水体富营养化研究进展文档格式.docx
- 文档编号:22764797
- 上传时间:2023-02-05
- 格式:DOCX
- 页数:13
- 大小:70.87KB
水体富营养化研究进展文档格式.docx
《水体富营养化研究进展文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《水体富营养化研究进展文档格式.docx(13页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
物微污染物,氨氮等无法完全有效去除的弱点,并且氯化过程不能有效地消灭活水中抗氧性的病原寄生虫等病原微生物,还导致了对人体健康危害更大的有机氯化物的形成,因此处理后的生活饮用水安全性难以保证。
而臭氧生物活性炭技术采用臭氧氧化和生物活性炭滤池联用将臭氧化学氧化,活性炭物理化学吸附,生
物氧化降解等技术联用,去除原水中微量有机物和氯消毒剂的副
产物等有机指标,提高饮用水的安全性。
1998年春天,一股来
势汹涌的赤潮横扫了香港海和广东珠江口一带海域。
赤潮过处,
海水泛红,腥臭难闻,水中鱼类等动物大量死亡。
当地的各类养
殖场损失惨重。
据《经济日报》1998年5月3日报道,此次赤潮
事件,香港渔民损失近1亿港元;
大陆珍贵养殖鱼类死亡逾300
吨,损失超过4000万元。
危害
水体富营养化的危害主要表现在三个方面。
(1)富营养化造成水的透明度降低,阳光难以穿透水层,从而
影响水中植物的光合作用和氧气的释放,同时浮游生物的大量繁殖,消耗了水中大量的氧,使水中溶解氧严重不足,而水面植物的光合作用,则可能造成局部溶解氧的过饱和。
溶解氧过饱和以
及水中溶解氧少,都对水生动物(主要是鱼类)有害,造成鱼类大
量死亡。
(2)富营养化水体底层堆积的有机物质在厌氧条件下分解
产生的有害气体,以及一些浮游生物产生的生物毒素(如石房蛤毒
素)也会伤害水生动物。
(2)富营养化水中含有亚硝酸盐和硝酸盐,人畜长期饮用这些
物质含量超过一定标准的水,会中毒致病等等。
(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。
昆明滇池水质在
20世纪50年代处于贫
营养状态,到80年代则处于富营养化状态,
大型水生植物种数由
50年代的44种降至20种,浮游植物属数由
87属降至45属,土
著鱼种数由15种降至4种;
武汉汉江在1992年发生水华时,藻
类种群的多样性指数也呈下降趋势。
普遍的重富营养造成多种用水功能的严重损害,甚至完全丧失。
武汉汉江下游因出现水华现象而导致汉川自来水厂被迫关闭,宗关自来水厂的净化工序困难,反冲增加,制水成本增加。
此外,由于藻类带有明显的鱼腥味,从而影响饮用水质。
而藻类产生的毒素则会危害人类和动物的健康。
水体富营养化过程与氮、磷的含量及氮磷含量的比率密切相
关。
反映营养盐水平的指标总氮、总磷,反映生物类别及数量的指标叶绿素a和反映水中悬浮物及水体富营养化胶体物质多少的指标透明度作为控制湖泊富营养化的一组指标。
有文献报道,当总磷浓度超过O・lmg/1(如果磷是限制因素)或总氮浓度超过
经济合作与发展组织(OECD)提岀富营养湖的几项指标量为:
平均叶绿素浓度大于0.008mg/l;
小于3mo
修复技术
中国水体富营养化范围逐渐扩大,总体污染情况日见严重。
中国
主要湖泊在20世纪70年代末贫营养湖泊、中营养湖泊和富营养湖泊所占比例分别为3.2%.91.8%和5.0%,到了80年代末这个比例为5.56%,44.4%和50.5%o而到了2006年,富营养化湖泊和水库占到了
调查的27个湖(库)的55.6%o
富营养化水体继续恶化就会发展为黑臭水体,中国2007年太
湖、滇池等地大面积暴发水体富营养化现象后,某些地区出现了水体
黑臭现象,严重威胁了居民饮用水安全。
中国中、东部地区城市几乎都有水体黑臭现象发生。
污染水体治理技术按照治理手段划分又可分为化学处理、物理处理和生物处理方法等。
1化学处理方法
化学方法处理污染水体主要是添加化学药剂和吸附剂改变水体
中氧化还原电位、pH、吸附沉淀水体中悬浮物质和有机质。
滴水湖整治设计中用化学方法应急除藻的方案。
利用物质的胶体化学性质应用絮凝原理,使水华生物凝聚沉淀到水体底部,同时维持一定浓度的
Cu前的浓度可以产生杀藻的作用。
利用化学方法治理富营养化水体需大量投加化化学药剂,因此其成本也较为昂贵,同时所加入的化学药剂在治理的同时也容易引起二次污染,对水体的整个生态环境也会有一定的影响。
2物理处理方法物理修复措施包括人工曝气、截污、调水冲污、河道疏浚等措施。
物理措施可以单独使用,往往也是生态修复等措施的前置措施。
治污必先截污,生态修复黑臭水体往往先行曝气,提高水体自净能力。
对湖泊的整治,调水是较为有效和普遍的治理方法。
用清洁、营养元素浓度低的水更换富营养化湖水,或增加进水量将发生藻华的湖水冲刷出去通过水体置换,外流引水,可稀释水体营养物浓度,增加水体流动性,从而防止和抑制藻类爆发性繁殖。
3生态修复技术
当前,国内外的自然水体生态修复技术包括生物膜法处理技术、
微生物制剂技术、人工浮岛技术、人工湿地处理等。
生态修复措施具有原位净化水质,同时也可以恢复水体中的水生生态结构、运行成本
低、增加水体自净能力的特点。
在自然未受污染水体中,生态系统十
分复杂。
在水体底质中、颗粒物的表面、驳岸表面上有大量的细菌这些细菌
是水体中有机物质的主要分解者。
在水体中的原生动物又以
菌类为食。
原生动物的捕食能够加速生物膜的更新。
衰老的细菌被捕食
后,为新的细菌的生长提供了生长空间,使细菌的整体处于较活跃的
状态。
同时原生动物又是后生动物的食物。
而底栖生物,如螺!
M,和部分鱼类又以轮虫等后生动物为食。
水体中生长的植物在为水体提供氧气的同
时也为细菌和微小动物的生长提供了附着空间。
水体底质和植物组成的复杂环境又为各种生物提供了不同的栖息地。
整体的生态系统本身有着一定方向
的物质流和能量流,在系统内部,生物之间相互促
进或约束,保持着整体的功能和活力。
自然界水体的自净功能主要是依靠水体中的生态系统来完成的,这种自净能力非常巨大,在没有人类干涉的情况下可以分解天然水体中的所有的有机物质,可以自动调节
水体中的养分平衡。
在一定程度范围内,水体中的有机物质和无机盐类的增加可以提高水体中生物的密度,同时系统内部的物质流和能量流也会相应增加,净化水体中的污染物的能力也会提高。
但是一旦超过系统的承载能力,水体生态系统的某些环节就会遭到破坏或丧失功能,而生态系统功能的丧失又会反作用于水体的自净力。
水体的自净能力的减弱又加速了生态系统的崩溃。
在恶性的循环之中,水体逐渐
丧失了自净的能力。
恢复水体本身的生态结构可以恢复水体的自净能力,通
过水体的自净功能达到水体的自我净化,并达到水体和水体内生
态系统良性协调发展。
在已经发生水质恶化的水体中,完全依靠水体
自发的修复作用和简单的物理修复方式很难迅速恢复水体中的生态结构。
而
在人工参与的条件下,系统而全面的恢复水体的生态结构可
以达到水体生态系统良性协调发展的目的。
3.1人工湿地技术
人工湿地在地表径流的面源污染控制和改善环境结构、美化环境方面
都得到了广泛的研究,并广泛应用于水体的异位生态修复、处理
生活废水、养殖废水,蓄积和净化暴雨径流等方面。
利用人工湿地控
制面源污染,恢复和重建河流、湖泊湿地,在线净化受污染的河、湖水
,对
等各方面都取得了进展。
同时人工湿地在结构上类似于天然湿地
丰富自然环境的生态空间也有重要的作用。
人工湿地利用在人工基质上栽种
植物的形式,通过植物吸收、根系微生物作用和基质吸附等作
用去除污染物。
而且人工湿地相对比其他集中水处理方式而言,具有
建设费用低、运行费用低、处理效果好、抗冲击能力强等优点,还具
有增加绿地、美化环境的作用。
人工湿地对水体的脱氮,去藻,除磷都有很好的效果。
人工湿地的主要运行方式有表面流湿地、水平潜流湿地
和垂直流湿地三种主要方式。
表面流人工湿地在北方冬季会结冰,夏季会孳生蚊虫、散发臭味,处理效果也不如潜流和垂直流两种方式。
潜流和垂直流两种方式有较高的污染物去除效率,利于植物的固定和
生长。
在湿地植物根系附近可以形成好氧、缺氧交互的根区环境,利
于不同微生物的生长。
人工湿地可以选用不同的填料基质,不同的基
质对水处理的效果也有不同。
在基质中添加石灰可以为硝化反应提供碱度。
象。
传统人工湿地由植物和底部的沙石填料构成,在发生堵塞后只有靠清除填料来解决,而使用寿命与处理污水的性质有密切的关系。
同时,人工湿地可以通过采收表面植物来达到使吸收固定的污染物彻底
脫离水体的目的,提高污染物的去除效率。
人工湿地基质内部的根系
很难去除,这些根系在腐烂后又成为新的N、P等元素的源,降低了湿地的处
理效果。
目前人工湿地技术占地面积大,设计运行参数不精确,
生物和水力复杂性及对重要工艺动力学理解的缺乏,易受病虫害影响,
缺乏长期运行系统的详细资料等是重要的待解问题。
3.2人工浮岛技术
自然界的水生植物附近的细菌群落的种类和数量远比自由水体中丰富。
植物通过植物吸收、根系阻留和植物根系上生长的生物膜来去除水体中的污染物。
也有学者指出植物通过植物稳定、根际修复、植物转化、根际过滤、植物挥发等方式净化水体。
人工浮岛是在水体中栽培植物,通过植物的吸收和植物根系附着菌降解污染物作用处理
污染水体的技术。
钱明浩等采用水面栽培陆生植物多花黑麦草修复浸出油厂外排废水污染的水体,进行大塘应用试验,CODcr的去除率达到
91.3%。
利用多花黑麦草净化啤酒废水,在低温情况下CODcr5d后的去除率为34.5%,5月份的高温情况下为75.1%O在鱼草共生的生态系
统的研究中发现浮植的黑麦草系统可以有效的降低水中的氮和磷的含量,同时,植株可以作为鱼类的饲料。
人工浮岛中的植物种植方式有漂浮生长、聚苯乙烯泡沫板固定生长、编制袋填充人工基质种植、以毛竹作为漂浮物种植等几种种植方式。
直接漂浮种植的植物植株不能挺立;
聚苯乙烯泡沫板固定生长的植株可以有较好的分散度,但是泡沫
板容易破碎,在改进泡沫板机械性能以后才可以直接用于工程实施之
中,也能够在一定程度减少造成景观污染的可能;
编制袋填充人工基质
种植可以较好的固定植物,植物在基质中可以直立生长,根系可以在很大程度上在基质内充分分布,也可以在水体内有一定的分布,但是基质的存在限制了植物根系与水体的有效接触面积;
其他的固定方式也具有使植株根系能够在水体中伸展的特点,可以为水体中微生物的生长提供载体。
人工浮岛中的基质填料也可以为微生物的生长提供载体增加了有效载体面积。
基质填料增加了单位体积内填充物的密度,能
够减少水体在植株根系的空间网状结构中交换和流通。
人工浮岛,采
取植物漂浮生长的方式,可以使该技术适用于不同深度的水体,水位的
变化不会对人工浮岛产生影响。
3.3微生物制剂技术
选育高效菌株制成为微生物复合制剂处理污染水体。
其过程以酶促反应为基础,通过生物体内产生的具有催化功能的特殊蛋白质作为催化剂,净化污水、分解淤泥、消除恶臭。
微生物制剂技术主要优点是能迅速提高污染介质中的微生物浓度,并可望在短期内提高污染物的生物降解速率,另外生物反应通常条件温和,投资省、费用少、消耗低,而且效果好、过程稳定、操作简便。
其缺点是要保持良好的水体改善效果,需根据水体变化情况,不断投加,可作为水体生态修复过程中的辅助措施。
微生物制剂技术适合封闭缓流水体,在藻类大量爆
发前使用,可弥补微生物制剂通常见效时间较长的缺点。
3.4生物膜法处理技术
微生物群体附着于某些载体的表面上呈膜状,通过与污水接触,
生物膜上的微生物摄取污水中的有机物作为营养吸收并加以同化。
生物膜具有固定细菌,对环境变化耐受能力强,降解效率高、产生污泥少
的特点。
主要工艺方法有生物廊道、生物滤池、生物接触氧化池等。
生物膜法对于受有机物及氨氮轻度污染水体有明显的效果,日本、韩
国等都有对江河大水体修复的工程实例。
3.5生物栅修复技术
将生物膜修复技术与植物或动物修复技术结合可以发挥各自的
优势,提高对水体的修复效果。
南京大学任洪强等人在2005年申请的
/生物栅净化河道沟渠水体的方法0专利技术中使用了在河道内安装组合填料的方法。
使用这种方法C0D的去除率达到35%~50%;
N的去除率可达到15%〜30%;
P的去除率为15%〜20%。
生物栅是将生物膜
技术与水生植物加以结合用以扩大生物附着表面积的一种新颖污染净化技术,在曝气的条件下,微生物生存的基础环境由原来的气、液两
相转变成气、液、固三相,这种转变为微生物创造了更丰富的存在形
式,形成更为复杂的复合式生态系统。
污染水体流经时,悬浮物被填料
和根系阻挡截留,有机质通过植物、生物膜的吸附及同化、异化作用而除去。
生物栅修复技术还不完善,没有得到大范围的应用。
生物栅物理结构还有待完善,植物、动物难以固定等问题也一直没有解决。
3.6其他生态修复技术
在天然水体的堤岸上使用生态混凝土构建的生态驳岸可以有限
度的恢复堤岸上的自然植被,减弱河道沟渠化给水体带来的生态负效应。
吕锡武的研究表明生态混凝土可以恢复一定的水体生态功能。
沉床模
块化结构对富营养化水体的修复技术是模拟珊瑚礁、人工鱼礁的生态属
性,通过给水生生物构建适宜的栖息地、产卵场与生存环境增
加生物种类和数量的技术,是形成整个水生生物群落多样性的基础利
菌藻共生膜是
用组合填料人工湿地技术解决了普通人工湿地的堵塞问题。
在填料上富集藻类和菌类生物膜,通过藻类和菌膜的共生作用,协同降解水体中污染物,达到净化水体的效果。
4非曝气型生物栅修复水体技术研究进展
已有的生物栅水体修复技术中都需要安装曝气管道或专用的曝
气装置。
虽然取得了明显的修复效果,但是这种技术也伴随着高耗能、
续曝气或间歇曝气的方法,这些方法使得反硝化过程中难以避免的产生N20气体,而N20是一种重要的温室气体,其危害程度远远超过
C02o大面积使用曝气生物栅技术进行水体生态修复所产生的
体总量将会是非常可观的。
种种问题限制了曝气生物栅技术的推广和使用。
为了解决以上问题,课题组开发了非曝气型生物栅修复水体技术。
非曝气型生物栅修复水体技术中,利用水处理植物固定器,直接将植物固定在组合填料上,通过动物配置形成新型植物-动物自固定的生
物栅。
该新型生物栅充分利用挺水植物根系泌氧作用,在根区形成好
氧区,而填料纤维周围形成厌氧区。
好氧区与厌氧区紧密交替的排列结构使得装置内硝化过程和反硝化过程同时进行,可以有效去除水体
中的NH'
4-N和TN。
试验结果表明,单独的填料处理水体时可以产生N02—N积累。
新型生物栅中,在根系泌氧形成的微氧条件为NH+4-N和N02—N发生短程硝化提供了必要的反应条件。
短程硝化中N的最终反应形态是N2,能够大大降低温室气体的排放量。
同时,非曝气型生物栅
修复水体技术对水体中污染物质有较高的去除效率。
在对上海市绥宁河处
理中,TP的去除率在61.5%〜68.7%;
NH+4-N的去除率在46.0%〜92.9%;
TN的去除率在18.5%〜90.9%;
C0D去除率为
63.3%〜74・7%o对新型生物栅中微生物ERIC-PCR指纹图谱分析说明
于不需要曝气,没有了曝气装置的束缚,具有很强的可操控性。
安装方便、良好的修复效果、可以移动、造价低廉等特点使得非曝气型生物栅修复水体技术具有很大应用前景。
5水体修复技术展望
水体富营养化成因多样,处理措施往往是多种技术的组合。
减少温室气体排放、原位修复、无二次污染、成本低廉、节能高效、简单方便、易于普及的修复技术将是修复技术主要的发展方向。
节能修复技术、具有良好的可操控性的生物操控技术、水体生物膜反应器技术、可循环利用的环境友好型新材料与传统修复方法的联合应用技术、
急除藻、应对突发污染事件的快速生物修复方法将得到快速发展。
生
物修复技术在修复水质过程中还能够完善水体生态结构,提高水体自
净能力,兼具有造景和资源化等实用功能,将成为未来修复水体的主要手段。
预防
防止富营养化,首先应控制营养物质进入水体。
治理富营养化水体,可采取疏浚底泥,去除水草和藻类,引入低营养水稀释
和实行人工曝气等措施。
还有生物防治,如引入大型挺水植物与藻类竞争、养殖捕食藻类的鱼等抑制藻类繁殖生长。
还可在污染水域投放河蚌、鳗鱼等,净化水体。
1、如果减少或者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。
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。
2、输入到湖泊等水体的营养物质在时空分布上是非常复杂的。
氮、
磷元素在水体中可能被水生生物吸收利用,或者以溶解性盐类形式溶于水中,或者经过复杂的物理化学反应和生物作用而沉降,并在底泥中不断积累,或者从底泥中释放进入水中。
3、工程性措施:
包括挖掘底泥沉积物、进行水体深层曝气、注
水冲稀以及在底泥表面敷设塑料等。
挖掘底泥,可减少以至消除潜在性内部污染源;
4、化学方法:
这是一类包括凝聚沉降和用化学药剂杀藻的方法,
例如有许多种阳离子可以使磷有效地从水溶液中沉淀岀来,其中最有价值的是价格比较便宜的铁、铝和钙,它们都能与磷酸盐生
成不溶性沉淀物而沉降下来。
5、生物性措施:
利用水生生物吸收利用氮、磷元素进行代谢活动以去除水体中氮、磷营养物质的方法。
目前,有些国家开始试验用大型水生植物污水处理系统净化富营养化的水体。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 水体 富营养化 研究进展
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)