湖泊富营养化
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。
(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
(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。
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。
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。
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
(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。
碳水化合物、木素、菌体细胞壁的微生物降 解。
(二)其他修复技术
1、机械清淤 如前所述 ,机械清淤是最常见的削减湖泊营养元
素的途径。然而 ,机械清淤工程存在 2个问题 : (1)成本高。 (2)不能从根本上控制湖泊富营养化。清 淤在短期内会改善水质 ,但从月和季的长时段看 ,清 淤不是彻底控制湖泊富营养化的方法。 2、引水冲洗
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)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。
(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。
湖泊富营养化生物修复ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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。
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。
(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,0.5mg·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)。
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 ↑