水体富营养化与防治.ppt

1、水体富营养化与防治水体富营养化与防治杜茂安1水体富营养化2水体富营养化危害及评价344 水体富营养化成因及防治技术 水体富营养化(eutrophication)是指在人类活动的影响下，生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。发生在海域时叫赤潮发生在湖泊时叫水华什么是富营养化富营养化危害富营养化危害 富营养化的危害很大，影响深远，不仅在经济上造成损失，而且危害人类健康。具体说来，有以下几点：使水味变得腥臭难闻。降低水体透明度。向水体释放有毒物质。消耗水体的溶解氧。影响供水水质并增加制水

2、成本。造成对水生生态、渔业、水环境质量的影响。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，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、烦扰人们的正常生活，给人以不舒适感觉，同时，这种腥臭味也使水味难闻，大大降低了水质质量。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。这些水藻浮在湖水表面，形成一层“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0.2米，湖水感官性状大大下降。富营养化危害富营养化危害 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，从空气中获得足够的

3、二氧化碳进行光合作用而放出氧气，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，首先是表层的密集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衰减，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，湖泊藻类死亡后不断向湖底沉积，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放，造成水体营养物质的高负荷，形成富营养水体的恶性循环。4 向水体释放有毒物质 富营养对水质的另一个影响是某些藻类能够分泌、释放有毒性的物质，有毒物质进入

4、水体后，若被牲畜饮入体内，可引起牲畜肠胃道炎症，人若饮用也会发生消化道炎症，有害人体健康。5 影响供水水质并增加制水成本 湖泊常常是生活饮用水和工业用水的供给水源。富营养水体在作为供给水源时，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的季节，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，富营养水体由于缺氧而产生硫化氢、甲烷和氨等有毒有害气体，而且水藻产生的某些有毒的物质，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，同时也加大了制水成本费用。6 对水生生态的影响 在正常情况下，湖泊水体中各种生物都处于相对平衡的状态。但是，一旦水体受到污染而

5、呈现富营养状态时，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，而另外一些生物种类则显著增加。这种生物种类演替会导致水生生物的稳定性和多样性降低，破坏了湖泊生态平衡。富营养化成因富营养化成因 富营养化是在特定的化学、生物和物理因素都具备的条件下发生的。总的来说，以下几方面是造成水体富营养化的具体原因：1.农田化肥 2.牲畜粪便 3.污水灌溉 4.工业废水排入水体 5.水体人工养殖一 外源污染源外源污染源1点源 工业废水城镇生活污水固体废物处理场 2面源l城镇地表径流l农牧区地表径流l矿区地表径流l大气降尘l大气降水l水体养殖投铒l水面娱乐活动废弃物l水土流失及土地侵蚀最小值定律与

6、藻类增值 在光合作用中，藻类将水和空气中的一部分二氧在光合作用中，藻类将水和空气中的一部分二氧化碳利用，合成有机物质，同时放出氧气。这个过化碳利用，合成有机物质，同时放出氧气。这个过程可以用下面的反应式表述：程可以用下面的反应式表述：在一个给定的水体，阳光照射通常是稳定的，二氧化碳在一个给定的水体，阳光照射通常是稳定的，二氧化碳的供应也是充分的。因此，对藻类增殖过程有着极其重的供应也是充分的。因此，对藻类增殖过程有着极其重要影响的因素，就是藻类所在的水环境中的营养物质。要影响的因素，就是藻类所在的水环境中的营养物质。利贝格曾于利贝格曾于1840年提出一个概念，即：植物生长取决于外界供给年提出一

7、个概念，即：植物生长取决于外界供给它所需要的养料中数量最少的那一种。世称它所需要的养料中数量最少的那一种。世称“利贝格最小值定律利贝格最小值定律”。这一定律同样适于藻类生长。这一定律同样适于藻类生长。斯托姆（斯托姆（Stumm)曾对藻类的化学成分进行过分析研究。提出了曾对藻类的化学成分进行过分析研究。提出了藻类的藻类的“经验分子式经验分子式”：C106H263O110N16P。根据斯托姆经验分。根据斯托姆经验分子式，可以计算出这些元素所占藻类分子量的重量百分比，磷在子式，可以计算出这些元素所占藻类分子量的重量百分比，磷在藻类分子量中所占的重量百分比最小，氮次之，氧所占的重量百藻类分子量中所占的

8、重量百分比最小，氮次之，氧所占的重量百分比最大。其次是碳，氢介乎其中。分比最大。其次是碳，氢介乎其中。国际湖中学会会长、加拿大湖沼研究中心高级研究员瓦伦泰因博国际湖中学会会长、加拿大湖沼研究中心高级研究员瓦伦泰因博士（士（J.Vallentyne）研究了淡水湖泊水生植物的平均化学元素的）研究了淡水湖泊水生植物的平均化学元素的组成后发现，在有植物生长的水环境中，磷和氮的含量最低。他组成后发现，在有植物生长的水环境中，磷和氮的含量最低。他认为磷和氮是限制水生植物生产量的最主要的营养元素。认为磷和氮是限制水生植物生产量的最主要的营养元素。从斯托姆藻类经验分子式的化学元素组成百分比的计算和瓦伦泰从斯托

9、姆藻类经验分子式的化学元素组成百分比的计算和瓦伦泰因博士对淡水湖泊水生植物化学元素的比价以及加拿大湖泊实验因博士对淡水湖泊水生植物化学元素的比价以及加拿大湖泊实验结果，都说明了：磷和氮，特别是磷控制着湖泊藻类的增殖，是结果，都说明了：磷和氮，特别是磷控制着湖泊藻类的增殖，是藻类生长的主要限制因素。藻类生长的主要限制因素。丹麦湖泊水质富营养化研究专家捷尔吉森博士指出：在热带一丹麦湖泊水质富营养化研究专家捷尔吉森博士指出：在热带一些湖泊，例如非洲东部的一些湖泊的富营养化，则表现出氮是些湖泊，例如非洲东部的一些湖泊的富营养化，则表现出氮是最主要限制因素。在可能是这些地区的土地广泛受到侵蚀而导最主要限

10、制因素。在可能是这些地区的土地广泛受到侵蚀而导致土壤中的氮受到破坏的结果，或者这些湖泊通过脱氮过程而致土壤中的氮受到破坏的结果，或者这些湖泊通过脱氮过程而使硝酸盐变成氮而损失掉，从而明显地降低了湖泊硝酸盐的含使硝酸盐变成氮而损失掉，从而明显地降低了湖泊硝酸盐的含量。量。实际上，现在氮元素已成为某些湖泊富营养化的主要限制因素。实际上，现在氮元素已成为某些湖泊富营养化的主要限制因素。因为藻类所需要的氮浓度比所需要的磷浓度要高因为藻类所需要的氮浓度比所需要的磷浓度要高4-10倍，而现倍，而现在排放的污水中的氮浓度仅比磷浓度高出在排放的污水中的氮浓度仅比磷浓度高出3倍左右，难以满足倍左右，难以满足藻类

11、生长的需要。加之脱氧作用使得一部分硝酸盐变成氮气而藻类生长的需要。加之脱氧作用使得一部分硝酸盐变成氮气而损失掉，降低了湖水中硝酸盐的浓度，限制了藻类增殖过程。损失掉，降低了湖水中硝酸盐的浓度，限制了藻类增殖过程。自然界的很多现象常常是相互联系而非常微妙的。当硝酸盐浓自然界的很多现象常常是相互联系而非常微妙的。当硝酸盐浓度低时，湖水中的一部分藻类如蓝藻、绿藻，却能够利用天气度低时，湖水中的一部分藻类如蓝藻、绿藻，却能够利用天气中的氮通过固氮作用而弥补硝酸盐浓度低的不足，因此藻类增中的氮通过固氮作用而弥补硝酸盐浓度低的不足，因此藻类增殖过程仍然照常进行。所以，和磷元素相比，氮作为湖泊水质殖过程仍然

12、照常进行。所以，和磷元素相比，氮作为湖泊水质富营养化的限制因素，处于次要地位。富营养化的限制因素，处于次要地位。藻类固氮作用与氮循环 所谓固氮作用或者固氮过程，按照生物学的观点，我们可以将其定义为：生所谓固氮作用或者固氮过程，按照生物学的观点，我们可以将其定义为：生物体仅仅以氮气作为氮的来源而生长的生物学过程。如果从生物化学的角度，物体仅仅以氮气作为氮的来源而生长的生物学过程。如果从生物化学的角度，我们可以将固氮作用定义为：氮气分子中稳定的三价键被生物酶彻底裂解而被我们可以将固氮作用定义为：氮气分子中稳定的三价键被生物酶彻底裂解而被生物利用的能量反应。生物利用的能量反应。亚硝化细菌大气中的氮（

13、N2）固氮细菌蓝藻，雷电作用反硝化细菌硝酸盐氮（NO3-）沉淀损失蛋白质合成食物链氨化作用（细菌，真菌）氨（NH3）火山爆发亚硝酸盐NO2-硝化细菌氮氮循循环环示示意意图图生物合成蛋白质需要吸生物合成蛋白质需要吸收硝酸盐和氮，而固氮收硝酸盐和氮，而固氮细菌和蓝藻则可以从大细菌和蓝藻则可以从大气中进行固氮作用而生气中进行固氮作用而生成硝酸盐，而细菌和真成硝酸盐，而细菌和真菌可以将食物链中各种菌可以将食物链中各种生物排泄物腐烂分解生生物排泄物腐烂分解生成氮，满足蛋白质合成成氮，满足蛋白质合成的需求。反硝化细菌则的需求。反硝化细菌则把硝酸盐转变成分子氮，把硝酸盐转变成分子氮，使得氮重新回到大气中。使

14、得氮重新回到大气中。因此，控制氮供给源，因此，控制氮供给源，对于富营养化湖泊来说，对于富营养化湖泊来说，是非常困难的。是非常困难的。磷元素和藻类增殖磷主要来源于磷酸盐矿、动物粪便以及化石等天然磷酸盐沉积磷主要来源于磷酸盐矿、动物粪便以及化石等天然磷酸盐沉积物。物。在富营养化湖泊水体中，磷以各种形态存在于藻类细胞之中。在富营养化湖泊水体中，磷以各种形态存在于藻类细胞之中。磷酸盐类是核酸的主要组成成分，磷酸盐也存在于三磷酸腺苷磷酸盐类是核酸的主要组成成分，磷酸盐也存在于三磷酸腺苷（ATP)这样的具有很高能量的物质中。目前，对化合态的磷这样的具有很高能量的物质中。目前，对化合态的磷是否适合于藻类吸收

15、还缺乏确切的证据。但是，对于离子态的是否适合于藻类吸收还缺乏确切的证据。但是，对于离子态的正磷酸盐是水生植物吸收的最主要的形式这一事实已经清楚。正磷酸盐是水生植物吸收的最主要的形式这一事实已经清楚。有机磷化合物被藻类直接吸收利用的问题，国内外对此研究颇有机磷化合物被藻类直接吸收利用的问题，国内外对此研究颇多，现在已经初步揭示，微生物利用体内的酶，将磷酸根多，现在已经初步揭示，微生物利用体内的酶，将磷酸根（PO43-）从有机磷分子中分解出来，或者通过释放胞外酶的）从有机磷分子中分解出来，或者通过释放胞外酶的方式来加速这一分解过程。方式来加速这一分解过程。在湖泊的水体中，磷的存在形式与湖水的在湖泊

16、的水体中，磷的存在形式与湖水的PHPH值有着直接的密切值有着直接的密切关系。当湖水关系。当湖水PH值在值在3-7的范围时，磷主要以的范围时，磷主要以H2PO4-形式存在；形式存在；而当湖水而当湖水PH值在值在8-12时，则主要的形态为时，则主要的形态为HPO42-。磷浓度对藻类生长速率的影响，通过研究现已知道：磷浓度对藻类生长速率的影响，通过研究现已知道：磷的吸收与细胞生长两者之间并不是直接相关的。磷的吸收与细胞生长两者之间并不是直接相关的。当磷在直接需要过剩时，磷便在藻类细胞内贮存起当磷在直接需要过剩时，磷便在藻类细胞内贮存起来，因此，这时候的磷营养物质吸收可能只发生细来，因此，这时候的磷营养物质吸收可能只发生细胞生物量的少量增加；相反，当贮备的磷被利用时，胞生物量的少量增加；相反，当贮备的磷被利用时，藻类生长可能只伴随少量的磷吸收，甚至不吸收磷。藻类生长可能只伴随少量的磷吸收，甚至不吸收磷。许多环境因素影响磷浓度的变化而在藻类生物量中许多环境因素影响磷浓度的变化而在藻类生物量中表现出来。当环境中供给的磷的总量减少时，则水表现出来。当环境中供给的磷的总量减少时，则水体中的磷浓度减低。