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 1007 - 7731 (2007) 17 - 51 - 03
Forma ti on, Hazard and Preventi on of Eutroph i ca ti on i n Wa ter Body
Zhao Bud i ao
1
L iu Ba i zhu2
Lu Xi aofang
2
L iDa
3
Tang Ha i
4
Peng Y i m i ng (1 College ofL ife Science, Dalian Nati onali2
tiesUniversity, Dalian, 116600; 2 The Second Peop le’ s Hosp ital of Anren County, Hunan, 423606; 3 Dali Urban & Rural
Planning and Design I nstitute, 671000; 4 Anhui Science and Technol ogy Collage ,Wuhu 241000)
Abstract: The definiti on, for mati on and criteri on of waters eutrophicati on were generalized in this paper . The influence and
hazard ofwaters eutr ophicati on on water quality and envir onmentwere discussed . Preventi on and cure methodswere als o re2
p resented at the end of this paper .
Key words:waters eutrophicati on; hazard; p reventi on and cure
1 概述[ 1 - 5 ]
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。
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
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。
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
分为物理、 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
素 a量;水体透明度;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,
1 5 安徽农学通报,Anhui Agri1Sci1Bull12007, 13 (17) : 51 - 53© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
pH值为 7 - 9,淡水中细菌总数超过 10万个 /ml以及叶绿
素 a含量大于 10μg/L[ 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 ]
。
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
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,富营养严重的水体透明度
仅有 012m。
313 深水层的 DO降低 活藻常处于水表,光照和二氧
化碳充分,光合作用充分而大量产 O2 ,因此浅水层的 DO
充足。但深水层的 DO严重不足,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
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
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
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 ]
。
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
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
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
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
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。必须执行严格的行政管理措施:就
目前普遍使用的洗涤剂而言,除少数几个国家洗涤剂中的
P含量低于 2% ,一般洗涤剂都含有 5% - 12%的磷酸盐
成分,洗涤排水成为湖泊 P外源的重要部分,因此,需采用
严格的行政措施控制洗涤剂中的 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
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
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
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[ 10 ]
、 土壤净化槽技术
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
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
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
2 5© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
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 ]
。(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、 贝类和泥鳅来削减
底泥中的有机质和营养盐[ 3 ]
。 ( 3)利用富营养化水体养
殖藻类,并加以采收利用,同时实现富营养化的控制。但
是藻类的大规模采收;藻类的干燥和贮运;藻类的毒性代
谢物影响的克服这些实际问题尚待解决。
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
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
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
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
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
用钝化技术[ 12 ]
,即往湖中投加化学物质使其生成沉淀而
沉降。(2)对水华满湖水体的藻类,用杀藻剂将其杀死。
但被杀藻类腐烂分解仍会释放磷,因此,应及时打捞死藻,
或再投加适当的化学药品,沉降藻类腐烂分解释放出的磷
酸盐。杀藻剂可能由植物活体所分泌。
其他方法:如采用木炭吸附藻毒素、 采用麦秆控制藻
类。