磷元素与水体富营养化的关系

1、磷元素与水体富营养化的关系摘要水是人类赖以生存最重要的资源，但是在全世界，现在所有国家都面临一系列的水环境危机，我国也不例外。而水体富营养化更是其中受到关注最多的问题之一。在查阅相关综述和实验，发现磷元素是水体富营养化现象最重要的制约因子。为了具体的阐述这一论点，先介绍了磷元素的生物地球化学以及在水体中的循环特征，接下来对富营养化水体中除磷的技术进行了详细的说明，包括传统生化技术和新型生态修复技术。最后借用太湖为例子，以湖流域水环境监测中心发布的水质数据，对其进行初步的分析，结果表明太湖污染物主要为高锰酸盐和氮、磷，太湖富营养化是流域内各种直接和间接的污染源的综合效应。得到最终的结论，在治理包

2、括太湖在内的湖泊富营养化现象时应该注意使用多种技术综合应用，达到利益和效益的最大化。关键词：富营养化、水质、除磷、总磷Abstract目录摘要.4Abstract . 6一、 水体富营养化与水环境危机. 7（一）、水环境危机.7（二）、水体富营养化现象. 10（三）、水体富营养化的危害 .121、对人体健康的危害 .122、对渔业养殖的危害 .123、对水体生态环境的危害.124、对水体的利用. 12二、 磷循环与水体富营养化. 13（一）、磷的生物地球化学循环 .13（二）、磷元素与水体富营养化 .151、水体中的磷循环 .152、磷循环特征与水体富营养化的关系 .163、水体富营养化磷污染

3、对水质的危害和影响 .18(二)、富营养化水体中除磷的技术 .181、传统除磷技术 .182、强化除磷的生态修复技术 .21(三)、磷含量过高的水体富营养化现象的防治 .231、控制外源性磷的输入 .232、控制内源性磷的有效性 .24三、 太湖水体富营养化现状与磷元素的关系 .25（一）、背景材料 .25（二）、数据来源与分析 .27(三)、总结 .30第四部分 结论与建议 .30参考文献 .31致谢.33一、 水体富营养化与水环境危机水作为人类赖以生存的最重要资源之一，其作用不言而喻。但是步入工业社会，全世界都面临着一个共同的环境问题，水体富营养化 1 。大量科学研究已证实:氮和磷能促进水

4、生生物的生长,而且最终引起水体富营养化,磷被认为是产生水体富营养化的最主要因素 2 。因此，假如能够更加清楚了解到磷元素的循环过程，以及它是通过什么途径去导致水体富营养化，那么我们就可以控制它，从而最终解决水体富营养化这一棘手的环境问题。（一）、水环境危机在这个地球上，对于人类来说，最重要的自然资源之一，毫无疑问是水资源。它是人类及一切生物赖以生存的重要物质，也是工农业发展，环境治理中不可或缺的。2010年我国西南地区遭遇了百年不遇的旱灾。受灾的所有省份不仅工农业生产受到严重的影响，而且人民的基本生活也没有办法得到保障。这个事件引起了社会上的很多反思，长江和黄河的源头水量不断减少，中下游地区也

5、因此受到很大的影响。根据联合国儿童基金会(UNICEF) 在2004 年的一份报告显示，全球至少有11 亿人无法获得安的饮用水，26亿人缺乏基本的水卫生设施。非洲和南亚分别有3.03亿人和2.34亿人缺乏安全的饮用水 3 , 而这两个地区的人口增长率又是世界上最高的。可见缺乏安全饮用水问在非洲和亚洲大陆已到了非常令人担忧的地步。因此，让更多的人能够获得安全饮用水和水卫生设施可以说是人类在二十一世纪面临的一个关键性挑战 4 。根据目前的情况， 全球水环境危机主要集中在以下七个方面：1，缺水，可供生产和生活的水供应不断减少，如果不能采取有效措施来扭转这种趋势的话, 预计到2050年,全球将会有2/

6、3的人口将会处于缺水状态 5 ；2，缺乏干净卫生的饮用水；3，水质恶化，水污染和水体富营养化现象十分严重；4，支离破碎的水管理；5，不断减少的财政收入；6，政府和公众还缺水水资源保护意识；7，世界和平安全受到威胁 6 。而我国的水环境现状更是不容忽视，由于人口众多，水污染情况严重，因此必须尽快的重视这一环境问题。我国的淡水资源总量位居世界第六位，但是人均水量却位于一百名之后。不仅如此，水资源分布十分不均匀，南多北少，这一些现实情况都使得我国面临严峻的威胁。具体表现在以下四个方面：人均水量不足，水污染，水土流失，以及水浪费 7 。以湖泊水库系统为例子，根据中国环境保护部发布的2007年环境状况公

7、告显示，我国湖泊水库的水质不容乐观。28个国家重点湖泊（水库）中，满足类和类水质仅占7.1%，而劣类水质湖（库）则达到了11个，占到了39.3%。表1 全国28个重点湖（库）水质类别水系个数类类类类类劣类三湖3000012大型淡水湖10002413城市内湖5001004大型水库10023032总计280264511比例 %07.121.414.317.939.3我国的水污染情况十分严重，主要是由于很多废水没有经过处理而直接排放，这其中包括工农业生产中的废水，以及人民生活中所排放的生活污水。根据中国环境保护部发布的2008年环境统计年报数据（表1），可以得到从2001年到2008年之间的废水排放

8、情况。表2 全国废水排放量年度废水排放量（108t）合计工业生活2001433202.7230.32002439.5207.2232.32003460212.4247.62004482.4221.1261.32005524.5243.1281.42006536.8240.2296.62007556.8246.6310.22008571.7241.7330图1 全国废水排放量年际对比从图1可以看到，从2001年开始，全国废水排放量连续八年都呈上涨趋势，到2008年已经达到571.7108t。在大部分地区，废水排放之后没有经过有效的处理，水体中含有大量的有毒物质，直接流入江河湖泊等，造成严重的环境

9、污染。因此，关注中国水危机已经是一件刻不容缓的事情了。在众多的水环境污染问题中，水体富营养化现象也是一个不可忽视的方面。例如太湖，作为长江中下游最典型的富营养化湖泊，其水质为劣5类。自从1998年实施的环太湖三省一市零点达标排放措施以来，太湖富营养化状况并没有得到好转，反而愈发严重 8 。给周围城市的经济发展带来了巨大的负担，也在很多地方影响了人民的生活。（二）、水体富营养化现象水体富营养化是指在人类活动的参与下，生物所需的氮、磷等营养元素大量进入湖泊、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 9 。在自然条件下，湖泊也会从

10、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。根据美国环保局的评价标准,水体总磷2025g/L,叶绿素a210m ,深水溶解氧小于饱和溶氧量10 %的湖泊可判断为富营养化水体 10 。水体富营养化是由于营养物质的疯狂积累而导致的恶性环境问题。经过一系列的科学研究发现，最后确定氮、磷等营养物质的输入和富集是水体发生富营养化的最主要原因,大约80%的湖泊富营养化是受到磷元素的制约,大约10%的湖泊与氮元素有关,余下10%的湖泊与其他因素有关。而大量营养物质的排放是由于人类生产和生活过程中缺乏环境保护意识而造成

11、的，具体的途径通过整理分析大概有如下几条：1、生活污水排放人类生活过程中产生的污水，是水体的主要污染源之一。主要是粪便和洗涤污水。城市每人每日排出的生活污水量为150400L，其量与生活水平有密切关系。生活污水中含有大量有机物，如纤维素、淀粉、糖类和脂肪蛋白质等；也常含有病原菌、病毒和寄生虫卵；无机盐类的氯化物、硫酸盐、磷酸盐、碳酸氢盐和钠、钾、钙、镁等。总的特点是含氮、含硫和含磷高,在厌氧细菌作用下，易生恶臭物质。通过查询2008年中国环境状况公报统计,得到以下数据：2008年全国工业和城镇生活废水排放总量为5.7111010t,其中工业废水排放量2.4171010t,比上年减少2.0%;生

12、活污水排放量3.3001010t,比上年增加6.4%。废水中化学需氧量(COD)排放总量1.321107t,比上年减少4.4%。其中工业废水中COD排放量4.576106t,比上年减少10.5%；生活污水中COD排放量8.631106t,比上年增加0.9%。由以上数据可以得到一个观点，相比于工业污水，生活污水的排放引起的水体富营养化更为严重，而且增加的趋势明显。2、工业污水排放 工业污水主要是指在工业生产活动当中，由于不注意环境问题，没有经过处理，直接排放到自然流水体而产生的，其中的氮磷元素的含量相当高。这一个问题的主要根源在于有很多企业缺乏环保意识，导致污水排放增多，其中的营养物质不断积累，

13、继而引起了水体富营养化现象。3、化肥，农药的使用 毫无疑问，农药和化肥的使用让农业生产的收益大大增加。但随之而来的环境问题也是不容忽视的，农药和化肥大部分残留在农作物上，但也有部分随着雨水的冲刷等而渗入到自然流水体中，不断积累。4、渔业养殖 渔业养殖当中，鱼虾的主要食物都是一些高蛋白，高营养的物质，大量的投递食物，一方面使得鱼虾快速长大，获得了短期效益，但另一方面，导致水中营养物质含量剧增，藻类植物疯狂增长，压制了鱼虾的生长空间，爆发鱼病等，从长远角度来说，得不偿失 11 。（三）、水体富营养化的危害1、对人体健康的危害水体富营养化自然而然的导致了水体会有不同程度质变，有的是单纯的引起水色改变

14、，发臭等感官性变化，我们从肉眼或者嗅觉可以观察到；有的是有生理性的变异，产生有毒物质。另外, 水环境中某些藻类可释放出剧毒物质, 通过食物链损害人体健康甚至致人死亡。据新闻报道，1986年12月, 福建省东山县发生一起恶性事件，村民由于误食了被赤潮污染的蛤仔而导致群体性的食物中毒，有136人中毒，其中1人死亡。2、对渔业养殖的危害 富营养化水体一般的光透明度都比较低，缺少充足的光照，水中的光和植物没有办法进行光合作用，水中的氧浓度越来越低。水中营养物质的大量积累，使得浮游生物疯狂生长，过高的密度不仅消耗了水中的溶解氧，也占据了绝大部分的的生存空间，鱼虾就容易因为缺氧等出现高死亡率，低生长率的现

15、象，群体增长受到限制，甚至有可能引发鱼病，群体性中毒事件。3、对水体生态环境的危害在一个正常的水体生态系统中，各个物种，种群保持一定的相对平衡。但是当水体富营养化，这一个平衡的系统被打破，导致某个物种数量疯狂增加，某个物种数量剧减，从而使得水生生物的平衡性和稳定性减低，破坏了整个系统的健康运行。4、对水体的利用水体富营养化导致了藻类生物的大量生长，在净化水体，准备生产生活用水的过程中，就需要耗费更多的财力和物力对过滤步骤进行改善。富营养化水体往往含有硫化氢等有毒气体，以及生物生理过程产生的有毒物质，这就加大了净化过程的技术难度，降低了制水厂的生产效率，同时也增加了资金投入。二、 磷循环与水体富

16、营养化磷是对水体中生物最有生存价值的营养物质之一，由它构成的多种物质都是在生物各种生理生化过程中必不可少的。而且，由于含量较少，往往是水中生产者发展的制约因素。因此，面对现在全球越来越严重的水体富营养化现象，研究入手的第一步应该是磷元素。其中，磷元素的生物地球化学循环对于整个水体生态系统具有至关重要的作用。磷是水体中浮游植物生长生殖的限制因子，当磷元素的含量不足，浮游植物所需的营养物质不足，会导致生长减慢，甚至大量减少，反之，过高的磷含量会使得水体出现富营养化现象，譬如太湖蓝藻爆发等。所以研究磷元素的生物地球化学循环是评价一个水体的环境质量，保持可持续发展的基础，也是我们解决水体富营养化现象所

17、必须面临的的第一大问题。（一）、磷的生物地球化学循环磷元素的分布范围十分之广，不仅在生命系统中有重要的地位，例如高能磷酸键就是生物体生命活动过程中所需的能量来源，而且在非生命系统中也有很高的含量，主要分布在岩石和沉积下来的天然磷酸盐之中。表3 自然界磷的分布（以磷计，106t） 12 陆地火成岩 2.61010鸟粪岩 35土壤有机物（无生命） 5.6104海洋 9.8104海洋沉积物 2.2109海洋有机物(无生命) 9103陆地植物 4.2103陆地动物 18海洋植物 14海洋动物 14磷循环从概念上来说，就是其在生命系统与非生命系统之间的转换，迁移的运动过程。由于磷元素在大气中并没有非常常

18、见的一个气体形态，因此磷循环与氮，碳，硫等元素的循环过程就有比较大的区别。它是一个沉积型的循环。磷元素只是在小部分的范围内进行生物地球化学循环，而在海洋中的绝大部分是单向流失。表4 磷的流动和交换（以磷计，106t） 12 径流输入海洋 0.7矿物燃料燃烧 0.5柴草燃烧 2.5陆地降水 3海洋降水 4风化 3被水鸟类转移到陆地 0.01由于渔捞转移到陆地 0.17磷主要贮存在岩石和天然磷酸盐当中，然后由于一系列的风化、侵蚀和人工开采，磷元素释放出来。在经过雨水或流水的冲刷进入了土壤层和水体中，被植物吸收和利用。植物体进行了多个生理生化反应之后合成有机磷酸，磷元素通过食物链进行传递。在各个营养

19、级的传递过程中，以含有磷元素的生物残体，尸体，枯枝落叶，粪便等有机化合物的形式回到自然界中（主要是土壤层和水体），由微生物进行分解转化为可溶性磷酸盐，被植物体吸收利用进行下一轮的循环。还有另一部分与钙等元素结合处不溶性磷酸盐沉积在土壤中，或者经水体冲刷等进入湖泊，大海等。在海洋当中，浮游植物可以快速吸收无机磷，然后进行生物合成作用，转化成自身的组成成分。浮游动物或碎食性动物会食用浮游植物，其所排出的磷，一半以上是浮游植物可以直接吸收利用的无机磷形式。水体中的磷酸盐（以海洋为例），大部分是留在海底沉积物或者珊瑚岩中，只有少部分被海洋生物吸收利用之后，以海鸟粪，渔获物的形式回到陆地。深层海底中的沉

20、积磷，一般情况下是没法被利用的，属于脱离磷循环的，只有当海底变成陆地才能被重新开采和利用了。而这个部分的磷元素含量是占很大比重的。图2 磷元素的生物地球化学循环 13 磷的生物地球化学循环可以分为陆地和海洋生态系统这两个部分：陆地生态系统的磷循环：假设没有收到人为的干扰活动，土壤层和有机体之间几乎是一个纯封闭系统，磷的损失很少。海洋生态系统的磷循环：由于进入到海洋中的磷有较大一部分是沉积到深海的珊瑚岩或底泥中，跳出了磷循环，不再参加这一生态反应。因此这个循环中有较大的磷元素损失（二）、磷元素与水体富营养化1、水体中的磷循环在生物圈内，水体中的磷元素主要有溶解性无机磷，溶解性有机磷和悬浮性颗粒磷

21、三种存在形式，而且，相互之间可以互相转化。溶解性无机磷主要形式为磷酸盐，同时还包括多磷酸盐和胶体无机磷；大部分胶态有机磷都是属于溶解性有机磷；悬浮性颗粒磷主要有两种存在体，悬浮性粒状有机磷和泥沙粘土颗粒胶体吸附的磷。上述三种存在形式主要通过机磷矿化、无机磷同化和不溶性无机磷有效化三个途径进行循环：(1)、有机磷的矿化作用主要是指有机磷通过生物降解这一个过程，生成无机磷和磷化物。研究发现，参与该矿化过程的主要是大部分的细菌和真菌。(2)、磷的同化作用水体中的浮游植物可以直接吸收和利用无机磷，然后通过一系列的生理生化反应进行生物合成，除了一少部分用于自身消耗，绝大部分储藏于细胞液当中。这个比例，大

22、概能够达到90%以上。(3)、不溶性磷转化为可溶性磷水中的浮游植物没有办法利用沉积物中的不溶性磷，只有当水体的PH值呈酸性时，不溶性磷才会转化成可溶性的磷，从而被水中的生产者利用。(4)、细菌从水中吸收有机磷 水体中大型的光和植物主要是吸收无机磷通过同化作用转成有机磷，而细菌是有机磷的主要吸收者。 水体中的磷素主要来源途径可以分为内源性和外源性两条。外源性来源主要是指地表或地下径流，雨水，人类活动影响等方式使得水体中的磷素增加；内源性来源，发生在水体内部的各种物化反应，以及外源性来源的磷素积累所造成的。具体来说，分为以下几条途径：a.地表径流或者地下径流，包括河流等渠道；b.雨水，雨水中的磷素

23、含量一般是处于正常水平，所以它与水体富营养化没有很大的关系；c.人类活动影响，这个部分的范围比较广，大致可以再细分为生活污水和工农业生产污水的排放，因为在农业生产中磷肥的大量使用，其中的大部分磷素都进入水体中，导致水体中的磷含量的增加，此外，人类生活中含磷洗涤剂的大量使用，排放的污水中磷素也有很大的增多，它们都很大程度上造成的磷污染，即水体富营养化现象。2、磷循环特征与水体富营养化的关系通过前面几个部分的叙述，我们可以知道氮磷等营养物质是造成水体富营养化的主要原因。接下来查阅邢台市朱庄水库的实验检测得到2006年到2008年各个季度总氮和总磷的平均浓度 14 ，可以通过总氮和总磷相对比值的分析

24、，来确定是哪一种营养元素造成该水库的富营养化现象：表5 朱庄水库总氮和总磷以及PH值监测数据监测时段总氮（mg/L-1)总磷（mg/L-1)总氮/总磷PH值2006 年二季度4.2100.012351:18.12006 年三季度4.2830.014306:18.02006 年四季度4.7630.013366:18.22007 年一季度5.0800.010508:18.12007 年二季度5.8600.007837:18.12007 年三季度5.5870.009621:18.02007 年四季度5.2270.009581:18.22008 年一季度4.3800.010438:18.22008 年

25、二季度4.1400.011376:18.12008 年三季度4.0600.009451:18.12008 年四季度3.7100.009412:18.2从上表中可以看出，该水库中总氮与总磷的浓度比值较大，在所得数据，最小值为2006年第三季度，二者的比值306:1，最大值为2007年第二季度，837:1。日本湖泊科学家研究指出,当湖水的总氮和总磷浓度的比值在10:115:1的范围时,藻类生长与氮、磷浓度存在直线相关关系。随着研究的深入,确定出湖水的总氮和总磷浓度的比值在12:113:1时最适宜于藻类增殖 15 。若总氮和总磷浓度之比大于或小于此值时,则藻类增殖可能受到影响。而该水库的总氮的浓度远

26、远高于总磷浓度。造成这一个现象的主要原因有两个，第一是每年排放到该水库中的氮高于磷，长久下来，水库中的氮含量就会比磷高得多；第二，该水库磷循环的特点，由于水体PH值呈弱碱性，这样的水环境会限制磷循环过程中不溶性磷的转化，使得大量的不溶性磷积累，除了小部分被生产者吸收利用外，绝大部分沉积在水库底部，导致水体中的磷含量较低。在氮元素充足的情况下，磷元素就成了限制形成富营养化物质这个过程。因此，朱庄水库是一个磷限制水库，要控制它富营养化现象，就必须控制磷元素的输入。3、水体富营养化磷污染对水质的危害和影响水体发臭：富营养化的水体中往往生长着很多藻类，有些藻类会散发出特殊的臭味，使得水体十分难闻，从而

27、影响周围人群的生活。(1)、降低水中的溶解氧(2)、降低水的透明度(3)、向水中释放有毒物质(4)、影响水体生态环境(二)、富营养化水体中除磷的技术1、传统除磷技术（1）、化学法除磷化学法除磷实质是一个化学沉析过程。其基本原理就是投递化学沉淀剂与废水中的磷酸盐形成不溶性物质，然后通过固液分离的方法把沉淀物分离出来，从而达到净化水质的目的。这个过程的反应化学方程式如下：FeCl3+K3PO4FePO4+3KCl在添加了化学沉淀剂之后，水体中发生了两个反应：沉析和絮凝。污水沉析反应可以简单的理解为：水中溶解状的物质，大部分是离子状物质转换为非溶解、颗粒状形式的过程，絮凝则是细小的非溶解状的固体物互

28、相粘结成较大形状的过程，所以絮凝不是相转移过程。污水净化的过程中，絮凝和沉析的重要性都是相当的。但它们的作用有所区别，絮凝主要是用于增强沉淀池的沉淀效果，而沉析则是用于污水中的除磷。能够与磷酸根离子形成不容物的阳离子有很多，其中比较常用的是Al3+，Fe3+，至于具体的选择应该是因地制宜。化学法除磷的主要影响因子是PH值，当水体呈酸性并呈增加时，除磷效果就会降低。总体来说，化学法除磷的主要优点是操作简便，效果很好，据统计效率大概能达到80%-90%，十分稳定，不会因为重新放磷而出现二次污染的情况。即使进水的浓度发生了较大的变化，它仍然有着较好的处理结果。但相应的也有一些缺点，比如需要耗费较多的

29、化学试剂，较大的财力和物力，而且长期作用会产生化学污泥，从而引起另外的环境问题。（2）、生物法除磷生物法除磷具有一些先天性的优势，比如整个方案比较经济，而且可以有效的去除水体中的磷，并且不会影响总氮的去除，同时还可以避免产生化学污泥，所以相比较化学沉淀法来说，有更大的研究吸引力，在现阶段，是一个热门研究领域，特别是其中的反硝化除磷工艺。在1970年左右美国的研究人员发现，在好氧状态下，微生物能够吸收磷，而假如有有机物存在，又是厌氧环境时，则会放出磷。现代的生物除磷工艺基本都是在该原理的基础逐步形成和完善起来的。具体的原理是：聚磷菌有厌氧放磷的功能，就是当其处在厌氧环境时，细胞中的聚磷酸盐就会被

30、分解，在这一个过程当中，无机磷被释放到环境中去，同时伴有大量的能力的释放。这部分能量有两个用途，一部分是供给聚磷菌生存利用来度过恶劣的环境，另一部分是供给它进行主动吸收，对象包括环境中的负电子，氢离子，乙酸，它们就会以这PHB的形式储存在菌体中等待好氧环境的来临。这个时候，由于环境是呈有利状态，聚磷菌生长生殖受到鼓舞，而菌体内部的PHB好养分解又为之提供了足够的能量，这 其中的一部分能量是被聚磷菌用于主动吸收外部的磷酸盐，并且在体内进行一定的合成反应，最终以聚磷酸盐的形式贮存着，这个现象称之为好氧吸磷。如果我们人为的及时排除污泥，就可以有效的降低水体中的磷含量。有科学家的研究家结果表明，在厌氧

31、区投加丙酸、乙酸、葡萄糖能诱发微生物放磷,从而导致好氧阶段磷更强烈的吸收, 除磷效果进一步提高 16 。由于生物法除磷是利用微生物的生化过程来进行的，因此它对于水体的水质，量，浓度有着较高的要求，比较适合于浓度比较低的城市生活污水。而且由于它产生的底泥比较少，这就更加有利于用地紧张的地方进行污水处理。但是由于整个操作过程需要十分的严格，管理程序比较复杂，因此需要专门的人员负责整个系统。（3）、吸附法从20世纪80年代起，已经有研究者利用多孔隙物质作为离子交换剂和吸附剂来进行水体的净化，曾经有人磷含量在50-120mg/L的废水作为实验对象，利用富含活性氧化铝和氧化硅的煤灰粉作为吸附剂，对除磷规

32、律进行了研究，发现效果十分不错。值得一提的是，煤灰粉在这里面的作用并不是单纯媳妇，其中的氧化钙，氧化铁等成分通过与磷酸根发生反应生成不溶性或直溶性沉淀。根据此原理，现代工业专门用此项技术来进行废水处理，而且，有广阔的应用和发展前景。吸附法很适用于废水中去除有害物质，主要是因为它是把低浓度溶液中的特定溶质通过特定反应给去除的一种高效低耗的办法。此过程所用到的吸附剂包括天然和人造吸附剂两种。天然吸附剂往往是发生物理吸附反应，这是由它的特性所致，因为其表面经常老化，没有办法显示强吸附性，所以只能依靠其巨大的比表面积。而人工吸附剂则是主要是发生化学吸附反应，因为我们人为的制造了其固体表面的特性吸附和离

33、子交换层。现在的工业应用中，常用的天然吸附剂有煤灰粉，钢渣，海绵铁，沸石等，常用的人工吸附剂则包括了A1、Mg、Fe、Ca、Ti、Zr和La等多种金属的氧化物及其盐类。（4）、结晶法结晶法除磷就是利用形成难溶的磷酸铵镁(MAP) 晶体或同时伴随羟基磷酸钙(HAP) 结晶达到除磷与回收磷的目的,回收的磷盐纯度高,可以作为磷资源加以利用 17 。城市污水简单处理之后，往往还含有较高浓度的钙离子，镁离子等，在这个时候，我们可以人为的改变条件，具体包括提高水体PH值，或加入化学试剂增加相应金属离子的浓度，这样就可以创造出一个比较理想化的环境，形成不溶性的晶体物质，主要是磷酸铵镁晶体与羟基磷酸钙(Ca5

34、(PO4)3OH)。具体的反应式子如下：PO3-4 + Mg2+ + NH+4 + 6H2O MgNH4PO4.6H2O (1)5Ca2+ + 3PO3-4 + OH- Ca5(PO4)3OH (2)该方法需要比较高的条件，具体包括合适的PH值，各组分离子的浓度及其比值，要想达到较好的除磷效果，就必须造成其他离子过剩的环境。为了达到结晶所需的PH值，并且有效的控制费用开支，可以通过曝气来提高水体的PH值。结晶法除磷有一些独到的优点，比如在具有不错的处理效果的同时，还可以回收较高纯度的磷。 在现在的工业应用发展方向，物化和生物法除磷都有各自的优点和弊端，为了达到利益和效益的最大化，往往采用两者相

35、结合的办法。其最显著的特点是流程中投加化学混凝剂，其余则与普通活性污泥法类似。生物除磷的工艺稳定性可通过附加化学沉淀来改善 18 .2、强化除磷的生态修复技术 上面所叙述的传统除磷技术，大都会有一定的副作用，因为它是属于强制性的外来干扰进行物化反应。而生态修复则是一定程度上克服了这个弊端，它的基本原理就是先通过培育特定的植物种，或者微生物，然后利用它们的生命活动来对水体中的污染物进行转移，转化及讲解作用，从而净化水体。具体来说，包括以下几种措施：生态浮岛，生物膜净化，人工湿地，稳定塘净化，以及组合生物净化与修复等。我们进行一定程度人为加工，使得遭到破坏的生态系统逐步恢复，并为我们所用，来影响彼

36、此相邻的系统，使之朝着有序的方向进化，生态自我调节能力和自我恢复能力达到一个正常的水平。我们知道，在除磷方面，植物和藻类有较强的优势，能够通过人工收获来除磷。不过对于不同的植物，对磷的吸收能力也不尽相同。（1）、生态浮岛生态浮岛技术即无土栽培技术，它用特别的高等水生植物或者陆生植物，以高分子材料作为载体和基质，种植到受污染的水域中。这个过程中，它应用到了物种之间的共生关系，利用水体空间生态位和营养生态位的原则，从而建立一个高效的人工生态系统，来治理相应的水体富营养化现象。具体来说，这个过程包括以下几个途径：a.植物的根系可以吸收水体中的氮磷等营养元素，利用自身的同化作用，一部分转为自身结构组成

37、物质，另一部分可以储存在细胞液中；此外，植物的根系一般会释放大量的分泌物，这些分泌物可以催化有机磷的溶解。b.根区的环境适合好氧，厌氧，兼性厌氧的生物同时生存，这主要得益于有氧气传送到根部；而微生物也有着一个良好的生存地，即浸没在水中的茎叶。这样，微生物植物就共同维护了一个很好的协同效应，提高了降解水中污染物的效率。c.部分浮岛植物在生长过程中会分泌一些特殊的物质，以及浮岛本身就可以有效阻止阳光的直接照射，因此在一定程度上降低了光合作用效率，也就可以防止植物的过度繁殖，从而抑制水体富营养化现象的发展。d.生态浮岛为周围的鸟类等生物提供了一个良好的生存环境，有利于该地区生态系统的自我恢复能力的提

38、高，。从而完成自我净化的过程。这属于间接促进治理水体富营养化。通过研究发现，植物对磷的吸收能力不如氮，主要是因为根部较多微生物都是参与氮循环，我们可以通过添加某些特殊的试剂来增强根部对磷的吸收，但是目前还处于一个研究阶段。生态浮岛的特点是施工简单，整个过程不需要太复杂的控制，而且对周围环境的不利影响很小，特别适用于城市河道的改良，以及富营养化湖泊的治理。而且，浮岛上所种植的作物，也可以有一定的经济利用价值。但是浮岛技术的主要难点就在填料，填料必须是密度小于水，而且长期与水作用仍然可以保持活性，同时成本要求比较低。这些苛刻的条件都限制着这项技术的广泛应用。（2）、人工湿地人工湿地法除磷技术由于具

39、有运行成本低，效率高的特点，被广泛应用，而且还具有一个广阔的发展前景。人工湿地对磷的去除主要体现在植物吸收，基质吸附，微生物固定这三个方面。也就说人工湿地是一个由微生物基质植物组成的复合生态系统，它对控制水体中氮磷的污染有十分明显的效果，可以有效的防止城市生活污水等不经处理直接排放而导致的湖泊富营养化现象。该技术具体的原理如下：富营养化水体中的氮磷等营养元素可以被人工湿地所种植的植物所吸收，然后我们可以通过植物的收割来完成磷素的去除。微生物有几个特殊的生理过程帮助完成水体中氮素的去除，包括氨化作用，复合的硝化/反硝化作用。而对于磷素来讲，最主要的吸收部分是在基质完成的，这个过程包括物理吸附和化

40、学沉淀过程。物理吸附就是固体磷被土壤层所阻挡而沉积，化学沉淀则是指发生在土壤层中与磷酸盐有关的多个化学反应。（3）、生物膜法现在工业应用中比较常见的生物膜法有曝气生物滤池( BAF) 、流化床生物膜反应器( FBBR) 、移动床生物膜反应器(MBBR) 等。这几种工艺的基本原理都是先构建一个表面积比较大的生物膜，可以供某些优势菌属生长，比如不动杆菌属、气单胞菌属，假单胞菌属等。该膜的作用是为微生物提供附着基质，而这些微生物具有多种生物功能，比如降解有机物，还原硝酸盐进行反硝化脱氨以及累积磷酸盐的能力，还有社区废水中的有机物合成PHB贮存在细胞内部。传统工艺在除磷上有一些弊端，没有办法实现EBP

41、R，同时实现高效硝化反硝化。而加入将活性污泥与生物膜进行一定程度的符合，重新发展出一门工艺，则可解决此矛盾。因此该复合工艺对于污水处理方面，有着难以比拟的优势，但是由于科学研究还没有达到相应的水平，要想应用到实际的生产中还需要进一步的努力和探索。 (三)、磷含量过高的水体富营养化现象的防治经过上述的分析，我们知道磷素是水体富营养化的限制因子。而要想控制这一现象，就必须控制磷素的量。就我国现阶段的一系列防治措施，我们可以总结为两大类，第一就是控制外源性磷的输入，第二就是控制内源性磷的有效性。1、控制外源性磷的输入（1）、限制工业用磷治理污染首先要治理源头，限制工业用磷，这就从源头上减少了磷素的输

42、出，从而控制水体富营养化现象的发生。能够不用磷素的生产环节就必须取消，而没办法取消的环节必须尽量研发出可代替物质。（2）、减少农业污染这项措施也是为了从源头上减少磷素的输出。具体的行动包括大力开展生态农业，节水农业等创新型生产方式，研制推广新型农药，化肥等来代替原有的。尽管由于地域的区别和科技发展的不均匀，各个地方的实施效果不一致，但是只要坚持一个理念控制磷素的排放，就可以有一样的结果。（3）、减少生活污水该措施的最典型体现就是推广不含磷洗涤剂的使用。因为生活污水的磷素很大一部分都是来自于洗涤剂，而且步入现代社会，由于生活方式的不断改变，生活污水的排放越来越多，所造成的环境问题也愈发严重。因此

43、推广环保理念，普及大众，是很关键的一个步骤，对于治理水体富营养化现象。（4）、相关法律法规的制定和颁布例如，污水排放标准，废水处理标准和水质标准等。因为政策的颁布，可以在最大范围内影响到整个工业生产和农业生产链，继而达到控制磷素排放的目的。查阅资料可以发现，我国污水综合排放标准(GB89781996)和城镇污水处理厂污染物排放标准(GB189182002)等标准，对污水厂出水的含磷量均提出了要求。2、控制内源性磷的有效性内源性磷主要是指湖泊水体中和底泥中所贮存的含磷物质。具体的措施主要是指生物防治和工程防治两个方面。生物防治主要是生态修复，包括微生物修复和水生生物修复。比如种植氮磷吸收量较大的

44、藻类植物，大力推广人工湿地，生态浮岛等技术。而工程型防治有深水曝气，深挖底泥，疏通河道等措施。 三、 太湖水体富营养化现状与磷元素的关系（一）、背景材料太湖，位于江苏、浙江两省交界处，长江三角洲的南部。她是中国东部近海区域最大的湖泊，也是中国的第二大淡水湖（洞庭湖多年来随着湖面缩减已退为第三大湖），是中国著名的风景名胜区。太湖流域河网密布，湖泊众多，水域面积6134km2，水面率达17%，河道和湖泊各占一半。面积在0.5km2以上的湖泊189个。河道总长度1.2105km，平原地区河道密度达3.2km/km2，纵横交错，湖泊星罗棋布，为典型“江南水网”。太湖流域有湖泊面积3160km2（按面积

45、大于0.5km2的水面计），占流域平原面积的10.7，湖泊总调蓄容量57.68亿m3，是长江中下游7个湖泊集中区之一。太湖流域的湖泊全部都是浅水湖泊，平均水深均小于2m，最大水深一般也在3m以下，个别湖泊最大水深大于4m。 图3 太湖流域 19 但是在2007年4、5月份太湖蓝藻的爆发，再次的引发了人们对于水体富营养化现象的重视，这也是给太湖流域污染问题再一次敲响了警钟。根据1997年到2006年太湖水质监测数据显示，太湖富营养化情况不容乐观，中度富营养化湖泊面积已经占到总面积的93.3%。具体的年际变化见图4。图4 太湖富营养化比例年际变化（二）、数据来源与分析以太湖流域水环境监测中心200

46、7年和2008年对太湖流域和东南诸河省界水体进行的最新的水资源质量监测资料作为基础数据，根据以上几个部分的概念性叙述，从理论上阐述磷元素与太湖水体富营养化的关系，并给出相应的建议。 表6 太湖流域水质监测数据月份高锰酸盐指数平均浓度(mg/L)总磷平均浓度(mg/L)总氮平均浓度(mg/L)2007.015.750.0882.822007.025.590.0853.172007.034.910.0753.752007.044.800.0683.502007.055.250.0712.932007.064.550.0552.462007.076.190.0692.162007.085.200.0

47、871.352007.094.700.0811.252007.14.780.0831.592007.114.370.0681.482007.125.070.0581.76图5 太湖总磷平均浓度的变化曲线图6 太湖总氮平均浓度的变化曲线 从图4,5可以看出，太湖流域总氮与总磷的平均浓度在2007年全年均超过相应的类标准，已经是处于比较严重的程度，而太湖蓝藻爆发的原因就是跟氮磷营养物质过多。因此，在治理太湖问题中，氮和磷应该是最主要的关注点之一。 表7 太湖流域废水排放情况统计年份城镇居民生活废水排放量(108t）第二产业（未记火电直流冷却水）污废水排放量（108t）第三产业废水排放量（108t）

48、流域废水排放总量（108t）200313.733.16.653.4200415338.456.4200515369.460.4200616.136.39.762.1 从表5中可以看出，工农业废水排放量明显多于生活废水排放量，而且两者都呈上升趋势，排放的量越来越多。因此，对于太湖流域治理应该双管齐下，从工农业生产管理上抓起，严格监督污水排放是否达标，并且提倡环保民生，减少有机磷洗涤剂的使用等，从源头上较少污废水的排放。(三)、总结1、太湖污染物主要为高锰酸盐和氮、磷。工业污染和农业面源污染对水质恶化的贡献最大，应该加大力度治理。太湖污染物通量的与水通量息息相关。污染物的浓度，径流量的大小以及水文

49、特性将影响到污染物的通量、分布和运动。引江济太的做法对太湖总体水环境有一定影响。太湖水环境恶化是环湖河道入湖污染负荷增加的直接后果。因此对入湖河道污染物进行严格控制能从根本上减缓太湖水环境的恶化趋势。2、太湖污染是流域各种直接和间接的污染源，包括工业污染源、城市污染源、城市生活污染源、农业生活污染源、农业面源等 。因此太湖污染的治理首先应从切断这些污染源开始。太湖自身的结构为污染物的沉积和运动提供了平台，治理太湖污染西部应该成为重点。人类活动对太湖污染的形成局面具有决定意义。污染物的分布与运动与人类活动紧密联系，水利工程的调度在很大意义上影响了太湖水通量变化而影响到污染物通量与运动。其他的人类生产生活活动对污染物的产生和分布具有着重大的影响。环太湖湖滨带湿地的破坏严重是太湖水质恶化的重要因素之一，也是人为干扰的集中体现，由于涉及到对农村面源污染的阻遏作用，所以要加强对湖滨带湿地的修复与重建第四部分 结论与建议一、水体富营养化现象已经是一个全球化的环境问题，它引起很多级联反应。水体的富营养化是一个刻不容缓的污染问题，该现象的不断严重会影响到大