阅读材料：水体富营养化的概念及原因.doc

1、 1 / 5水体富营养化1 水 体 富 营 养 化 概 念水 体 富 营 养 化 (eutrophication)是 指 在 人 类 活 动 的 影 响 下 ， 生 物 所 需 的氮 、 磷 等 营 养 物 质 大 量 进 入 湖 泊 、 河 口 、 海 湾 等 缓 流 水 体 ， 引 起 藻 类 及 其 他浮 游 生 物 迅 速 繁 殖 ， 水 体 溶 解 氧 量 下 降 ， 水 质 恶 化 ， 鱼 类 及 其 他 生 物 大 量死 亡 的 现 象 。 在 自 然 条 件 下 ， 湖 泊 也 会 从 贫 营 养 状 态 过 渡 到 富 营 养 状 态 ， 不过 这 种 自 然 过 程 非 常

2、 缓 慢 。 而 人 为 排 放 含 营 养 物 质 的 工 业 废 水 和 生 活 污 水所 引 起 的 水 体 富 营 养 化 则 可 以 在 短 时 间 内 出 现 。 水 体 出 现 富 营 养 化 现 象 时 ，浮 游 藻 类 大 量 繁 殖 ， 形 成 水 华 。 因 占 优 势 的 浮 游 藻 类 的 颜 色 不 同 ， 水 面 往 往呈 现 蓝 色 、 红 色 、 棕 色 、 乳 白 色 等 。 这 种 现 象 在 海 洋 中 则 叫 做 赤 潮 或 红 潮 。 2 水 体 富 营 养 化 的 机 理在 地 表 淡 水 系 统 中 ， 磷 酸 盐 通 常 是 植 物 生 长 的

3、 限 制 因 素 ， 而 在 海 水 系 统中 往 往 是 氨 氮 和 硝 酸 盐 限 制 植 物 的 生 长 以 及 总 的 生 产 量 。 导 致 富 营 养 化 的 物质 ， 往 往 是 这 些 水 系 统 中 含 量 有 限 的 营 养 物 质 ， 例 如 ， 在 正 常 的 淡 水 系 统 中磷 含 量 通 常 是 有 限 的 ， 因 此 增 加 磷 酸 盐 会 导 致 植 物 的 过 度 生 长 ， 而 在 海 水 系统 中 磷 是 不 缺 的 ， 而 氮 含 量 却 是 有 限 的 ， 因 而 含 氮 污 染 物 加 入 就 会 消 除 这一 限 制 因 素 ， 从 而 出 现

4、植 物 的 过 度 生 长 。 生 活 污 水 和 化 肥 、 食 品 等 工 业 的 废水 以 及 农 田 排 水 都 含 有 大 量 的 氮 、 磷 及 其 他 无 机 盐 类 。 天 然 水 体 接 纳 这 些 废水 后 ， 水 中 营 养 物 质 增 多 ， 促 使 自 养 型 生 物 旺 盛 生 长 ， 特 别 是 蓝 藻 和 红 藻 的个 体 数 量 迅 速 增 加 ， 而 其 他 藻 类 的 种 类 则 逐 渐 减 少 。 水 体 中 的 藻 类 本 来 以 硅藻 和 绿 藻 为 主 ， 蓝 藻 的 大 量 出 现 是 富 营 养 化 的 征 兆 ， 随 着 富 营 养 化 的

5、发 展 ，最 后 变 为 以 蓝 藻 为 主 。 藻 类 繁 殖 迅 速 ， 生 长 周 期 短 。 藻 类 及 其 他 浮 游 生 物 死亡 后 被 需 氧 微 生 物 分 解 ， 不 断 消 耗 水 中 的 溶 解 氧 ， 或 被 厌 氧 微 生 物 分 解 ， 不断 产 生 硫 化 氢 等 气 体 ， 从 两 个 方 面 使 水 质 恶 化 ， 造 成 鱼 类 和 其 他 水 生 生 物 大量 死 亡 。 藻 类 及 其 他 浮 游 生 物 残 体 在 腐 烂 过 程 中 ， 又 把 大 量 的 氮 、 磷 等 营 养物 质 释 放 入 水 中 ， 供 新 的 一 代 藻 类 等 生 物

6、 利 用 。 因 此 ， 富 营 养 化 了 的 水 体 ，即 使 切 断 外 界 营 养 物 质 的 来 源 ， 水 体 也 很 难 自 净 和 恢 复 到 正 常 状 态 。 关 于 水 体 富 营 养 化 的 各 种 见 解2 / 5多 数 学 者 认 为 氮 、 磷 等 营 养 物 质 浓 度 升 高 ， 是 藻 类 大 量 繁 殖 的 原 因 ， 其中 又 以 磷 为 关 键 因 素 。 影 响 藻 类 生 长 的 物 理 、 化 学 和 生 物 因 素 (如 阳 光 、 营养 盐 类 、 季 节 变 化 、 水 温 、 pH 值 ， 以 及 生 物 本 身 的 相 互 关 系 )是

7、 极 为 复 杂的 。 因 此 ， 很 难 预 测 藻 类 生 长 的 趋 势 ， 也 难 以 定 出 表 示 富 营 养 化 的 指 标 。 目前 一 般 采 用 的 指 标 是 ： 水 体 中 氮 含 量 超 过 0.2-0.3ppm， 生 化 需 氧 量 大 于 10ppm， 磷 含 量 大 于 0.01-0.02ppm， pH 值 7-9 的 淡 水 中 细 菌 总 数 每 毫 升 超 过10 万 个 ， 表 征 藻 类 数 量 的 叶 绿 素 -a 含 量 大 于 10mg/L。 3 营 养 物 质 的 来 源水 体 中 过 量 的 氮 、 磷 等 营 养 物 质 主 要 来 自 未

8、 加 处 理 或 处 理 不 完 全 的 工 业废 水 和 生 活 污 水 、 有 机 垃 圾 和 家 畜 家 禽 粪 便 以 及 农 施 化 肥 ， 其 中 最 大 的 来 源是 农 田 上 施 用 的 大 量 化 肥 。 (1)氮 源农 田 径 流 挟 带 的 大 量 氨 氮 和 硝 酸 盐 氮 进 入 水 体 后 ， 改 变 了 其 中 原 有 的 氮平 衡 ， 促 进 某 些 适 应 新 条 件 的 藻 类 种 属 迅 速 增 殖 ， 覆 盖 了 大 面 积 水 面 。 例 如我 国 南 方 水 网 地 区 一 些 湖 叉 河 道 中 从 农 田 流 入 的 大 量 的 氮 促 进 了

9、 水 花 生 、 水葫 芦 、 水 浮 莲 、 鸭 草 等 浮 水 植 物 的 大 量 繁 殖 ， 致 使 有 些 河 段 影 响 航 运 。 在 这些 水 生 植 物 死 亡 后 ， 细 菌 将 其 分 解 ， 从 而 使 其 所 在 水 体 中 增 加 了 有 机 物 ， 导致 其 进 一 步 耗 氧 ， 使 大 批 鱼 类 死 亡 。 最 近 ， 美 国 的 有 关 研 究 部 门 发 现 ， 含 有尿 素 、 氨 氮 为 主 要 氮 形 态 的 生 活 污 水 和 人 畜 粪 便 ， 排 入 水 体 后 会 使 正 常 的 氮循 环 变 成 “短 路 循 环 ”， 即 尿 素 和 氨

10、氮 的 大 量 排 入 ， 破 坏 了 正 常 的 氮 、 磷 比 例， 并 且 导 致 在 这 一 水 域 生 存 的 浮 游 植 物 群 落 完 全 改 变 ， 原 来 正 常 的 浮 游 植 物群 落 是 由 硅 藻 、 鞭 毛 虫 和 腰 鞭 虫 组 成 的 ， 而 这 些 种 群 几 乎 完 全 被 蓝 藻 、 红 藻和 小 的 鞭 毛 虫 类 (Nannochloris 属 ， Stichococcus 属 )所 取 代 。 (2)磷 源水 体 中 的 过 量 磷 主 要 来 源 于 肥 料 、 农 业 废 弃 物 和 城 市 污 水 。 据 有 关 资 料说 明 ， 在 过 去

11、的 15 年 内 地 表 水 的 磷 酸 盐 含 量 增 加 了 25 倍 ， 在 美 国 进 入 水体 的 磷 酸 盐 有 60 是 来 自 城 市 污 水 。 在 城 市 污 水 中 磷 酸 盐 的 主 要 来 源 是 洗 涤3 / 5剂 ， 它 除 了 引 起 水 体 富 营 养 化 以 外 ， 还 使 许 多 水 体 产 生 大 量 泡 沫 。 水 体 中 过量 的 磷 一 方 面 来 自 外 来 的 工 业 废 水 和 生 活 污 水 。 另 方 面 还 有 其 内 源 作 用 ， 即水 体 中 的 底 泥 在 还 原 状 态 下 会 释 放 磷 酸 盐 ， 从 而 增 加 磷 的

12、含 量 ， 特 别 是 在 一些 因 硝 酸 盐 引 起 的 富 营 养 化 的 湖 泊 中 ， 由 于 城 市 污 水 的 排 入 使 之 更 加 复 杂 化， 会 使 该 系 统 迅 速 恶 化 ， 即 使 停 止 加 入 磷 酸 盐 ， 问 题 也 不 会 解 决 。 这 是 因 为多 年 来 在 底 部 沉 积 了 大 量 的 富 含 磷 酸 盐 的 沉 淀 物 ， 它 由 于 不 溶 性 的 铁 盐 保 护层 作 用 通 常 是 不 会 参 与 混 合 的 。 但 是 ， 当 底 层 水 含 氧 量 低 而 处 于 还 原 状 态 时 (通 常 在 夏 季 分 层 时 出 现 )，

13、保 护 层 消 失 ， 从 而 使 磷 酸 盐 释 入 水 中 所 致 。 4.水 体 富 营 养 化 的 危 害富 营 养 化 会 影 响 水 体 的 水 质 ， 会 造 成 水 的 透 明 度 降 低 ， 使 得 阳 光 难 以 穿透 水 层 ， 从 而 影 响 水 中 植 物 的 光 合 作 用 ， 可 能 造 成 溶 解 氧 的 过 饱 和 状 态 。 溶解 氧 的 过 饱 和 以 及 水 中 溶 解 氧 少 ， 都 对 水 生 动 物 有 害 ， 造 成 鱼 类 大 量 死 亡 。同 时 ， 因 为 水 体 富 营 养 化 ， 水 体 表 面 生 长 着 以 蓝 藻 、 绿 藻 为

14、优 势 种 的 大 量 水藻 ， 形 成 一 层 “绿 色 浮 渣 ”， 致 使 底 层 堆 积 的 有 机 物 质 在 厌 氧 条 件 分 解 产 生 的有 害 气 体 和 一 些 浮 游 生 物 产 生 的 生 物 毒 素 也 会 伤 害 鱼 类 。 因 富 营 养 化 水 中 含有 硝 酸 盐 和 亚 硝 酸 盐 ， 人 畜 长 期 饮 用 这 些 物 质 含 量 超 过 一 定 标 准 的 水 ， 也 会中 毒 致 病 。 在 形 成 “绿 色 浮 渣 ”后 ， 水 下 的 藻 类 会 因 照 射 不 到 阳 光 而 呼 吸 水 内 氧 气 ，不 能 进 行 光 合 作 用 。 水 内

15、 氧 气 会 逐 渐 减 少 ， 水 内 生 物 也 会 因 氧 气 不 足 而 死 亡。 死 去 的 藻 类 和 生 物 又 会 在 水 内 进 行 氧 化 作 用 ， 这 时 水 体 也 会 变 得 很 臭 ，水 资 源 也 会 被 污 染 的 不 可 再 用 。 5.富 营 养 化 的 防 治 对 策富 营 养 化 的 防 治 是 水 污 染 处 理 中 最 为 复 杂 和 困 难 的 问 题 。 这 是 因 为 ： 污 染 源 的 复 杂 性 ， 导 致 水 质 富 营 养 化 的 氮 、 磷 营 养 物 质 ， 既 有 天 然 源 ， 又有 人 为 源 ； 既 有 外 源 性 ， 又

16、 有 内 源 性 。 这 就 给 控 制 污 染 源 带 来 了 困 难 ； 营 养 物 质 去 除 的 高 难 度 ， 至 今 还 没 有 任 何 单 一 的 生 物 学 、 化 学 和 物 理 措 施 能4 / 5够 彻 底 去 除 废 水 的 氮 、 磷 营 养 物 质 。 通 常 的 二 级 生 化 处 理 方 法 只 能 去 除 30-50 的 氮 、 磷 。 (1)控 制 外 源 性 营 养 物 质 输 入绝 大 多 数 水 体 富 营 养 化 主 要 是 外 界 输 入 的 营 养 物 质 在 水 体 中 富 集 造 成 的。 如 果 减 少 或 者 截 断 外 部 输 入 的

17、营 养 物 质 ， 就 使 水 体 失 去 了 营 养 物 质 富 集 的可 能 性 。 为 此 ， 首 先 应 该 着 重 减 少 或 者 截 断 外 部 营 养 物 质 的 输 入 ， 控 制 外 源性 营 养 物 质 ， 应 从 控 制 人 为 污 染 源 着 手 ， 应 准 确 调 查 清 楚 排 入 水 体 营 养 物 质的 主 要 排 放 源 ， 监 测 排 入 水 体 的 废 水 和 污 水 中 的 氮 、 磷 浓 度 ， 计 算 出 年 排 放的 氮 、 磷 总 量 ， 为 实 施 控 制 外 源 性 营 养 物 质 的 措 施 提 供 可 靠 的 科 学 依 据 。 (2)减

18、 少 内 源 性 营 养 物 质 负 荷输 入 到 湖 泊 等 水 体 的 营 养 物 质 在 时 空 分 布 上 是 非 常 复 杂 的 。 氮 、 磷 元 素在 水 体 中 可 能 被 水 生 生 物 吸 收 利 用 ， 或 者 以 溶 解 性 盐 类 形 式 溶 于 水 中 ， 或 者经 过 复 杂 的 物 理 化 学 反 应 和 生 物 作 用 而 沉 降 ， 并 在 底 泥 中 不 断 积 累 ， 或 者 从底 泥 中 释 放 进 入 水 中 。 减 少 内 源 性 营 养 物 负 荷 ， 有 效 地 控 制 湖 泊 内 部 磷 富 集， 应 视 不 同 情 况 ， 采 用 不 同

19、的 方 法 。 6.主 要 的 方 法 有 工 程 性 措 施包 括 挖 掘 底 泥 沉 积 物 、 进 行 水 体 深 层 曝 气 、 注 水 冲 稀 以 及 在 底 泥 表 面 敷设 塑 料 等 。 挖 掘 底 泥 ， 可 减 少 以 至 消 除 潜 在 性 内 部 污 染 源 ； 深 层 曝 气 ， 可 定期 或 不 定 期 采 取 人 为 湖 底 深 层 曝 气 而 补 充 氧 ， 使 水 与 底 泥 界 面 之 间 不 出 现 厌氧 层 ， 经 常 保 持 有 氧 状 态 ， 有 利 于 抑 制 底 泥 磷 释 放 。 此 外 ， 在 有 条 件 的 地 方， 用 含 磷 和 氮 浓

20、 度 低 的 水 注 入 湖 泊 ， 可 起 到 稀 释 营 养 物 质 浓 度 的 作 用 。 化 学 方 法这 是 一 类 包 括 凝 聚 沉 降 和 用 化 学 药 剂 杀 藻 的 方 法 ， 例 如 有 许 多 种 阳 离 子可 以 使 磷 有 效 地 从 水 溶 液 中 沉 淀 出 来 ， 其 中 最 有 价 值 的 是 价 格 比 较 便 宜 的 铁5 / 5、 铝 和 钙 ， 它 们 都 能 与 磷 酸 盐 生 成 不 溶 性 沉 淀 物 而 沉 降 下 来 。 例 如 美 国 华 盛顿 州 西 部 的 长 湖 是 一 个 富 营 养 水 体 ， 1980 年 10 月 用 向

21、湖 中 投 加 铝 盐 的 办 法来 沉 淀 湖 中 的 磷 酸 盐 。 在 投 加 铝 盐 后 的 第 四 年 夏 天 ， 湖 水 中 的 磷 浓 度 则 由 原来 的 65g/L 降 到 30g/L， 湖 泊 水 质 有 较 明 显 的 改 善 。 在 化 学 法 中 ， 还 有 一种 方 法 是 用 杀 藻 剂 杀 死 藻 类 。 这 种 方 法 适 合 于 水 华 盈 湖 的 水 体 。 杀 藻 剂 将 藻杀 死 后 ， 水 藻 腐 烂 分 解 仍 旧 会 释 放 出 磷 ， 因 此 ， 应 该 将 被 杀 死 的 藻 类 及 时 捞出 ， 或 者 再 投 加 适 当 的 化 学 药

22、品 ， 将 藻 类 腐 烂 分 解 释 放 出 的 磷 酸 盐 沉 降 。 生 物 性 措 施利 用 水 生 生 物 吸 收 利 用 氮 、 磷 元 素 进 行 代 谢 活 动 以 去 除 水 体 中 氮 、 磷 营养 物 质 的 方 法 。 目 前 ， 有 些 国 家 开 始 试 验 用 大 型 水 生 植 物 污 水 处 理 系 统 净化 富 营 养 化 的 水 体 。 大 型 水 生 植 物 包 括 凤 眼 莲 、 芦 苇 、 狭 叶 香 蒲 、 加 拿 大海 罗 地 、 多 穗 尾 藻 、 丽 藻 、 破 铜 钱 等 许 多 种 类 ， 可 根 据 不 同 的 气 候 条 件 和 污染

23、 物 的 性 质 进 行 适 宜 的 选 栽 。 水 生 植 物 净 化 水 体 的 特 点 是 以 大 型 水 生 植 物 为主 体 ， 植 物 和 根 区 微 生 物 共 生 ， 产 生 协 同 效 应 ， 净 化 污 水 。 经 过 植 物 直 接 吸收 、 微 生 物 转 化 、 物 理 吸 附 和 沉 降 作 用 除 去 氮 、 磷 和 悬 浮 颗 粒 ， 同 时 对 重 金属 分 子 也 有 降 解 效 果 。 水 生 植 物 一 般 生 长 快 ， 收 割 后 经 处 理 可 作 为 燃 料 、 饲料 ， 或 经 发 酵 产 生 沼 气 。 这 是 目 前 国 内 外 治 理 湖

24、 泊 水 体 富 营 养 化 的 重 要 措 施。 近 年 来 ， 有 些 国 家 采 用 生 物 控 制 的 措 施 控 制 水 体 富 营 养 化 ， 也 收 到 了 比较 明 显 的 效 果 。 例 如 德 国 近 年 来 采 用 了 生 物 控 制 ， 成 功 地 改 善 了 一 个 人 工 湖泊 (平 均 水 深 7 米 )的 水 质 。 其 办 法 是 在 湖 中 每 年 投 放 食 肉 类 鱼 种 如 狗 鱼 、 鲈鱼 去 吞 食 吃 浮 游 动 物 的 小 鱼 ， 几 年 之 后 这 种 小 鱼 显 著 减 少 ， 而 浮 游 动 物 (如水 蚤 类 )增 加 了 ， 从 而 使 作 为 其 食 料 的 浮 游 植 物 量 减 少 ， 整 个 水 体 的 透 明 度 随之 提 高 ， 细 菌 减 少 ， 氧 气 平 衡 的 水 深 分 布 状 况 改 善 。 但 也 发 现 ， 浮 游 植 物 种群 有 所 改 变 ， 蓝 绿 藻 生 长 量 比 例 增 高 ， 因 为 它 们 不 能 被 浮 游 动 物 捕 食 ， 为 此可 以 放 鲢 鱼 来 控 制 这 种 藻 类 的 生 长 。