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水體富營養化

標籤:對策養化

水體富營養化(eutrophication)是指在人類活動的影響下,氮、磷等營養物質大量進入湖泊、河口、海灣等緩流水體,引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖,水體溶解氧量下降,水質惡化,魚類及其他生物大量死亡的現象。這種現象在河流湖泊中出現稱為水華,在海洋中出現稱為赤潮。

1定義

水體富營養化(eutrophication)是指在人類活動的影響下,生物所需的氮、磷等營養物質大量進入湖泊、河
水體富營養化
口、海灣等緩流水體,引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖,水體溶解氧量下降,水質惡化,魚類及其他生物大量死亡的現象。在自然條件下,湖泊也會從貧營養狀態過渡到富營養狀態,不過這種自然過程非常緩慢。而人為排放含營養物質的工業廢水和生活污水所引起的水體富營養化則可以在短時間內出現。水體出現富營養化現象時,
浮遊藻類大量繁殖,形成水華。因佔優勢的浮遊藻類的顏色不同,水面往往呈現藍色、紅色、棕色、乳白色等。這種現象在海洋中則叫做赤潮或紅潮。

2機理

在地表淡水系統中,磷酸鹽通常是植物生長的限制因素,而在海水系統中往往是氨氮和硝酸鹽限制植物的生長以及總的生產量。導致富營養化的物質,往往是這些水系統中含量有限的營養物質,例如,在正常的淡水系統中磷含量通常是有限的,因此增加磷酸鹽會導致植物的過度生長,而在海水系統中磷是不缺的,而氮含量卻是有限的,因而含氮污染物加入就會消除這一限制因素,從而出現植物的過度生長。生活污水和化肥、食品等工業的廢水以及農田排水都含有大量的氮、磷及其他無機鹽類。天然水體接納這些廢水后,水中營養物質增多,促使自養型生物旺盛生長,特別是藍藻和紅藻的個體數量迅速增加,而其他藻類的種類則逐漸減少。水體中的藻類本來以硅藻和綠藻為主,藍藻的大量出現是富營養化的徵兆,隨著富營養化的發展,最後變為以藍藻為主。藻類繁殖迅速,生長周期短。藻類及其他浮游生物死亡后被需氧微生物分解,不斷消耗水中的溶解氧,或被厭氧微生物分解,不斷產生硫化氫等氣體,從兩個方面使水質惡化,造成魚類和其他水生生物大量死亡。藻類及其他浮游生物殘體在腐爛過程中,又把大量的氮、磷等營養物質釋放入水中,供新的一代藻類等生物利用。因此,富營養化了的水體,即使切斷外界營養物質的來源,水體也很難自凈和恢復到正常狀態。

3危害

富營養化會影響水體的水質,會造成水的透明度降低,使得陽光難以穿透水層,從而影響水中植物的光合作用,可能造成溶解氧的過飽和狀態。溶解氧的過飽和以及水中溶解氧少,都對水生動物有害,造成魚類大量死亡。同時,因為水體富營養化,水體表面生長著以藍藻、綠藻為優勢種的大量水藻,形成一層「綠色浮渣」,致使底層堆積的有機物質在厭氧條件分解產生的有害氣體和一些浮游生物產生的生物毒素也會傷害魚類。因富營養化水中含有硝酸鹽和亞硝酸鹽,人畜長期飲用這些物質含量超過一定標準的水,也會中毒致病。
在形成「綠色浮渣」后,水下的藻類會因得不到陽光照射而呼吸水內氧氣,不能進行光合作用。水內氧氣會逐漸減少,水內生物也會因氧氣不足而死亡。死去的藻類和生物又會在水內進行氧化作用,這時水體也會變得很臭,水資源也會被污染的不可再用。

水體富營養化

水體富營養化

4認定指標

多數學者認為氮、磷等營養物質濃度升高,是藻類大量繁殖的原因,其中又以磷為關鍵因素。影響藻類生長的物理、化學和生物因素(如陽光、營養鹽類、季節變化、水溫、pH值,以及生物本身的相互關係)是極為複雜的。因此,很難預測藻類生長的趨勢,也難以定出表示富營養化的指標。目前一般採用的指標是:水體中氮含量超過0.2-0.3ppm,生化需氧量大於10ppm,磷含量大於0.01-0.02ppm,pH值7-9的淡水中細菌總數每毫升超過10萬個,表徵藻類數量的葉綠素-a含量大於10μmg/L。

5物質來源

水體中過量的氮、磷等營養物質主要來自未加處理或處理不完全的工業廢水和生活污水、有機垃圾和家畜家禽糞便以及農施化肥,其中最大的來源是農田上施用的大量化肥。
磷源
水體中的過量磷主要來源於肥料、農業廢棄物和城市污水。據有關資料說明,在過去的15年內地表水的磷酸鹽含量增加了25倍,在美國進入水體的磷酸鹽有60%是來自城市污水。在城市污水中磷酸鹽的主要來源是洗滌劑,它除了引起水體富營養化以外,還使許多水體產生大量泡沫。水體中過量的磷一方面來自外來的工業廢水和生活污水。另方面還有其內源作用,即水體中的底泥在還原狀態下會釋放磷酸鹽,從而增加磷的含量,特別是在一些因硝酸鹽引起的富營養化的湖泊中,由於城市污水的排入使之更加複雜化,會使該系統迅速惡化,即使停止加入磷酸鹽,問題也不會解決。這是因為多年來在底部沉積了大量的富含磷酸鹽的沉澱物,它由於不溶性的鐵鹽保護層作用通常是不會參與混合的。但是,當底層水含氧量低而處於還原狀態時(通常在夏季分層時出現),保護層消失,從而使磷酸鹽釋入水中所致。

6防治對策

富營養化的防治是水污染處理中最為複雜和困難的問題。這是因為:①污染源的複雜性,導致水質富營養化的氮、磷營養物質,既有天然源,又有人為源;既有外源性,又有內源性。這就給控制污染源帶來了困難;②營養物質去除的高難度,至今還沒有任何單一的生物學、化學和物理措施能夠徹底去除廢水的氮、磷營養物質。通常的二級生化處理方法只能去除30-50%的氮、磷。
減少內源性營養物質負荷
輸入到湖泊等水體的營養物質在時空分佈上是非常複雜的。氮、磷元素在水體中可能被水生生物吸收利用,或者以溶解性鹽類形式溶於水中,或者經過複雜的物理化學反應和生物作用而沉降,並在底泥中不斷積累,或者從底泥中釋放進入水中。減少內源性營養物負荷,有效地控制湖泊內部磷富集,應視不同情況,採用不同的方法。

7防治方法

化學方法
這是一類包括凝聚沉降和用化學藥劑殺藻的方法,例如有許多種陽離子可以使磷有效地從水溶液中沉澱出來,其中最有價值的是價格比較便宜的鐵、鋁和鈣,它們都能與磷酸鹽生成不溶性沉澱物而沉降下來。例如美國華盛頓州西部的長湖是一個富營養水體,1980年10月用向湖中投加鋁鹽的辦法來沉澱湖中的磷酸鹽。在投加鋁鹽后的第四年夏天,湖水中的磷濃度則由原來的65μg/L降到30μg/L,湖泊水質有較明顯的改善。在化學法中,還有一種方法是用殺藻劑殺死藻類。這種方法適合於水華盈湖的水體。殺藻劑將藻殺死後,水藻腐爛分解仍舊會釋放出磷,因此,應該將被殺死的藻類及時撈出,或者再投加適當的化學藥品,將藻類腐爛分解釋放出的磷酸鹽沉降。
防治方法總結
對於河湖水體富營養化治理,各個國家和地區採用不同的物理、化學、生物方法對其進行預防、控制和修復,並且取得了一定的成效。現在主要的物理處理方法有底泥疏浚、引水沖洗、機械曝氣等,一方面工程量巨
工藝流程圖

  工藝流程圖

大、運行成本高,另一方面對污染嚴重的河湖進行底泥疏浚,易導致底層的沉積物發生懸浮和擴散,促進了沉積物中的氮、磷營養鹽及其所吸附的金屬離子的釋放,從而使水體環境面臨受沉積物中釋放的重金屬離子及氮、磷營養鹽二次污染的風險;化學方法有投加混凝劑和除藻劑等,雖然能在短期內取得一定效果,但也存在著治理不徹底、成本高的問題,特別是會產生二次污染,引發新的生態問題;現流行的生物和生態修復,通過微生物降解和水生植物的吸收、轉移或生態浮床、濾床的過濾、吸附等措施來消減水體中的氨氮。此類方法雖避免了二次污染問題,但受自然環境影響大,要求條件苛刻,同時相對於其它處理技術而言,更有周期長、見效慢的缺點。

8治理意義

其主要意義有:
(1)對富營養化河湖水體進行治理修復,是社會經濟發展、城市景觀、生態環境建設的迫切需要,具有經濟和環境雙重效益。
(2)明顯提高富營養化河湖水體的處理效果、大大縮短治理周期、有效降低處理成本。
(3)恢復水體使用功能,有效緩解中國水資源嚴重匱乏的問題。
(4)改善居民居住環境,提高人民生活質量。
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