高密度藍(lán)藻消亡對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化湖泊黑臭水體形成的作用及機(jī)理.pdf

1、由大規(guī)模藍(lán)藻消亡引發(fā)的富營(yíng)養(yǎng)化湖泊局部黑臭水體已多次發(fā)生于太湖梅梁灣、貢湖灣、竺山灣以及其他太湖西岸水域，而局部黑臭水體的發(fā)生條件、特征致臭致黑污染物、內(nèi)源外源影響因素等，目前還缺乏系統(tǒng)、定量的分析研究，制約了針對(duì)局部黑臭水體提出更加科學(xué)合理的預(yù)警與防治應(yīng)急方案。
　　本研究在太湖局部黑臭水體的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研與其易發(fā)區(qū)水體水質(zhì)監(jiān)測(cè)的的基礎(chǔ)上，通過(guò)模擬黑臭水體的發(fā)生，從水體水質(zhì)的變化及致臭致黑物質(zhì)的產(chǎn)生等方面定量分析了黑臭水體發(fā)生的條件，

2、研究了受內(nèi)源及外源的污染、不同的水文水動(dòng)力條件下，高密度藍(lán)藻堆積消亡對(duì)局部黑臭水體形成的影響，解析了藻源性局部黑臭水體的發(fā)生機(jī)制，通過(guò)試驗(yàn)研究，得出如下結(jié)論:
　　(1)太湖局部黑臭水體易發(fā)區(qū)的調(diào)查研究。2011年對(duì)局部黑臭水體易發(fā)區(qū)——竺山灣沙塘港近岸區(qū)域進(jìn)行了全年的藻種群與水質(zhì)的監(jiān)測(cè)分析。結(jié)果表明，夏秋季節(jié)易發(fā)區(qū)的藻密度處于極高水平，藍(lán)藻門(mén)的微囊藻屬占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，平均優(yōu)勢(shì)度達(dá)到0.91。微囊藻在夏秋季節(jié)的快速增長(zhǎng)對(duì)浮游藻類(lèi)在易發(fā)

3、區(qū)的大規(guī)模堆積起到了重要作用。易發(fā)區(qū)CODMn、NH4+-N、TN、TP全年平均濃度分別為10.81 mg/L、1.62 mg/L、5.37mg/L、0.32mg/L，遠(yuǎn)高于非易發(fā)區(qū)，分別為全湖CODMn、NH4+-N、TN、TP全年平均濃度的2.6倍、7.4倍、2.7倍、4.6倍。
　　(2)藍(lán)藻消亡對(duì)黑臭水體形成的影響。設(shè)置不同密度的藻水模擬黑臭水體的發(fā)生，監(jiān)測(cè)致臭物質(zhì)、理化指標(biāo)、有機(jī)物及營(yíng)養(yǎng)鹽等水質(zhì)指標(biāo)的變化，分析藻密度與致

4、臭物質(zhì)產(chǎn)生的相關(guān)關(guān)系，從水體水質(zhì)的變化及水體發(fā)生的黑臭情況定量分析黑臭水體發(fā)生的條件。結(jié)果表明，在無(wú)底泥及無(wú)外源污染物輸入的藻水中，靜態(tài)恒溫遮光條件下，藻密度達(dá)到1.0×107cells/L時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的臭味，藻密度達(dá)到1.0×108cells/L及以上時(shí)水體會(huì)發(fā)生黑臭。二甲基三硫醚(DMTS)是模擬水體發(fā)臭的主要貢獻(xiàn)者，其次為β-紫羅蘭酮(β-Ionone)?！昂凇迸c“臭”并非同時(shí)發(fā)生，存在時(shí)間差異。水體先發(fā)臭后發(fā)黑，發(fā)黑過(guò)程中伴

5、隨著發(fā)臭，但發(fā)臭不一定會(huì)發(fā)黑。硫元素在臭與黑形成的過(guò)程中起到了關(guān)鍵作用，ORP為-50～-250mV時(shí)，硫醚等致臭有機(jī)硫化物大量產(chǎn)生，隨著還原環(huán)境的進(jìn)一步加劇，ORP為-300～-400mV時(shí)，有機(jī)硫化物進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)硫化物，進(jìn)而引起水體發(fā)黑。DMTS的濃度最大值與水體中初始藍(lán)藻藻密度表現(xiàn)出明顯的相關(guān)性，藍(lán)藻密度越高，其產(chǎn)生的DMTS濃度越高，擬合模型符合線性模型與二次模型。
　　高密度藍(lán)藻的堆積消亡直接影響水體中有機(jī)物及氮磷的

6、變化。隨著藻類(lèi)的死亡分解，當(dāng)藻密度達(dá)到1.0×108cells/L時(shí)，水體中CODMn、NH4+-N、TN、TP濃度最大值分別達(dá)到19.8mg/L、8.5mg/L、10.7mg/L、1.1 mg/L，水質(zhì)嚴(yán)重惡化。
　　(3)底泥對(duì)黑臭水體形成的影響。在設(shè)置底泥與不設(shè)置底泥兩種條件下模擬黑臭水體的發(fā)生，通過(guò)分析水體中致臭致黑物質(zhì)的產(chǎn)生情況，底泥中微生物的分布，以及水體中常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)的變化，研究底泥對(duì)局部黑臭水體形成的影響。結(jié)果表明

7、，大規(guī)模藍(lán)藻堆積是局部黑臭水體形成的主要基礎(chǔ)，底泥并非黑臭水體形成的決定因素。在同樣的高藻密度條件下，底泥加速了黑臭水體的發(fā)生。一方面底泥的存在加速了藍(lán)藻消亡過(guò)程中致臭物的形成，另一方面，藍(lán)藻堆積消亡形成的厭氧環(huán)境，使得底泥中硫酸鹽還原細(xì)菌數(shù)量增加，促使底泥中硫與鐵的還原，從而加劇了水體的黑臭。與無(wú)底泥的藻水相比，水體發(fā)黑期間有底泥的藻水中無(wú)機(jī)硫化物濃度與Fe2+濃度分別增加0.63mg/L、0.10mg/L。
　　(4)水流流速

8、對(duì)黑臭水體形成的影響。分別設(shè)置水流流速為1～2cm/s、5～6cm/s時(shí)，模擬黑臭水體的形成。以靜態(tài)組為對(duì)照，研究水流流速對(duì)黑臭水體形成的影響。結(jié)果表明，流速的增加對(duì)水體致黑致臭方面表現(xiàn)出不同的影響作用，隨著流速的增大，水體中致臭有機(jī)物DMTS濃度減小，而在致黑方面，相對(duì)于流速5～6cm/s，水體流速1～2cm/s無(wú)法改變水體的厭氧還原環(huán)境，促進(jìn)了硫化物的生成及Fe2+的溶出，進(jìn)而加速了致黑物質(zhì)的形成，加劇了水體的發(fā)黑程度。
　　

9、(5)溫度對(duì)藻類(lèi)消亡及黑臭水體形成的影響。在不同的溫度下設(shè)置不同的初始藻密度，研究溫度對(duì)藻類(lèi)消亡的影響。結(jié)果表明，溫度的升高對(duì)微囊藻的消亡有明顯的促進(jìn)作用，隨著溫度的升高，高密度堆積的藻類(lèi)衰亡率增大，在試驗(yàn)前期即衰亡60％以上的生物量，這也從另一個(gè)角度解釋了與藻類(lèi)消亡密切相關(guān)的致臭有機(jī)物主要產(chǎn)生于試驗(yàn)前期。不同環(huán)境溫度對(duì)黑臭水體形成影響的試驗(yàn)結(jié)果表明，溫度的升高會(huì)明顯促進(jìn)致臭有機(jī)物DMTS的產(chǎn)生。
　　(6)外源污染對(duì)黑臭水體形成

10、的影響。研究生活污水和工業(yè)廢水兩種不同性質(zhì)的外源污染條件下藻源性局部黑臭水體的形成情況。結(jié)果表明，生活污水和以化工為主的廢水對(duì)局部黑臭水體的形成均有促進(jìn)作用，且化工廢水的作用較生活污水更加明顯。一方面加速了黑臭水體的發(fā)生，另一方面增加了致臭有機(jī)物DMTS的濃度。
　　綜上所述，本研究探尋了太湖藻源性局部黑臭水體的形成機(jī)制、發(fā)生條件、內(nèi)外源污染及水文水動(dòng)力影響因素，為太湖藍(lán)藻暴發(fā)時(shí)期局部黑臭水體發(fā)生的預(yù)警與防治系統(tǒng)的建立提供了數(shù)據(jù)支