水體富營養(yǎng)化及其防治簡介

材料科學(xué)與化學(xué)學(xué)院指導(dǎo)老師：王沙水體富營養(yǎng)化及其防治簡介XX中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)材料化學(xué)專業(yè)班號XX學(xué)號XXXX)摘要:在介紹了水體富營養(yǎng)化的原因、機理、分類及危害的基礎(chǔ)上，對水體富營養(yǎng)化的防治措施進行了歸納總結(jié)。關(guān)鍵詞:富營養(yǎng)化；原因；危害；防治措施隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和人們生活水平的提高，人類對水和綠色水產(chǎn)品的需求量與日俱增。就我國目前水資源的現(xiàn)狀來看，淡水緊缺，水污染導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化十分嚴(yán)重，直接危害水產(chǎn)品的質(zhì)量及人類的健康。因此水體富營養(yǎng)化問題是當(dāng)今世界的最主要面臨的水污染問題之一。1概述由于人類的活動，使得水體中營養(yǎng)物質(zhì)富集，引起藻類以及其它水生生物過量繁殖，水呈綠色或混濁呈褐色，水體透明度下降，溶解氧降低，造成水質(zhì)惡化，嚴(yán)重時發(fā)生“水華”，使整個水體生態(tài)平衡發(fā)生改變而造成危害的一種污染現(xiàn)象。其緩慢、難以逆轉(zhuǎn)的特點進一步加深了污染［1］。富營養(yǎng)化的指標(biāo)，從測定的項目上分，大致可分為物理、化學(xué)和生物學(xué)三種指標(biāo)，這些指標(biāo)是衡量富營養(yǎng)化的一個尺度，但富營養(yǎng)化現(xiàn)象是復(fù)雜的，必須把這些因子的復(fù)雜性交織在一起才能表示富養(yǎng)化狀態(tài)。目前判斷水體富營養(yǎng)化一般米用的指標(biāo)是：氮含量超過0.2~0.3mg/L,磷含量大于0.01?0.02mg/L,BOD大于10mg/L,pH值7~9的淡水中細(xì)菌總數(shù)超過10萬個/毫升,葉綠素a含量大于10Ag/L［2］0水體富營養(yǎng)化的形成原因國際經(jīng)濟合作與開發(fā)組織對水體富營養(yǎng)化開展了一系列的研究工作,最后確定氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的輸入和富集是水體發(fā)生富營養(yǎng)化的最主要原因,大約80%的湖泊富營養(yǎng)化是受磷元素的制約,大約10%的湖泊與氮元素有關(guān),余下10%的湖泊與其他因素有關(guān)［3］。含有氮、磷等植物性營養(yǎng)物質(zhì)的污染物主要經(jīng)過下列途徑排入水體。2.1生活污水生活污水中含有大量富含氮、磷的有機物。其中的磷主要來自洗滌劑。據(jù)2003年中國環(huán)境狀況公報6統(tǒng)計,2003年全國工業(yè)和城鎮(zhèn)生活廢水排放總量為460.0億噸,其中工業(yè)廢水排放量212.4億噸,比上年增加2.5%；城鎮(zhèn)生活污水排放量247.6億噸，比上年增加6.6%。廢水中化學(xué)需氧量(COD)排放總量1333.6萬噸,比上年減少2.4%。其中工業(yè)廢水中COD排放量511.9萬噸，比上年減少12.3%；城鎮(zhèn)生活污水中COD排放量821.7萬噸，比上年增加5.0%?？梢?生活污水已逐漸取代工業(yè)廢水而成為水體富營養(yǎng)化的最大污染源。2.2工業(yè)廢水工業(yè)廢水主要是指工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的,其中鋼數(shù)量,但加速了我國湖泊水庫富營養(yǎng)化的進程。有資料報道，在網(wǎng)箱養(yǎng)魚時,每生產(chǎn)1噸魚，每年要產(chǎn)生15kg的磷和1.037kg的生化耗氧量(BOD)，因而引起水體富營養(yǎng)化⑷水體富營養(yǎng)化的形成機理關(guān)于富營養(yǎng)化的形成機理，目前主要有兩種理論：3.1生命周期理論這是近年來普遍為人們所接受的一種理論。它認(rèn)為，含氮磷的化合物過多排入水體，破壞了原有的生態(tài)平衡，引起藻類大量繁殖，水中溶解氧急劇下降，導(dǎo)致魚類等浮游生物缺氧死亡，其尸體腐爛又造成水質(zhì)污染和惡化。根據(jù)這一理論，氮、磷的過量排放是造成富營養(yǎng)化的根本原因，藻類是富營養(yǎng)化的主體，其生長速度直接影響水質(zhì)的狀態(tài)。在適宜的光照、溫度、pH值及營養(yǎng)物質(zhì)充分的條件下，天然水體中的藻類進行光合作用，合成本身的原生質(zhì)，其總反應(yīng)式為：106CO2+16NO3_+HP(|2_+122H2O+18H++能量+微量元素——>C106H263O110N16P1(澡類原生質(zhì)+138O2式中微量元素是指鎂、鋅、鉬、釩、硼等元素的化合物。由此可見，生產(chǎn)lKg藻類原生質(zhì)，需要消耗碳358g，氫74g,氧496g，氮63g,磷9g［5］。這與舒新興［6］結(jié)論類似，其描述的反應(yīng)方程式為：106CO2+16NO3-+HPO42-+122H2O+18H++(痕量元素+能量)呼光吸合作作用用C106H263O110N16P1+138O2在藻類繁殖所需的各種成分中，碳、氮、磷是比較重要的營養(yǎng)元素。藻類可利用水中溶解的二氧化碳及有機物分解產(chǎn)生的二氧化碳作為自身生長所需的碳源，因而氮和磷就成為限制性因子，所以藻類的生長繁殖主要取決于水體中這兩種成分的含量。但在一般情況下，水體中藻類可利用的氮遠比可利用的磷多，并且根據(jù)利比希最小因子定律，植物的生長取決于外界供給的養(yǎng)分中最少的一種，磷是最小限制因子，也是導(dǎo)致富營養(yǎng)化的決定因子，其含量通常被作為富營養(yǎng)化的標(biāo)志。如英國國家環(huán)境署規(guī)定，在靜止的水體中，總磷濃度達到86^g/L即為發(fā)生富營養(yǎng)化的臨界值。3.2食物鏈理論荷蘭科學(xué)家馬丁?肖頓于1997年6月在“磷酸鹽應(yīng)用技術(shù)研討會”上提出食物鏈理論，認(rèn)為自然水域中存在水生食物鏈，如果浮游生物的數(shù)量減少或捕食能力降低，將使水藻生長量超過消耗量，平衡被打破，造成水體富營養(yǎng)化。這說明氮磷等營養(yǎng)負(fù)荷的增加不是導(dǎo)致富營養(yǎng)化的唯一原因，影響浮游生物捕食能力的農(nóng)藥、殺蟲劑等有機污染物也可能導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化。此外，二氧化碳等溫室氣體排放導(dǎo)致全球氣候變暖，氣溫升高，一方面加速了湖泊退化和土壤干旱的進程；另一方面顯著提高了水生生物的初級生產(chǎn)率，被認(rèn)為是浮游生物短時間內(nèi)大量暴發(fā)而造成水體富營養(yǎng)化的機制之一。水體富營養(yǎng)化的危害4.1危害人類健康造成水體富營養(yǎng)化污染的某些物質(zhì)本身就可嚴(yán)重危害人類健康，如植物營養(yǎng)素氨氮，在特定的條件下也可轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽。另外，水環(huán)境中某些藻類可釋放出劇毒物質(zhì)，通過食物鏈損害人體健康甚至致人死亡。人類長期飲用含較多硝酸鹽和亞硝酸鹽的水，也會中毒致病。赤潮生物中的某些藻類，如微原甲藻、裸甲藻等，能產(chǎn)生一種對人體毒性很大的有毒物質(zhì)麻痹性貝毒(PSP),而有些水產(chǎn)動物對其有較大抗性，當(dāng)人誤食后體內(nèi)積累了PSP的水產(chǎn)品，導(dǎo)致生病甚至死亡。另外,還有一些赤潮生物會產(chǎn)生一種腹瀉性貝毒(DSP),誤食后引起腹瀉、惡心、嘔吐等［7］。4.2影響水體的生態(tài)環(huán)境藻類的過度繁殖，死亡后藻類有機體被異養(yǎng)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劇下降。同時，由于水面被藻類覆蓋，影響大氣的復(fù)氧作用，使水中缺氧，甚至造成厭氧狀態(tài)。此外，水體中藻類大量繁殖，也會阻塞魚鰓和貝類的進出水孔，使之不能進行呼吸而死亡。水體出現(xiàn)富營養(yǎng)化時主要表現(xiàn)為浮游生物的大量繁殖，因占優(yōu)勢的浮游生物的不同而水面往往呈現(xiàn)出藍色、紅色、棕色和乳白色等，在江河、湖泊和水庫中稱為"水華"，在海洋中稱為"赤潮"。這些因素將導(dǎo)致魚類等水生生物因缺氧而窒息死亡。20世紀(jì)以后，赤潮發(fā)生的次數(shù)逐年增加，我國渤海1998年、1999年連續(xù)兩年發(fā)生嚴(yán)重赤潮，面積達6500平方千米，持續(xù)時間超過1個月，嚴(yán)重影響海產(chǎn)養(yǎng)殖，造成重大經(jīng)濟損失。2000年我國海域共記錄到赤潮28起，比1999年增加了13起，累計面積超過10000平方千米。4.3影響水體的利用首先，由于富營養(yǎng)化水體中藻類密度低，不易沉降，需消耗較多的混凝土和液氯，從而提高成本。含藻水的pH值偏高，阻礙鋁鹽水解聚合物,不利于混凝劑脫穩(wěn)。藻類干擾濾池的運行。藻類有的長度達100?200Lm,易在濾網(wǎng)表面形成一層毯狀物，使運行周期縮短，反沖洗頻繁；易在鋼筋混凝土和金屬表面附著生長，產(chǎn)生腐蝕，給清洗工作帶來難度。其次，富營養(yǎng)水體由于缺氧而產(chǎn)生硫化氫、甲烷和氨等有毒有害氣體以及水藻產(chǎn)生的某些有毒的物質(zhì)，更增加了制水過程中的技術(shù)難度，既影響制水廠的出水率，同時也加大了制水成本費用。4.4加速水體沼澤化、陸地化進程由于富營養(yǎng)化的水體含有大量營養(yǎng)物質(zhì)，使得藻類和水生生物大量生長和繁殖，加速了水體沼澤化和陸地化進程，破壞了特定地區(qū)的生態(tài)平衡［8］。水體富營養(yǎng)化的防治措施依據(jù)水富營養(yǎng)化形成機理，防治水體營養(yǎng)化的根本性措施是減少水體的氮、磷含量，控制要污染物——藻類、臭味、有機物生成，使富營養(yǎng)化水體得到凈化。5.1.控制氮、磷等營養(yǎng)物的流入通過工藝改革、產(chǎn)品改進，減少廢水中磷的含量。洗滌劑中把支鏈型烷基苯磺鈉改為直鏈型，改用磷酸鹽的代用品。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)合理控制施肥量。實施污水分流、截流和污水凈化處理，減少污水排放量。在水體投餌養(yǎng)殖時，要做好養(yǎng)殖規(guī)劃，兼顧經(jīng)濟效益和生態(tài)效益，且把生態(tài)效益放在首位。5.2.物理方法治理池塘、水庫加強水的交換，當(dāng)有合適水源時可引入，起稀釋作用，帶出氮、磷物質(zhì)以及藻類深水湖泊或水庫中，設(shè)法將深層水排出，降低富營養(yǎng)化程度；湖泊中采用機械方法進行曝氣和促進水的流動，可起到防止底泥釋放磷，改善溶氧狀況，加強礦化作用，降低浮游植物光合作用等效果；用微濾機去除水中浮游動物和藻類，藻類密度一般較小，因而其絮體不易沉淀，采用氣浮則可以取得較好的除藻效果。富營養(yǎng)化后藍藻類“水華”氮含量很高，可收集用于農(nóng)肥、飼料，減少水體氮、磷負(fù)荷。5.3化學(xué)方法防治常用的除藻劑有硫酸銅、二氧化氯等。二氧化氯除藻效果較好，但成本較高，控制藻類生長的硫酸銅濃度一般須大于1.0mg/L,因而須謹(jǐn)慎使用?；瘜W(xué)藥劑法應(yīng)用較為靈活，但使水體增加了新的對魚健康不利的化學(xué)物質(zhì)。強化混凝劑（如硫酸鋁）也可除藻。濃度為0.7g/m3的硫酸銅可直接殺死小三毛金藻。用于除臭的氧化劑主要有高錳酸鉀、自由氯、二氧化氯和臭氧。臭氧是一種強氧化劑,可使水中氨、氰化物降解,也是有效的除臭劑,用于養(yǎng)殖水處理具有反應(yīng)快、投量小半衰期短、無殘余毒性和二次污染的特點。有機物與臭氧之間只能發(fā)生部分氧化,臭氧的氧化作用是破壞有機物的分子結(jié)構(gòu),將大分子有機物化成小分子,并改變有機物的性質(zhì)。二氧化氯也為氧化劑,可以分解水中幾乎所有還原性污染物質(zhì),如殘留餌料、排泄物等。可改善養(yǎng)殖水體環(huán)境,增加水中溶解氧含量,從而防止養(yǎng)殖過程中流行病爆發(fā)和傳染。5.4生物防治生物處理是利用微生物的作用改善水質(zhì)。微生物是降解廢物、廢水的主力軍,利用經(jīng)過遺傳改造的微生物將成為治理環(huán)境污染、保持生態(tài)平衡的最有效的方法。如硝化細(xì)菌可去碳去氮、殺滅病毒、降解農(nóng)藥、絮凝水體重金屬及有機碎屑能將硝酸鹽反硝化成no2和n2,它在消解碳系、氮系等有機污染時,也可消解有機污泥。嗜烴菌可短時間吞吃大部分油污,使其轉(zhuǎn)化為二氧化碳和菌體蛋白。光合細(xì)菌能夠利用水中殘留的有機物（或h2s、nh3等）作為氫的供體進行光合作用，減少分解水中的有害物質(zhì),起到改善水質(zhì),相對提高溶氧量的作用。魚池中只要有5g/m3的光合細(xì)菌,3小時內(nèi)就能將池底不斷產(chǎn)生的氮離子和有機物的初始分解物除去,使水質(zhì)恢復(fù)正常。生態(tài)防治生態(tài)學(xué)方法即從生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能進行調(diào)整,從營養(yǎng)環(huán)節(jié)來控制富營養(yǎng)化,使?fàn)I養(yǎng)物改變?yōu)槿祟愋枰慕K產(chǎn)品（如魚等水產(chǎn)品）而不是“水華”。1996年黃祥飛利用濾食性魚類（花白鰱）直接吞食藍藻,實驗證明是可以作為一種生物操縱方法的生物防治途徑。所以可以放養(yǎng)以藻類為食的魚類,如白鯽攝食藻類和有機腐屑；鲴魚能攝食固著藻類及絲狀藻類；鰱鳙能直接利用銅綠微囊藻和螺旋魚腥藻等浮游植物。近年來對浮游動物與藻類“水華”的關(guān)系報道很多,魚類可以選擇性吞食浮游甲殼動物,通過捕撈魚產(chǎn)品而消除污染。水生高等植物和藻類在光能和營養(yǎng)物質(zhì)上是競爭者,在湖泊和近海種植大型水生植物,如湖泊中種植蓮藕、菖蒲,近海種植海帶、紫菜從而抑制浮游植物的生長,對改進水質(zhì)感官性狀是有利的,加之水生高等植物易于收獲和利用,因此不失為一項防止富營養(yǎng)化的生態(tài)措施。綜合防治富營養(yǎng)化是多種原因、綜合作用的結(jié)果,且污染源復(fù)雜,營養(yǎng)物質(zhì)去除難度大,防治上只用一種方法很難奏效。實踐中通常是多種方法同時使用,既控制外源性營養(yǎng)物質(zhì)輸人,又減少內(nèi)源性營養(yǎng)物質(zhì)負(fù)荷,水體一旦富營養(yǎng)化,及時去除污水中的營養(yǎng)物質(zhì)。如池塘常見的由藍藻形成的“銅綠水”，只用0.7g/m3濃度的CuSO4、FeSO4合劑（5:2）效果并不理想，但結(jié)合生態(tài)學(xué)管理即選擇晴天中午排放池水到1/3左右，再施藥，可降低藥量又可提高療效，然后注入其它池水引進新藻類種，防止藍藻成為池水優(yōu)勢種，然后施無機肥進行肥水，效果較好［9］。結(jié)論與展望(1)目前國內(nèi)外水生植物治理富營養(yǎng)化水體都取得了一定的進展。水生植物治理富營養(yǎng)化水體技術(shù)具有高效、環(huán)保等特點，具有廣闊的研究和應(yīng)用前景，將成為21世紀(jì)我國生態(tài)環(huán)境保護領(lǐng)域最有價值和最具生命力的生物處理技術(shù)[10。](2)水生植物治理富營養(yǎng)化水體研究方面仍然存在許多問題，今后的研究方向應(yīng)包括：水生植物化感抑藻作用的影響因素及其作用機理的深入研究；繼續(xù)尋找和選育適應(yīng)能力強、凈化高效的水生植物物種；長期觀測研究多種水生植物組合凈化系統(tǒng)的引種存活條件、引種技術(shù)及人工構(gòu)建群落的穩(wěn)定性等問題。參考文獻吳生才，陳偉民?水體富營養(yǎng)化的漸進性和災(zāi)難性J].災(zāi)害學(xué),2004(19):13-1.陳水勇，吳振明，俞偉波，等.水體富營養(yǎng)化的形成、危害和防治[J]?環(huán)境科學(xué)與技術(shù),1999,85(2):11-15.袁志宇，趙斐然.水體富營養(yǎng)化及生物學(xué)控制[J].中國農(nóng)村水利水電,2008,57(3):57-59.王桂芹?水體富營養(yǎng)化的原因、危害及防治對策J].吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2000(22):116-118.王淑華?水