湖泊富营养化1讲解

（一）富营养化湖泊的微生物修复
B、“絮团”和底泥中有机碳的微生物降解 组成“絮团”和底泥的有机碎屑、细菌和藻 类，约含纤维素 15%~60%，半纤维素10%~30%， 木素 5% ~ 30% 和蛋白质 2% ~ 15% ；可溶性物质， 如糖、氨基糖、有机酸和氨基酸，占干物质重的 10%。这些组成物的分解直接关系到“絮团”和 底泥中有机碳的微生物转化。 碳水化合物、木素、菌体细胞壁的微生物降 解。
2009年3月16-19日，武汉东湖官桥湖区域发生了衣藻Chlamydomonas sp.水华。衣藻在春季富营养化小水体发生水华很常见，但在大水面 形成如此规模水华少见。
昆明滇池水体富营养化加重 绿油漆似的滇池水
鸭子藻上行
赤藻
一、湖泊富营养化的成因
分为天然富营养化和人为富营养化。天然富营养化 要经过几千年甚至几万年才能完成，而人类经济活动可 导致湖泊在短短几年内就出现富营养化；人为富营养化 是当代湖泊富营养化的主要因素。 湖泊富营养化是人类社会活动对湖泊的影响导致的 湖泊自然演化过程的浓缩。 碳、氮、磷是生成藻类的决定性因素，也是构成湖 泊水体富营养化的决定性因素。由于藻类可利用的氮远 比可利用的磷多，因此，磷常被作为富营养化的限制因 子。当磷含量达到0.6mg/L时，藻类产量几乎不受氮元素 含量的影响。我国环境标准规定，在静止水体中，总磷 浓度0.02mg/L、ＮＨ4＋浓度为0.5mg/L为富营养化的临界 值。
（一）富营养化湖泊的微生物修复
（2）磷的去除 在富营养化湖泊修复中，物理修复 (清 淤 )、设置水生植物生态工程往往比微生物修 复更为有效。原因是：磷素本身不能转化为气 体消失，也不能被永久性固定于底泥。即便采 用在废水处理工程设施中常用的积磷菌来除磷， 由于它不可能象工程设施那样于末端排放并二 次处置，其效果也大为逊色。
2 人工湿地技术 人工湿地(Constructed Wetlands)是20世纪70年代 发展起来的一种废水处理新技术，与传统的污水二级 生化处理工艺相比．具有净化效果好、去除N与P能力 强、工艺设备简单、运转维护管理方便、能耗低等特 点。人工湿地是人工建造的、可控制和工程化的湿地 系统。其基本原理是通过湿地自然生态系统中的物理、 化学和生物作用来达到废水处理的目的。 加拿大潜流芦苇床湿地系统在植物生长旺季中的TN平 均去除率为60％，TP为73％，磷酸盐平均去除率为94 ％：英国芦苇床垂直流中试系统用于处理高氨氮污 水．平均去除率可达93.4％。
（二）其他修复技术
(3)将气输送人水体底部(见图1，2，3)。 通气可以改进水体的溶氧浓度，阻止磷的 再循环，使底部沉积物以上的水体保持为有 氧系统．
将富于营养而少氧的下层水导流到湖上层，来改善湖 的营养状况、氧平衡和热平衡。波兰的Kortowo湖应用此 法，已长达15年之久，总的来说，水质得到了改善。瑞土 Niler湖、奥地利的Reither湖，还有芬兰的Damann湖都取 得同样效果，但也存在一些问题，主要是水体温跃层的降 低会加速矿化过程；湖下层BOD的增加，会引起其他污染 方面的问题。 2．使磷沉人湖中 美国纽约州的Medical湖， 威斯康辛州的Mirror湖和shadow湖、加液态硫酸铝后，使 湖中的溶解磷失去活性，能够抑制一些藻类的生长，降低 了水的蚀度。丹麦的Lynby湖加硫酸铝6个月后，磷又恢复 到原来水平。瑞典的Lang湖由于水的滞留期校长，效果维 持了两年，但初级生产力并未下降． 一般认为应用此法 并不理想，可以考虑与其他方法和措施结合起来应用。
二、消除湖泊富营养化的关键问题
从技术上说，消除湖泊富营养化的 关键还在于削减湖泊水体的氮、磷以及 底泥有机碳和氮、磷的负荷。消除水体 中藻类疯长的基础，达到降低水体中藻 类生物量、提高水体透明度的目的。
三、削减湖泊水体氮、磷及有机碳负荷 的技术途径
削减湖泊水体氮、磷及有机碳负荷 的技术途径除了消除点源 (截流污染源 并施行清污分流 )、减少和控制面源污 染这类最基本的途径外，最常见的有机 械清淤法，另外引水冲洗生物修复法也 是有效的方法。湖泊生物修复包含微生 物修复和水生生物修复两大内容，两者 不可弃一，互相配合，才能获取总体治 理效果。 解决内源污染问题，控 制内源释放
（一）富营养化湖泊的微生物修复
1、生物修复的目标 以地表水和湖泊水水质国家标准为修复目 标。环境管理部门要求控制 3 项基本指标：氨 氮、全磷、透明度。通常把氨氮定在地表水Ⅱ 类标准， 0.5 ｍｇ · Ｌ － 1 ；总磷定在湖泊水Ⅲ类 标准，0.025ｍｇ· Ｌ－1(地表水Ⅱ类标准可放宽 到0.1ｍｇ· Ｌ－1)；透明度定在湖泊水Ⅳ类标准， 1.5ｍ(地表水透明度无标准；富营养化湖泊水 体透明度一般仅0.2~0.3ｍ)。
湖泊富营养化生物修复
水体富营养化是大量氮、磷等营养物质进 入水体，引起蓝细菌、微小藻类极其浮游生物 恶化繁殖，最终导致水质急剧下降的一种污染 现象。 水体出现富营养化现象时，浮游生物大量 繁殖，水面往往呈现蓝绿色、红色、棕色、乳 白色等，视占优势的浮游生物的颜色而异。这 种现象，在海水称作赤潮，在淡水中称作水华。
（一）富营养化湖泊的微生物修复
B.反硝化作用： （A）异养脱氮细菌的反硝化作用： 2ＮＯ3－+5Ｈ2Ａ→ 5Ａ +2ＯＨ－+4Ｈ2Ｏ +Ｎ2↑ 假单胞菌属 、色杆菌属 、微球菌属 (脱氮微球菌等 )、芽 胞杆菌 (蜡状芽胞杆菌等 )的一些种均属这类菌。在厌氧条件下 则利用硝酸盐的氧来氧化有机底物，而使ＮＯ3－还原成Ｎ2。 （B）自养脱氮细菌的反硝化作用： 脱氮硫杆菌在缺氧条件下能利用ＮＯ3－的氧将硫或硫代硫酸 盐氧化成硫酸盐，释放Ｎ2,从中获得能量来同化ＣＯ2 。 5Ｓ +6ＫＮＯ3+2ＣａＣＯ3 → 3Ｋ2ＳＯ4+2ＣａＳＯ4+2ＣＯ2 ↑ +3Ｎ2 ↑ 在富营养化湖泊生物修复中，创设工艺条件，甚至接种专性 菌剂，满足以上脱氮要素的要求，均将有助于水体氮素的去除。
（一）富营养化湖泊的微生物修复
2、理论依据 （1）氨氮的脱除 A. 硝化作用： ＮＨ4＋→ＮＨ2ＯＨ→ＮＯ2－→ＮＯ3－ 湖泊水体中，使ＮＨ4＋转化为ＮＯ2－(亚硝化阶段) 的菌有欧洲亚硝化单胞菌、亚硝化单胞菌、亚硝化球菌 属等；使ＮＯ2－转化为ＮＯ3－(硝化阶段)的菌有活跃硝 化杆菌、维氏硝化杆菌、硝化囊菌属等。 都是由氧化ＮＨ4＋、ＮＯ2－获得能源，并以ＣＯ2为 唯一碳源的化能自养菌，专性好氧，营自养硝化作用。
水生植物修复技术
1、浮岛技术 植物浮岛主要是利用无土栽培技术，采 用现代农艺和生态工程措施综合集成的水 面无土种植植物技术。通过扎在水中的根 系吸收大量的氮、磷等营养物质，对有机 污染物起到促降的作用；植物根系、浮床 和基质在吸附悬浮物的同时，为微生物和 其他水生生物提供栖息、繁衍场所，兼可 美化水域景观。
（一）富营养化湖泊的微生物修复
（3）有机碳的去除 A、概念的更新 传统上，人们以为湖泊有机碳主要存在于底泥。然而 ,近来 的研究表明，大部分湖泊有机碳以水体悬浮物的形式存在。悬浮 物是有机碎屑、细菌、藻类和矿物质等细微颗粒组成的胶粘状物 (简称“絮团”) ，其比重略大于 1 ，在风力作用下极易悬浮于 水体，并长期滞留在水体中，参与水中固体物质通量的上下交换， 并大幅降低水体透明度 ( 可使透明度降到 20 ~40ｃｍ )。在水土 界面上滞留的“絮团”，其对有机质、氮、磷的贡献远大于底泥。 通常，底泥疏浚很难去除这些“絮团”，即便用专门设备吸走， 未疏浚处的“絮团”又很易迁移到此处补缺。生态系统一旦失衡， 这些“絮团”便会迅速增生。因此，在修复富营养化湖泊时，要 尤其着力去除悬浮在水体中和水土界面的“絮团”，采取生物技 术措施降解“絮团”中的有机质。只有消除“絮团”，水体透明 度才能从根本上提高。
4．沉积物充气 沉积物在湖营养物质循环中 起着重要作用。在需气条件下，沉积物可结合大量磷， Байду номын сангаас嫌气条件时，又释放大量磷。
5．去除沉积物 在沉积物中的磷可分为交换态磷和非 交换态磷(见图4)。据研究，沉积物中可交换态磷含量比水中磷含 量高50倍。沉积物中可交换态磷高时，对湖泊治理不利．西德的 Freuden湖、瑞典的Trummen湖留用移去沉积物方法，使湖的水质 得到改善。
3，减少生物量浓度 在极富营养化水体中可考虑采用。采用的措施有： 用除草剂减少生物量，割除大型植物；在水体中施放 染料，阻止或减少光线在水中的透过率，以求降低初 级生产力，减少生物量；还有用硫酸铜洒入水体杀死 藻类，虽有一定效果，但因铜对生物的毒性问题，现 在一般均已不用此法。另如明尼苏达州的Hyland湖采 用降低水位的办法来控制沉水有根植物，这样可以延 迟沉积层中营养物的释放，使沉积物固定。
6 覆盖沉积物 湖底覆盖一层物质，阻止营养物质 在沉积物与水之间的交换，还可阻止或延迟有根水生植 物的生长。覆盖物可用塑料薄膜、飞灰、富于铁质的炒 和粘土，采用此法经济上比去除沉积物便宜，但也有缺 点：既不是永久性的改进，又彻底改变了底栖生物的自 然条件。 7. 引导未污染、含低营养物的水入湖 这既可稀 释湖水，又可冲洗沉积物。 8．暴雨排水或支流河水经过生物过滤法，再流人湖内 这样有助于降低营养物和沉积物负荷。 总的来看，只有把截断污染源和对水生态系统进行 人为干予，这两方面的措施结合起来才能收到较好的效 果。
湖泊富营养化生物修复
富营养化湖泊生物修复
目前，中国湖泊污染情况严重，80%以上的 湖泊受到污染，许多湖泊已达不到Ⅲ类水水质 标准，鱼虾基本绝迹，而代之以适应污染的各 类底栖微小生物类群，湖泊水体的颜色、气味 均有不同程度的恶化，部分湖泊甚至成为纳污 水体。许多知名湖泊的地理位置处于大、中城 市周边，它们的污染导致城市景观质量下降， 严重影响了这些地区居民的身心健康。水质污 染导致湖泊及其沿岸的生物多样性下降，特别 是一些对人类有益的或有潜在价值的物种消失。 因此，水体治理、修复刻不容缓。
水生植物修复技术的优点
植物修复技术具有投资和维护成本低、操作简单、 甚至不造成二次污染、且具有保护表土、减少侵蚀和 水土流失等作用，它能有效地去除有机物、氮磷等多 种元素。 可吸收、富集水中的营养物质及其他元素，可增 加水体中的氧气含量．或有抑制有害藻类繁殖的能力， 遏制底泥营养盐向水中的再释放．利于水体的生物平 衡等。 高等植物能有效地用于富营养化湖水、河道生活 污水等方面的净化，是一项既行之有效又保护生态环 境、避免二次污染的治理污染水体的好方法。
合肥市杏花公园人工湖里由1600多个圆形生物 浮床组成的十组水生植物浮岛正式建成。在浮 岛上种植水生植物可以提高城市景观水体的自 净能力，解决富营养化问题。
秦淮河中的“挺水植物绿岛” 南京市在秦淮河里放置水生美人蕉、水竹等水生植 物来治理污染和美化环境，这些“挺水植物绿岛”成为 一道美丽的城市景观。
（三）水生植物修复
富营养化湖泊的生物修复，除了微生物修 复作用外，还应包括水生生物的修复作用。 水生生物对湖泊富营养化修复有巨大功效， 尤其是它们强大的根系和植株，对磷的摄取和同 化有着微生物所无法替代的作用。据报道，被制 成浮床的大榕草、香根草、水芹、水蕹草、多花 黑麦草等对去除水体氮、磷和抑制藻类孳生均有 明显的作用。这些植物发达的根系及与根系共生 或混生的微生物往往共同对水环境起着净化作用。
一般来说，几乎所有的水生植物都能净化污水。水 体污染物主要有金属污染、农药污染、有机物污染、非 金属如氮、磷、砷、硼等污染及放射性元素如锶、镭、 铀等污染。水生植物对这些污染物的净化包括附着、吸 收、积累和降解几个环节。 水生高等植物芦苇是同际上公认的处理污水的首选 植物：100g的芦苇．一天可将8mg的酚分解为二氧化碳。 目前，芦苇为人工湿地在我国已用于处理乳制品废水、 铁矿排放的酸性重金属废水等。 植物的皮、壳等对重金属废水也有净化的效果。棉 秆皮、棉铃壳对重金属离子铜、镉、锌有明显的吸附作 用；谷子谷壳黄原酸酯对重金属离子Hg、Pb、Ca、Cu、 Co、Cr、Bi等有良好的捕集效果：松木对Cu有脱出作用 等。