水体富营养化

水体富营养化林颖周雪玲伦美娃,1971年的某一天早晨，日本濑户内海的渔民正要出海打鱼，忽然发现了一种奇妙的景象：海水在一夜之间由蔚蓝色变成了赤红色，好像是在海湾上铺了一块硕大无比的红地毯，一时间，消息不胫而走，附近的人们都来观看这闻所未闻的奇景，有的人还赞不绝口，为自己大开眼界而高兴。,殊不知，这并不是什么奇景，而是一场灾难。没过多久，海风带来阵阵难闻的恶臭，死鱼大批漂向岸边，这时，渔民们才恍然大悟：啊呀，我们的生计完了！,(参考图)凶恶赤潮“劫”走4万鲍鱼,这就是赤潮海洋的灾难,早在公元732年,日本便记录了赤潮现象.20世纪以来，赤潮发生的次数逐年增多，如日本濑户内海在1955年以前的几十年期间，赤潮只出现5次，19551976年竟多达326次。,而在中国赤潮的情况是,1933年，浙江镇海、定海和台州一带海域就曾发生过夜光藻赤潮,70年代以来发生赤潮的海域和次数逐渐增多,1998年,渤海，赤潮面积约5000平方公里，范围遍及辽东湾，造成经济损失约5亿元,2000年，长江口舟山海域，特大赤潮面积7000多平方公里,1998年，粤港海域,赤潮面积自香港西贡海面到长州等特大面积造成大量鱼苗及养殖鱼死亡,其中包括名贵鱼种石斑鱼等,共损失达3.5亿元,近年危害较严重的赤潮事件,中国湖泊富营养化分布图,中国湖泊富营养化水华,世界海域富营养化分布图,世界海域富营养化分布图,以上现象都是我们今天要为大家介绍的水体富营养化,定义及成因产生的污染源危害性如何防治我国湖泊富营养化的现状和治理对策,定义,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。,发生在海域时叫赤潮,发生在湖泊时叫水华,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。,一总磷、总氮等营养物质超标水体中总磷、总氮等营养物质较为充足,超过地表水环境质量类标准,原因在于:(1)水库作为开放式系统,周围通常有大量农田径流或河道径流汇入。汇入的径流中不可避免地带入总磷、总氮等营养物质;(2)不合理的养殖方式,增加了水库中的营养盐的含量;(3)河道与水库营养盐控制标准差别很大,也是水库营养物超标的原因。,成因,缓慢的水流状态(水的流速和水库水深）,水库水流状态较缓慢,流速一般较小,污染物在该类水域内的扩散作用相对较弱,与外域的交换相对较慢,致使自净能力较差。污染物浓度特别容易富集并超过水库的水环境承载能力,富集到一定程度,将爆发富营养化。,三适宜的温度,水温升高,可以促进藻类的生长繁殖,尤其2035范围内,生物量除随温升有较大增加外,且藻类多样性指数下降,优势种突出;同时,水温升高,使水体溶解氧有较大幅度下降,既加剧了菌类分解水库中存积生物残体的活动,又加剧了厌氧性真菌的繁殖,加快了有机物的氮、磷分解速度,使藻类生长繁殖有更多的营养物质,促进藻类大量生长,积累到一定程度,就会使水库爆发富营养化,污染源,水体中过量的氮、磷等营养物质主要来自未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。,一外源污染源,1点源工业废水城镇生活污水固体废物处理场,2面源城镇地表径流农牧区地表径流矿区地表径流大气降尘大气降水水体养殖投铒水面娱乐活动废弃物水土流失及土地侵蚀,大多数情况下，氮主要通过面源进入水体，磷主要通过点源进入水体。农业面源污染主要是农业施肥经流失造成的，其中最主要的因素是大量施用化学肥料造成的。我国是一个农业大国，化肥施用量已达1亿t，施用化肥水平比世界化肥施用水平高出2.6倍，而施肥利用率仅有3050%的水平，大量氮磷成分通过各种途径进入水体。磷的主要来源是家庭洗涤剂的使用，其磷的污染强度约占总的磷污染负荷的50%左右。,二内源污染源底泥及沉积物,底泥及沉积物含有一定量的氮磷物质，可以通过溶解进入水体，形成氮磷的二次污染。底泥是湖泊的重要组成部分，其含有大量的营养元素有机碳、氮和磷，以及活泼元素铁、锰和硫，在有的湖泊氮磷的90%分布在底泥中。严重污染的湖泊水体都已沉积了大量的淤泥，这些淤泥包含着历年积存的各种有害有毒污染物。随着湖泊条件的变化，经常引起底泥中氮磷的吸收和释放，对湖泊富营养化有着非常重要作用。根据调查研究，杭州西湖沉积物每年磷的释放量达到1.3t，几乎相当于年入湖磷负荷量的41%；安徽巢湖沉积物磷的释放量220t左右，是入湖磷负荷量的21%。因此底泥作为“内污染源”的作用是不容低估的。,危害,1使水味变得腥臭难闻在富营养状态的水体中生长着很多藻类，其中有一些藻类能够散发出腥味异臭。藻类散发出这种腥臭，向湖泊四周的空气扩散，直接影响、烦扰人们的正常生活，给人以不舒适感觉，同时，这种腥臭味也使水味难闻，大大降低了水质质量。2降低水体的透明度在富营养水体中，生长着以蓝藻、绿藻为优势种类的大量水藻。这些水藻浮在湖水表面，形成一层“绿色浮渣”，使水质变得浑浊，透明度明显降低，富营养严重的水质透明度仅有0.2米，湖水感官性状大大下降。,3影响水体的溶解氧富营养湖泊的表层，藻类可以获得充足的阳光，从空气中获得足够的二氧化碳进行光合作用而放出氧气，因此表层水体有充足的溶解氧。但是，在富营养湖泊深层，情况就不同，首先是表层的密集藻类使阳光难以透射入湖泊深层，而且阳光在穿射过程中被藻类吸收而衰减，所以深层水体的光合作用明显受到限制而减弱，使溶解氧来源减少。其次，湖泊藻类死亡后不断向湖底沉积，不断地腐烂分解，也会消耗深层水体大量的溶解氧，严重时可能使深层水体的溶解氧消耗殆尽而呈厌氧状态，使得需氧生物难以生存。这种厌氧状态，可以触发或者加速底泥积累的营养物质的释放，造成水体营养物质的高负荷，形成富营养水体的恶性循环。4向水体释放有毒物质富营养对水质的另一个影响是某些藻类能够分泌、释放有毒性的物质，有毒物质进入水体后，若被牲畜饮入体内，可引起牲畜肠胃道炎症，人若饮用也会发生消化道炎症，有害人体健康。,5影响供水水质并增加制水成本湖泊常常是生活饮用水和工业用水的供给水源。富营养水体在作为供给水源时，会给制水厂带来一系列问题。首先是在夏日高温藻类增殖旺盛的季节，过量的藻类会给制水厂在过滤过程中带来障碍，需要改善或增加过滤措施。其次，富营养水体由于缺氧而产生硫化氢、甲烷和氨等有毒有害气体，而且水藻产生的某些有毒的物质，在制水过程中，更增加了水处理的技术难度。既影响制水厂的出水率，同时也加大了制水成本费用。6对水生生态的影响在正常情况下，湖泊水体中各种生物都处于相对平衡的状态。但是，一旦水体受到污染而呈现富营养状态时，水体的这种正常的生态平衡就会被扰乱，某些种类的生物明显减少，而另外一些生物种类则显著增加。这种生物种类演替会导致水生生物的稳定性和多样性降低，破坏了湖泊生态平衡。,富营养化的防治是水污染治理中十分棘手而又代价昂贵的困难问题原因有三：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，又有内源性；既有点源，又有非点源，这给控制污染源带来了显而易见的困难。营养物质去除难度高。至今还没有任何单一的生物学、化学和物理措施能够彻底去除废水中的氮、磷营养物质。通常的二级生化处理方法，只能去除30%50%的氮和磷。某些处理措施在理论上或者在一定的条件下是可行的，但是，在实际上或者在大范围内，则往往达不到预期效果。,防治对策,1控制外源性营养物质输入,2减少内源性营养物质负荷,3去除污水中的营养物质,措施,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。如果减少或截断外部输入的营养物质，就使水体失去了营养物质富集的可能性。从长远观点来看，要想从根本上控制湖泊水体富营养化，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可以采取以下措施。（1）制订营养物质排放标准和水质标准。制订向水体排放营养物质的标准，是为了达到符合规定的水体营养物质浓度的水质标准。当确定某一湖泊水体的主要功能后，可根据水体功能要求再制订相应的水质氮、磷浓度的允许标准。,（2）根据湖泊水环境磷容量，实施总量控制。对湖泊的环境磷容量进行测算后，我们可以据此制订磷排放量的逐年削减和分配排放磷的总量控制办法。同时，严格的行政管理措施也是必不可少的。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磷含量低于2%，一般洗涤剂都含有512%的磷酸盐成分，这使进入水体的磷相当可观。因此，采用行政措施控制洗涤剂中的磷含量，推广使用行政措施控制洗涤剂中的磷含量，推广使用无磷洗衣粉等不失为一种控制磷的方法。对违反总量控制计划规定的单位，应该采取相应的约束措施，如加倍收费或者罚款等。,（3）实施截污工程或者引排污染源。截断向湖泊水体排放营养物质的排放源，是控制某些湖泊水体富营养化的关键性措施。实施截污工程，需要比较高的一次性投资。但经过这样的一次性高额投诉，可以从根本上消除水体富营养化的主要的人为外源性污染源，提供了改善水质的基本条件。因此，从长远观点来看，这样的投资是必须的。（4）合理使用土地，最大限制地减少土壤侵蚀、水土流失与肥料流失。只要合理规划利用土地，最大限度地防止土壤侵蚀和地表径流过份漫流，如在建筑物、农田安排自然排泄系统，就可以减少被暴雨或融雪冲走的氮和磷。同样，保护湖边绿化带、集中收集饲养场的家禽粪便等也是控制面源营养物质的方法。,减少内源性营养物质负荷,1生物性措施生物性措施是指利用水生生物吸收利用氮、磷元素进行代谢活动这一自然过程达到去除水体中氮、磷营养物质目的的方法。它的最大特点是投资省，有利于建立合理的水生生态循环。在浅水型的富营养湖泊，通常种植高等植物，如莲藕、蒲草等，随着这些水生植物收获，氮、磷营养物也就随着水生植物体一道离开了湖泊水体。这种方法适用底泥中营养物质积累丰富的浅水湖泊，是一项既有经济效益又有明显环境效益的可行措施。,2工程性措施工程性措施主要包括挖掘底泥沉积物、进行水体深层曝气、注水冲稀等。控制底泥对改善那些底泥营养物质含量高的水体是一种有效的手段，但需注意挖掘底泥的地点和深度。它减少了已经积累在表层底泥中的总氮和总磷量，减少以至消除了潜在性内部污染源。而且通过挖掘底泥可以加深湖泊水体的深度，实际增加了湖泊环境容量，最终仍能起到降底湖泊水体营养负荷的作用。深层曝气适用于湖水较深而出现厌氧层的水体。磷容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，有利于抑制底泥磷释放，对改善水质有利。注水冲稀的一种手段是在有条件的地方，用含磷和氮浓度低的水注入湖泊，起到稀释营养物质浓度的作用，这对控制水华现象，提高水体透明度等有一定作用，但营养物绝对量并未减少，不能从根本上解决问题；另一种手段是换水，这是针对临江湖泊的方案，起到江水取代湖水，以流动的贫营养水代替停滞的富营养水的目的。,3化学方法这类方法包括凝聚沉降和用化学药剂杀藻等。对那些溶解性营养物质如正磷酸盐等，采用往湖中投加化学物质使其生成沉淀而沉降。而使用杀藻剂可杀死藻类，这适合于水华盈湖的水体。藻类被杀死后，水藻腐烂分解仍旧会释放出磷，因此，死藻应及时捞出，或者再投加适当的化学药品，将藻类腐烂分解释放出的磷酸盐沉降。,去除营养物,城市生活污水及某些工业废水中含有较高浓度的氮、磷营养物质，一部分氮、磷能够通过二级生化处理过程被微生物去除，利用生物法进行脱氮除磷是一种比较适用的方法。但由于城市污水中的氮、磷浓度往往要比活性污泥生长所需要的浓度高出25倍，所以污水中仅有30%50%的氮和磷被活性污泥去除，余下50%70%的氮和磷将随二次废水排出。利用物理化学方法去除污水中的氮、磷营养物质可以采用以下方法：,（1）铁盐凝聚沉降法三价铁盐易与磷酸盐反应生成不溶性的磷酸铁。二价铁盐也能和污水中的磷反应生成不溶性沉淀物。（2）铝离子交换法铝离子与磷酸盐具有特别强的亲合力，可以选择性地从废水中去除磷。而后，用高浓度的氢氧化物，如氢氧化钠回收铝，再用石灰回收氢氧化钠，回收的铝和氢氧化钠可以循环利用。但从经济性角度考虑，铝离子交换法需谨慎选用。（3）石灰凝聚与氨气提法比较实用而且比较经济的方法。在pH值偏碱时，石灰与磷发生反应，生成磷酸盐和无机氢氧化物，磷酸盐和悬浮物质随反应生成物凝聚沉淀下来，达到去除磷的目的。,我国湖泊富营养化的现状和治理对策,五大淡水湖均己具备发生富营养化的条件,我国富营养化湖泊主要分布在长江中下游湖区、云贵湖区，部分东北山地及平原湖区与蒙新湖区,中型湖泊大部分已处于富营养化状态,城市湖泊富营养化严重,我国五大淡水湖水体中的营养盐据以大大超过氮磷富营养化发生浓度，尤其总氮浓度达1O倍以上，目前太湖和巢湖已进入富营养化状态，部分水体已经达到严重富营养化水平，其他三个湖泊只要某些条件已具备，水体的富养化现象就会显现出来，见表l。,中型湖泊的氮磷已接近或超过富营养化发生浓度，同时这些湖泊滞留时间较长，水体浅，所以大部分湖泊已进人富营养化状态，部分水体已达严重富营养化水平，如滇池、洱海等,深圳湾环节环沟藻赤潮,深圳湾地处内伶仃岛的东北,面临珠江口,水较浅,平均水深仅4m,而且水流缓慢,与湾外水域交换较少。深圳湾处于深圳特区和香港包围之中,接纳珠江、深圳河。元朗河(香港)及深圳、香港等地地表径流带来的大量营养物质及污染物,同时,深圳湾也是广东省重要的养蚝基地,湾内富营养化日趋严重,赤潮频繁发生,1998年4月23日深圳湾发生了较大规模的环沟藻赤潮,高峰期为4月23日至4月28日,面积逾200km2。为了探讨本次赤潮的发生规律及赤潮发生的原因,特此对赤潮发生期间浮游植物的变化趋势进行了研究。,1方法在深圳湾共设了蛇口鱼码头附近渔排、深圳河河口及深圳湾口3个采样点(图1),对采样点的氮、磷等营养盐及其他水化因子进行了分析,分析方法符合海洋调查规范,2结果2.1浮游植物的种类组成此次引发赤潮的浮游植物为环节环藻(Gyrodiniuminstriatum),环节环沟藻细胞椭圆形至卵形,腹部略扁平,细胞长4060m,宽2023m。纵沟弯曲,呈S形,横沟错位,间距为细胞长度的1/3。细胞上壳顶部无色素体,细胞核位于上壳,具色素体,色素黄褐色。在赤潮发生期间浮游植物种类比较单一。,2.2浮游植物的数量变化,2.3水文、气象与环境条件1998年3月深圳湾海域降水较少,平均海水盐度为33.04。进入4月份后,降水增加,4月上旬盐度已降至21左右,4月下旬平均盐度为17.9。(环节环沟藻属于半咸水性的河口赤潮生物,当盐度高于24时,环节环沟藻几乎不能生长。),深圳湾由于长期接纳深圳、香港两地的地表径流及珠江、深圳河的河水,与外洋的交换能力较差,同时湾内养殖区的自身污染,使深圳湾的富营养化十分严重,氮、磷等营养盐含量长期居高不下。赤潮期间(4月27日至29日)深圳湾营养盐含量与1990年相比,无机氮含量增长了510倍,无机磷含量增加了12倍。