湖泊富营养

2024-10-16

湖泊富营养（精选3篇）

湖泊富营养篇1

近年来, 由于城镇规模的不断扩大以及我国工业的不断发展, 我国湖泊水质污染问题日趋严重, 富含氮、磷等营养物质的工厂、农业以及生活废水大量排入湖泊这一缓流水体, 造成水质恶化、水体的溶解氧含量降低, 鱼类和其他生物大量死亡, 藻类等水生植物繁衍迅速, 湖泊水生生态系统平衡被打破。城市湖泊多数处于重富营养或异常营养状态, 在中国第2次湖泊现状调查行动中, 通过对138个面积大于10 km2湖泊开展现状调查, 发现富营养化湖泊比例超过85.4%, 其中重富营养化的湖泊比例超过40.1%[1]。

虽然, 近年来我国已经意识到并加大防治湖泊污染方面的力度, 但是湖泊富营养化状态并没有得到有效控制, 例如我国几个重要湖泊水库太湖、巢湖、滇池等相继爆发水华, 其中2007年6月太湖蓝藻爆发, 造成水质恶化, 严重影响到湖区数十万居民的饮用水安全。湖泊富营养化影响社会安定, 制约湖区经济的长期可持续发展, 因此, 湖泊富营养化的治理与改善已经迫在眉睫。

1 目前国内外湖泊污染主要治理技术

目前世界上现有的湖泊污染主要治理技术可分为两大类, 一类为以工业和工程治理技术为主, 如沉积物疏浚、湖泊理化性质改善、沉积物覆盖等;一类以生物修复技术为主, 如生物操纵控藻技术、微生物净化技术、植物净化技术等, 见表1。

(1) 湖泊沉积物疏浚技术。沉积物疏浚技术能有效去除湖泊内污染物, 改善湖水质量, 例如经过沉淀物疏浚技术的治理, 美国的Lmy湖水的磷含量降低55%, 瑞典Trummen湖水磷含量降低90%;然而并不是所有的湖泊疏浚工程有起到理想的效果, 湖泊疏浚技术影响因素复杂、涉及面广。1998年南京玄武湖采用湖泊沉积物疏浚技术治理后, 半年湖中水体的透明度、溶解氧和总磷又基本回复到清淤前的状态[2]。

(2) 湖泊理化性质改善技术。湖泊理化性质改善技术主要是对湖泊注入化学试剂, 添加吸附剂来改善其理化性质, 并吸附沉淀水底的各种物质。将明矾、硫酸铝、聚合氯化铝等投放入湖泊中能钝化和沉淀湖水中富含的磷;投放二氧化氯、硫酸铜或其他除藻剂能快速杀死藻类。

(3) 沉积物覆盖技术。沉积物覆盖技术是用用砂子、卵石等物质覆盖于污染沉积物之上, 形成阻隔带, 使得沉积物和水体隔开, 起到抑制污染沉积物营养物质释放的作用。覆盖物的种类、覆盖厚度直接影响着污染沉积物营养物质释放, 采用几种覆盖物质组成复合层形成无氧环境有利于污染物的降解[3]。

(4) 生态控藻技术。生态控藻技术主要分为植物控藻技术和动物控藻技术和微生物控藻技术等。植物控藻技术是通过增加挺水植物、沉水植物等水生植物的比例, 削减湖泊水体中的氮、磷等营养物质, 达到净化水质和控藻的效果;动物操纵控藻技术是通过增加植食性浮游动物和鱼类, 减少浮游植物的生物量, 来控制蓝、绿藻生长;微生物控藻技术是通过溶藻细胞等细菌来直接或间接抑藻和除藻, 具有繁殖快, 效率高等优点, 是非常有效的控藻技术。

(5) 微生物净化技术。微生物净化技术主要是利用微生物的作用分解水中的污染物质, 使水体得到净化。微生物繁殖力强, 对环境适应能力强, 能有效去除水体中氮、磷营养盐, 增加溶解氧, 改善水质。

(6) 植物净化技术。植物净化技术是通过植物的吸收、吸附作用和代谢功能将水体中的氮、磷等营养物质和其它有毒有害污染物进行吸附、沉淀、分解和吸收。

2 新型湖泊富营养化—曝气技术

(1) 曝气技术原理。湖泊中溶解氧主要依靠水体复氧和水生植物的光合作用, 水体复氧是溶解氧的主要来源, 水体复氧是指空气中的氧溶解到水体中的气—液传递过程, 这个过程也可称为天然曝气。只靠天然曝气的作用, 湖泊的自我净化过程非常缓慢, 因此需要采用曝气技术进行人工曝气来弥补天然曝气的不足。曝气技术是近年来所发展起来的一种新型湖泊污染治理技术, 其原理是利用水下注气方法对水体充氧, 同时增加水体的上下交换, 由此增加底层水体的溶解氧, 抑制湖底磷的释放量, 控制富营养化, 降低蓝藻爆发的可能性, 同时促进喜氧微生物的繁殖, 用来降解水体其他污染物, 进而有效的改善湖泊的整体水质, 如图1。

(2) 曝气技术的运用。西方欧美国家从本世纪初就开始注意到水下注气能改善湖水质量, 抑制水华产生, 同时水体缺氧也会影响湖泊里鱼类的生长与繁殖。不仅如此, 湖泊深水层缺氧会导致水体中的硫化氢、氨氮以及还原性铁和锰等还原性化学成分增高, 从而导致水体在气味、颜色和味道上均产生严重变质, 并使水处理用的植物需氧量大为增加, 从而增加整个湖泊的水处理成本。很多研究表明, 曝气技术通过水底注气能够有效的促进水气两相在相界面上的物质交换, 从而促进水体的表面蒸发, 降低水表面温度, 增加底层水体的溶解氧含量, 从而改善湖泊的整体水质[4,5,6,7,8]。在应用曝气技术治理湖泊甚至近海水质改善方面, 芬兰走在国际前沿, 目前曝气技术已被大规模地应用在芬兰的200多个湖泊, 甚至被应用在芬兰湾的部分海域。

我国曝气技术也有近20年的应用历程。我国曝气技术的运用多见于河道污染治理中, 如在上海苏州河、贵阳市南明河、广州朝阳涌、北京的清河、苏州城市河流等城市河流中得以成功运用[9,10,11]。河道人工曝气技术通过推流式和曝气充氧方式实现气液的完全混合, 曝气的气体可以是空气和纯氧。常见的曝气装置主要有四种:鼓风机-微孔布气管曝气装置、叶轮吸气推流式曝气装置、水下射流曝气装置、纯氧增氧装置;其应用形式通常有两种:移动式充氧平台和固定式充氧站, 其中移动式曝气是利用移动的曝气船等设备进行, 固定式曝气有机械曝气和鼓风曝气两种形式。

曝气技术可以用很小的能量来在湖底产生大量气泡, 从而达到提高水体溶氧, 促进水体垂直循环, 降低水表温度, 改善水体质量的目的, 因此曝气技术是一种极具发展前景的湖泊污染治理技术。

3 湖泊曝气技术的研究方向

目前, 我国曝气技术多运用于河道污染治理中, 运用曝气技术改善湖泊这类的缓流体富营养化问题的研究起步较晚, 见诸报导的成果不多, 其中有潘华辰教授研究的水下液体提升技术和水下液体提升系统模型, 有扬州大学黄廷林和西安建筑大学丛海兵等研究过用扬水曝气器治理湖泊水库污染等;国际上也尚无可靠的三维数值计算模型来预测曝气机对湖泊水体流场, 温度场, 溶氧, 磷浓度等参数的影响, 如图2、图3。

曝气技术改善湖泊富营养化问题的研究方向主要体现在以下三个方面:

第一, 理论分析。对特定湖泊根据实际需要进行合理简化, 建立力学模型, 根据湖泊水体的物理特征以及流体力学的基本定律推导出相应的数学方程, 确立初始条件与边界条件的约束, 使用合理的计算方法求解方程, 解释和检验方程推导结果。正确的理论分析结果能够很好的表达与揭示湖泊水体富营养化规律和本质特性, 同时正确的理论分析也是计算机数值模拟的基础。

第二, 试验研究。在理论分析的前提下, 综合借鉴相近理论成果, 在所研究的湖泊或者试验室中搭建试验平台, 开展合理的模拟实验, 借助测量设备对湖泊研究中的实验参数进行测量, 之后将测量数据进行处理分析, 用于检验理论方程的正确性和误差范围, 并为计算机模拟提供原始参数。

第三, 计算机模拟研究。伴随着着计算机技术突飞猛进的进步, 数值分析和计算方法的不断改进, 过去传统方法不能解析的流体力学方程, 现在能够借助计算机对力学方程进行简化和数值离散化, 编制程序求解, 许多复杂的工程问题能够得到满足实际要求的数值解。计算机模拟更具有不受地点、气候限制、耗时少、节约财力、物力、人力等优点。

借助计算机模拟模型模拟湖泊富营养化过程, 能有很好地研究曝气作用下湖水三维流场、温度场和环境参数在湖区的三维分布以及溶氧量、磷含量变化规律, 考察季节变化、风浪作用以及各种外源性污染条件对曝气作用效果的影响, 预测湖泊对曝气技术作用机制的响应, 得出最佳的曝气治理方案, 供环保决策部门作为湖泊富营养化治理决策的参考依据。

适应湖泊富营养化计算机模拟、功能完善的常用模型软件主要有:EFDC (Environmental Fluid Dynamics Code) 模型软件、Fluent软件、Delft3D模型软件、Mike系类软件、MOHID模型软件, WASP软件等。这些软件的水环境综合模拟能力和适应能力较强, 并且人机交互界面友好, 计算结果可靠性较高, 方便工程技术人员和研究人员使用。

4 结论

总体而言, 现有的几类湖泊污染治理技术中, 虽然工业和工程治理技术见效快, 治理效果明显, 但是由于其能耗大, 花费高, 并存在二次污染, 这些因素限制了工业和工程治理技术在治理湖泊污方面的应用;生物修复技术最大的优点在于具有生物修复的长期可行性, 但是治理速度慢, 而且有可能造成生物入侵, 给湖泊生态环境生物安全性所造成的二次影响仍有待进一步研究与评估。

曝气技术具有耗能低, 投入低, 治理速度快, 不存在二次污染等优点, 同时计算机技术的飞速发展和计算方法的不断完善也为曝气技术的研究和应用提供了有力的支撑, 因此, 曝气技术在我国湖泊富营养化综合治理中具有广阔的应用前景。

摘要：本文主要是对湖泊富营养化的现有治理技术进行归纳探讨, 并指出曝气技术是一种新型而有效的湖泊富营养化治理技术, 在湖泊富营养化综合治理中具有广阔的应用前景。

关键词：湖泊,富营养化,治理技术,曝气技术

参考文献

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湖泊富营养篇2

论文关键词:湖泊富营养化湖泊治理

论文摘要:湖泊富营养化是当前我国湖泊面临的主要污染问题，在对湖泊富营养化进行了诸多治理取得成效的同时，还存在着许多的问题，本文就当前湖泊富营养化治理的现状和所存在问题进行了思考，指出今后在湖泊富营养化治理中的进展情况。

一、湖泊富营养化及其危害

富营养化指湖泊、水库、缓慢流动的河流以及某些近海水体中营养物质(一般指氮和磷的化合物)过量从而引起水体植物(如藻类及大型植物)的大量生长。由于藻类在与水生植物竞争营养盐上有优势，当湖泊水体营养盐过多后，藻类滋生，根生或者浮游生物大量生长。造成对湖泊水体正常功能的危害。例如导致饮用水臭味和水色的变化。大量浮游植物或者浅水根生植物的生长繁殖，可能导致湖泊沼泽化，容积大幅度减少;植物的分解消耗大量溶解氧，释放大量溶解性有机物，导致水质急剧恶化。藻类在代谢死亡过程中能够释放各种藻毒素，具有比较强的毒理作用，危及整个湖泊生态系统。通常，湖泊、海湾富营养化的限制性物质是氮和磷，所以用氮和磷作为富营养化的指标是有效的。实验表明，随着水

中氮肥、磷的增加，藻类的繁殖量也在增加，而且有线性关系。其结果是引起水质恶化、味觉和嗅觉变坏、溶解氧耗竭、透明度降低、渔业减产、死鱼、阻塞航道，对人和动物产生毒性。特别值得重视的是，近十几年来，我国湖泊富营养的趋势发展很快，到本世纪末，大多数湖泊的富营养化都有加重。故对湖泊富营养化的防治已成为当务之急。

二、富营养化治理的进展

1.物理方法

(1)污水分流。湖泊富营养化的一个重要原因就是外源污染。工、农业生产的污水直接排放到湖泊是造成湖泊水体营养盐含量增加的主要原因。通过对排放管道的改造，将污水的排放引至别处，是防治湖泊富营养化重要的、有效的措施。

(2)换水/稀释。湖泊内营养盐含量过多，通过换水/稀释可以直接将湖泊水体内的营养盐浓度降低，同时可以排除掉大量的营养盐。

(3)深层排水。湖泊底层营养物含量高，一般而言，底层水的营养盐浓度高于表层水，当水流转时，底层湖水进入上层，引起表层湖水营养物含量的增加。

(4)曝气/混合。采用机械搅拌、压缩空气、水泵、喷射泵等方法进行曝气和促进水的流动，可以防止底泥释放磷，改善氧气状况，加强矿化作用，降低浮游植物光合作用等效果。

(5)挖泥。富营养化湖泊中的底部沉积物常是一个营养库，在一定条件下可不断释放磷，这称为内部负荷。当外部负荷减少后，内部负荷可补偿，使富营养化现象继续存在。挖泥可以直接去除底泥中的营养盐含量，减轻内部负荷对湖泊的影响。

(6)机械收草藻。利用机械收割装置直接收获水草和藻戋可以直接改善湖泊的表层生态环境，同时，水草和藻类本身就会吸收大量的营养盐，通过对它们的收获也可以从湖泊中去除营养盐。

2.化学方法

(1)深水曝气技术。营养盐类的大量注入，致使藻类及浮游生物异常繁殖，水体溶解氧急速下降，在水与底泥的交界面甚至出现厌氧现象。在深水进行人工曝气，可以在不改变水体分层的状态下提高溶解氧浓度;其次还可以降低氨氮、铁、锰等离子性物质的浓度,可有效改善厌氧状况。

(2)营养物钝化。利用铝盐与无机和颗粒磷产生沉淀，可以减少水体中磷的含量，铁盐(氯盐或铝盐)、硫酸铝铁、泥土颗粒和石灰泥都有类似的功能，钙盐也是相当有效的营养物钝化剂。

3.生物方法

(1)水生植物修复技术。利用适合相应湖体环境的水生植物及其共生的微环境，来去除水体中的污染物质。水生植物在其生长期间可有效吸收与富集水中和底质中的营养盐，起着“营养泵”和“营养库”的作用。合理构建并维持水生植物的生物量，可转移出氮、磷等营养盐，各类漂浮植物、浮叶植物、挺水植物和沉水植物等水生植被的恢复和重建可有效分配水体营养盐，避免单一优势种的过度滋生，保持水体净化能力。

(2)水生动物修复技术在湖泊水库生态系统中，水体中的藻类除受营养物质的控制外，作为食物链中的一环，也受到浮游动物和鱼类的控制。因此，可以通过调控食物链的环节来达到改善湖泊水库水质的目的。

(3)生物膜技术。利用比表面积较大的天然材料或人工介质为载体，利用其表面形成的粘液状生物膜，对污染水体进行净化。载体上富集的大量微生物能有效拦截、吸附、降解污染物质。

三、富营养化治理方法存在的问题

对于湖泊富营养化，各个国家和地区采用不同的物理、化学、生物方法对其进行预防、控制和修复，并且取得一定的成效。现在主要的物理处理方法有底泥疏浚、引水冲洗等;化学方法有投加混凝剂和除藻剂等。这些物理、化学方法对湖泊的治理有一定的作用，但是对污染严重的湖泊进行底泥疏浚，易导致底层的沉积物发生悬浮和扩散，促进了沉积物中的氮、磷营养盐及其所吸附的金属离子的释放，从而使水体环境面临受沉积物中释放的重金属离子及氮、磷营养盐二次污染的风险;投加化学药剂，虽然在一定程度上可以使水体透明，水质得到改善，但是长期使用可能会加速湖泊的.老化，引发新的生态问题。相比较来说，物理和化学的处理方法成本高，并且对富营养化的治理不彻底，只能在短期内效果明显，不适于长期使用。国内外对水体富营养化的研究和实践证明，目前生物调控和生物修复方法因其成本低、处理彻底且无二次污染而得到行业内的认可。

四、对我国湖泊富营养化治理的展望

近年来，国内外的专家学者对湖泊富营养化进行着不断深入的研究，但是结果却不尽如人意。随着我国经济发展，环境问题的日益凸现，从当前情况来看，我国湖泊除少数位于西北的外都受到不同程度的污染，并且这种污染不是减缓而是在加剧。因此，我国对湖泊的富营养化问题也日益重视，但是由于公民环保意识的淡薄，处理设施的陈旧，以及我国经济的相对落后，政府环境监测管理、政策法规存在的不足，彻底治理湖白的富营养化不是一朝一夕的事情。目前，我国湖泊富营养化的治理，根据现有的经济条件和技术措施，重点应放在控制污染源上：控制排磷、排氮的点源污染、非点源污染以及内源污染;制定污水的排放标准，并且加强监督和管理力度。限制湖区的人类活动，严格管理湖泊水产养殖、

流域盲目开发以及植被的破坏、周围乡镇的污水和固废的排放。政府应加强对环境保护的宣传，提高全民的环保意识;加强法制建设，完善湖泊的环境保护法律法规。对经济相对发达的地区，我们还应积极借鉴国外湖泊治理的先进经验，结合当地的自然条件和湖泊的富营养化状况制定切实可行的方案。在湖泊生态修复问题上，要认清治理工作的长期性和复杂性，树立解决水环境问题的长远观点。所以湖泊富营养化的生物修复技术应成为基础研究领域首先解决的重大科学问题之一，也是今后一段时间湖泊富营养化治理的主要研究之一。

参考文献：

[1]李雪梅,杨中艺,简曙光等.有效微生物群控制富营养化湖泊藻的效应.[J].中山大学学报..39.(1).

[2]顾宗濂.中国富营养化湖泊的生物修复.[J].农村生态环境..18.(5).