水体富营养化及其防治简介

材料科学与化学学院指导老师：王沙水体富营养化及其防治简介XX中国地质大学(武汉)材料化学专业班号XX学号XXXX)摘要:在介绍了水体富营养化的原因、机理、分类及危害的基础上，对水体富营养化的防治措施进行了归纳总结。关键词:富营养化；原因；危害；防治措施随着工农业生产的发展和人们生活水平的提高，人类对水和绿色水产品的需求量与日俱增。就我国目前水资源的现状来看，淡水紧缺，水污染导致水体富营养化十分严重，直接危害水产品的质量及人类的健康。因此水体富营养化问题是当今世界的最主要面临的水污染问题之一。1概述由于人类的活动，使得水体中营养物质富集，引起藻类以及其它水生生物过量繁殖，水呈绿色或混浊呈褐色，水体透明度下降，溶解氧降低，造成水质恶化，严重时发生“水华”，使整个水体生态平衡发生改变而造成危害的一种污染现象。其缓慢、难以逆转的特点进一步加深了污染［1］。富营养化的指标，从测定的项目上分，大致可分为物理、化学和生物学三种指标，这些指标是衡量富营养化的一个尺度，但富营养化现象是复杂的，必须把这些因子的复杂性交织在一起才能表示富养化状态。目前判断水体富营养化一般米用的指标是：氮含量超过0.2~0.3mg/L,磷含量大于0.01〜0.02mg/L,BOD大于10mg/L,pH值7~9的淡水中细菌总数超过10万个/毫升,叶绿素a含量大于10Ag/L［2］0水体富营养化的形成原因国际经济合作与开发组织对水体富营养化开展了一系列的研究工作,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［3］。含有氮、磷等植物性营养物质的污染物主要经过下列途径排入水体。2.1生活污水生活污水中含有大量富含氮、磷的有机物。其中的磷主要来自洗涤剂。据2003年中国环境状况公报6统计,2003年全国工业和城镇生活废水排放总量为460.0亿吨,其中工业废水排放量212.4亿吨,比上年增加2.5%；城镇生活污水排放量247.6亿吨，比上年增加6.6%。废水中化学需氧量(COD)排放总量1333.6万吨,比上年减少2.4%。其中工业废水中COD排放量511.9万吨，比上年减少12.3%；城镇生活污水中COD排放量821.7万吨，比上年增加5.0%。可见,生活污水已逐渐取代工业废水而成为水体富营养化的最大污染源。2.2工业废水工业废水主要是指工业生产过程中产生的,其中钢数量,但加速了我国湖泊水库富营养化的进程。有资料报道，在网箱养鱼时,每生产1吨鱼，每年要产生15kg的磷和1.037kg的生化耗氧量(BOD)，因而引起水体富营养化⑷水体富营养化的形成机理关于富营养化的形成机理，目前主要有两种理论：3.1生命周期理论这是近年来普遍为人们所接受的一种理论。它认为，含氮磷的化合物过多排入水体，破坏了原有的生态平衡，引起藻类大量繁殖，水中溶解氧急剧下降，导致鱼类等浮游生物缺氧死亡，其尸体腐烂又造成水质污染和恶化。根据这一理论，氮、磷的过量排放是造成富营养化的根本原因，藻类是富营养化的主体，其生长速度直接影响水质的状态。在适宜的光照、温度、pH值及营养物质充分的条件下，天然水体中的藻类进行光合作用，合成本身的原生质，其总反应式为：106CO2+16NO3_+HP(|2_+122H2O+18H++能量+微量元素——>C106H263O110N16P1(澡类原生质+138O2式中微量元素是指镁、锌、钼、钒、硼等元素的化合物。由此可见，生产lKg藻类原生质，需要消耗碳358g，氢74g,氧496g，氮63g,磷9g［5］。这与舒新兴［6］结论类似，其描述的反应方程式为：106CO2+16NO3-+HPO42-+122H2O+18H++(痕量元素+能量)呼光吸合作作用用C106H263O110N16P1+138O2在藻类繁殖所需的各种成分中，碳、氮、磷是比较重要的营养元素。藻类可利用水中溶解的二氧化碳及有机物分解产生的二氧化碳作为自身生长所需的碳源，因而氮和磷就成为限制性因子，所以藻类的生长繁殖主要取决于水体中这两种成分的含量。但在一般情况下，水体中藻类可利用的氮远比可利用的磷多，并且根据利比希最小因子定律，植物的生长取决于外界供给的养分中最少的一种，磷是最小限制因子，也是导致富营养化的决定因子，其含量通常被作为富营养化的标志。如英国国家环境署规定，在静止的水体中，总磷浓度达到86^g/L即为发生富营养化的临界值。3.2食物链理论荷兰科学家马丁•肖顿于1997年6月在“磷酸盐应用技术研讨会”上提出食物链理论，认为自然水域中存在水生食物链，如果浮游生物的数量减少或捕食能力降低，将使水藻生长量超过消耗量，平衡被打破，造成水体富营养化。这说明氮磷等营养负荷的增加不是导致富营养化的唯一原因，影响浮游生物捕食能力的农药、杀虫剂等有机污染物也可能导致水体富营养化。此外，二氧化碳等温室气体排放导致全球气候变暖，气温升高，一方面加速了湖泊退化和土壤干旱的进程；另一方面显著提高了水生生物的初级生产率，被认为是浮游生物短时间内大量暴发而造成水体富营养化的机制之一。水体富营养化的危害4.1危害人类健康造成水体富营养化污染的某些物质本身就可严重危害人类健康，如植物营养素氨氮，在特定的条件下也可转化为亚硝酸盐。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。人类长期饮用含较多硝酸盐和亚硝酸盐的水，也会中毒致病。赤潮生物中的某些藻类，如微原甲藻、裸甲藻等，能产生一种对人体毒性很大的有毒物质麻痹性贝毒(PSP),而有些水产动物对其有较大抗性，当人误食后体内积累了PSP的水产品，导致生病甚至死亡。另外,还有一些赤潮生物会产生一种腹泻性贝毒(DSP),误食后引起腹泻、恶心、呕吐等［7］。4.2影响水体的生态环境藻类的过度繁殖，死亡后藻类有机体被异养微生物分解，消耗了水中的大量溶解氧，使水中溶解的氧含量急剧下降。同时，由于水面被藻类覆盖，影响大气的复氧作用，使水中缺氧，甚至造成厌氧状态。此外，水体中藻类大量繁殖，也会阻塞鱼鳃和贝类的进出水孔，使之不能进行呼吸而死亡。水体出现富营养化时主要表现为浮游生物的大量繁殖，因占优势的浮游生物的不同而水面往往呈现出蓝色、红色、棕色和乳白色等，在江河、湖泊和水库中称为"水华"，在海洋中称为"赤潮"。这些因素将导致鱼类等水生生物因缺氧而窒息死亡。20世纪以后，赤潮发生的次数逐年增加，我国渤海1998年、1999年连续两年发生严重赤潮，面积达6500平方千米，持续时间超过1个月，严重影响海产养殖，造成重大经济损失。2000年我国海域共记录到赤潮28起，比1999年增加了13起，累计面积超过10000平方千米。4.3影响水体的利用首先，由于富营养化水体中藻类密度低，不易沉降，需消耗较多的混凝土和液氯，从而提高成本。含藻水的pH值偏高，阻碍铝盐水解聚合物,不利于混凝剂脱稳。藻类干扰滤池的运行。藻类有的长度达100〜200Lm,易在滤网表面形成一层毯状物，使运行周期缩短，反冲洗频繁；易在钢筋混凝土和金属表面附着生长，产生腐蚀，给清洗工作带来难度。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以及水藻产生的某些有毒的物质，更增加了制水过程中的技术难度，既影响制水厂的出水率，同时也加大了制水成本费用。4.4加速水体沼泽化、陆地化进程由于富营养化的水体含有大量营养物质，使得藻类和水生生物大量生长和繁殖，加速了水体沼泽化和陆地化进程，破坏了特定地区的生态平衡［8］。水体富营养化的防治措施依据水富营养化形成机理，防治水体营养化的根本性措施是减少水体的氮、磷含量，控制要污染物——藻类、臭味、有机物生成，使富营养化水体得到净化。5.1.控制氮、磷等营养物的流入通过工艺改革、产品改进，减少废水中磷的含量。洗涤剂中把支链型烷基苯磺钠改为直链型，改用磷酸盐的代用品。农业生产上应合理控制施肥量。实施污水分流、截流和污水净化处理，减少污水排放量。在水体投饵养殖时，要做好养殖规划，兼顾经济效益和生态效益，且把生态效益放在首位。5.2.物理方法治理池塘、水库加强水的交换，当有合适水源时可引入，起稀释作用，带出氮、磷物质以及藻类深水湖泊或水库中，设法将深层水排出，降低富营养化程度；湖泊中采用机械方法进行曝气和促进水的流动，可起到防止底泥释放磷，改善溶氧状况，加强矿化作用，降低浮游植物光合作用等效果；用微滤机去除水中浮游动物和藻类，藻类密度一般较小，因而其絮体不易沉淀，采用气浮则可以取得较好的除藻效果。富营养化后蓝藻类“水华”氮含量很高，可收集用于农肥、饲料，减少水体氮、磷负荷。5.3化学方法防治常用的除藻剂有硫酸铜、二氧化氯等。二氧化氯除藻效果较好，但成本较高，控制藻类生长的硫酸铜浓度一般须大于1.0mg/L,因而须谨慎使用。化学药剂法应用较为灵活，但使水体增加了新的对鱼健康不利的化学物质。强化混凝剂（如硫酸铝）也可除藻。浓度为0.7g/m3的硫酸铜可直接杀死小三毛金藻。用于除臭的氧化剂主要有高锰酸钾、自由氯、二氧化氯和臭氧。臭氧是一种强氧化剂,可使水中氨、氰化物降解,也是有效的除臭剂,用于养殖水处理具有反应快、投量小半衰期短、无残余毒性和二次污染的特点。有机物与臭氧之间只能发生部分氧化,臭氧的氧化作用是破坏有机物的分子结构,将大分子有机物化成小分子,并改变有机物的性质。二氧化氯也为氧化剂,可以分解水中几乎所有还原性污染物质,如残留饵料、排泄物等。可改善养殖水体环境,增加水中溶解氧含量,从而防止养殖过程中流行病爆发和传染。5.4生物防治生物处理是利用微生物的作用改善水质。微生物是降解废物、废水的主力军,利用经过遗传改造的微生物将成为治理环境污染、保持生态平衡的最有效的方法。如硝化细菌可去碳去氮、杀灭病毒、降解农药、絮凝水体重金属及有机碎屑能将硝酸盐反硝化成no2和n2,它在消解碳系、氮系等有机污染时,也可消解有机污泥。嗜烃菌可短时间吞吃大部分油污,使其转化为二氧化碳和菌体蛋白。光合细菌能够利用水中残留的有机物（或h2s、nh3等）作为氢的供体进行光合作用，减少分解水中的有害物质,起到改善水质,相对提高溶氧量的作用。鱼池中只要有5g/m3的光合细菌,3小时内就能将池底不断产生的氮离子和有机物的初始分解物除去,使水质恢复正常。生态防治生态学方法即从生态系统结构和功能进行调整,从营养环节来控制富营养化,使营养物改变为人类需要的终产品（如鱼等水产品）而不是“水华”。1996年黄祥飞利用滤食性鱼类（花白鲢）直接吞食蓝藻,实验证明是可以作为一种生物操纵方法的生物防治途径。所以可以放养以藻类为食的鱼类,如白鲫摄食藻类和有机腐屑；鲴鱼能摄食固着藻类及丝状藻类；鲢鳙能直接利用铜绿微囊藻和螺旋鱼腥藻等浮游植物。近年来对浮游动物与藻类“水华”的关系报道很多,鱼类可以选择性吞食浮游甲壳动物,通过捕捞鱼产品而消除污染。水生高等植物和藻类在光能和营养物质上是竞争者,在湖泊和近海种植大型水生植物,如湖泊中种植莲藕、菖蒲,近海种植海带、紫菜从而抑制浮游植物的生长,对改进水质感官性状是有利的,加之水生高等植物易于收获和利用,因此不失为一项防止富营养化的生态措施。综合防治富营养化是多种原因、综合作用的结果,且污染源复杂,营养物质去除难度大,防治上只用一种方法很难奏效。实践中通常是多种方法同时使用,既控制外源性营养物质输人,又减少内源性营养物质负荷,水体一旦富营养化,及时去除污水中的营养物质。如池塘常见的由蓝藻形成的“铜绿水”，只用0.7g/m3浓度的CuSO4、FeSO4合剂（5:2）效果并不理想，但结合生态学管理即选择晴天中午排放池水到1/3左右，再施药，可降低药量又可提高疗效，然后注入其它池水引进新藻类种，防止蓝藻成为池水优势种，然后施无机肥进行肥水，效果较好［9］。结论与展望(1)目前国内外水生植物治理富营养化水体都取得了一定的进展。水生植物治理富营养化水体技术具有高效、环保等特点，具有广阔的研究和应用前景，将成为21世纪我国生态环境保护领域最有价值和最具生命力的生物处理技术[10。](2)水生植物治理富营养化水体研究方面仍然存在许多问题，今后的研究方向应包括：水生植物化感抑藻作用的影响因素及其作用机理的深入研究；继续寻找和选育适应能力强、净化高效的水生植物物种；长期观测研究多种水生植物组合净化系统的引种存活条件、引种技术及人工构建群落的稳定性等问题。参考文献吴生才，陈伟民•水体富营养化的渐进性和灾难性J].灾害学,2004(19):13-1.陈水勇，吴振明，俞伟波，等.水体富营养化的形成、危害和防治[J]•环境科学与技术,1999,85(2):11-15.袁志宇，赵斐然.水体富营养化及生物学控制[J].中国农村水利水电,2008,57(3):57-59.王桂芹•水体富营养化的原因、危害及防治对策J].吉林农业大学学报,2000(22):116-118.王淑华•水