分析第26頁4、國內外富營養(yǎng)化現實狀況水體富營養(yǎng)化原因分析第27頁富營養(yǎng)化湖泊個數占調查湖泊百分比由20世紀70年代末~80年代后期41%發(fā)展到80年代后期61%,至20世紀90年代后期又上升到77%,我國湖泊富營養(yǎng)化發(fā)展趨勢十分嚴峻。4、國內外富營養(yǎng)化現實狀況國內現實狀況水體富營養(yǎng)化原因分析第28頁4、國內外富營養(yǎng)化現實狀況年8月16日，在武漢東湖風光村旁官橋湖水面上，大量藍藻形成一塊漂浮油布，湖水就像稠稠綠色油漆，渾濁還發(fā)出腥臭味。

水體富營養(yǎng)化原因分析第29頁4、國內外富營養(yǎng)化現實狀況昆明環(huán)境狀態(tài)公報公布：滇池水體富營養(yǎng)化加重水體富營養(yǎng)化原因分析第30頁4、國內外富營養(yǎng)化現實狀況太湖夏季水華頻繁發(fā)生，嚴重時造成綠色藻細胞覆蓋整個水體，水廠停水；同時，水中有機物和氨氮含量嚴重超標，尤其是溶解性DOC有機物占總有機物COD百分比為88%。水體富營養(yǎng)化原因分析第31頁水體富營養(yǎng)化原因分析第32頁水體富營養(yǎng)化原因分析第33頁沿海省（自治區(qū)、直轄市）赤潮發(fā)覺次數

水體富營養(yǎng)化原因分析第34頁5、富營養(yǎng)化防治化學法物理法生態(tài)法水體富營養(yǎng)化原因分析第35頁1）化學法（1）應用除藻劑

慣用除藻劑有硫酸銅或含有銅有機螯合物、氯、二氧化氯等。硫酸銅等除藻劑可使藻細胞破壞，增加水體透明度，但有些藻細胞破壞后會釋放毒素，造成二次污染。而造成水體銅鹽濃度上升，銅離子易在生物體內蓄積，危害水生生物及人體健康。

水體富營養(yǎng)化原因分析第36頁1）化學法（2）混凝沉淀除磷

加入絮凝劑可鈍化沉淀水體中磷，使氮磷百分比失調，預防水華發(fā)生。慣用化學藥劑有3類：石灰、鋁鹽、鐵鹽?；瘜W除磷去除磷效率較高，去除率可達85％以上。其優(yōu)點是能去除溶解性與膠體性磷鹽，適合用于膠體狀和溶解性無機磷含量較高封閉或緩流水體。水體富營養(yǎng)化原因分析第37頁1）化學法（3）電化學除藻

直接電解水溶液取得氧自由基和活性氯等抑菌成份，對細菌和病毒有較高滅活率。這種技術具備成本低廉，對環(huán)境友好優(yōu)點，在污水處理方面得到快速發(fā)展。電化學除藻效率與電極材質、電流強度和攪動頻率等原因相關，在恰當條件時除藻率可到達90％以。水體富營養(yǎng)化原因分析第38頁2）物理法采取截流、疏浚、稀釋和污水分流等辦法。應用最成功經典是華盛頓湖，治理花了17年，費用1億3千萬美元。（1）流體動力方法

利用流體動力改變藻類生存條件和破壞藻細胞囊，促使藻細胞死亡，到達去除目標。水體富營養(yǎng)化原因分析第39頁2）物理法（2）曝氣充氧技術

向水中補充氧氣，在一定程度能夠預防因藻類大量繁殖而造成缺氧使魚類死亡，對維持水體生態(tài)平衡起到一定作用。曝氣設備分為鼓風曝氣、機械曝氣及射流曝氣，在河湖水庫中多用機械曝氣。水體富營養(yǎng)化原因分析第40頁2）物理法（3）物理吸附技術

利用多孔介質使水體中一個或各種物質被吸附在固體表面而去除方法。此方法主要經過分子力而引發(fā)，不發(fā)生化學作用，在低溫或常溫下就能進行。去除對象主要是有機物、無機氮，對封閉微污染水體去除率在40％以上。水體富營養(yǎng)化原因分析第41頁3）生物法（1）遮光除藻

遮避光源會顯著抑制藻類光合產氧速率，并促使藻類消亡。試驗結果顯示，遮光

9d之后葉綠素a濃度、濁度、COD都顯著下降，去除率分別到達80.1％、68.0％、93.8％?！獙嶋H應用困難：如太湖湖水面積約2425平方公里，要遮蔽50~60％光照面積來實現除藻，工程巨大。

水體富營養(yǎng)化原因分析第42頁3）生物法（2）微生物治理

很多原生動物可取食藻類，主要有：鞭毛蟲、變形蟲和纖毛蟲三個大類?，F今已分離到取食微囊藻、束絲藻等滇池優(yōu)勢藻種原生動物。原生動物含有食量大、抗逆性強、易繁殖等優(yōu)點。水體富營養(yǎng)化原因分析第43頁3）生物法（3）食藻生物防治

部分魚類或貝類等直接或間接以藻類為食，從而抑制藻類過分生長控制其危害。巴西一個熱帶水庫試驗結果表明鰱能成功控制微囊藻水華。武漢東湖鰱鳙大量放養(yǎng)，是藍藻水華消失決定性原因。

水體富營養(yǎng)化原因分析第44頁5、富營養(yǎng)化防治生活污水經過處理后再排放水體富營養(yǎng)化原因分析第45頁5、富營養(yǎng)化防治構建人工濕地，滯留污染物水體富營養(yǎng)化原因分析第46頁5、富營養(yǎng)化防治水體富營養(yǎng)化原因分析第47頁5、富營養(yǎng)化防治黏土除藻技術利用，可將藻類快速沉降，改進水質水體富營養(yǎng)化原因分析第48頁“滇池藍藻水華污染控制技術研究”基地重力斜篩自動脫水設備對滇池藍藻水華進行脫水處理，脫水后藻漿經去毒處理，可成為上好有機肥料或飼料。水體富營養(yǎng)化原因分析第49頁中科院水生所“滇池藍藻水華污染試驗技術研究”課題組示范區(qū)6.1km2滇池水面在治理中水質逐步好轉，成群紅嘴鷗飛至湖面捕食、嬉戲。水體富營養(yǎng)化原因分析第50頁我校在三峽庫區(qū)支流富營養(yǎng)化及水華方面研究工作-當前水體富營養(yǎng)化原因分析第51頁TGRAtthelevelof175m,thelengthisabout668kmfromdamuptoJiangjin,averagewidthis1100m,andwatersurfaceis1084km2oftheTGR.Itisatypicalriver-typereservoir,with40incomebranches,2763.1kmofthem.水體富營養(yǎng)化原因分析第52頁TGR水體富營養(yǎng)化原因分析第53頁GeneralintroductionofTGRStat.resultsinshowedthat:In,

industrialwastewaterdischargedtobe5.58billiont,increasing17.7%morethanlastyear,urbansewage5.93billiont,24.1%morethanlastyear.水體富營養(yǎng)化原因分析第54頁MorefarawaytheDam,lowerofthepercentageofforestcoverGeneralintroductionofTGR水體富營養(yǎng)化原因分析第55頁GeneralintroductionofTGR水體富營養(yǎng)化原因分析第56頁GeneralintroductionofTGR水體富營養(yǎng)化原因分析第57頁GeneralintroductionofTGR水體富營養(yǎng)化原因分析第58頁QuantitylargerthanothersRatiooftreatmentlowerthanothersGeneralintroductionofTGR水體富營養(yǎng)化原因分析第59頁Forthephosphorscarriedoutbythesedimentswiththebigcatastrophic"1-in-100chanceflood"GeneralintroductionofTGR水體富營養(yǎng)化原因分析第60頁DurationofimpoundingGeneralintroductionofTGR水體富營養(yǎng)化原因分析第61頁SinceimpoundingoftheTGRinJune,thereweremanytimesofalgaebloomindifferentbranches.資料起源：國家環(huán)境保護部長江三峽工程生態(tài)與環(huán)境監(jiān)測公報（-）GeneralintroductionofTGR水體富營養(yǎng)化原因分析第62頁Monitoringresultsonthemainstreambyourgroupshowedthat:theconcentrationsoftotalnitrogenandtotalphosphorexceedthanthestandardsoftheeutrophicationintheworld.

茅香巴巫奉云萬石忠豐涪坪溪東山節(jié)陽州寶縣都陵寨

茅香巴巫奉云萬石忠豐涪坪溪東山節(jié)陽州寶縣都陵寨0.2mg/L0.02mg/LGeneralintroductionofTGR水體富營養(yǎng)化原因分析第63頁ChinaThreeGorgesUniversityChinaThreeGorgesUniversityAlgaebloomintypicalbranchesSpring:Dinoflagellate/diatomSummer:Greenalga/blue-greenalgaeAutumn：Dinoflagellate/GreenalgaWinter：DinoflagellateRiver:Dinoflagellate/diatomLake:Greenalga/blue-greenalgaeSuccessionwiththeseasonAlgaebloominXiangXiBayfromtoDinoflagellateDinoflagellate/diatomDinoflagellate/diatomDinoflagellate/diatom/greenalga/blue-greenalgaeDinoflagellate/diatom/greenalga/blue-greenalgaeDinoflagellate/diatom/greenalga/blue-greenalgae水體富營養(yǎng)化原因分析第64頁AlgaebloominXXbaySpringin:Dinoflagellate水體富營養(yǎng)化原因分析第65頁AlgaebloominXXbayMar.19,GudongkouApr.27,GaolanMar.20,GudongkouApr.16,XiakouSpringin:Dinoflagellate水體富營養(yǎng)化原因分析第66頁AlgaebloominXXbayMar.22,GaolanMar.13,XiakouMar.22,XiakouSpringin:DinoflagellateMar.12,XiakouMar.25,Quyuan水體富營養(yǎng)化原因分析第67頁AlgaebloominXXbayApr.3,GaolanApr.16,GaoyangMay6,XiakouMay9,PingyikouPracticeStationSpringin:Dinoflagellate/diatom/greenalgaGreenalgaDiatom水體富營養(yǎng)化原因分析第68頁AlgaebloominXXbayJun.22,GaolanSurfacesamplingSummerin:blue-greenalgaeJun.22,GaolanJun.22,GaolanJun.22,Gaolan水體富營養(yǎng)化原因分析第69頁AlgaebloominXXbayApr.16,XiakouApr.22,XiakouMay30,GaoyangMay,PingyikouJun.15,UpstreamSpringandSummerin:Dinoflagellate/diatom/greenalga/blue-greenalgaeDiatomDiatomBlue-greenalgaeDinoflagellateGreenalgae水體富營養(yǎng)化原因分析第70頁AlgaebloominXXbayFeb.18,GaoyangMay23,PingyikouJun.18,GuangzhuangpingJun.21,XiakouSpringandSummerin:DinoflagellateDinoflagellateDinoflagellateGreenalgaeDiatomblue-greenalgaeAug.14,水體富營養(yǎng)化原因分析第71頁StudyRegiongeneralregionalsurvey:TGRandit’sbrancheskey-pointinvestigationarea：HeadofTGRandXiangxihe,DaningheandXiaojiangXiaojiangDaningheHeadofTGRandXiangxihe水體富營養(yǎng)化原因分析第72頁StudyRegion水體富營養(yǎng)化原因分析第73頁StudyRegionTensamplingpoints水體富營養(yǎng)化原因分析第74頁StudyRegionEightsamplingpoints水體富營養(yǎng)化原因分析第75頁StudyRegionThreesamplingpointsfourteensamplingpointsThreesamplingpointsFivesamplingpoints水體富營養(yǎng)化原因分析第76頁RegionBranchArea(km2)Length(km)Averageflow(m3/s)Distancefromthedam(km)ZiguiJiuwangxi514.042.117.520.0Xiangxihe3099.094.047.432.0Puzhuanghe248.036.66.434.0Zaxihe193.752.48.342.0WushanDaninghe4199.0165.098.0123.0YunyangXiaojiang5276.0182.0116.0250.0StudyRegion水體富營養(yǎng)化原因分析第77頁StudyRegionXiaojiang,afirstorderbranch

ontheleft,isabiggerbranchofthereservoir,withthedistancefromdamtobe250.0km，originatedfromkaixiancounty,Chongqing,importingintoChangjangattheShuangjiangtown.TheareaofXiaojiangbasinis5276km2.水體富營養(yǎng)化原因分析第78頁StudyRegionDaninghe,afirstorderbranchontheleft,originatedfromWuxicounty,Chongqing,importsintoChangjangattheeastofWushancounty.Thelengthofthemainriveris165.0km,withthewindingriverway,averagegradienttobe11‰,andthearea4199.0km2.Thedistancefromthedamis123.0km.水體富營養(yǎng)化原因分析第79頁StudyRegionThedistanceofJiuwangxi,Xiangxihe,PuzhuangheandZaxihefromthedamis20.0，32.0，34.0and42.0km，separately,withhighmountainsandgorges。XiangxiheandZaxihelieontheleftofChangjiangRiver,flowingfromnorthtosouth,aversely,JiuwanxiandPuzhuangheontherightofChangjiangRiver,fromsouthtonorth.XiangxiheisthebiggestbranchofthereservoirinHubei,originatedfromtheforestofShennongjia,importingtoChangjiangattheZiguitown.ThedistanceofbackwaterofXiangxiheismorethan40.0kmwiththelevelofreservoirtobe175m.水體富營養(yǎng)化原因分析第80頁Mechanismofalgaebloom(I)algalbloomnoinCJyesinXXFieldobservationVCJ＞VXXCriticalflowvelocityV＞VcriticalOperationOfTGRSluicingMechanismofalgaebloomQuestionSlowflowEnoughnutrientsProperEnv.bloomCriticalvelocityCriticalvelocityCriticalvelocity??????ExperimentsinLab.FieldObservationNumericalcalculation水體富營養(yǎng)化原因分析第81頁ExperimentsinLab.FiledObservationCriticalvelocityCriticalvelocity1.1m/s0.1m/sDensitycurrent…………Waterleveldailyfluctuation…………………………Mechanismofalgaebloom(I)水體富營養(yǎng)化原因分析第82頁Note:ItisdifficulttoacceleratetheflowvelocitythroughsluicingofTGRtocontrolalgaebloom;MaybeCriticalvelocitydoesn’texist,orotherparameterscanbeusedtoshowthedifferentcharacteristicsofflowinXXandCJ;Waterlevel,waterleveldailyfluctuation,etc.can?？Sluicingtoacceleratetheflow水體富營養(yǎng)化原因分析第83頁OriginationofalgaeMechanismofalgaebloom(II)Dailyverticalchangesofalgae

EquationofalgaebloomFiledObservationDensitycurrentWaterleveldailyfluctuationEuphoticMixingEuphoticWTdifferenceStabilitycoefficientWatertemperatureIrradianceundersurfaceEco-districtMechanismofalgaebloomCorrelationanalysis水體富營養(yǎng)化原因分析第84頁Mechanismofalgaebloom(II)Interchangesection交換區(qū)Transitionsection過渡區(qū)Residencesection滯留區(qū)Variationsection變動區(qū)leftleftright水體富營養(yǎng)化原因分析第85頁relativestratifieddensitycurrentinXXOne-dimensionalinCJMixingStratificationvariedwithspaceDestroylayerImpoundingMixinglayerEuphoticNutrientsAlgaebloomMechanismofalgaebloomYESZmix＞Zeu……algalbloomnoinCJyesinXXFieldobservationVCJ＞VXXCriticalflowvelocityV＞VcriticaldischargeMechanismofalgaebloomQuestionSlowflowEnoughnutrientsProperEnv.bloomOperationOfTGRNOMechanismofalgaebloom(II)水體富營養(yǎng)化原因分析第86頁OperationoftheTGRforalgaebloomcontrolNotes3.Densitycurrentinbrancheswillstrengthenmixing,destroystratification,andlesseneuphotic,whichwillleadtoZeu:Zmix<1,andcontroleutrophicationandalgaebloominashorttime.2.WiththeimpoundingofTGR,densitycurrentwilldropintobranchesfromCJ,especialthewaterleveldailyfluctuationistobe1.0-1.5m/d,thewaterrecycleledbydensitycurrentisobviousinbranches.1.TherangeofwaterlevelinTGRis30m,from145mto175m,whichisenoughtooperateforsomeenvironmentalandecologicalobjectivesprotection.？水體富營養(yǎng)化原因分析第87頁OperationprogramtomeetanemergenceNormalAdvantage:controlalgaebloominSpring,increaseelectricenergyproduction；Disadvantage:doharmtothechannelofdownstream.EcologicalNo.1Impoundinginashorttime,withWLrising4-10min2-5days,WLDFtobe1.5-2m.水體富營養(yǎng)化原因分析第88頁NormalOperationpr