水體富營養(yǎng)化的形成-危害和防治

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安徽農學通報,AnhuiAgri1Sci1Bull12007,13(17):51-5351

水體富營養(yǎng)化的形成、危害和防治

趙不凋　劉柏朱　盧曉芳　李　大　唐　�！∨碥裁�

(1大連民族學院生命科學學院,遼寧大連　116600;2湖南安仁第二人民醫(yī)院,湖南安仁　423606;

3　大理州城鄉(xiāng)規(guī)劃設計院,云南大理　671000;4安徽工程科技學院,安徽蕪湖　241000)

摘　要:本文簡要地概括和總結了水體富營養(yǎng)化的定義、形成和評價,歸納了富營養(yǎng)化對水質和環(huán)境的影響和危害,最后闡述了富營養(yǎng)化問題的防治辦法。關鍵詞:水體富營養(yǎng)化;危害;防治

中圖分類號　X522　　　文獻標識碼　B　　　文章編號　-77312007)--Formation,HazardandPreventionofi1224

ZhaoBudiaoLiuBaizhuLuXiaofangi　(1CollegeofLifeScience,DalianNationali2tiesUniversity,Dalian,116600;2PeoppofAnrenCounty,Hunan,423606;3DaliUrban&RuralPlanningandDesignIandTechnologyCollage,Wuhu241000)Abstract:Thefonofwaterseutrophicationweregeneralizedinthispaper.Theinfluenceandhazardofwatersonwaterqualityandenvironmentwerediscussed.Preventionandcuremethodswerealsore2presentedattheofthispaper.

Keywords:waterseutrophication;hazard;preventionandcure

1　概述

[1-5]

自養(yǎng)型生物(如藻類和一些光合細菌)能利用無機鹽類制造有機質。自然水體中的P和N(尤其是P)在一定程度上是浮游生物數量的控制因子。生活污水、工業(yè)(如化肥和食品等)廢水及農田排水中都含大量N、P及其它無機鹽。納入這些污水后,水體中營養(yǎng)物增多,促進了大型綠色植物和微型藻類的旺盛生長。藻類生長周期短,在適宜條件下易大量繁殖。活藻主要分布于水表紅色顫藻的出現是富營養(yǎng)化的征兆。隨著水體富營養(yǎng)化的發(fā)展,藻類個體數量速增,種類漸減,水體由以硅藻和綠藻為主發(fā)展到以藍藻為主。死亡的水生生物被好氧微生物耗氧分解;或被厭氧微生物分解;同時湖泊漸淺,直至成為沼澤。富營養(yǎng)化狀態(tài)一旦形成,水體中營養(yǎng)物被水生生物吸收為機體組成部分;在水生生物死亡后的腐爛過程中,營養(yǎng)物又釋放入水中,再次被生物利用;如此形成循環(huán)。因此,已經富營養(yǎng)化的水體,即使完全切斷外界營養(yǎng)物來源,在短期內很難得到自凈和恢復。

212　富營養(yǎng)化程度的評價　富營養(yǎng)化指標多種多樣,可

20世紀50年代以來,由于經濟的迅速發(fā)展,人口急

劇增長,工業(yè)化和城市化加速,水體的N和P受納量(包括未經處理的和經過處理的各行各業(yè)的污水,如醫(yī)院污水中攜帶的氮和磷負荷)大大增加,湖泊等水體富營養(yǎng)化進程加快。富營養(yǎng)化不僅使水體喪失應有功能,且使水體生態(tài)環(huán)境向不利于人類的方向演變,最終影響經濟建設和社會發(fā)展。因而富營養(yǎng)化問題越來越多地受到了國家及社會各界的關注和重視。

富營養(yǎng)化一詞源于希臘,指湖泊、水庫和海灣等封閉、半封閉性水體及某些滯留河流(水流速度小于1m/min)水體由于氮(N)和磷(P)等營養(yǎng)素的富集,導致某些特征藻類(如藍綠藻)和其它水生植物異常繁殖、異養(yǎng)微生物代謝頻繁、水體透明度下降、溶解氧含量降低、水生生物大量死亡、水質惡化、水味發(fā)腥變臭,最終破壞湖泊生態(tài)系統。

水體發(fā)生富營養(yǎng)化時,浮游生物大量繁殖,水面呈藍、紅、棕或乳白色等,取決于占優(yōu)勢的浮游生物的顏色,此現象在江河湖泊中稱“水華”,在海洋中稱“赤潮”。

湖泊環(huán)境的富營養(yǎng)化水平可分為7種:貧營養(yǎng)、較低程度的中營養(yǎng)、中營養(yǎng)、較高程度的中營養(yǎng)、富營養(yǎng)、超富營養(yǎng)和極端超富營養(yǎng)。

化學和生物學3種指標。主要的評價指標有:水域中光合作用強度與呼吸作用強度之比;藻類生產潛在能力;光合作用產氧能力(即水中原初產量);指示植物

(藍藻);底層溶解氧(DO)濃度;原始生產者現存量;葉綠

2　富營養(yǎng)化的形成與評價

211　富營養(yǎng)化的形成　在自然條件下,湖泊會從貧營養(yǎng)

素a量;;水中CO2利用速度;水體中N和P濃度。由于富營養(yǎng)化現象非常復雜,必須綜合考慮這些指標才能較準確地判斷水體的富營養(yǎng)化狀態(tài)。目前常用的判斷水體富營養(yǎng)化的指標為:N含量大于012mg/L,P含量大于0101mg/L,5日生化需氧量(BOD5)含量大于10mg/L,

狀態(tài)過渡到富營養(yǎng)狀態(tài),但此過程非常緩慢,有的耗時上萬年。人為排放含營養(yǎng)物的工業(yè)廢水和生活污水可在短期引起水體的富營養(yǎng)化。

作者簡介:趙不凋(1960-),男,碩士,副教授,主要研究方向為環(huán)境保護。

收稿日期:2007-08-15

pH值為7-淡水中細菌總數超過10萬個l以及葉綠看,此為徹底控制湖泊水體富營養(yǎng)化的優(yōu)先考慮措施�？刂仆庠葱誀I養(yǎng)物可的主要措施如下:

41111　根據水環(huán)境的功能制訂營養(yǎng)物排放濃度標準　確

μg/L素a含量大于10

[5,6]

。就淡水水體的富營養(yǎng)化而言,

P的影響比N的影響可能更重要,由于藻類可利用的N量

遠大于可利用的P量,因此P常被作為富營養(yǎng)化的限制因子。因為水中N的缺乏可以由固氮微生物(某些固氮細菌和藍藻)來加以補充,有估計表明,一些湖泊中固定大氣中的N量可達到湖泊需N量的50%

[1,5,7,8]

定某一湖泊水體的主要功能后,此功能要求制訂相應的N和P允許排放濃度標準;限制可能排入水體的物質種類和數量。實施對象為對湖泊富營養(yǎng)化有重要貢獻的湖周敏感帶(100m之內)的點源(如學校、賓館和醫(yī)院等)。

41112　根據水環(huán)境的P容量實施總量控制　在水環(huán)境P

。

3　富營養(yǎng)化的危害

311　水味變腥發(fā)臭　富營養(yǎng)水體中藻類多,有些能散發(fā)

容量測算的基礎上制訂總量控制辦法:P排放量的逐年削減和排放P量的分配。:就,P,5%-12%的磷酸鹽

腥臭味,這種腥臭向水體四周的空氣擴散,降低周圍人們的生活質量。

312　水體透明度降低　富營養(yǎng)水體中生長著以藍藻和綠

藻為優(yōu)勢種的大量水藻。這些水藻浮于水表,形成“綠色浮渣”,水質變渾,透明度降低,僅有012m。

313　深水層的DO降低,P外源的重要部分,因此,需采用P含量,推廣使用無P洗衣粉

[9]

。對違反總量控制計劃規(guī)定的單位,應采取

第一文庫網相應的

約束措施,如加倍收費或罰款等。

41113　實施截污工程　截斷向湖泊水體排放營養(yǎng)物的

化碳充分,2,因此淺水層的DO充足。但深水層的DO,因為:(1)水表的密集藻層使陽光難以到達深層,且藻類吸收陽光,所以深水層的光合作用明顯變弱,DO的來源減少。(2)死藻沉于湖底被分解,大量消耗深水層的DO。

314　有毒物質的釋放　某些藻類(如藍藻中的絲狀藻類-微囊藻屬,魚腥藻屬和束絲藻屬;海生腰鞭毛目生物)能

源,是控制某些湖泊水體富營養(yǎng)化的關鍵措施。實施截污工程,是較高的一次性投資,但此后可從根本上消除水體富營化的主要人為外源性污染源,為水質改善提供基本條件。因此,長遠看來這種投資是必須的。

41114　合理規(guī)劃作用土地和科學施肥　合理規(guī)劃利用土

地,最大限度地防止土壤侵蝕、水土流失與肥料流失,減少被地表徑流(暴雨或融雪)帶走的N和P。

推廣科學施肥,調整肥料結構,在確保產量的前提下盡量少施肥,在臨湖區(qū)減少乃至限制磷肥的使用。

41115　控制畜禽糞便污染　集中收集飼養(yǎng)場的畜禽糞便

分泌、釋放有毒物質,有毒物質進入水體后,若被人或牲畜飲用,可引起人畜致病。

315　影響供水水質并增加凈水成本　湖泊常為飲用水和

工業(yè)用水的水源,其富營養(yǎng)化后,凈水廠會出現一系列問題。(1)在藻類增殖旺期,過量藻類會堵塞水泵和管道。

(2)富營養(yǎng)水體因缺氧而產生硫化氫、甲烷和氨等有毒有

用于堆肥、發(fā)酵產沼等也是控制面源污染的有效措施。

41116　去除污水中的營養(yǎng)物　城鄉(xiāng)生活污水及某些工業(yè)

害氣體,水藻產生有毒物質。這降低了凈水廠的產水率,增加了凈水技術難度和成本。

316　水生生態(tài)的變化　正常情況下湖泊中各種生物處于

廢水中含有較高濃度的N和P,這些廢水經過傳統二級處理工藝處理后的出水中尚含有一定濃度的N和P。已有的二級處理廠的出水需要采取深度處理,如可采用人工濕地工藝等。也可采用生物處理方法(高效的脫N除P工藝)和物化處理方法(鐵鹽凝聚沉降法、鋁離子交換法和石灰凝聚與氨氣提法)對二級處理工藝加以改進。農業(yè)污水分散,難以集中收集,通常不用傳統二級污水處理廠,而采用分散處理系統,如人工濕地技術等,加以有效處理。

41117　保護和恢復湖濱帶　湖濱帶連接陸地與水面,動

[10]

相對平衡狀態(tài),存在大量的獨立種,種間關系密切,各種的數量不多,但較穩(wěn)定。水體富營養(yǎng)狀態(tài)時,水體的正常生態(tài)平衡被擾亂,生物種明顯減少,而存活生物的個體數劇增,這種物種演替降低了水生生物的穩(wěn)定性和多樣性,導致湖泊生態(tài)平衡的破壞

[5]

。、土壤凈化槽技術

4　水體富營養(yǎng)化防治

富營養(yǎng)化防治是十分復雜而又耗資巨大的難題,因為:(1)導致水體富營養(yǎng)化的N、P營養(yǎng)元素的來源有天然源和人為源、外源和內源以及點源和非點源之分。(2)營養(yǎng)物去除難,至今無單一的生物、化學和物理措施能徹底去除污水中的N和P,投資通常較高的常規(guī)二級生化處理法只能去除30-50%的N和P。富營養(yǎng)化控制對策中的原則和可供選擇的方法主要如下:

411　控制外源性營養(yǎng)物輸入　多數水體富營養(yǎng)化主要由

植物微生物種類多,是保持湖泊生態(tài)平衡的核心地帶。過去為擴大種植面積,湖邊大片濕地被破壞,湖周污水及泥沙直接入湖,對湖泊構成嚴重威脅。因此,需要在保護現有湖濱帶的基礎上把湖邊私有耕地恢復為湖濱帶,能減少因為沖刷等作用而導致污染物入湖。

412　減少內源性營養(yǎng)物負荷

41211　生物方法　(1)種植水生植物。生物方法是指利

外界輸入的營養(yǎng)物的富集造成;若減少或截斷外部輸入的營養(yǎng)物,就使水體失去了營養(yǎng)物富集的可能性,從長遠來

用水生生物吸收利用N和P進行代謝活動這一自然過程來實現去除水體中N和P的方法,具有投資省,利于建立

合理的水生生態(tài)循環(huán)的優(yōu)點。在淺水型富營養(yǎng)湖泊,通常種植蓮藕、蒲草、茭草和蘆葦等高等植物,N和P隨著被收割的水生植物部分一起離開水體。此法適于富含營養(yǎng)物的底泥的淺水湖泊,是經濟效益和環(huán)境效益明顯的可行措施。水生高等植物與同為初級生產者的藻類競爭營養(yǎng)、光照和生長空間等生態(tài)資源,所以水生植被組建及其恢復,對于富營養(yǎng)化水體的生態(tài)修復具有極其重要的地位和作用

[11]

水湖泊和水庫。通過曝氣帶動水流,促進不同層次的水流交換將水表藻類帶入無光區(qū),而且將藻類擴散。

(5)密封湖底。此方法引入一種物理屏障,因此抑制

了營養(yǎng)物從某一部分到另一部分的轉移;降低了沉積對于營養(yǎng)物轉移到湖水中的貢獻。

(6)機械收藻。此方法通過收藻船等設置直接從水

體中將藻類帶出水體,是直接有效的方法,但是收藻船的動力問題需要解決,國內尚無大型收藻設施。

41213　化學方法　(1)對溶解性營養(yǎng)物如正磷酸鹽等,采

。(2)放養(yǎng)魚類。利用魚類的食性不同,放養(yǎng)食用浮

游藻類的魚種來去除湖泊的N和P,既促進漁業(yè)生產,又凈化水質。是一項化“害”為利的有效措施。在富營養(yǎng)化水系利用初級產物豐富的特點,適當放養(yǎng)鰱魚和鳙魚,根據鰱魚主要以浮游植物為食,鳙魚主要以浮游動物為食的特點,進行合理搭配,可期有效控制城市水體富營養(yǎng)化�？上蚋粻I養(yǎng)化水體的底泥中投放田螺、底泥中的有機質和營養(yǎng)鹽

[3]

用鈍化技術

[12]

,沉降。(2),用殺藻劑將其殺死。,應及時打撈死藻,,沉降藻類腐爛分解釋放出的磷其他方法:如采用木炭吸附藻毒素、采用麥稈控制藻類。

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41212　物理方法

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(2)增加水深。通過水庫充水,在較深的區(qū)域截留營

養(yǎng)物,可避免水華問題。

(3)污染底泥疏浚。適合于富含營養(yǎng)物底泥的水體

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的水質改善,注意合理確定挖掘深度和挖掘地點。①因為水體深層底泥中的可溶性磷和氮可能高于表層底泥,挖掘不當會使底泥中釋放更多的P和N;所以需事先弄清底泥營養(yǎng)物的縱向剖面形態(tài)分布。但從總體和長遠觀點來看,它減少了已積累在表層底泥中的TN和TP量,減少甚至消除潛在內部污染源。而且挖掘底泥可增加水體的水深和水體環(huán)境容量,最終降低湖泊水體營養(yǎng)負荷。②應認真調查研究底泥沉積情況,包括底泥特征以及沉積物的區(qū)域分布等,準確地選擇挖掘地點。

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出現厭氧層的水體。磷易在厭氧條件下從底泥中釋放出來,采取定期或不定期人為湖底深層曝氣充氧,使水與底泥面之間不出現厭氧層,有利于抑制底泥的磷釋放,改善水質。②揚水筒曝氣技術:尤其適應于水深、大的水體,深

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