第二章-水体环境与水体富营养化课件.ppt

1、 自然界的水，包括淡水和海水，其来源是陆自然界的水，包括淡水和海水，其来源是陆地水和雨雪。地水和雨雪。陆地水分为地表水和地下水，地表水分为江、陆地水分为地表水和地下水，地表水分为江、河、湖泊的水，地下水是地表以下岩洞孔隙、河、湖泊的水，地下水是地表以下岩洞孔隙、裂隙或溶洞中的水。除了埋藏较深的地下水裂隙或溶洞中的水。除了埋藏较深的地下水外，其他各类自然界的水域中均有微生物存外，其他各类自然界的水域中均有微生物存在。在。水中微生物种类很多，但不同水域种类和数水中微生物种类很多，但不同水域种类和数量上差异很大。量上差异很大。自然界的水域中，一般营养物较缺乏，多数自然界的水域中，一般营养物较缺乏，多

2、数微生物常在饥饿的状态下生活，因此在水中微生物常在饥饿的状态下生活，因此在水中存活的许多微生物可以在稀薄的营养环境下存活的许多微生物可以在稀薄的营养环境下生活。生活。水中异养菌的种类和数量均较多，水中也有自水中异养菌的种类和数量均较多，水中也有自养菌。养菌。来自溪流的水较为清洁，营养物质缺乏，来自溪流的水较为清洁，营养物质缺乏，其中细菌以其中细菌以革兰氏阴性无芽孢菌革兰氏阴性无芽孢菌为主。含为主。含铁和硫的水中则常见鞘细菌和硫细菌铁和硫的水中则常见鞘细菌和硫细菌；湖泊、池塘、河流中的微生物大部分来自湖泊、池塘、河流中的微生物大部分来自土壤和生活污水，微生物类群直接反映了土壤和生活污水，微生物类

3、群直接反映了陆地情况。陆地情况。水中的真菌以水生藻状菌为主。湖水中最水中的真菌以水生藻状菌为主。湖水中最常见的真菌是水霉菌属常见的真菌是水霉菌属(Soprolegnia)和和绵霉菌属绵霉菌属(Achalya)的菌种。的菌种。海水中微生物的种类和数量也很大，分布海水中微生物的种类和数量也很大，分布极广，特别是藻类最多。细菌的种类和土极广，特别是藻类最多。细菌的种类和土壤及淡水中的差别不大，但有较多的弧菌壤及淡水中的差别不大，但有较多的弧菌和革兰氏阴性杆菌，球菌和放线菌较少。和革兰氏阴性杆菌，球菌和放线菌较少。海水细菌中能游动的和有色素的细菌比例海水细菌中能游动的和有色素的细菌比例较大。较大。由于

4、海水中营养物质相对不及地面水丰富，由于海水中营养物质相对不及地面水丰富，加之海水的高盐分、低温、高压的条件，加之海水的高盐分、低温、高压的条件，海水中微生物的浓度相对较低，异养菌数海水中微生物的浓度相对较低，异养菌数目相对较少，兼性好氧菌占优势而专性好目相对较少，兼性好氧菌占优势而专性好氧菌很少，它们大多是分解蛋白质能力强，氧菌很少，它们大多是分解蛋白质能力强，而分解碳水化合物能力弱的菌种。而分解碳水化合物能力弱的菌种。国名国名河河 名名河水中的细菌数河水中的细菌数(个个/mL)作作 者者德国德国巴西巴西捷克捷克福达河福达河莱尔涅尔格罗河莱尔涅尔格罗河多瑙河多瑙河3.52105 9.81062

5、31054.55105JannaschSchmidtDaubner湖泊类型湖泊类型细菌总数（细菌总数（103 /mL）贫营养湖泊贫营养湖泊中营养湖泊中营养湖泊富营养湖泊富营养湖泊富营养水库富营养水库503404501400220012300100057900光照光照温度温度浮游植物浮游植物细菌细菌一、水体自净一、水体自净1 1 概念：概念：地面水接受污染物后，水质发生变化，地面水接受污染物后，水质发生变化，经过经过一定时间一定时间(或流过一定距离或流过一定距离)后，受后，受多种因素的影响，被污染的地面水又恢多种因素的影响，被污染的地面水又恢复原有的洁净状态，这一过程称为水体复原有的洁净状态，这

6、一过程称为水体的自净作用。的自净作用。u自净容量自净容量u自净作用有一定的限度，在自净作用有一定的限度，在水体自净作用限水体自净作用限度内度内能够能够容纳容纳的污染物的的污染物的最大数量最大数量，称为该，称为该水体的自净容量。水体的自净容量。u对于某一特定的水域，若污染物的排放总量对于某一特定的水域，若污染物的排放总量超过了其自净容量，则水体不能自行恢复至超过了其自净容量，则水体不能自行恢复至原有的状态，其生态平衡将遭到破坏，河水原有的状态，其生态平衡将遭到破坏，河水即被污染。即被污染。我国每年的废污水排放总量已经达到了我国每年的废污水排放总量已经达到了620亿吨亿吨v水体自净作用的强弱和自净

7、容量的大小受水量、水体自净作用的强弱和自净容量的大小受水量、水质及一系列水文条件水质及一系列水文条件 (如流量、流速、河流如流量、流速、河流弯曲复杂程度等弯曲复杂程度等)影响。影响。v自净作用是自然沉降作用、稀释作用、有机物自净作用是自然沉降作用、稀释作用、有机物的生物降解、复氧作用的生物降解、复氧作用 (溶解氧浓度的恢复溶解氧浓度的恢复)、日照等许多作用联合的结果。日照等许多作用联合的结果。v通常污染物的排放量在水体的自净容量允许范通常污染物的排放量在水体的自净容量允许范围，好氧菌能持续繁殖，随有机物降解，溶解围，好氧菌能持续繁殖，随有机物降解，溶解氧浓度会下降，水中氧浓度会下降，水中BOD

8、BOD浓度也同时下降；浓度也同时下降；有机物分解完毕后，有机物分解完毕后，化能异养细菌化能异养细菌停止生长；停止生长；光合微生物光合微生物 (藻类和蓝细菌藻类和蓝细菌)利用水中溶解的利用水中溶解的无机物大量繁殖，随后，无机营养物的减少使无机物大量繁殖，随后，无机营养物的减少使光合微生物数量也减少。水体的光合微生物数量也减少。水体的BODBOD、溶解氧溶解氧恢复至原来的水平，河水的自净作用完成。恢复至原来的水平，河水的自净作用完成。排放到水域中的各种废水有时含有各式各样的排放到水域中的各种废水有时含有各式各样的病原微生物，这些微生物进入河流等水域，由病原微生物，这些微生物进入河流等水域，由于环境

9、的变化，在一定时间后通常会死去，于环境的变化，在一定时间后通常会死去，病病原微生物的死亡是自净作用的重要内容原微生物的死亡是自净作用的重要内容。1.1.有机物排放至河流后，被河水稀释，有机物排放至河流后，被河水稀释，其中的悬浮物沉降至河底。其中的悬浮物沉降至河底。2.2.河流中的好氧微生物利用有机物加河流中的好氧微生物利用有机物加速繁殖，降解有机物，溶解氧降低，速繁殖，降解有机物，溶解氧降低，甲壳动物、大多原生动物死亡，鱼甲壳动物、大多原生动物死亡，鱼类绝迹，厌氧菌大量繁殖。类绝迹，厌氧菌大量繁殖。3.3.随河水流动以及微生物的活动，有随河水流动以及微生物的活动，有机物浓度降低，机物浓度降低，

10、CODCOD和和BODBOD降低、降低、溶解氧浓度增加，甚至达到饱和，溶解氧浓度增加，甚至达到饱和，水生生物开始繁殖。水生生物开始繁殖。4.4.有机物被完全降解，细菌数量减少，有机物被完全降解，细菌数量减少，河水回复到原先的水平，自净作用河水回复到原先的水平，自净作用完成。完成。有机物质种类及浓度：排入河流的有有机物质种类及浓度：排入河流的有机物被降解的难易程度、有机污染物机物被降解的难易程度、有机污染物的浓度菌直接影响河流的自净作用。的浓度菌直接影响河流的自净作用。溶解氧：主要来源于藻类、蓝细菌的溶解氧：主要来源于藻类、蓝细菌的光合作用和空气中氧的扩散作用。光合作用和空气中氧的扩散作用。三、

11、影响河流自净作用的因素三、影响河流自净作用的因素 温度：对微生物的生长速率有影响，温度：对微生物的生长速率有影响，水温或气候会影响水体自净作用的强水温或气候会影响水体自净作用的强弱。弱。其它因素：河流的流量、流速、河道其它因素：河流的流量、流速、河道弯曲复杂程度影响到沉降、稀释作用；弯曲复杂程度影响到沉降、稀释作用；空气中氧向水中扩散速率，影响到水空气中氧向水中扩散速率，影响到水体的自净作用。体的自净作用。三、影响河流自净作用的因素三、影响河流自净作用的因素1、P/H指数指数 P代表水体中光合自养型微生物数量，代表水体中光合自养型微生物数量，H代表代表异养微生物数量，二者之比即为异养微生物数量

12、，二者之比即为P/H指数，它指数，它在一定程度上反映水体污染和自净的程度。在一定程度上反映水体污染和自净的程度。P/H指数低，有机物浓度较高，污染重，自净指数低，有机物浓度较高，污染重，自净速率高，自净度低；速率高，自净度低；P/H值高，水体逐渐清洁，值高，水体逐渐清洁，有机物浓度较低，污染轻，自净速率较低。有机物浓度较低，污染轻，自净速率较低。河流自净作用完成后，河流自净作用完成后，P/H指数也恢复到原来指数也恢复到原来的水平，自净度高。的水平，自净度高。河流自净过程中，好氧菌大量繁殖，使水中河流自净过程中，好氧菌大量繁殖，使水中溶解氧下降；而藻类和蓝细菌的光合作用产溶解氧下降；而藻类和蓝细

13、菌的光合作用产生的生的O O2及空气中向水体扩散的及空气中向水体扩散的O O2使溶解氧浓使溶解氧浓度逐渐上升度逐渐上升 (即复氧作用即复氧作用)。这种在耗氧与。这种在耗氧与复氧作用下的水中溶解氧变化曲线称为氧垂复氧作用下的水中溶解氧变化曲线称为氧垂曲线。曲线。氧的消耗量能反映微生物自净作用的强弱，氧的消耗量能反映微生物自净作用的强弱，溶解氧的完全恢复说明自净作用已完成，因溶解氧的完全恢复说明自净作用已完成，因此氧垂曲线可反应出水体自净状况。此氧垂曲线可反应出水体自净状况。一、污化系统及其指示生物一、污化系统及其指示生物污化系统污化系统(也称有机污染系统也称有机污染系统)是根据水体有机物污染是根

14、据水体有机物污染程度的不同，对水体的一种分类法。当有机污染物排程度的不同，对水体的一种分类法。当有机污染物排入河流，在其下游河段的自净过程中，形成一系列污入河流，在其下游河段的自净过程中，形成一系列污化带。化带。因各种水生生物需要不同的生存条件，故在各个带中因各种水生生物需要不同的生存条件，故在各个带中可找到不同的代表性指示生物，这些指示生物包括细可找到不同的代表性指示生物，这些指示生物包括细菌、真菌、藻类、原生动物等微生物，以及轮虫、浮菌、真菌、藻类、原生动物等微生物，以及轮虫、浮游甲壳动物、鱼类及底栖动物等。游甲壳动物、鱼类及底栖动物等。根据指示生物的不同，污化系统中的污化带分为多污根据指

15、示生物的不同，污化系统中的污化带分为多污带、带、-中污带、中污带、-中污带和寡污带。中污带和寡污带。靠近排污点下游，河水深暗、浑浊，含大量有机靠近排污点下游，河水深暗、浑浊，含大量有机物，物，BOD高，呈缺氧或厌氧状态，污染严重。高，呈缺氧或厌氧状态，污染严重。有机物分解产生有机物分解产生H2S、NH3，使河水有异味。使河水有异味。水生生物种类极少，以厌氧和兼性厌氧微生物为水生生物种类极少，以厌氧和兼性厌氧微生物为主，无鱼类、显花植物等。主，无鱼类、显花植物等。代表性的指示生物是细菌，且种类多、数量大，代表性的指示生物是细菌，且种类多、数量大，每每ml水中可达几亿个，例如硫酸盐还原菌与产水中可

16、达几亿个，例如硫酸盐还原菌与产甲烷菌等，此外还有颤蚯蚓、蚊蝇幼虫。甲烷菌等，此外还有颤蚯蚓、蚊蝇幼虫。在多污带下游，有机物量略减少，在多污带下游，有机物量略减少，BODBOD下降，河水依然灰暗，溶解氧低，水面下降，河水依然灰暗，溶解氧低，水面上可有浮沫和浮泥。生物种类增加，细上可有浮沫和浮泥。生物种类增加，细菌数减少，但每毫升仍有几千万个。菌数减少，但每毫升仍有几千万个。代表性的指示生物举例如下：天蓝喇叭代表性的指示生物举例如下：天蓝喇叭虫、椎尾水轮虫、栉虾、独缩虫、颤藻、虫、椎尾水轮虫、栉虾、独缩虫、颤藻、小球藻等。小球藻等。光合微生物和绿色浮游生物大量出现，光合微生物和绿色浮游生物大量出现

17、，水中溶解氧升高，有机质含量少，水中溶解氧升高，有机质含量少，BOD很低，很低，悬浮物进一步减少，有机氮已转悬浮物进一步减少，有机氮已转变为变为NH4+、NO2-和和NO3-，CO2与与H2S含含量减少。量减少。细菌数量减少，藻类大量繁殖，轮虫、细菌数量减少，藻类大量繁殖，轮虫、甲壳动物和昆虫增加，生根的植物、鱼甲壳动物和昆虫增加，生根的植物、鱼类出现。类出现。代表性生物：藻类的水花束丝藻、变异代表性生物：藻类的水花束丝藻、变异直链硅藻、短棘盘星藻、舟形藻、梭裸直链硅藻、短棘盘星藻、舟形藻、梭裸藻藻；原生动物的草履虫、聚缩虫；微型；原生动物的草履虫、聚缩虫；微型后生动物的腔轮虫、水蚤。后生动物

18、的腔轮虫、水蚤。河流自净作用完成，有机物完全分解为无机物，河流自净作用完成，有机物完全分解为无机物，BODBOD极低，溶解氧恢复正常，基本不含极低，溶解氧恢复正常，基本不含H H2 2S S，COCO2 2含量较低，氮元素全部氧化为含量较低，氮元素全部氧化为NO3-。指示生物：鱼腥蓝细菌指示生物：鱼腥蓝细菌 、隔板硅藻、隔板硅藻 、黄群藻、黄群藻 、玫瑰旋轮虫及其它藻类，钟虫、旋轮虫、水生玫瑰旋轮虫及其它藻类，钟虫、旋轮虫、水生植物与鱼类等。植物与鱼类等。v以上污化系统只能反映有机污染的程度，不能以上污化系统只能反映有机污染的程度，不能反映有毒废水的污染。反映有毒废水的污染。1.BIP指数指数

19、(Biologic Index of Water Pollution)：根据水生生物种类的变化来评价水体污染根据水生生物种类的变化来评价水体污染程度的方法仍缺乏定量概念，可用水生生程度的方法仍缺乏定量概念，可用水生生物的数量求出某种指数来定量表示水体污物的数量求出某种指数来定量表示水体污染程度。染程度。污染污染程度程度清洁水清洁水轻微轻微污染污染中等中等污染污染严重严重污染污染BIP08820206060100利用利用BIPBIP判断水体的有机污染程度判断水体的有机污染程度BIP=BA+B 100A A 有光合作用微生物的数量有光合作用微生物的数量B B 非光合作用微生物的数量非光合作用微生物

20、的数量水污染生物指数的含义为：水污染生物指数的含义为：1mL水样品在营养琼脂培养基中，于水样品在营养琼脂培养基中，于37C培养培养24hr后所生长出来的细菌菌落总数。后所生长出来的细菌菌落总数。用于指示被检测水源水受有机物污染的程用于指示被检测水源水受有机物污染的程度，为生活饮用水做卫生学评价提供依据。度，为生活饮用水做卫生学评价提供依据。我国规定，我国规定，1mL生活饮用水中的细菌总数生活饮用水中的细菌总数0.20.3mg/L,P0.010.02mg/L，生化需氧量生化需氧量10mg/L，细菌总数细菌总数105 个，个，叶绿素叶绿素a10 g/L。特征特征贫营养湖泊贫营养湖泊富营养湖泊富营养

21、湖泊湖的湖的形态形态水色水色透明度透明度溶解氧溶解氧营养物营养物生物群落生物群落深、湖岸陡深、湖岸陡淡、呈蓝色淡、呈蓝色高高浓度高浓度高N0.3mg/LP0.3mg/LP0.03mg/L种类少，数量多，主要种类少，数量多，主要是蓝藻，一般缺乏底栖是蓝藻，一般缺乏底栖动物。动物。富营养湖泊富营养湖泊贫营养湖泊贫营养湖泊微生物数微生物数 量量 品品 种种 分分 布布昼夜间的迁移昼夜间的迁移水华现象水华现象主要藻类主要藻类丰丰 富富较较 少少主要在水体表面主要在水体表面有有 限限经常发生经常发生蓝藻科鱼腥藻属、蓝藻科鱼腥藻属、囊丝藻属、微囊藻囊丝藻属、微囊藻属等，片硅藻科直属等，片硅藻科直链藻属、脆

22、杆藻属、链藻属、脆杆藻属、冠盘藻属、星干藻冠盘藻属、星干藻属。属。稀稀 少少很很 多多可生长至深层可生长至深层频繁频繁很少出现很少出现绿藻科角星鼓绿藻科角星鼓藻属、片硅藻藻属、片硅藻科平板藻属，科平板藻属，小环藻属；金小环藻属；金藻可锥囊藻属藻可锥囊藻属富营养湖泊与贫营养湖泊比较富营养湖泊与贫营养湖泊比较eutrophicationLarge phytoplankton blooms can cause huge ugly foams on beaches.These blooms are not toxic but temporarily ruin the beach,reducing it

23、s recreational value.Algae bloom in Mounds Dam impoundment caused by eutrophication1.水体外观呈色、变浊、影响景观：水体外观呈色、变浊、影响景观：内陆湖：水华（水花内陆湖：水华（水花 Water bloom);海洋：赤潮（红潮海洋：赤潮（红潮 Red tide)2.水体散发不良气味：土腥素（水体散发不良气味：土腥素（geosmin)，硫醇、硫醇、吲哚、胺类、酮类等；吲哚、胺类、酮类等；3.溶解氧下降：分解有机物及藻类残体造成细菌的大溶解氧下降：分解有机物及藻类残体造成细菌的大量繁殖，消耗掉水中的氧气。量繁殖，消

24、耗掉水中的氧气。4.水生生物大量死亡。水生生物大量死亡。5.有些产生毒素：甲藻产生石房毒素、进入食物链。有些产生毒素：甲藻产生石房毒素、进入食物链。滇池厚达滇池厚达5 cm的微囊藻水华的微囊藻水华 海洋中引起赤潮的主要藻种多为甲藻纲，海洋中引起赤潮的主要藻种多为甲藻纲，常见的有：甲藻属、膝盖藻属、多甲藻常见的有：甲藻属、膝盖藻属、多甲藻属；属；湖泊水华产生以蓝细菌为主：微囊藻属、湖泊水华产生以蓝细菌为主：微囊藻属、鱼腥藻属、束丝藻属、颤藻等属的一些鱼腥藻属、束丝藻属、颤藻等属的一些种，有些能固氮。种，有些能固氮。监测：监测：N、P元素的含量，水体中元素的含量，水体中N0.3mg/L、P0.03

25、mg/L时，藻类生长加快。时，藻类生长加快。日本学者提出，按下式计算：日本学者提出，按下式计算：耗耗O2量量 无机无机N(g/L)无机无机P(g/L)1500 若结果若结果 1，富营养化将出现。，富营养化将出现。1 评价水体富营养化的方法是：评价水体富营养化的方法是：观察蓝藻等指示生物；观察蓝藻等指示生物；测定生物的现存量；测定生物的现存量；测定原初生产力；测定原初生产力；测定透明度；测定透明度；测定氮和磷等导致富营养化的物质。测定氮和磷等导致富营养化的物质。将五方面综合起来对水体的富营养化作将五方面综合起来对水体的富营养化作出全面、充分地评价。为了控制排入水出全面、充分地评价。为了控制排入水

26、体的废水量和水质，以便采取防止废水体的废水量和水质，以便采取防止废水对水体产生负面影响的措施，必须测定对水体产生负面影响的措施，必须测定该废水中藻类的潜在生产力该废水中藻类的潜在生产力(AGP)。AGP即藻类生产的潜在能力。把特定的藻即藻类生产的潜在能力。把特定的藻类接种在天然水体或废水中，在一定的光类接种在天然水体或废水中，在一定的光照度和温度条件下培养，使藻类增长到稳照度和温度条件下培养，使藻类增长到稳定期为止，通过测干重或细胞数来测其增定期为止，通过测干重或细胞数来测其增长量。此即藻类生产的潜在能力长量。此即藻类生产的潜在能力(AGP)。欧、美已制订藻类培养试验标准法，日欧、美已制订藻类

27、培养试验标准法，日本也在使用。具体藻类培养试验的培养本也在使用。具体藻类培养试验的培养方法如下：方法如下：藻种：羊角月芽藻、小毛枝藻、小球藻藻种：羊角月芽藻、小毛枝藻、小球藻属、衣藻属、谷皮菱形藻、裸藻属、栅属、衣藻属、谷皮菱形藻、裸藻属、栅列藻属、纤维藻属、实球藻属、微囊藻列藻属、纤维藻属、实球藻属、微囊藻属及鱼腥藻属等。属及鱼腥藻属等。方法：将培养液用滤膜方法：将培养液用滤膜(1.2m)或高压蒸或高压蒸汽灭菌器汽灭菌器(121C，15min)除去除去SS和杂菌。和杂菌。取取500mL置于置于L型培养管型培养管(1,000mL)，接入接入羊角月芽藻，将培养管放在往复振荡器上羊角月芽藻，将培养

28、管放在往复振荡器上(3040r/min)，20，光照度为光照度为4,000 6,000 lx条件下振荡培养条件下振荡培养720d(每天照明每天照明培养培养14h，暗培养暗培养10h)后，取适量培养液后，取适量培养液用滤膜过滤，置用滤膜过滤，置105烘至衡重，称干重，烘至衡重，称干重，计算藻类中的干重即为该水样的计算藻类中的干重即为该水样的AGP。日本湖水水体评价标准日本湖水水体评价标准湖水类型湖水类型 AGP 贫营养湖贫营养湖 1 mgL 中营养湖中营养湖 l10mgL 富营养湖富营养湖 1050mgL若加人生活污水处理水，若加人生活污水处理水，AGP明显增加。明显增加。2、防治：、防治：加强

29、生态管理：防止含加强生态管理：防止含N、P及生活污水未经及生活污水未经处理直接排入河流；处理直接排入河流；污水深度处理：彻底去除有机污染物；污水深度处理：彻底去除有机污染物；化学杀藻：漂白粉、化学杀藻：漂白粉、CuSO4(0.10.5mg/L)撒入撒入产生赤潮的河流或海洋；产生赤潮的河流或海洋；生物杀藻剂：寻找藻类的致病微生物；生物杀藻剂：寻找藻类的致病微生物；混层法：人为增加溶氧，强力搅拌，防止藻混层法：人为增加溶氧，强力搅拌，防止藻类过度繁殖。类过度繁殖。“滇池蓝藻水华污染控制技术研究滇池蓝藻水华污染控制技术研究”基地基地的重力斜筛自动脱水设备在对滇池蓝藻水的重力斜筛自动脱水设备在对滇池蓝藻水华进行脱水处理。脱水后形成的藻浆经去华进行脱水处理。脱水后形成的藻浆经去毒处理，可成为上好的有机肥料或饲料。毒处理，可成为上好的有机肥料或饲料。中科院水生所中科院水生所“滇池蓝藻水华污染试验技术研究滇池蓝藻水华污染试验技术研究”课题组示范区课题组示范区6.1 km2的滇池水面在治理中水质逐的滇池水面在治理中水质逐渐好转，成群的红嘴鸥飞至湖面捕食、嬉戏。渐好转，成群的红嘴鸥飞至湖面捕食、嬉戏。