水体富营养化成因及对策毕业论文.doc

水体富营养化成因及对策毕业论文.doc 蚌埠学院 水体富营养化成因及对策 目 录 中文摘要„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 英文摘要„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 1引言„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 2水体富营养化及其污染物的来源„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 化„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 2.1水体富营养 2.2水体污染物的来源„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 2.2.1非点源污染„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 2.2.2点源污染„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 2.2.3内源污染„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 3水体富营养化的危害及对策„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 3.1水体富营养化的危害„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 3.2水体富营养化的对策„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 3.2.1控制外源性营养物质输入„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 3.2.2重点控制农业面源污染„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 3.2.3加强治理工业废水和生活污„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 3.2.4 减少内源性营养物质负荷„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 3.3防治主要的方法有„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 3.3.1工程性措施„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 3.3.2化学方法 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 3.3.3生物性措施„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 4小结„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10 参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11 1 水体富营养化成因及对策 摘 要: 从外源( 面源和点源) 和内源的角度分析了导致水体富营养化营养的来源，水 体富营养化营养的危害，并根据不同污染源提出了具有针对性的对策。 关键词: 富营养化、污染物来源、危害 、对策。 Cause and Countermeasures of Eutrophication From outside source (point source and point source) and endogenous point of view of :Abstract nutrition that led to the source of eutrophication, nutrient eutrophication hazards, and presented according to different sources with the targeted response. Eutrophication, pollution sources , hazards and solutions.:Keywords 2 水体富营养化成因及对策 1 引 言 水是人类地球上一个非常重要的介质，它是环境中能量和物质自然循环的载体和必要条件，也是地球生命的基础。由于自然环境的改变和人为频繁的活动而导致海洋、湖泊、河流、水库等储蓄水体中富营养化的发生，是当今世界水污染治理的难题，已成为全球最重要的环境问题之一。全球约有75%以上的封闭型水体存在富营养化问题。因此，探讨和研究水体富营养化的污染源及防治措施具有重要的现实意义和实用价值，为控制水体富营养化现象的产生和蔓延提供依据。 2 水体富营养化及其污染物的来源 2.1 水体富营养化 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。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。根据美国环保局的评价标准， 水体总磷<20~25g/L,叶绿素a<10g/L,透明度>2.0m，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。 2.2 水体污染物的来源 形成水体富营养化的污染物主要来源于面源(非点源污染)如农业施肥中农田渗漏水、家禽畜养殖污水、塘河水产养殖中过量施肥、大气沉降的尘埃及其生活污水、工业废水等进入水体中的氮、磷和矿质盐类，由于工农业的快速发展，过量的外源营养物质经人为的、自然的输入，打破了水体营养物质循环的平衡 ，导致氮磷营养过剩，富营养化现象频繁发。 3 2.2.1 非点源污染 可溶性营养物或固体污染物在降水和径流冲刷的动力作用下，汇人湖泊的地水体而引起的污染。与点源污染相比，非点源污染负荷的时空差异性更大，污染物及排放途径具有不确定性，水体运行过程较复杂，污染严重。Boers.P.C.M研究指，非点源污染是导致地表水污染的主要原因，其中又以农业非点源污染贡献率最大，如荷兰农田排放中的氮、磷污染负荷分别占6O%和5O%。 (1)农田超量施肥:中国农村统计年鉴资料显示，我国农业生产中的化肥投入由1949,1999年逐年迅速增加，食产量于1994着化肥用量的增加而趋于平稳或下降趋势。目前我国已成为世界最大的化肥生产国和消费国，如1999肥总量3251万t(纯N)，肥施用量达4124.3万t,1978年(884.0万t)增长了78.6%。按当年农作物播种面积计算，耕地平均化肥施用量达262.4kg/hm?，世界化肥平均用量(105.0kg/hm?)的2.5倍。我国化肥的有效利用率很低，据统计氮肥平均利用率为30%,35%，磷肥10%,20%，用的氮、磷极易在降雨或灌溉时产生流失，氮磷及其无机盐类可随地表径流进入地面水或下渗，通过地表侧向运动排人湖泊中，这是导致地表水富营养化的直接原因。据对太湖污染源的调查，来自农业面源污染的总氮排放量达27679.4t，该地区总氮排放量的36.1%，其中化肥流失占农村污染源的58.5%;在滇池来自农田地表径流的氮、磷含量分别占水体有机物总量的53%和42%。美国对非点源污染进行的鉴别和测量，发现农业是主要的非点状污染源，农田径流使全美64%的河流和57%湖泊受到污染。 (2)禽畜、水产养殖:些畜牧业发达和集约化禽畜养殖地区，畜、禽排泄物中含有大量的营养物质，这些排泄物极易随地表径流、亚表面流流人江、河、湖而污染水体。海市环保局开展的“黄浦江水环境综合整治研究”对上游面源污染进行的调查结果表明，黄浦江流域每年畜禽粪便的C0D、BOD、TN、TP的污染负荷量分别为68555t、22152t、34115t和3132t，畜禽粪便造成的环境污染占黄浦江上游污染总负荷量的36%，而居民生活、农业、乡镇工业和餐饮业的污染负荷分别为33.8%、19.2%、6.0% 和4.4%。近年来湖泊、水库等大水面养殖的快速发展，池塘高产技术和大水面优越的生态条件相结合发展“三网” 养殖，这些养殖新技术虽然提高了水产品的质量和数量，但也加速了湖泊水库富营养化的进程。美国网箱养虹鳟饵料中仅有24.7%的氮和30.0%的磷被鲑体吸收利用，而74.3% 氮和70%的磷被直接排入水体，水产养殖中的残饵、残骸和排泄物在水体中分解并消耗溶解氧，使水体中溶解氧减少，含氮分解产物大量增加，水体自净能力降低，导致水体富营养化或水质恶化。 (3)街道、矿区的冲刷:我国大中型城市的街道路面大部分夯实成为不透水地面，使 4 得人类活动中产生的生活垃圾、活污水及某些工业废水所携带的氮、磷营养盐随雨水形成地表径流，通过排水渠道或直接引入江湖，造成地表水污染。美国环保局把城市地表径流列为导致全美河流和湖泊污染的第三大污染源。在磷矿区，人为活动破坏了原有的土壤结构和植被类型而使土壤表层裸露，降雨使散落在矿区的矿渣、磷酸盐等污染物随地表径流 进入湖泊、江河和水库。 (4)大气沉降:工业化大都市的迅速崛起，使得工业燃烧的烟灰颗粒随着气层的凝固于大气层中，这些有害尘粒随着大气沉降并通过降雨或降尘的途径进入水体，农业系统中因施肥造成的氨氮逸出也是大气沉降的一个重要来源。日本农业所供给的氮磷，因大气沉降分别达到300kg/km?.d和0.1kg/km?.d。1998年和1999年上半年,因雨引起地表径流带人太湖水体中的TN、P0P和CO污染物的总量占太湖同期人湖TN、P0P和CODMA分别为9.8%,15.5%、1.9%,2.2%和3.5%,6.0%。 2.2.2 点源污染 点源污染是污染物通过排放口，直接或经渠道排入水体的污染，其含量可以直接监测，污染物主要是含有氮、磷以及有机物的城市工业废水和生活污水。 富营养化水体中含有的氮磷，较大一部分来自工业废水，钢铁、化工、(1)工业废水: 制药、造纸、印染等行业的废水中，氮和磷的含量相当高。工业生产中的废水量大，化学成分复杂，且不易净化，因工业排放的废水逐年递增，工业废水中常规的污水二级处理对氮磷等可溶盐类的去除率分别达20%,50%和40%，尾水中氮磷等富营养成分极易引起水体中氮、磷源的污染，与促进水体富营养化临界浓度值相比，则远高出一个数量级以上。2001年全国工业废水排放量达201亿t ，湖泊、水库中磷的80%来自于污水排放。 (2)生活污水:生活污水是人们日常生活产生的杂排水，因其含有大量的氮磷营养盐及细菌、病毒，易造成地表水与地下水的污染。其来源除了活污水的排放外，还有如公用事业等排出的污水，它是造成水体有机、生物污染的主要来源。从太湖流域 的城镇生活污 TP的贡水排放负荷来看，COD占42%，TN占25%，TP占60%，仅对有机污染贡献大，而对献占第一位。世界经济合作与发展组织(OECD) 研究指出，在城市生活污水中有50%的磷来自合成洗涤剂的使用。我国人均人生活污水中的含磷量为11.1g/人.d ,其中使合成洗涤剂排放的磷约占40%,随着生活水平的日益提高，合成洗涤剂的用量将不断增大。我国目前居民使用的洗衣粉中，大多含有17%的三聚磷酸钠，洗涤污水流淌是河、湖水域中磷的来源之一。例如我国南方水网地区一些湖叉河道中从农田流入的大量的氮促进了水花生、水葫芦、水浮莲、鸭草等浮水植物的大量繁殖，致使有些河段影响航运。在这些水生植物死亡 5 后，细菌将其分解，从而使其所在水体中增加了有机物，导致其进一步耗氧，使大批鱼类死亡。最近，美国的有关研究部门发现，含有尿素、氨氮为主要氮形态的生活污水和人畜粪便，排入水体后会使正常的氮循环变成“短路循环”，即尿素和氨氮的大量排入，破坏了正常的氮、磷比例，并且导致在这一水域生存的浮游植物群落完全改变，原来正常的浮游植物群落是由硅藻、鞭毛虫和腰鞭虫组成的，而这些种群几乎完全被蓝藻、红藻和小的鞭毛虫类(Nannochloris属，Stichococcus属)所取代。据有关资料说明，在过去的15年内地表水的磷酸盐含量增加了25倍，在美国进入水体的磷酸盐有60,是来自城市污水。在城市污水中磷酸盐的主要来源是洗涤剂，它除了引起水体富营养化以外，还使许多水体产生大量泡沫。水体中过量的磷一方面来自外来的工业废水和生活污水。另方面还有其内源作用，即水体中的底泥在还原状态下会释放磷酸盐，从而增加磷的含量，特别是在一些因硝酸盐引起的富营养化的湖泊中，由于城市污水的排入使之更加复杂化，会使该系统迅速恶化，即使停止加入磷酸盐，问题也不会解决。这是因为多年来在底部沉积了大量的富含磷酸盐的沉淀物，它由于不溶性的铁盐保护层作用通常是不会参与混合的。但是，当底层水含氧量低而处于还原状态时(通常在夏季分层时出现)，保护层消失，从而使磷酸盐释入水中所致。 2.2.3 内源污染 沉积物(底泥) 是湖泊营养盐的重要蓄积库，也是湖泊最主要的污染内源。来自多种途径的营养盐，经一系列物理的、化学的、生物化学的作用，绝大部分沉积到湖泊的底部，成为湖泊营养盐的内负荷。底泥中的营养物经微生物厌氧菌的作用，以再悬浮、溶解的方式返回水体中，对太湖底泥的调查表明，湖底沉积物中每年向水体释放的总氮和磷约占总负荷25%,35%，表层底泥平均含量为TN0.092% ,TP0.006%。西湖富营养化的一个重要原因是底泥厚达0.86 m，全湖年均释放7.22t磷，相当于外源磷的两倍。底泥中营养盐的大量释放可在湖湾区引发“湖泛”，构成水源的二次污染,在枯水期或高温晴好天气，底泥发生强烈生化反应，营养盐释放速度加快，伴有甲烷、硫化氢等有毒气体逸出，河水变劣并产生恶臭，藻类大量繁殖，严重污染水源，旅游景观和自然资源遭受严重破坏。 3 水体富营养化的危害及对策 3.1 水体富营养化的危害 富营养化会影响水体的水质，会造成水的透明度降低，使得阳光难以穿透水层，从而 6 影响水中植物的光合作用，可能造成溶解氧的过饱和状态。溶解氧的过饱和以及水中溶解氧少，都对水生动物有害，造成鱼类大量死亡。同时，因为水体富营养化，水体表面生长着以蓝藻、绿藻为优势种的大量水藻，形成一层“绿色浮渣”，致使底层堆积的有机物质在厌氧条件分解产生的有害气体和一些浮游生物产生的生物毒素也会伤害鱼类。因富营养化水中含有硝酸盐和亚硝酸盐，人畜长期饮用这些物质含量超过一定标准的水，也会中毒致病。在形成“绿色浮渣”后，水下的藻类会因照射不到阳光而呼吸水内氧气，不能进行光合作用。水内氧气会逐渐减少，水内生物也会因氧气不足而死亡。死去的藻类和生物又会在水内进行氧化作用，这时水体也会变得很臭，水资源也会被污染的不可再用。随着人类活动的不断增加，水体污染日趋严重。我国主要湖泊中，因氮、磷污染而导致富营养化所占统计湖泊的56%之多。可以将氮磷营养污染引起水体富营养化的主要危害归纳为:?干扰了水体正常的溶解氧平衡，并进一步使水质恶化;?降低了供水质量，增加水处理负担，从而使水厂不能正常运转，严重时危害人体健康;?影响渔业等生物资源的利用，使水体经济价值降低;?使水体感官性状恶化，污染居住环境，丧失了水体美学价值;?破坏了水体生态平衡，导致水生生物的稳定性和多样性降低。由此可见防止水体氮磷污染对社会经济持续协调发展以及对人类自身的和谐生存至关重要。 3.2 水体富营养化的对策 1990年中科院对我国24条主要湖泊、水库营养状态进行的评价和预测结果显示:目前我国24条主要湖泊中，除洱海和邛海尚处于贫营养以外，其他湖泊均已达到中营养或富营养化，到21世纪末，富营养化将有进一步加重的趋势，贫营养及中营养的湖泊将由现在的8条减到2条，其余全部处于富营养或重营养状态。富营养化的防治是水污染处理中最为复杂和困难的问题。这是因为:?污染源的复杂性，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。这就给控制污染源带来了困难;?营养物质去除的高难度，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、磷。因此水体富营养化防治是一项十分重要而又迫切的任务。 3.2.1 控制外源性营养物质输入 水体富营养化的根本原因是外界营养性物质的输入，要从根本上控制并消除水体富营养化，应着重减少或切断外源营养物的输入。具体措施根据污染途径来源的 7 3.2.2 重点控制农业面源污染 综合治理农业面源污染引起的农田水质及其河流水体污染的文献有诸多报道。笔者认为:农业非点源污染控制应从改进农业生产耕作布局、合理灌溉、合理施肥、平衡施肥、数字农作技术等人手。?加强农业环保宣传教育，普及环境科学和环保法律知识，制定完善的保护农业环境法规，使得农业环保意识法制化、规范化和科学化管理。?充分考虑土壤的特征和农作物的生长状况，根据作物对养分的需求量和需求季节安排施肥量、施肥时间和施肥方式，提高作物对养分的吸收，减少农田养分流失。?多施有机肥，有机、无机肥配合使用，大力推广测土配方施肥技术。?建设节水灌溉工程，实施节水灌溉不仅可以提高水资源利用率，缓解水资源的供需矛盾，还可以减少非点源污染。研究发现，灌溉方式与养分、农药流失密切相关，当水田灌溉用量减少31%,36%时，地表排水量减少78%,90%，氮负荷减少76%,80%，渗漏水氮负荷减少34%,40%，而作物减产仅6.7%,8.1%。?努力建设农田生态系统，比如建立林地草地以缓冲防护带，完善树篱、植物篱、沟渠网络系统，大力推广:稻?鱼?萍、禽?鱼?蚌、桑?蚕?鱼的综合模式等。?通过综合运用数字化技术，研究农作物生产等。?通过综合运用数字化技术，研究农作物生产系统中信息获取、处理、管理和利用的关键技术及应用，从而对农作系统过程的信息流实现全面的数字化表达和整合的农作管理系统。 3.2.3 加强治理工业废水和生活污水 对来自城镇建筑群的生活污水应修建与完善下水道系统以截流输送到污水处理厂进行集中脱氮除磷;对来自零散分布的建筑物，与下水道距离较远不可能送至城市污水厂的应修建如化粪池、地下土壤渗滤处理系统等，也可采用稳定塘或湿地处理系统;对生活污水中的洗涤剂应从产品改革着手，将磷系洗涤剂改为非磷系洗涤剂，从根本上削减磷的排放量而工业废水应优先选择的对策是，推行清洁生产及生产绿色产品，改进生产工艺，将污染消除于生产过程中;对需要外排的废水，采取必要的脱氮除磷处理，达标后才能外排。 3.2.4 减少内源性营养物质负荷 内源污染控制主要就污染沉积物中积累与释放的营养物质惊醒控制，一是有意识地组织沉积物中污染物的释放，二是清除污染沉积物。同时对内源污染的控制又应与外源污染结合进行综合治理，可采用人工曝气和底泥疏浚等工程措施，瑞典的Trumen湖，通过疏浚使湖水中的磷含量减少了90%，平均生物量从75mg/L减少至10mg/L。 8 3.3 防治主要的方法有 3.3.1 工程性措施 包括挖掘底泥沉积物、进行水体深层曝气、注水冲稀以及在底泥表面敷设塑料等。挖掘底泥，可减少以至消除潜在性内部污染源;深层曝气，可定期或不定期采取人为湖底深层曝气而补充氧，使水与底泥界面之间不出现厌氧层，经常保持有氧状态，有利于抑制底泥磷释放。此外，在有条件的地方，用含磷和氮浓度低的水注入湖泊，可起到稀释营养物质浓度的作用。 3.3.2 化学方法 这是一类包括凝聚沉降和用化学药剂杀藻的方法，例如有许多种阳离子可以使磷有效地从水溶液中沉淀出来，其中最有价值的是价格比较便宜的铁、铝和钙，它们都能与磷酸盐生成不溶性沉淀物而沉降下来。例如美国华盛顿州西部的长湖是一个富营养水体，1980年10月用向湖中投加铝盐的办法来沉淀湖中的磷酸盐。在投加铝盐后的第四年夏天，湖水中的磷浓度则由原来的65ug/L降到30ug/L，湖泊水质有较明显的改善。在化学法中，还有一种方法是用杀藻剂杀死藻类。这种方法适合于水华盈湖的水体。杀藻剂将藻杀死后，水藻腐烂分解仍旧会释放出磷，因此，应该将被杀死的藻类及时捞出，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。 3.3.3 生物性措施 利用水生生物吸收利用氮、磷元素进行代谢活动以去除水体中氮、磷营养物质的方法。目前，有些国家开始试验用大型水生植物污水处理系统净化富营养化的水体。大型水生植物包括凤眼莲、芦苇、狭叶香蒲、加拿大海罗地、多穗尾藻、丽藻、破铜钱等许多种类，可根据不同的气候条件和污染物的性质进行适宜的选栽。水生植物净化水体的特点是以大型水生植物为主体，植物和根区微生物共生，产生协同效应，净化污水。经过植物直接吸收、微生物转化、物理吸附和沉降作用除去氮、磷和悬浮颗粒，同时对重金属分子也有降解效果。水生植物一般生长快，收割后经处理可作为燃料、饲料，或经发酵产生沼气。这是目前国内外治理湖泊水体富营养化的重要措施。近年来，有些国家采用生物控制的措施控制水体富营养化，也收到了比较明显的效果。例如德国近年来采用了生物控制，成功地改善了一个人工湖泊(平均水7米)的水质。其办法是在湖中每年投放食肉类鱼种如狗鱼、鲈鱼去吞食吃浮游动物的小鱼，几年之后这种小鱼显著减少，而浮游动物(如水蚤类)增加 9 了，从而使作为其食料的浮游植物量减少，整个水体的透明度随之提高，细菌减少，氧气平衡的水深分布状况改善。但也发现，浮游植物种群有所改变，蓝绿藻生长量比例增高，因为它们不能被浮游动物捕食，为此可以放鲢鱼来控制这种藻类的生长。 4 小 结 综上所述，水体中氮、磷含量过高是导致水体富营养化的根本原因。水体富营养化的来源分为外源与内源，随着外源污染中的点源污染氮磷排放的逐步达标，面源和内源污染成为水体富营养化研究与治理的重点与难点，这涉及农田径流所造成的营养盐流失、迁移和转化、底泥与水体间营养盐的释放和吸附机理等方面的研究。在水体富营养化的治理上，应该结合当地的自然条件和湖泊的富营养化状况，利用多种治理手段，制定综合治理，分阶段加以实施，逐步恢复富营养化湖泊生态系统的结构和功能，使之趋于完善和稳定，从而解决湖泊富营养化的根本性问题，以实现可持续发展的目标。 10 参 考 文 献 [1] 朱兆良,合理使用化肥充分利用有机肥发展环境友好的施肥体系[J].中国科学院院刊， 2003，38(11)5-9( 2] 黄沈发,陈长虹,贺军峰,黄浦江上游汇水区畜禽业污染及其防治对策[J](上海环境科[ 学，1994，13(5):4-82004.2 [3] 杨龙元,秦伯强,吴写,酸雨对太湖水环境潜在影响的初步研究[J].湖泊科学， 2001， 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