水体富营养化的原因、危害及其防治措施
摘要：由于人类活动的影响，氮磷等营养物质大量排入水体并在其中不断积累，引起部分藻类和水生生物
过度繁殖，造成水体的富营养化。本文对水体富营养化的形成原因、危害作了简要概述，着重从控制外源输入、降低内源负荷、去除营养物等三个方面，对现有的水体富营养化防治。从工程、化学和生物三个角度提出来了一些治理富营养化水体的措施，并进行了概括和比较。
关键词：富营养化 危害 防治
1.水体富营养化的定义
由于人类的活动，使得水体中营养物质富集，引起藻类以及其它水生生物过量繁殖，水呈绿色或混浊呈褐色，水体透明度下降，溶解氧降低，造成水质恶化，严重时发生“水华”，使整个水体生态平衡发生改变而造成危害的一种污染现象。池塘、水库、湖泊等多发。一般认为水体含氮量大于0.2mg/L、含磷量大于0.02mg/L时属于富营养化水体。
美国环境保护局(EPA)提出：水体总磷大于20~259g/L，叶绿素a大于10g/L，透明度小于2.0m，深水的饱合溶解氧量小于10%的湖泊可判断为富营养化水体。 2.我国水体富营养化现状
据国家环保总局有关部门公布的资料，我国的河流、河段已有近四分之一因污染不能满足灌溉用水的应用要求（这是我国最低一类的水质要求）；全国湖泊约有75%的水域受到显著富营养化污染，主要淡水湖泊如滇池、巢湖、太湖等富营养化非常严重，有些水域已经丧失水体功能；我国近海海域受到严重陆源污染，赤潮的爆发频率不断增加；城市水体污染也很严重，我国10%的城市地下水水质日趋恶化，在118座接受调查的大城市中，97%的城市浅层地下水受到污染，其中40%的城市受到严重污染。
近年来由于污染造成的环境恶化逐步加重，水体藻类污染的程度也逐年加深。赤潮或水华在全球范围内频繁出现是藻类污染程度加深的直接反映。 我国在1933年到1979年的 46 年中仅发生过12次赤潮，而1990年到1994年的5年中就发生了139次赤潮，藻类污染灾害日趋严重，主要湖泊富营养化问题突出。 3.水体富营养化的主要原因 3.1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；另一方面因地表土壤的侵蚀和淋溶，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?沼泽?草原?森林的变迁过程。 3.2人为因素
3.2.1工业废水的排放
富营养化的水体中含有较多的氮和磷，它们首先来自工业废水。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，2001 年全国工业废水排放量达 201 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。 3.2.2生活废水的排放
人们在日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 227 亿 吨，超过工业废水排放量。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。据统计，2001 年全年排放废水中化学需氧量（COD） 排放总量为 140615 万吨，比上年减少 2.7%。其中工业废水中 COD 排放量 607.5 万吨，比上年减少 13.8%；生活污水中 COD 排放量 799 万吨，比上年增加 8.0%。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。
3.2.3农业退水（含化肥）
为促进植物生长，提高农产品的产量，人们常施用较多的氮肥和磷肥，它们极易在降雨或灌溉时发生流失。氮磷营养物的流失方式有：（1）随地表径流进入地面水体中；（2）下渗形成亚表面流（壤中流），通过土壤进行横向运动，然后排入地表水体中；（3）通过土壤层下渗到地下水中。前2种是导致地表水富营养化的主要原因。 3.3牲畜粪便
圈养家禽会产生大量富含营养物和细菌的排泄物，极易随地表径流、亚表面流流入江河、湖泊而污染水体，从而造成水体富营养化。 4水体富营养化的危害
富营养化状态一旦形成，水体中营养素被水生生物吸收成为其机体的组成部分，水生生物死亡腐烂过程中，营养素又释放进入水体再次被生物利用，形成植物营养物质的循环。因此，富营养化的水体即使切断外界营养物质来源，也很难自净和恢复，因而有时也称之为生态“癌症”。主要危害表现在以下几个方面： 4.1散发出腥臭味
在富营养状态的水体中生长着很多藻类，其中有一些藻类能够散发出腥味异臭。 藻类散发出的这种腥臭，向湖泊四周的空气扩散，直接影响人们的正常生活，给人不舒适的感觉，同时，这种腥臭味也使水味难闻，大大降低了水体质量。 4.2降低水体透明度
在富营养水体中，生长着以蓝藻、绿藻为优势种类的大量藻类。这些藻类浮在水表面，形成一层“绿色浮渣”，使水质变得浑浊，透明度明显降低，富营养严重的水体透明度仅有0.2m，水体感官性状大大下降。 4.3影响水体溶解氧
富营养水体的表层，藻类可以获得充足的阳光，从空气中获得足够的二氧化碳进行光合作用而放出氧气，因此表层水体有充足的溶解氧。但是，在富营养水体深层，情况就不同， 首先，表层的密集藻类使阳光难以透射至水体深层，而且阳光在穿射过程中因被藻类吸收 而衰减，深层水体的光合作用受到限制，使溶解氧来源减少。其次，藻类死亡后不断向水体底部沉积，不断地腐烂分解，也会消耗深层水体大量的溶解氧，严重时可能使深层水体的溶解氧消耗殆尽而呈厌氧状态，使得需氧生物难以生存。这种厌氧状态可以触发或者加速底泥积累的营养物质的释放，造成水体营养物质的高负荷，形成富营养水体的恶性循环。 4.4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分泌、释放有毒性的物质，有毒物质进入水体后，若被牲畜饮入体内，可引起牲畜肠胃道疾病。研究表明，2000多种蓝绿藻中有40余种
可产生毒素，主要产毒藻有微囊藻、鱼腥藻、颤藻及束丝藻。不同的藻株可能产
生相同的毒素，而同一藻株也可产生多种不同的毒素，产生的毒素包括：多肤肝毒素、生物碱类神经毒素、脂多糖内毒素等，其中又以微囊藻肝毒素最为常见。在适宜的环境条件下，蓝绿藻在水中容易形成水华，人若饮用也会发生消化道炎症，危害人体健康，水中蓝绿藻 毒素与肝癌的关系尤其受到关注。 4.5影响供水水质并增加制水成本
湖泊常常是生活饮用水和工业用水的供给水源。富营养水体作为供给水源时，会给制水厂带来一系列问题。首先，在夏日高温藻类增殖旺盛的季节，过量的藻类会给制水厂在过滤过程中带来障碍，造成自来水厂过滤池的堵塞和过滤效率降低，需要改善或增加过滤措施。其次，富营养水体由于缺氧而产生铁、硫化氢、甲烷和氨等有毒有害物质，同时藻类也产生一些有毒物质，在制水过程中，引起饮用水水质下降，更增加了水处理的技术难度，加大了制水成本。这种富含铁的自来水往往会散发出一种令人不快的气味，同时还会在水管内形成铁锈，产生所谓“红水”，使自来水完全丧失功能。目前，在西方国家，富营养水体已经被禁止作为饮用水源。
4.6对水生生态的影响
在正常情况下，水体中各种生物都处于相对平衡的状态。但是，一旦水体受到污染而呈现富营养状态时，这种正常的生态平衡就会被扰乱，某些种类的生物明显减少，而另外一些生物种类则显著增加，物种丰富度显著减少。这种生物种类演替会导致水生生物的稳定性和多样性降低，破坏其生态平衡。 4.7影响水产养殖
由于藻类的大量繁殖，引起水中缺氧，鱼类等水生动物面临窒息死亡的威胁。一些资料表明，在富营养化的水体中，水生生物的群落、种类结构发生变化，一些耐污种的个体数猛增，相反，一些非耐污种数量减少甚至消失，一些优质鱼类等经济水产种类也会大量减少甚至消失，而低劣种类会有所增加，使得水产养殖的经济效益大幅度下降。 4.8影响旅游和航运
水体一旦发生富营养化，因藻类大量繁殖，水体透明度下降，水质浑浊，水面藻类聚集 ，臭味弥漫 ，严重影响湖库的旅游观光，甚至丧失旅游价值。此外，富营养水体中生长的大型浮游植物，还会堵塞航道，影响航运。 5水体富营养化的防治对策
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：①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；②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。
5.1控制外源性营养物质输入
绝大多数水体富营养化主要是外界输入的营养物质在水体中富集造成的。如果减少或者截断外部输入的营养物质，就使水体失去了营养物质富集的可能性。为此，首先应该着重减少或者截断外部营养物质的输入，控制外源性营养物质，应从控制人为污染源着手，应准确调查清楚排入水体营养物质的主要排放源，监测排入水体的废水和污水中的氮、磷浓度，计算出年排放的氮、磷总量，为实施控制外源性营养物质的措施提供可靠的科学依据。 5.2减少内源性营养物质负荷
输入到湖泊等水体的营养物质在时空分布上是非常复杂的。氮、磷元素在水体中可能被水生生物吸收利用，或者以溶解性盐类形式溶于水中，或者经过复杂的物理化学反应和生物作用而沉降，并在底泥中不断积累，或者从底泥中释放进入水中。减少内源性营养物负荷，有效地控制湖泊内部磷富集，应视不同情况，采用不同的方法。
6.治理水体富营养化的方法 6.1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。 6.2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65μg/L降到30μg/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。 6.3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(平均水深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。 7总结
富营养化问题越来越受到世界各国的普遍关注和高度重视。我国水体富营养化程度日趋严重,针对这一日益突出的环境问题,必须积极采取措施进行预防和综合治理,应结合当地的自然条件和具体的富营养化状况,利用多种治理手段,制定综合治理方案,分阶段加以落实,逐步恢复富营养化水生生态系统的结构和功能,使之趋于完善和稳定,减缓富营养化进程,从而解决水体富营养化问题。
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