水體富營(yíng)養(yǎng)化的形成-危害和防治

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安徽農(nóng)學(xué)通報(bào),AnhuiAgri1Sci1Bull12007,13(17):51-5351

水體富營(yíng)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(xué)院生命科學(xué)學(xué)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(shè)計(jì)院,云南大理　671000;4安徽工程科技學(xué)院,安徽蕪湖　241000)

摘　要:本文簡(jiǎn)要地概括和總結(jié)了水體富營(yíng)養(yǎng)化的定義、形成和評(píng)價(jià),歸納了富營(yíng)養(yǎng)化對(duì)水質(zhì)和環(huán)境的影響和危害,最后闡述了富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題的防治辦法。關(guān)鍵詞:水體富營(yíng)養(yǎng)化;危害;防治

中圖分類號(hào)　X522　　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼　B　　　文章編號(hào)　-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(xì)菌)能利用無(wú)機(jī)鹽類制造有機(jī)質(zhì)。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(shù)量的控制因子。生活污水、工業(yè)(如化肥和食品等)廢水及農(nóng)田排水中都含大量N、P及其它無(wú)機(jī)鹽。納入這些污水后,水體中營(yíng)養(yǎng)物增多,促進(jìn)了大型綠色植物和微型藻類的旺盛生長(zhǎng)。藻類生長(zhǎng)周期短,在適宜條件下易大量繁殖�；钤逯饕植加谒砑t色顫藻的出現(xiàn)是富營(yíng)養(yǎng)化的征兆。隨著水體富營(yíng)養(yǎng)化的發(fā)展,藻類個(gè)體數(shù)量速增,種類漸減,水體由以硅藻和綠藻為主發(fā)展到以藍(lán)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(shí)湖泊漸淺,直至成為沼澤。富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)一旦形成,水體中營(yíng)養(yǎng)物被水生生物吸收為機(jī)體組成部分;在水生生物死亡后的腐爛過(guò)程中,營(yíng)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(jīng)富營(yíng)養(yǎng)化的水體,即使完全切斷外界營(yíng)養(yǎng)物來(lái)源,在短期內(nèi)很難得到自凈和恢復(fù)。

212　富營(yíng)養(yǎng)化程度的評(píng)價(jià)　富營(yíng)養(yǎng)化指標(biāo)多種多樣,可

20世紀(jì)50年代以來(lái),由于經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,人口急

劇增長(zhǎng),工業(yè)化和城市化加速,水體的N和P受納量(包括未經(jīng)處理的和經(jīng)過(guò)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(fù)荷)大大增加,湖泊等水體富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)程加快。富營(yíng)養(yǎng)化不僅使水體喪失應(yīng)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(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展。因而富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題越來(lái)越多地受到了國(guó)家及社會(huì)各界的關(guān)注和重視。

富營(yíng)養(yǎng)化一詞源于希臘,指湖泊、水庫(kù)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(yíng)養(yǎng)素的富集,導(dǎo)致某些特征藻類(如藍(lán)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(zhì)惡化、水味發(fā)腥變臭,最終破壞湖泊生態(tài)系統(tǒng)。

水體發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化時(shí),浮游生物大量繁殖,水面呈藍(lán)、紅、棕或乳白色等,取決于占優(yōu)勢(shì)的浮游生物的顏色,此現(xiàn)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(yíng)養(yǎng)化水平可分為7種:貧營(yíng)養(yǎng)、較低程度的中營(yíng)養(yǎng)、中營(yíng)養(yǎng)、較高程度的中營(yíng)養(yǎng)、富營(yíng)養(yǎng)、超富營(yíng)養(yǎng)和極端超富營(yíng)養(yǎng)。

化學(xué)和生物學(xué)3種指標(biāo)。主要的評(píng)價(jià)指標(biāo)有:水域中光合作用強(qiáng)度與呼吸作用強(qiáng)度之比;藻類生產(chǎn)潛在能力;光合作用產(chǎn)氧能力(即水中原初產(chǎn)量);指示植物

(藍(lán)藻);底層溶解氧(DO)濃度;原始生產(chǎn)者現(xiàn)存量;葉綠

2　富營(yíng)養(yǎng)化的形成與評(píng)價(jià)

211　富營(yíng)養(yǎng)化的形成　在自然條件下,湖泊會(huì)從貧營(yíng)養(yǎng)

素a量;;水中CO2利用速度;水體中N和P濃度。由于富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象非常復(fù)雜,必須綜合考慮這些指標(biāo)才能較準(zhǔn)確地判斷水體的富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)。目前常用的判斷水體富營(yíng)養(yǎng)化的指標(biāo)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(guò)渡到富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài),但此過(guò)程非常緩慢,有的耗時(shí)上萬(wàn)年。人為排放含營(yíng)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(yíng)養(yǎng)化。

作者簡(jiǎn)介:趙不凋(1960-),男,碩士,副教授,主要研究方向?yàn)榄h(huán)境保護(hù)。

收稿日期:2007-08-15

pH值為7-淡水中細(xì)菌總數(shù)超過(guò)10萬(wàn)個(gè)l以及葉綠看,此為徹底控制湖泊水體富營(yíng)養(yǎng)化的優(yōu)先考慮措施�？刂仆庠葱誀I(yíng)養(yǎng)物可的主要措施如下:

41111　根據(jù)水環(huán)境的功能制訂營(yíng)養(yǎng)物排放濃度標(biāo)準(zhǔn)　確

μg/L素a含量大于10

[5,6]

。就淡水水體的富營(yíng)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(yuǎn)大于可利用的P量,因此P常被作為富營(yíng)養(yǎng)化的限制因子。因?yàn)樗蠳的缺乏可以由固氮微生物(某些固氮細(xì)菌和藍(lán)藻)來(lái)加以補(bǔ)充,有估計(jì)表明,一些湖泊中固定大氣中的N量可達(dá)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(yīng)的N和P允許排放濃度標(biāo)準(zhǔn);限制可能排入水體的物質(zhì)種類和數(shù)量。實(shí)施對(duì)象為對(duì)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化有重要貢獻(xiàn)的湖周敏感帶(100m之內(nèi))的點(diǎn)源(如學(xué)校、賓館和醫(yī)院等)。

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

。

3　富營(yíng)養(yǎng)化的危害

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

容量測(cè)算的基礎(chǔ)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(kuò)散,降低周?chē)藗兊纳钯|(zhì)量。

312　水體透明度降低　富營(yíng)養(yǎng)水體中生長(zhǎng)著以藍(lán)藻和綠

藻為優(yōu)勢(shì)種的大量水藻。這些水藻浮于水表,形成“綠色浮渣”,水質(zhì)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(wú)P洗衣粉

[9]

。對(duì)違反總量控制計(jì)劃規(guī)定的單位,應(yīng)采取

第一文庫(kù)網(wǎng) 相應(yīng)的

約束措施,如加倍收費(fèi)或罰款等。

41113　實(shí)施截污工程　截?cái)嘞蚝此w排放營(yíng)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?yàn)?(1)水表的密集藻層使陽(yáng)光難以到達(dá)深層,且藻類吸收陽(yáng)光,所以深水層的光合作用明顯變?nèi)?DO的來(lái)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(zhì)的釋放　某些藻類(如藍(lán)藻中的絲狀藻類-微囊藻屬,魚(yú)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(yíng)養(yǎng)化的關(guān)鍵措施。實(shí)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(yíng)化的主要人為外源性污染源,為水質(zhì)改善提供基本條件。因此,長(zhǎng)遠(yuǎn)看來(lái)這種投資是必須的。

41114　合理規(guī)劃作用土地和科學(xué)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(xué)施肥,調(diào)整肥料結(jié)構(gòu),在確保產(chǎn)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(chǎng)的畜禽糞便

分泌、釋放有毒物質(zhì),有毒物質(zhì)進(jìn)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(zhì)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(yíng)養(yǎng)化后,凈水廠會(huì)出現(xiàn)一系列問(wèn)題。(1)在藻類增殖旺期,過(guò)量藻類會(huì)堵塞水泵和管道。

(2)富營(yíng)養(yǎng)水體因缺氧而產(chǎn)生硫化氫、甲烷和氨等有毒有

用于堆肥、發(fā)酵產(chǎn)沼等也是控制面源污染的有效措施。

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

害氣體,水藻產(chǎn)生有毒物質(zhì)。這降低了凈水廠的產(chǎn)水率,增加了凈水技術(shù)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(jīng)過(guò)傳統(tǒng)二級(jí)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(jí)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(duì)二級(jí)處理工藝加以改進(jìn)。農(nóng)業(yè)污水分散,難以集中收集,通常不用傳統(tǒng)二級(jí)污水處理廠,而采用分散處理系統(tǒng),如人工濕地技術(shù)等,加以有效處理。

41117　保護(hù)和恢復(fù)湖濱帶　湖濱帶連接陸地與水面,動(dòng)

[10]

相對(duì)平衡狀態(tài),存在大量的獨(dú)立種,種間關(guān)系密切,各種的數(shù)量不多,但較穩(wěn)定。水體富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)時(shí),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(gè)體數(shù)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(dǎo)致湖泊生態(tài)平衡的破壞

[5]

。、土壤凈化槽技術(shù)

4　水體富營(yíng)養(yǎng)化防治

富營(yíng)養(yǎng)化防治是十分復(fù)雜而又耗資巨大的難題,因?yàn)?(1)導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化的N、P營(yíng)養(yǎng)元素的來(lái)源有天然源和人為源、外源和內(nèi)源以及點(diǎn)源和非點(diǎn)源之分。(2)營(yíng)養(yǎng)物去除難,至今無(wú)單一的生物、化學(xué)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(jí)生化處理法只能去除30-50%的N和P。富營(yíng)養(yǎng)化控制對(duì)策中的原則和可供選擇的方法主要如下:

411　控制外源性營(yíng)養(yǎng)物輸入　多數(shù)水體富營(yíng)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(guò)去為擴(kuò)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(duì)湖泊構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此,需要在保護(hù)現(xiàn)有湖濱帶的基礎(chǔ)上把湖邊私有耕地恢復(fù)為湖濱帶,能減少因?yàn)闆_刷等作用而導(dǎo)致污染物入湖。

412　減少內(nèi)源性營(yíng)養(yǎng)物負(fù)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(yíng)養(yǎng)物的富集造成;若減少或截?cái)嗤獠枯斎氲臓I(yíng)養(yǎng)物,就使水體失去了營(yíng)養(yǎng)物富集的可能性,從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)

用水生生物吸收利用N和P進(jìn)行代謝活動(dòng)這一自然過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)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(diǎn)。在淺水型富營(yíng)養(yǎng)湖泊,通常種植蓮藕、蒲草、茭草和蘆葦?shù)雀叩戎参?N和P隨著被收割的水生植物部分一起離開(kāi)水體。此法適于富含營(yíng)養(yǎng)物的底泥的淺水湖泊,是經(jīng)濟(jì)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(jí)生產(chǎn)者的藻類競(jìng)爭(zhēng)營(yíng)養(yǎng)、光照和生長(zhǎng)空間等生態(tài)資源,所以水生植被組建及其恢復(fù),對(duì)于富營(yíng)養(yǎng)化水體的生態(tài)修復(fù)具有極其重要的地位和作用

[11]

水湖泊和水庫(kù)。通過(guò)曝氣帶動(dòng)水流,促進(jìn)不同層次的水流交換將水表藻類帶入無(wú)光區(qū),而且將藻類擴(kuò)散。

(5)密封湖底。此方法引入一種物理屏障,因此抑制

了營(yíng)養(yǎng)物從某一部分到另一部分的轉(zhuǎn)移;降低了沉積對(duì)于營(yíng)養(yǎng)物轉(zhuǎn)移到湖水中的貢獻(xiàn)。

(6)機(jī)械收藻。此方法通過(guò)收藻船等設(shè)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(dòng)力問(wèn)題需要解決,國(guó)內(nèi)尚無(wú)大型收藻設(shè)施。

41213　化學(xué)方法　(1)對(duì)溶解性營(yíng)養(yǎng)物如正磷酸鹽等,采

。(2)放養(yǎng)魚(yú)類。利用魚(yú)類的食性不同,放養(yǎng)食用浮

游藻類的魚(yú)種來(lái)去除湖泊的N和P,既促進(jìn)漁業(yè)生產(chǎn),又凈化水質(zhì)。是一項(xiàng)化“害”為利的有效措施。在富營(yíng)養(yǎng)化水系利用初級(jí)產(chǎn)物豐富的特點(diǎn),適當(dāng)放養(yǎng)鰱魚(yú)和鳙魚(yú),根據(jù)鰱魚(yú)主要以浮游植物為食,鳙魚(yú)主要以浮游動(dòng)物為食的特點(diǎn),進(jìn)行合理搭配,可期有效控制城市水體富營(yíng)養(yǎng)化�？上蚋粻I(yíng)養(yǎng)化水體的底泥中投放田螺、底泥中的有機(jī)質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)鹽

[3]

用鈍化技術(shù)

[12]

,沉降。(2),用殺藻劑將其殺死。,應(yīng)及時(shí)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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。(3)殖藻類,并加以采收利用;藻類的毒性代總之,生物治理措施的效果不如截污工程控制外源性營(yíng)養(yǎng)物那么明顯和直接,但它是截污和引污工程不能替代的去除湖泊內(nèi)源營(yíng)養(yǎng)物負(fù)荷的有效措施,值得提倡。

41212　物理方法

(1)注水和換水。①注水方案是用P和N濃度低的

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水注入湖泊,稀釋營(yíng)養(yǎng)物的濃度,從而有助于控制水華,提高水體透明度,但營(yíng)養(yǎng)物絕對(duì)量未減少,不能從根本上解決問(wèn)題;②換水方案適用于臨江湖泊,以江水(流動(dòng)的貧營(yíng)養(yǎng)水)取代湖水(停滯的富營(yíng)養(yǎng)水)。

(2)增加水深。通過(guò)水庫(kù)充水,在較深的區(qū)域截留營(yíng)

養(yǎng)物,可避免水華問(wèn)題。

(3)污染底泥疏浚。適合于富含營(yíng)養(yǎng)物底泥的水體

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的水質(zhì)改善,注意合理確定挖掘深度和挖掘地點(diǎn)。①因?yàn)樗w深層底泥中的可溶性磷和氮可能高于表層底泥,挖掘不當(dāng)會(huì)使底泥中釋放更多的P和N;所以需事先弄清底泥營(yíng)養(yǎng)物的縱向剖面形態(tài)分布。但從總體和長(zhǎng)遠(yuǎn)觀點(diǎn)來(lái)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(nèi)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(yíng)養(yǎng)負(fù)荷。②應(yīng)認(rèn)真調(diào)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(zhǔn)確地選擇挖掘地點(diǎn)。

(4)曝氣技術(shù)。①深層曝氣技術(shù):適用于湖水較深而

磷的影響研究1中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè),2003,19(5):12-15

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