【doc】水体富营养化的原因、危害及防治

【doc】水体富营养化的原因、危害及防治 水体富营养化的原因、危害及防治 第8卷第2期天津职业院校联合 2006年3月JournalofTianlinVocationalInstitutes No.2V01.8 Mar.2006 水体富营养化的原因,危害及防治 汤卫华.宋虎堂,范志华 (?天津现代职业技术学院,天津市300222;天津农学院,天津市300384) 摘要:湖泊中水体的富营养化是一个世界性的难题,分析研究水体富营养化的形成,危害并对其预防治理技术 进行综述.' 关键词:水体富营养化;湖泊;危害}预防措稽 中图分类号,.X524文献标识码:A文章编号:1673582X(2006)02—0052—04 富营养化是水体衰老的一种现象,它通常是指湖泊,水库等封闭水体以及某些河流水体内的氮,磷等植物营养物质 含量过多所引起的水质污染现象.由于水体中氮磷等营养物质的富集,引起某些特征性藻类(主要是蓝藻,绿藻)及其他 浮游生物的迅速繁殖,水体生产能力提高,使水体溶解氧含量下降,造成藻类,浮游生物,植物,水生物和鱼类衰亡甚至绝 迹的水质恶化污染现象.富营养化具有缓慢,难以逆转的特点.,因此水体富营养化问题是当今世界面临的最主要水污 染问题之一. 我国在经济持续高速增长的同时,所带来的最大负效应就是环境污染日益严重,大江,大河及湖库水环境质量目趋 恶化.据2003年我国环境状况公报显示:在我国七大水系407个重点监测断面中,I,?类水质占38.1%,,V类水质 占32,2%,劣V类水质占29.7%..2001年对我国130余个湖泊调查资料显示,高营 养化湖泊占调查总数的43.5%,中 营养化湖泊占调查总数的45%..以藻型富营养化为主的湖泊主要分布在我国东南部经济发达地区,超营养化湖泊主 要分布在城市和城郊附近. 一 ,水体富营养化的来源 1.自然因素 数千年前或者更远年代,自然界的许多湖泊处于贫营养状态.然而,随着时间的推移和环境的变化,湖泊一方面从 天然降水中吸收氮,磷等营养物质;一方面因地土壤的侵蚀和淋溶,使大量的营养元素进入湖内,湖泊水体的肥力增 加,大量的浮游植物和其他水生植物生长繁殖,为草食性的甲壳纲动物,昆虫和鱼类提供了丰富的食料.当这些动植物 死亡后,它们的机体沉积在湖底,积累形成底泥沉积物.残存的动植物残体不断分解,由此释放出的营养物质又被新的 生物体所吸收. 因此,富营养化是天然水体普遍存在的现象.但是在没有人为因素影响的水体中,富营养化的进程是非常缓慢的, 即使生态系统不够完善,仍需至少几百年才能出现.一旦水体出现富营养化现象,要恢复往往是极其困难的.这一结果 往往导致湖泊一沼泽一草原一森林的变迁过程. 2.人为因素 (1)工业废水 工业废水主要是指工业生产过程中产生的,其中钢铁,化工,制药造纸,印染等行业的废水中氮和磷的含量都相当 高近年来,工业排放的废水逐年递增.据报道,2003年全国工业废水排放量达212.4亿吨.但由于技术与资金的原 因,大部分工业废水只经简单处理甚至未经任何处理就直接排入江河等水体中,许多废水中所含的氮,磷等物质也就不 断地在水体中累积了下来. 收稿日期:2005—11—02 作者简介:汤卫华(1979一),女,江西吉安人,硕士,天津现代职业技术学院助教,主要从事水环境监测研究;宋 虎堂(1962一),男,天津市人,天津现代职业技术学院副教授,主要从事化学工程研究;范志华(1972一),男,河 南驻马店人,天津农学院食品科学系讲师,硕士,主要从事食品科学与生物工程研究. ? 52? (2)生活污水 排放人们在El常生活中也产生了大量的生活污水,2001年全国生活污水排放达2476亿吨,超过-r~11,废水排放量. 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》统计,2003年全国工业和城镇生活废水排放总量为4600亿吨,其中工业废水排放 量2124亿吨,比上年增加25%;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(?D)排放 总量13336万吨,比上年减少2.4%.其中工业废水中COD排放量5119万吨,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.O%.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. (3)化肥,农药的使用 现代农业生产中大量使用化肥,农药,人类在享受它们带来农业丰收的同时,在很大程度上污染了环境农药,化肥 在土壤中残留,同时不断地被淋溶到周围环境,特别是水体中,其中所含的氮,磷就导致了水体富营养化. 此外,屠宰场和畜牧场也会有含有较多氮磷的废水进_入水体等. 二,水体蕾养化的评价方法 F- - 水体富营养化的重要检测指标为水体中氮与磷的含量,其中磷的含量尤为重要.表I,表2分别为沃伦韦德(Voile- nwelder)判断法和日本环境厅的判断方法. 衰1Vollenweider的水库湖泊营养状态分类 日本环境厅的判断方法是以总磷年平均浓度进行判断. 衰2日本环境厅的判断方法 总磷年平均浓度/(mg/L)营养状态总磷年平均浓度/(mL).营养状态 <O.005营养极不足0.O3,O05营养中富 0005,0.01营养不足0O5,O10营养丰富 O.O1,0.O3营养中等 目前,世界各国对水体富营养化指标的划分大致相似,一般地说,如果水体中的无机氮和总磷浓度大于 ,该水体即处于富营养化状态. 0.5mg/L和003mg/L时 三,水体营养化的危害000 1影响湖泊水体的生态环境 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0. 2O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6500km2,持续 时间超过一个月,严重影响海产养殖,造成重大经济损失.2000年我国海域共到赤潮28起,比1999年增加了13 起,累计面积超过10000km=@. 2.影响水体的利用 总体上说,水体富营养化破坏了水体原有的生态系统的平衡.若水体中光合作用生成有机物的速度与呼吸消耗有 机物的速度基本相等时,藻类在水体中有机物的生长远大于其消耗,使有机物积蓄起来.水体富营养化现象一旦出现, 水就不能被人畜直接利用大量生物和有机物残体沉积于水的底层,在缺氧情况下,被一些微生物分解,产生甲烷,硫化 氢等有害气体富营养化的水体中还存在能使人畜中毒受害的亚硝酸盐和硝酸盐物质. ?53? 加速水体沼泽化,陆地化进程 3. 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. 四,治理0000 湖泊生态恢复是个漫长过程,不会一蹴而就,需要一个长期的认识和实施过程.一个湖泊富营养化缘于其生态系统 已完全破坏,是个生态病.从自然规律看,生态恢复本身往往需要十分漫长的过程,不能指望在短期内能看到实际效果. 对于这一自然规律要逐步让管理层接受,不能仅仅关注短期效应.科学家要认识到富营养化治理的艰巨性.力争在理论 性认识上获得重大突破.发达国家的湖泊同样有贫营养一富营养一贫营养的过程,因此我们要对湖泊富营养化治理有 信心. 1.削减外源 来自各种污染源的营养负荷的增加会使水中的营养物质浓度急剧增高,导致藻类爆发,溶氧耗尽等富营养化症状. 因此,外源的削减与控制是治理水体富营养化的先决条件.削减营养负荷的技术有以下几种t废水分流以减少营养物质 的入湖量,生产无磷洗涤剂以降低磷的入湖负荷I使用化学方法或生物技术进行废水脱磷I利用稳定塘,人工或自然湿地 等进行非点源营养物质的截流}湖水稀释I应用生态技术改变常规农业种植方法. 2.消除内源 一 些水体,只削减外源就可使水体恢复到以前的状态,但在富营养化程度严重的情况下,由于整个湖的情况已经发 生了变化,只控制外源还不能从根本上治理富营养化,内源足以延缓甚至阻止湖泊停止外源输人后的恢复进程,因此还 需采用湖内恢复技术消除内源.国外在消除内源方面做了很多探索:向湖中投加铝盐加速磷惰性化,从而减少内源磷的 释放率l底泥疏浚I底泥氧化I均温层曝气}选择性地去除均温层的水以降低均温层的体积,减少水体的营养物质浓度l降 低水位使一些或者全部的底部沉淀物暴露于大气中. 3,生态恢复 控制外源和内源的技术会使营养物浓度长期的减少.但对于恢复水体的生态功能往往还不够.各国经过长期的和 大规模的研究,发明了许多技术用于富营养化水体的恢复:石岩0等人研究了草食性浮游动物净化富营养化水体的效 果I有学者研究水网藻在生长过程中吸收水体中的氨氮,硝氮及无机磷等藻类营养素,从而限制藻类的生长00I通过生 物操纵法改变水体生物群落结构,减少水体内的氮磷等营养物质的量从而抑制藻类的生长0I通过人工循环使湖水达到 和维持等温状态#通过毒性效应来控制藻类. 4.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入,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/mL浓度的CuS04,FeS04合剂((5t2)效果并不理 想,但结合生态学管理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000. 五,晨望 防止富营养化趋势发展,必须以防为主,采取综合防治措施,因地制宜.要加强管理,特别使要加强水系环境监测力 量.加大执法力度.建立起一整套行之有效的管理体系.同时,完善有关富营养化的法规体系,以保证各项管理工作能够 做到有法可依.在执行法规的过程中,要做到执法必严,违法必究. 注释: ?关生才,陈伟民.水律富营养化的渐进性和灾难性[1].灾害学.2004(19)t13,17. ?固掌环境保护局.2003年中固环境状况公报[R].环境保护.2003.7. ?回掌环境保护局.2001年中固环境状况公报[R].环境保护.2001.7. ?谢札固,郑怀礼.湖泊富营养化的防治对蕈研兜D].世界科技研兜与发展,2004,26(2)t7,11. ?钱大富,马静耘,洪小平.水律富营养化覆其防治技术研兜进展D].青海大学,2002(20)t28~31. ?刘用场+水律富营养化的发生,危害覆防治D].福建农业科技,2003(6)l48~49. ?张自忠,属夏声.排水工租()第三版[枷.北京.中固建筑工业出版社. ?用风t,由京生.环境饭生糟[M].北京t化学工业出版社,2001. ?用景博.固外水律富营养化治理的经验覆对我固的政策建议D].环境保 护,2003(9)t57~60.(下转第72页) ?54? 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