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1、 第七章 微生物对环境的 污染与危害 1 v 第一节 水体富营养化 v 第二节 病原微生物 v 第三节 微生物的代谢产物 2 本节内容 v 一 概述 v 二 水体富营养化的优势藻类 v 三 水体富营养化的危害 v 四 水体富营养化的形成及影响因素 v 五 水体富营养化的监测与防治 第一节 水体富营养化 3 一 概述 1 水体富营养化定义 是指大量的氮 磷等营养物质进入水体 使藻类 等浮游生物异常增殖 从而破坏水体生态平衡 导致 水质恶化的现象 水体富营养化现象发生在湖泊等内陆水体被称 为水华 又叫水花 发生在海洋被称为赤潮 又 叫红潮 4 昆明滇池水华 5 6 7 2 我国水体富营养化的发展趋
2、势及现状 1 湖泊 水库 水库 A 富营养化呈急剧恶化趋势富营养化呈急剧恶化趋势 70年代后期80年代后期90年代后期至今 n富营养27 n富营养61 n富营养85 n中营养69 n中营养35 n中营养15 n贫营养4 n贫营养4 贫营养0 8 9 B 富营养化水体分布面积广泛 v我国已成为世界上湖泊富营养化最严重的国家之一 北部呼伦湖 南方深圳洪湖 西部新疆博斯腾湖 昆明滇池 东部无锡太湖 安徽巢湖 10 A 赤潮发生的频率越来越快 2 海洋 2003年全海域共发现赤潮119次 其中 在赤潮监控 区内发现赤潮36次 11 B 赤潮发生的面积越来越大 几十平方公里 几百平方公里 几千平方公里
3、上万平方公里 2003年全海域赤潮累积面 积达14550平方公里 C 赤潮持续时间越来越长 几天 几个星期 几个月 12 1989年8月 10月黄骅发生严重赤潮 持续时间之长 致灾面积之大是国内罕见的 使沿岸养虾业遭受灭顶之灾 13 1999年5月15日 上海外滩赤潮 14 1999年7月16日辽东湾夜光虫赤潮 15 2005年6月9日浙江玉环海域发生 条带状的赤潮 16 二 水体富营养化的优势藻类 一 湖泊优势藻类 湖泊中优势藻类主要是蓝细菌 又称蓝藻 中 的微囊藻属 鱼腥藻属 束丝藻属和颤藻属等种 类 其次是绿藻 硅藻 隐藻等 我国湖泊水华中主要微型藻类出现的频率依次为 蓝细菌 绿藻 硅藻
4、 隐藻 17 蓝细菌门 微 囊 藻 18 颤 藻 19 平 裂 藻 20 鱼 腥 藻 21 绿 藻 门 斜生 珊藻 二型珊藻 22 硅藻门 直链藻 23 小 环 藻 24 二 海洋优势藻类 海洋优势藻类以甲藻中的夜光藻 裸甲 藻 膝沟藻 角甲藻 多甲藻 原甲藻为主 此外还有硅藻 金藻 黄藻 蓝藻等 25 甲藻门夜光藻 藻体呈球形 透明 肉眼可见 腹面有一条凹沟 口位于沟中央 近口处长出一根极小的鞭毛和一条粗大 的鞭毛 海生 细胞内原生质淡红色 大量密集时呈红 色 受波涛振荡刺激以后放出荧光 是我国赤潮的主要 藻类 26 甲藻门 原甲藻属 细胞倒卵形 两 甲壳组成 前 端有V形鞭毛孔 本种可产生
5、腹泻 性贝毒 DSP 利马原甲藻 v 27 海洋原甲藻 中国的渤海 东 海 香港和南沙 群岛等水域有分 布 是形成赤潮 的主要种类之一 28 环沟藻 v常见于温带和热带浅海水域 图B C 链状群体 LM 本种具有毒性 29 膝沟藻科 亚历山大藻属 链状亚历山大藻 本种可产生麻痹性贝 毒 PSP 图A 腹面观 示意图 图B 链状群体 LM 30 膝沟藻属 多纹漆沟藻 图A 腹面观 LM 图B 背面观 LM 日本水域该种赤潮引 起鱼类大量死亡 是南海北部沿海主 要的赤潮生物 31 角甲藻属 三角角甲藻 叉状角甲藻 梭角甲藻 图A 腹面观 示意图 图B 腹面观 32 硅藻门 圆筛藻属 星脐圆筛藻 v
6、在我国沿海分布甚广 v为最常见的种类之一 v各季节均有 数量也较大 33 中肋骨条藻 v分布极广 以沿岸为最多 曾多次引发赤潮 v我国的各海区 均有分布 图A 壳环面观 示意图 链状群体 B 壳环面观 LM 链状群体 34 黄藻门 异弯藻属 赤潮异弯藻 在温带近海底层水温 15 20 的夏季大量繁殖 该种在大连 湾胶州湾等曾多次形成赤潮 单细胞 略呈椭圆形 长约8 25 m 宽约6 5 m 无细胞壁 由 周质膜包被 具两条不 等长的鞭毛 藻体活动 时 鞭毛常弯曲或与细 胞长轴成垂直伸出 每 个细胞约有8 20个棕 黄色的大盘状色素体 35 原生动物 栉毛虫科 中缢虫属红色中缢虫 v本种分布在温
7、 带到北极的河口 水域 我国大连 湾海域 广东沿 海红海湾 大亚 湾东部和珠江口 的外伶河水域均 发生过红色中缢 虫赤潮 持续时 间2天左右 图A 细胞个体 示意图 图B 细胞形态 LM 36 v蓝藻门 颤藻科 束毛藻属 红海束毛藻 藻体由短筒形细胞重 叠成丝状群体 该种在我国南海大量分 布 束毛藻可以产生类似与 神 经毒素的藻毒素 并对渔 业等 产生危害 图B 群体 LM 37 我国海洋赤潮微型生物 出现的频率依次为 夜光藻 36次 其他甲藻 22次 硅藻 14次 蓝细菌 5次 38 三 水体富营养化的危害 1 产生毒素 威胁人畜生命安全 2 水质严重恶化 影响水厂供水 3 水生生物大量死亡
8、 经济损失惨重 4 湖泊失去旅游观光价值 39 1 产生毒素 威胁人畜生命安全 据报道 在富营养化的水体中主要有微囊藻 鱼腥藻 束丝藻 裸 甲藻 原甲藻等20多种藻类产生 毒素 1986年 福建东山居民食用被裸甲藻污染的花蛤 造成136人中毒 1 人死亡 1995年 4月 菲律宾约2万渔民食用了污染麻痹性贝毒的海产品 其中4名儿童死亡 1996年 巴西某血透中心发生一起铜绿微囊藻毒素的水进行血透的 医疗事故 使131名病人中毒 其中83人发生胆汁淤积性肝病 44人死 于肺衰竭 我国自20世纪60年代至今 据不完全统计 有600余人因误食含有毒 贝类而中毒 至少有29人死亡 40 2 水质严重恶
9、化 影响水厂供水 太湖曾因蓝藻大规模的爆发 致使无锡水厂在1991 1997和 2007年5月三度停止供水 引发水荒 市民大批抢购纯净水 41 太湖中蓝藻暴发导致水质恶化 无锡自来水大范围发臭 42 1972年 汕头港赤潮 大量毛蚶死亡 邻近的潮汕养殖场 直接经济损失36万元 1989年 河北黄骅县海域因赤潮使贝虾减产2000吨 损 失过亿元 1998年 深圳 珠海海域发生赤潮 深圳网箱死鱼 150吨 损失达2000万元 珠海万山群岛死鱼120吨 黄花鱼苗210万尾 损失达1500多万元 据统计 我国每年因赤潮带来的经济损失达几亿元之 多 3 水生生物大量死亡 经济损失惨重 43 44 美国佛
10、罗里达州发生短裸甲藻赤潮 造成大量鱼死亡 45 4 湖泊失去旅游观光价值 曾经 我风姿酌绰 46 可现在 富营养湖 藻类大量繁殖 富营养湖 太湖 2007 5 藻类死亡水体发臭 47 四 水体富营养化的形成和影响因素 一 富营养化的形成 以湖泊为例 富营养沼泽地湖泊消亡 自然条件下 几百年或几千年 不可逆 贫营养 人为条件下 贫营养 几十年 可逆 富营养沼泽地湖泊消亡 48 二 富营养化的影响因素 1 营养物质 氮 磷限制因子在水中的含 量决定了藻类的生物量 据计算 1g N 10 8g藻 1g P 78g藻 当水体中含氮量 0 3mg L 含磷量 0 02mg L 藻类旺盛繁殖 49 据研究
11、表明 v 当水体中磷浓度 5ug L时 磷可能是制约微 型藻类生长的限制性营养盐 v 当水中氮浓度 20ug L时 氮成为制约微型 藻类生长的限制性营养盐 v 如果氮 磷二者浓度均小于上述标准 则两 者均可能是限制性营养盐 v 具体是哪种 则根据N P比率决定 50 国际经济合作与发展组织 OCED 提出 vN P12时 P是限制性因素 v5 N P25 海洋水温20 30 适合藻类 大量繁殖 4 光照 光照充足时易发生 5 pH pH7 9时易发生 52 思考题 v1 什么是水体富营养化 造成水体富营养化 的主要原因是什么 v2 引起湖泊水华和海洋赤潮的优势藻类主要 有哪些 53 五 水体富
12、营养化的检测指标 1 水体含氮量大于0 2 0 3mg L 2 含磷量大于 0 01 0 02mg L 3 生化需氧量大于10mg L 4 细菌总数 淡水 pH7 9 达 105个 mL 5 叶绿素a 藻类生长量的标志 大于10mg m3 54 六 水体富营养化的防治 v 外环境控制 限制氮磷等营养物质进入水体 v1 控制城市生活污水和工业废水中氮磷的排放 提高 处理率 严控直排 对污废水进行深度处理除氮磷 v 提高生活污水和工业废水的处理率 严控直排 v目前污废水处理率较低 一些城市生活污水和工业有机废水未经处 理便直接排放到江河湖海 以上海为例 据报道 上海市区2003年 日均污废水蒎放量
13、大550万吨 一年高达20亿吨 比全年平均降水 产生的水量还多 而经过污水处理后排入江河的污废水量仅占10 v 对污废水进行深度处理除氮磷 v常规生物污水处理只能去除污水中25 的磷 但改进后可去除55 v例如 目前在太湖流域内已经建成的三十几座污水处理厂中只有几座有脱蛋除磷 措施 特别是一些化肥 食品加工 皮革 制药等企业废水氮磷浓度较高 影响 较大 如云南滇池有昆明市内168家企业向内排污 仅化肥厂 氮磷厂 制药厂 三类就占企业总排30 55 v因此 应首先加强对一些含氮磷较高的化肥 食品 加工 皮革 制药等企业废水的二级处理出水进行 除氮磷的深度处理 v深度处理方法有 生物法除氮磷 化学
14、法除磷 v瑞典有600家污水处理厂使用生物 化学法除磷 出 水水质 0 5mg l v 3 提倡使用无磷洗涤剂 v洗涤剂含磷一般为5 6 占生活污水中磷的 16 35 有的甚至高达50 70 是生活污 水中磷的主要来源 在我国 地面水中磷污染的 30 来自含磷洗衣粉 洗涤剂 因此 逐步限制合 成洗衣粉的含磷量和含磷洗衣粉的生产使用 提倡 使用无磷洗衣粉是控制生活污水中磷含量的有效措 施 56 v无锡市从1999年开始就实施了太湖治污禁磷 工程 截至2001年初 太湖全流域已基本做 到不再销售和使用含磷洗涤剂 使入湖磷污 染负荷减少了约16 v此外 西湖 巢湖 滇池 三峡水库流域的 重庆都已实施
15、了不再销售和使用含磷洗衣粉 57 v2 控制农村肥料流失 v 1 加强粪便的贮存管理 重点是畜禽养殖业 v 2 科学合理施用化肥 v 目前化肥施用率为30 v 3 提高使用农家有机肥 v3 加强水体周围的生态保护建设 v 1 建立并保护水体周围及上游的森林植被 v 2 建立水体周围的缓冲林带 v在湖边应保证有2 5km的湖滨保护带 沿海应有滩涂 v保护带或滩涂内土地应当退田还湿地 退田还草 退田还林 v 3 严禁在水源地开展旅游活动 v如北京市严禁在密云水库地段兴建娱乐设施 保护 了供水安 58 v4 加强对水产养殖业的管理 v 1 控制养殖数量和密度 v在国务院批准的 太湖水污染防治 九五规
16、划 及 2010年规划 明确规定太湖湖泊围网养殖总规模限 制在0 1万h 0 1万公顷 v 2 控制投饵量 减少饵料中氮磷对水体 的影响 v为了获得较高的鱼产量 常投入大量人畜粪尿 化 肥等营养物质 网箱养鱼带投入颗粒饲料 我国近 海地区大规模的对虾养殖场投入大量饵料 引起海 水的富营养化 致使虾大量死亡 与投饵量太大造 成水体富营养化有很大关系 59 v内环境控制 除内源 v去除水体中的氮磷 去除水体中的藻类 v1 去除水体中的氮磷 工程转移法 种植高等植物 v一旦氮磷进入水体 要想把氮磷从水体中去除十分 困难 目前采用的方法有工程转移 去除 法和生 物去除等方法 v工程转移法 va 清除淤泥 措施彻底 但费用高 时间长 需 注意生态影响 v由于湖底淤泥中有大量的水溶性磷酸盐 在酸性环 境中可转化为可溶性磷 使底泥中的 vN P等营养盐源源不断地释放出来 因此 通过清 除湖底淤泥可切断内源性N P营养物质的供给 清 除的淤泥可作为肥料或沼气原料 v生态影响 1970年 南京玄武湖大规模控泥后 大 型水生植物群落消失 造成藻类大量繁殖 水质恶 化 60 b 引水稀释或深层排水 最初杭州
