水体富营养化的成因及治理

咸阳实验中学课题研究论文

水体富营养化的成因

及治理

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指导老师：

水体富营养化的成因及治理

摘要：水体富营养化是许多湖泊、水库的主要环境问题，被人们形象的称为“生态癌”本文简要介绍其成因、危害及治理。

关键词：水体富营养化；机理；危害；治理

如今，水体富营养化现象屡见不鲜，结果导致水体污染、生物减少。我们要积极学习环保知识防止水体富营养化继续扩散，保护我们宝贵的水资源。

一、水体富营养化概念

水体富营养化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。

二、水体富营养化成因

在地表淡水系统中，磷酸盐通常是植物生长的限制因素，而在海水系统中往往是氨氮和硝酸盐限制植物的生长以及总的生产量。导致富营养化的物质，往往是这些水系统中含量有限的营养物质，例如，在正常的淡水系统中磷含量通常是有限的，因此增加磷酸盐会导致植物的过度生长，而在海水系统中磷是不缺的，而氮含量却是有限的，因而含氮污染物加入就会消除这一限制因素，从而出现植物的过度生长。生活污水和化肥、食品等工业的废水以及农田排水都含有大量的氮、磷及其他无机盐类。天然水体接纳这些废水后，水中营养物质增多，促使自养型生物旺盛生长，特别是蓝藻和红藻的个体数量迅速增加，而其他藻类的种类则逐渐减少。水体中的藻类本来以硅藻和绿藻为主，蓝藻的大量出现是富营养化的征兆，随着富营养化的发展，最后变为以蓝藻为主。藻类繁殖迅速，生长周期短。藻类及其他浮游生物死亡后被需氧微生物分解，不断消耗水中的溶解氧，或被厌氧微生物分解，不断产生硫化氢等气体，从两个方面使水质恶化，造成鱼类和其他水生生物大量死亡。藻类及其他浮游生物残体在腐烂过程中，又把大量的氮、磷等营养物质释放入水中，供新的一代藻类等生物利用。因此，富营养化了的水体，即使切断外界营养物质的来源，水体也很难恢复到正常状态。

三、营养物质的来源

水体中过量的氮、磷等营养物质主要来自未加处理或处理不完全的工业废水和生活污水、有机垃圾和家畜家禽粪便以及农施化肥，其中最大的来源是农田上施用的大量化肥。

1、氮源

农田径流挟带的大量氨氮和硝酸盐氮进入水体后，改变了其中原有的氮平衡，促进某些适应新条件的藻类种属迅速增殖，覆盖了大面积水面。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。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所取代。

2、磷源

水体中的过量磷主要来源于肥料、农业废弃物和城市污水。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。

四、水体富营养化危害

1、实例

水体富营养化，常导致水生生态系统紊乱，水生生物种类减少，多样性受到破坏。昆明滇池水质在20世纪50年代处于贫营养状态，到80年代则处于富营养化状态，大型水生植物种数由50年代的44种降至20种，浮游植物属数由87属降至45属，土著鱼种数由15种降至4种；武汉汉江在1992年发生水华时，藻类种群的多样性指数也呈下降趋势。普遍的富营养造成多种用水功能的严重损害，甚至完全丧失。此外，由于藻类带有明显的鱼腥味，从而影响饮用水质。而藻类产生的毒素则会危害人类和动物的健康。

2、水体富营养化的危害主要表现在六个方面。

(1)降低水体的透明度。在富营养水体中，生长着以蓝藻、绿藻为上风种类的大量水藻。这些水藻浮在湖水外貌，形成一层“绿色浮渣”，使水质变得污浊，透明度显着降低，富营养严重的水体透明度仅有0.2米，严重影响水中植物的光合作用和氧气的释放，同时浮游生物的大量繁殖，消耗了水中大量的氧，使水中溶解氧严重不足，而水面植物的光合作用，则可能造成局部溶解氧的过饱和，溶解氧过饱以及水中溶解氧少，都对水生动物有害，造成鱼类大量死亡。

(2)富营养化水体底层堆积的有机物质在厌氧条件下分解产生的有害气体，以及一些浮游生物产生的生物毒素(如石房蛤毒素)也会伤害水生动物。

(3)富营养化水中含有亚硝酸盐和硝酸盐，人畜长期饮用这些物质含量超过一定标准的水，会中毒致病等等。

(4)向水体释放有毒物质。富营养化对水质的另一个影响是某些藻类能够排泄、释放有毒性的物质,有毒物质进入水体后,若被牲口饮入体内,可引起牲口肠胃道疾病。

(5)对水生生态的影响在正常情况下，水体中种种生物都处于相对平衡的状态。但是，一旦水体受到污染而出现富营养状态时，这种正常的生态平衡就会被扰乱，某些种类的生物明显被淘汰，而另外一些生物种类则显着增长，这种生物种类演替会导致水生生物的稳固性和多样性低落，破坏其生态平衡。

(6)影响旅游和航运。水体一旦发生富营养化，藻类就会大量繁殖，水体透明度急剧降低，水质污浊，水面藻华聚集，臭味弥漫，严重影响湖库的旅游业，以致丧失旅游价值。另外，富营养水体中生长的大量浮游生物，还会堵塞航道，影响航运。

五、水体富营养化防治对策

1、物理方法

(1)污水分流。湖泊富营养化的一个重要原因就是外源污染。工、农业生产的污水直接排放到湖泊是造成湖泊水体营养盐含量增加的主要原因。通过对排放管道的改造，将污水的排放引至别处，是防治湖泊富营养化重要的、有效的措施。

(2)换水稀释。湖泊内营养盐含量过多，通过换水稀释可以直接将湖泊水体内的营养盐浓度降低，同时可以排除掉大量的营养盐。

(3)深层排水。湖泊底层营养物含量高，一般而言，底层水的营养盐浓度高于表层水，当水流转时，底层湖水进入上层，引起表层湖水营养物含量的增加。

(4)曝气混合。采用机械搅拌、压缩空气、水泵、喷射泵等方法进行曝气和促进水的流动，可以防止底泥释放磷，改善氧气状况，加强矿化作用，降低浮游植物光合作用等效果。

(5)挖泥。富营养化湖泊中的底部沉积物常是一个营养库，在一定条件下可不断释放磷，这称为内部负荷。当外部负荷减少后，内部负荷可补偿，使富营养化现象继续存在，挖泥可以直接去除底泥中的营养盐含量，减轻内部负荷对湖泊的影响。

(6)机械收草藻。利用机械收割装置直接收获水草和藻戋可以直接改善湖泊的表层生态环境，同时，水草和藻类本身就会吸收大量的营养盐，通过对它们的收获也可以从湖泊中去除营养盐。

2、化学方法

(1)深水曝气技术。营养盐类的大量注入，致使藻类及浮游生物异常繁殖，水体溶解氧急速下降，在水与底泥的交界面甚至出现厌氧现象。在深水进行人工曝气，可以在不改变水体分层的状态下提高溶解氧浓度；其次还可以降低氨氮、铁、锰等离子性物质的浓度,可有效改善厌氧状况。

(2)营养物钝化。利用铝盐与无机和颗粒磷产生沉淀，可以减少水体中磷的含量，铁盐(氯盐或铝盐)、硫酸铝铁、泥土颗粒和石灰泥都有类似的功能，钙盐也是相当有效的营养物钝化剂。

3、生物方法

(1)水生植物修复技术。利用适合相应湖体环境的水生植物及其共生的微环境，来去除水体中的污染物质。水生植物在其生长期间可有效吸收与富集水中和底质中的营养盐，起着“营养泵”和“营养库”的作用。合理构建并维持水生植物的生物量，可转移出氮、磷等营养盐，各类漂浮植物、浮叶植物、挺水植物和沉水植物等水生植被的恢复和重建可有效分配水体营养盐，避免单一优势种的过度滋生，保持水体净化能力。

(2)水生动物修复技术在湖泊水库生态系统中，水体中的藻类除受营养物质的控制外，作为食物链中的构成部分，也受到浮游动物和鱼类的控制。因此，可以通过调控食物链的环节来达到改善湖泊水库水质的目的。如鱼类可以选择性地吞食浮游动物或浮游植物，而我们可以通过渔产品来削除污染。水生高等植物和藻类在光能和营养物质上是竟争者，在湖泊种植大型水生植物，如莲藕、曹蒲等可以克制浮游植物的生长，对改进水质感观性状非常有利。

(3)生物膜技术。利用比表面积较大的天然材料或人工介质为载体，利用其表面形成的粘液状生物膜，对污染水体进行净化。载体上富集的大量微生物能有效拦截、吸附、降解污染物质。

六、我国水体富营养化现状及防治措施

1、现状

A、湖泊

湖泊是陆地生态系统的重要组成部分。我国湖泊众多，分布广泛，面积大于1 km2的天然湖泊2759个，总面积近91020 km2，约占国土面积的0.95％。但是，由于人为和自然原因，排入湖（库）的氮、磷等营养物质不断增加，我国湖(库)水体的环境现状令人堪忧，富营养化的进程大大加快。对我国131个主要湖泊和39个大中型水库按《湖泊富营养化调查规范》进行评价，结果表明：湖库的富营养化状况十分严重，131个主要湖泊中，已达富营养程度的湖泊有67个，占调查湖泊总数的51.3%；已达富营养程度的水库有12座，占调查水库总数的30%（见表1）。

表1 中国主要湖泊和水库营养状况分类结果统计

指标贫营养中营养富营养

湖泊数量（个）9 55 67

占调查湖泊数（％） 6.90 41.90 51.20

湖泊面积（km2）5477.80 16525.70 11029.90

占湖泊的总面积（％）16.60 50.0 33.4

水库数量（个）10 17 12

占调查水库数（％）25.60 43.60 30.80

水库容积（×105m3）37.36 546.10 73.94

占设置库容（％） 5.70 83.10 11.20

城郊湖库富营养化的程度较高，如杭州西湖、武汉东湖、南京玄武湖、济南大明湖等城市湖泊和石河子市的蘑菇水库、北京市的官厅水库等已达富营养化程度。大型淡水湖泊的富营养化问题令人十分担忧，五大淡水湖中的太湖、洪泽湖、巢湖等均已达富营养程度，鄱阳湖、洞庭湖目前虽然维持在中营养水平，但湖水磷、氮的含量偏高，处于向富营养的过渡阶段。而这些大型湖泊富营养化带来的危害十分严重，治理的难度亦大。

B、河流

根据全国水环境监测网2000年的水质监测资料和国家《地面水环境质量标准》(GB3838-88)，对全国九大流域片的700多条河流的水质进行了评价。在评价的11.4万km河长中，Ⅰ类水占4.9%，Ⅱ类水占24.0%，Ⅲ类水占29.8%，Ⅳ类水占16.1%，Ⅴ类水占8.1%，劣Ⅴ类水占17.1%。枯、丰水期水质变化不大。

C、海洋

目前，我国已有约20万平方千米的近海海域受到污染影响，约4万平方千米的海域水质已不能满足水产养殖、海水浴场、海上运动娱乐以及滨海旅游的要求。据统计，2000年我国近海共发生29次赤潮，面积累计超过1万平方千米；2001年我国遭受赤潮灾害28次，如2001年夏初发生于浙江温岭的赤潮，有30人由于食用含赤潮PSP海贝而中毒。

2、防治措施

A、加强地力培肥体系建设，大力发展生态农业

在农业区，污染源的控制可以通过建设生态农业工程、大力推广农业新技术来实现。通过改进施肥方式，如限制肥料的施入以及施肥时间，可以避免氮肥的过量供应。灌溉制度以及合理种植农作物、推广新型复合肥和缓效肥料等措施可控制肥料的使用量，减少农业面源污染。保土耕种、作物轮植、节水灌溉等措施可减少农业径流的氮磷损失。同时鼓励农民科学地开发利用污泥资源，既可以利用泥肥，弥补农田水土流失，又可以疏浚河道，减少水体的营养物量，降低富营养化发生的几率。

B、强化执法力度，增加资金投入

政府应制订政策鼓励和调动各级各部门保护农业生态环境的积极性，同时建立健全有关法规条例(如农药、肥料管理的地方性条例、农业生态环境保护条例等)，加强执法力度。还应增加资金投入。开展农业生态环境保护和生态农业建设工作，需要对机构建设、队伍建设、监督监测、科研培训、综合治理在经费上给予保障。

C、合成洗涤剂禁(限)磷

在我国，洗涤剂中的磷酸盐占水体磷负荷的20％左右。合成洗涤剂限磷与禁磷措施是减少磷排放、降低富营养化水体TP含量的成本最低、最简单直接的措施。太湖地区采取“禁磷”措施后，城市生活污水、主要入湖和湖体水域中磷浓

度降低24%，但对入湖河道和湖体水体中磷富营养化的影响则不明显。合成洗涤剂的禁（限）磷能够在一定程度上减少水体磷负荷，有益于控制水体富营养化。但是，三聚磷酸钠是众多助洗剂中性能最好的，用其他的助洗剂需要2种或2种以上的成分替代。磷酸盐对人体和环境安全性好，所以必须结合我国国情，在经济发达地区、含磷洗涤剂对富营养化贡献较大的地区开展禁（限）磷工作。

D、加强水土保持，减少水土流失

我国特殊的地理特征及以往不符合生态原则的土地利用，造成了目前我国水土流失不仅面积广，而且强度大，水土流失往往是全流域的，因此可采取工程措施、生态措施和农业垦耕相结合的方法。建立以大流域治理为骨干、小流域治理为单元的治理水土流失、实现水土保持的新格局，特别是加强江河水源头区和上游地区植被覆盖度的提高工作，将大大减轻中下游地区的营养物质输入负荷。滇池目前森林覆盖率仅22.9％，水土流失面积却达964.96平方千米。对现有36979.7公顷宜林地实施工程造林后，预计2010年森林覆盖率可提高到47％，土壤侵蚀模数减少648.29t/km2·a，森林国土能力增加223.97万立方米，每年分别减少入湖氮、磷分别为47.4t和38.1t。

七、课题体会

虽然水体富营养化对我们来说也许大部分只是停留在书面信息，但保护环境、防止水体富营养化的继续扩散是我们每个人的责任。水污染固然可怕，但更可怕的是人类那无休止的破坏。所以，我们应该从现在做起，从身边的小事做起保护环境。虽然人的力量是有限的，但我相信只要我们每个人都行动起来这个世界一定会变得更美好。

此外，我们在以后的学习生活中要学会合作、互相帮助。这样，我们才能更好地弥补我们个人能力不足所带来的缺陷。同时，我们要学会与他人进行交流，并且要敢于向专家、学者及老师提出问题，发表自己的意见和看法，只有这样才能提高我们的能力增加同学间的凝聚力，出色的完成研究任务。

参考文献：

《污染环境生物修复工程》

《湖泊富营养化控制和管理技术》（作者：金相焻出版社：化学工业出版社）《河湖生态修复理论》 (作者：刘树坤)