水体富营养化的形成-危害和防治

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水体富营养化的形成-危害和防治

安徽农学通报,AnhuiAgri1Sci1Bull12007,13(17):51-5351

水体富营养化的形成、危害和防治

赵不凋　刘柏朱　卢晓芳　李　大　唐　海　彭懿明

(1大连民族学院生命科学学院,辽宁大连　116600;2湖南安仁第二人民医院,湖南安仁　423606;

3　大理州城乡规划设计院,云南大理　671000;4安徽工程科技学院,安徽芜湖　241000)

摘　要:本文简要地概括和总结了水体富营养化的定义、形成和评价,归纳了富营养化对水质和环境的影响和危害,最后阐述了富营养化问题的防治办法。关键词:水体富营养化;危害;防治

中图分类号　X522　　　文献标识码　B　　　文章编号　-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]

自养型生物(如藻类和一些光合细菌)能利用无机盐类制造有机质。自然水体中的P和N(尤其是P)在一定程度上是浮游生物数量的控制因子。生活污水、工业(如化肥和食品等)废水及农田排水中都含大量N、P及其它无机盐。纳入这些污水后,水体中营养物增多,促进了大型绿色植物和微型藻类的旺盛生长。藻类生长周期短,在适宜条件下易大量繁殖。活藻主要分布于水表红色颤藻的出现是富营养化的征兆。随着水体富营养化的发展,藻类个体数量速增,种类渐减,水体由以硅藻和绿藻为主发展到以蓝藻为主。死亡的水生生物被好氧微生物耗氧分解;或被厌氧微生物分解;同时湖泊渐浅,直至成为沼泽。富营养化状态一旦形成,水体中营养物被水生生物吸收为机体组成部分;在水生生物死亡后的腐烂过程中,营养物又释放入水中,再次被生物利用;如此形成循环。因此,已经富营养化的水体,即使完全切断外界营养物来源,在短期内很难得到自净和恢复。

212　富营养化程度的评价　富营养化指标多种多样,可

20世纪50年代以来,由于经济的迅速发展,人口急

剧增长,工业化和城市化加速,水体的N和P受纳量(包括未经处理的和经过处理的各行各业的污水,如医院污水中携带的氮和磷负荷)大大增加,湖泊等水体富营养化进程加快。富营养化不仅使水体丧失应有功能,且使水体生态环境向不利于人类的方向演变,最终影响经济建设和社会发展。因而富营养化问题越来越多地受到了国家及社会各界的关注和重视。

富营养化一词源于希腊,指湖泊、水库和海湾等封闭、半封闭性水体及某些滞留河流(水流速度小于1m/min)水体由于氮(N)和磷(P)等营养素的富集,导致某些特征藻类(如蓝绿藻)和其它水生植物异常繁殖、异养微生物代谢频繁、水体透明度下降、溶解氧含量降低、水生生物大量死亡、水质恶化、水味发腥变臭,最终破坏湖泊生态系统。

水体发生富营养化时,浮游生物大量繁殖,水面呈蓝、红、棕或乳白色等,取决于占优势的浮游生物的颜色,此现象在江河湖泊中称“水华”,在海洋中称“赤潮”。

湖泊环境的富营养化水平可分为7种:贫营养、较低程度的中营养、中营养、较高程度的中营养、富营养、超富营养和极端超富营养。

化学和生物学3种指标。主要的评价指标有:水域中光合作用强度与呼吸作用强度之比;藻类生产潜在能力;光合作用产氧能力(即水中原初产量);指示植物

(蓝藻);底层溶解氧(DO)浓度;原始生产者现存量;叶绿

2　富营养化的形成与评价

211　富营养化的形成　在自然条件下,湖泊会从贫营养

素a量;;水中CO2利用速度;水体中N和P浓度。由于富营养化现象非常复杂,必须综合考虑这些指标才能较准确地判断水体的富营养化状态。目前常用的判断水体富营养化的指标为: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,

状态过渡到富营养状态,但此过程非常缓慢,有的耗时上万年。人为排放含营养物的工业废水和生活污水可在短期引起水体的富营养化。

作者简介:赵不凋(1960-),男,硕士,副教授,主要研究方向为环境保护。

收稿日期:2007-08-15

pH值为7-淡水中细菌总数超过10万个l以及叶绿看,此为彻底控制湖泊水体富营养化的优先考虑措施。控制外源性营养物可的'主要措施如下:

41111　根据水环境的功能制订营养物排放浓度标准　确

μg/L素a含量大于10

[5,6]

。就淡水水体的富营养化而言,

P的影响比N的影响可能更重要,由于藻类可利用的N量

远大于可利用的P量,因此P常被作为富营养化的限制因子。因为水中N的缺乏可以由固氮微生物(某些固氮细菌和蓝藻)来加以补充,有估计表明,一些湖泊中固定大气中的N量可达到湖泊需N量的50%

[1,5,7,8]

定某一湖泊水体的主要功能后,此功能要求制订相应的N和P允许排放浓度标准;限制可能排入水体的物质种类和数量。实施对象为对湖泊富营养化有重要贡献的湖周敏感带(100m之内)的点源(如学校、宾馆和医院等)。

41112　根据水环境的P容量实施总量控制　在水环境P

。

3　富营养化的危害

311　水味变腥发臭　富营养水体中藻类多,有些能散发

容量测算的基础上制订总量控制办法:P排放量的逐年削减和排放P量的分配。:就,P,5%-12%的磷酸盐

腥臭味,这种腥臭向水体四周的空气扩散,降低周围人们的生活质量。

312　水体透明度降低　富营养水体中生长着以蓝藻和绿

藻为优势种的大量水藻。这些水藻浮于水表,形成“绿色浮渣”,水质变浑,透明度降低,仅有012m。

313　深水层的DO降低,P外源的重要部分,因此,需采用P含量,推广使用无P洗衣粉

[9]

。对违反总量控制计划规定的单位,应采取

第一文库网相应的

约束措施,如加倍收费或罚款等。

41113　实施截污工程　截断向湖泊水体排放营养物的

化碳充分,2,因此浅水层的DO充足。但深水层的DO,因为:(1)水表的密集藻层使阳光难以到达深层,且藻类吸收阳光,所以深水层的光合作用明显变弱,DO的来源减少。(2)死藻沉于湖底被分解,大量消耗深水层的DO。

314　有毒物质的释放　某些藻类(如蓝藻中的丝状藻类-微囊藻属,鱼腥藻属和束丝藻属;海生腰鞭毛目生物)能

源,是控制某些湖泊水体富营养化的关键措施。实施截污工程,是较高的一次性投资,但此后可从根本上消除水体富营化的主要人为外源性污染源,为水质改善提供基本条件。因此,长远看来这种投资是必须的。

41114　合理规划作用土地和科学施肥　合理规划利用土

地,最大限度地防止土壤侵蚀、水土流失与肥料流失,减少被地表径流(暴雨或融雪)带走的N和P。

推广科学施肥,调整肥料结构,在确保产量的前提下尽量少施肥,在临湖区减少乃至限制磷肥的使用。

41115　控制畜禽粪便污染　集中收集饲养场的畜禽粪便

分泌、释放有毒物质,有毒物质进入水体后,若被人或牲畜饮用,可引起人畜致病。

315　影响供水水质并增加净水成本　湖泊常为饮用水和

工业用水的水源,其富营养化后,净水厂会出现一系列问题。(1)在藻类增殖旺期,过量藻类会堵塞水泵和管道。

(2)富营养水体因缺氧而产生硫化氢、甲烷和氨等有毒有

用于堆肥、发酵产沼等也是控制面源污染的有效措施。

41116　去除污水中的营养物　城乡生活污水及某些工业

害气体,水藻产生有毒物质。这降低了净水厂的产水率,增加了净水技术难度和成本。

316　水生生态的变化　正常情况下湖泊中各种生物处于

废水中含有较高浓度的N和P,这些废水经过传统二级处理工艺处理后的出水中尚含有一定浓度的N和P。已有的二级处理厂的出水需要采取深度处理,如可采用人工湿地工艺等。也可采用生物处理方法(高效的脱N除P工艺)和物化处理方法(铁盐凝聚沉降法、铝离子交换法和石灰凝聚与氨气提法)对二级处理工艺加以改进。农业污水分散,难以集中收集,通常不用传统二级污水处理厂,而采用分散处理系统,如人工湿地技术等,加以有效处理。

41117　保护和恢复湖滨带　湖滨带连接陆地与水面,动

[10]

相对平衡状态,存在大量的独立种,种间关系密切,各种的数量不多,但较稳定。水体富营养状态时,水体的正常生态平衡被扰乱,生物种明显减少,而存活生物的个体数剧增,这种物种演替降低了水生生物的稳定性和多样性,导致湖泊生态平衡的破坏

[5]

。、土壤净化槽技术

4　水体富营养化防治

富营养化防治是十分复杂而又耗资巨大的难题,因为:(1)导致水体富营养化的N、P营养元素的来源有天然源和人为源、外源和内源以及点源和非点源之分。(2)营养物去除难,至今无单一的生物、化学和物理措施能彻底去除污水中的N和P,投资通常较高的常规二级生化处理法只能去除30-50%的N和P。富营养化控制对策中的原则和可供选择的方法主要如下:

411　控制外源性营养物输入　多数水体富营养化主要由

植物微生物种类多,是保持湖泊生态平衡的核心地带。过去为扩大种植面积,湖边大片湿地被破坏,湖周污水及泥沙直接入湖,对湖泊构成严重威胁。因此,需要在保护现有湖滨带的基础上把湖边私有耕地恢复为湖滨带,能减少因为冲刷等作用而导致污染物入湖。

412　减少内源性营养物负荷

41211　生物方法　(1)种植水生植物。生物方法是指利

外界输入的营养物的富集造成;若减少或截断外部输入的营养物,就使水体失去了营养物富集的可能性,从长远来

用水生生物吸收利用N和P进行代谢活动这一自然过程来实现去除水体中N和P的方法,具有投资省,利于建立

合理的水生生态循环的优点。在浅水型富营养湖泊,通常种植莲藕、蒲草、茭草和芦苇等高等植物,N和P随着被收割的水生植物部分一起离开水体。此法适于富含营养物的底泥的浅水湖泊,是经济效益和环境效益明显的可行措施。水生高等植物与同为初级生产者的藻类竞争营养、光照和生长空间等生态资源,所以水生植被组建及其恢复,对于富营养化水体的生态修复具有极其重要的地位和作用

[11]

水湖泊和水库。通过曝气带动水流,促进不同层次的水流交换将水表藻类带入无光区,而且将藻类扩散。

(5)密封湖底。此方法引入一种物理屏障,因此抑制

了营养物从某一部分到另一部分的转移;降低了沉积对于营养物转移到湖水中的贡献。

(6)机械收藻。此方法通过收藻船等设置直接从水

体中将藻类带出水体,是直接有效的方法,但是收藻船的动力问题需要解决,国内尚无大型收藻设施。

41213　化学方法　(1)对溶解性营养物如正磷酸盐等,采

。(2)放养鱼类。利用鱼类的食性不同,放养食用浮

游藻类的鱼种来去除湖泊的N和P,既促进渔业生产,又净化水质。是一项化“害”为利的有效措施。在富营养化水系利用初级产物丰富的特点,适当放养鲢鱼和鳙鱼,根据鲢鱼主要以浮游植物为食,鳙鱼主要以浮游动物为食的特点,进行合理搭配,可期有效控制城市水体富营养化。可向富营养化水体的底泥中投放田螺、底泥中的有机质和营养盐

[3]

用钝化技术

[12]

,沉降。(2),用杀藻剂将其杀死。,应及时打捞死藻,,沉降藻类腐烂分解释放出的磷其他方法:如采用木炭吸附藻毒素、采用麦秆控制藻类。

参考文献

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。(3)殖藻类,并加以采收利用;藻类的毒性代总之,生物治理措施的效果不如截污工程控制外源性营养物那么明显和直接,但它是截污和引污工程不能替代的去除湖泊内源营养物负荷的有效措施,值得提倡。

41212　物理方法

(1)注水和换水。①注水方案是用P和N浓度低的

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水注入湖泊,稀释营养物的浓度,从而有助于控制水华,提高水体透明度,但营养物绝对量未减少,不能从根本上解决问题;②换水方案适用于临江湖泊,以江水(流动的贫营养水)取代湖水(停滞的富营养水)。

(2)增加水深。通过水库充水,在较深的区域截留营

养物,可避免水华问题。

(3)污染底泥疏浚。适合于富含营养物底泥的水体

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[9]宋志伟,何绪文,李发生,等1上海市水体富营养化及洗涤剂中

的水质改善,注意合理确定挖掘深度和挖掘地点。①因为水体深层底泥中的可溶性磷和氮可能高于表层底泥,挖掘不当会使底泥中释放更多的P和N;所以需事先弄清底泥营养物的纵向剖面形态分布。但从总体和长远观点来看,它减少了已积累在表层底泥中的TN和TP量,减少甚至消除潜在内部污染源。而且挖掘底泥可增加水体的水深和水体环境容量,最终降低湖泊水体营养负荷。②应认真调查研究底泥沉积情况,包括底泥特征以及沉积物的区域分布等,准确地选择挖掘地点。

(4)曝气技术。①深层曝气技术:适用于湖水较深而

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[12]卢少勇,金相灿,胡小贞,等1扰动对水/沉积物系统中磷释放

出现厌氧层的水体。磷易在厌氧条件下从底泥中释放出来,采取定期或不定期人为湖底深层曝气充氧,使水与底泥面之间不出现厌氧层,有利于抑制底泥的磷释放,改善水质。②扬水筒曝气技术:尤其适应于水深、大的水体,深

(上接56页)[6]MgetteWL.Monotoring.In:RitterWF,Shirmo2

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(曹阿翔编,张琪琪校)