水體富營養(yǎng)化水質(zhì)工程學(xué)課程論文論文題目：水體富營養(yǎng)化的形成、危害和治理方法姓名：査戎學(xué)號：03212710院系：能源與環(huán)境學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程系完成日期：2014.10.180.引言自上世紀(jì)50年代以來，湖泊富營養(yǎng)化現(xiàn)象己成為世界上重要的水環(huán)境污染問題。水體富營養(yǎng)化是因水體中所含的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)過多而導(dǎo)致的一種水體效應(yīng)，主要表現(xiàn)有水中某些藻類和大型水生植物異常增殖，水生生物種群單一化及水質(zhì)變壞等，水生生態(tài)系統(tǒng)受到嚴(yán)重破壞.水體富營養(yǎng)化是自養(yǎng)型生物(浮游藻類)在水體中建立優(yōu)勢的過程，包含著一系列生物、化學(xué)和物理變化，與水質(zhì)化學(xué)、水體物理性狀、湖泊形態(tài)和底質(zhì)，以及氣象、地理等眾多因素有關(guān)。水體富營養(yǎng)化主要發(fā)生在湖泊、河口、海灣等流動緩慢且水體更新時間較長的水域.我國的這種水體現(xiàn)象比較嚴(yán)重.淡水水域中，50%以上的湖泊、30%以上的大型水庫都出現(xiàn)過水體富營養(yǎng)化(也稱作“水華”)，其中以太湖、巢湖和滇池尤為嚴(yán)重.而海域的水體富營養(yǎng)化(也稱為“赤潮”)也不容樂觀，20世紀(jì)80年代前，只有渤海垃圾和家畜家禽的糞便及化肥等，其中化肥是最大的污染源.另外，水體周圍地理特征的人為改變，也會為富營養(yǎng)化的產(chǎn)生創(chuàng)造條件.由于大壩、水閘的建造，使水體的更新速度和自凈能力降低，增強(qiáng)了富營養(yǎng)化的可能性.我國的滇池和巢湖曾出現(xiàn)過這樣的問題.三峽大壩已經(jīng)建成，上游一些水域的流速迅速降低，建議有關(guān)部門從現(xiàn)在開始，密切關(guān)注其中的營養(yǎng)物質(zhì)輸入、沉積情況，以免重蹈覆轍.1.3對藍(lán)藻水華成因的思考與理論假設(shè)從生態(tài)學(xué)的角度來看，藍(lán)藻水華形成作為一種典型的生態(tài)學(xué)現(xiàn)象，也應(yīng)該遵循生態(tài)學(xué)基本規(guī)律。盡管在已有的研究中，都注意到了生態(tài)因子對生物作用的基本規(guī)律，即生態(tài)因子對生物的綜合作用，主導(dǎo)因子作用、直接作用和間接作用，但是似乎對藍(lán)藻水華形成的生態(tài)因子階段性作用關(guān)注不夠。人們所觀測到的湖而出現(xiàn)藍(lán)藻水華“爆發(fā)”，一般是在高溫季節(jié)、強(qiáng)光條件和風(fēng)平浪靜時等特定的環(huán)境條件。事實上，如果在顯微鏡下觀察，就可以發(fā)現(xiàn)，在此之前水體中已懸浮有大量的微囊藻群體。一旦氣象與水文條件適合，微囊藻群體上浮、聚集在并沒有很大變化，在大多數(shù)情況下，這種突然出現(xiàn)的“水華”只不過是已存在、分散在水體中的藻類群體在適宜條件下的上浮、聚集、遷移至水而并為人們?nèi)庋鬯姷倪^程，而非藻類在短時間內(nèi)連續(xù)的快速生長所致。因此，藍(lán)藻水華的出現(xiàn)，從表觀現(xiàn)象上看確實是瞬時的“爆發(fā)”，但是其本質(zhì)卻顯然有一個逐漸發(fā)展與形成過程，是藻類生物量水體中的逐漸增加的一個緩慢、可以預(yù)測的過程。其前提仍然是水體中已經(jīng)存在較大的藻類生物量。準(zhǔn)確地說，“爆發(fā)”僅僅描述了短時間內(nèi)大量水華藍(lán)藻群體的空間位置的改變，主要是從水體中上浮到水體表層或者是由于風(fēng)的作用，在湖岸的局部地區(qū)大量聚集，而不是生物量的‘巨變”。對這個問題的正確認(rèn)識將不僅僅是名詞的差異，而且將直接影響到對水華形成機(jī)理及其研究方法的確定。這也許需要從水華的嚴(yán)格定義及其指標(biāo)來認(rèn)識。如果認(rèn)為葉綠素含量是水華是否形成的指標(biāo)，那已有文獻(xiàn)中所描述的每年幾次的水華暴發(fā)“次”與“次”之間，水體中葉綠素含量是明顯下降了然后在下次暴發(fā)時再次增加?還是一直持續(xù)維持在較高的水平?根據(jù)口前所得到的觀察資料，大多數(shù)數(shù)據(jù)似乎都顯示在湖泊水體中，葉綠素的含量在夏季水華發(fā)生季節(jié)，在沒有人為干擾的情況下，只要環(huán)境因子合適，一般都持續(xù)以高濃度的狀態(tài)存在，據(jù)此也就無“第一次”與“第二次”水華暴發(fā)之說，因為這期間葉綠素并沒有迅速消失或增加。正是由于水華的“爆發(fā)”的前提是一定的藻類生物量，因此在探索夏季水華的成因時，不能僅僅局限于夏季藍(lán)藻水華發(fā)生時環(huán)境特征的研究與觀察，而應(yīng)該提前關(guān)注藍(lán)藻的越冬生理生態(tài)特征、春季復(fù)蘇的主要生態(tài)誘導(dǎo)因子及其閡值以及在復(fù)蘇后，藍(lán)藻如何在生長過程中形成群體，并逐步成為湖泊水生生態(tài)系統(tǒng)中的優(yōu)勢種乃至形成水華的過程事實上，許多研究已經(jīng)在這些不同的階段分別進(jìn)行了多年的探索，尤其是藍(lán)藻生長和水華形成階段的研究，已極大地豐富了人們對藍(lán)藻水華成因的認(rèn)識。另外，如果能了解藍(lán)藻在極端環(huán)境中，尤其在冬季水底黑暗條件下藍(lán)藻生存的生理生態(tài)對策，而這又是藍(lán)藻生命周期中必需經(jīng)歷的、且是最薄弱和生物量很低的環(huán)節(jié)，確定春季水華藍(lán)藻復(fù)蘇的誘導(dǎo)因子，就有可能為探索在藍(lán)藻休眠期或復(fù)蘇前采取更加有針對性的控制藍(lán)藻的新技術(shù)提供理論根據(jù)。2水體富營養(yǎng)化產(chǎn)生的危害水體出現(xiàn)富營養(yǎng)化現(xiàn)象時主要表現(xiàn)為浮游生物大量繁殖，因占優(yōu)勢的浮游生物的顏色不同，水面往往呈現(xiàn)藍(lán)色\紅色\棕色、乳白色等，這種現(xiàn)象在江河、湖泊中稱為“水華”或“湖靛”，在海洋則稱為“赤潮”。當(dāng)藻類及其他浮游生物迅速繁殖，水體溶解氧量會下降，水質(zhì)將惡化，魚類及其他生物大量死亡，甚至?xí)霈F(xiàn)人和動物中毒現(xiàn)象。富營養(yǎng)化狀態(tài)一旦形成，水體中營養(yǎng)素被水生生物吸收，成為其機(jī)體的組成部分.水生生物死亡腐爛過程中.營養(yǎng)素又釋放進(jìn)入水體，再次被生物利用，形成植物營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)。因此，富營養(yǎng)化的水體即使切斷外界營養(yǎng)物質(zhì)來源，也很難自凈和恢復(fù)，因而有時也稱之為生態(tài)癌癥。富營養(yǎng)化的危害主要表現(xiàn)在以下幾個方面:(一)散發(fā)出腥味異臭在富營養(yǎng)狀態(tài)的水體中生長著很多藻類，其中有一些藻類能夠散發(fā)出腥味異臭。藻類散發(fā)出的這種腥臭，向湖泊四周的空氣擴(kuò)散，直接影響人們的正常生活，給人不舒適的感覺，同時，這種腥臭味也使水味難聞，大大降低了水體質(zhì)量。(二)降低水體透明度在富營養(yǎng)水體中，生長著以藍(lán)藻、綠藻為優(yōu)勢種類的大量藻類。這些藻類浮在水表面，形成一層“綠色浮渣”，使水質(zhì)變得渾濁，透明度明顯降低，富營養(yǎng)嚴(yán)重的水體透明度僅有0.2m，水體感官性狀大大下降。(三)影響水體溶解氧富營養(yǎng)水體的表層，藻類可以獲得充足的陽光，從空氣中獲得足夠的二氧化碳進(jìn)行光合作用而放出氧氣，因此表層水體有充足的溶解氧。但是，在富營養(yǎng)水體深層，情況就不同，首先，表層的密集藻類使陽光難以透射至水體深層，而且陽光在穿射過程中因被藻類吸收而衰減，深層水體的光合作用受到限制，使溶解氧來源減少。其次，藻類死亡后不斷向水體底部沉積，不斷地腐爛分解，也會消耗深層水體大量的溶解氧，嚴(yán)重時可能使深層水體的溶解氧消耗殆盡而呈厭氧狀態(tài)，使得需氧生物難以生存。這種厭氧狀態(tài)，可以觸發(fā)或者加速底泥積累的營養(yǎng)物質(zhì)的釋放，造成水體營養(yǎng)物質(zhì)的高負(fù)荷，形成富營養(yǎng)水體的惡性循環(huán)。(四)向水體釋放有毒物質(zhì)富營養(yǎng)化對水質(zhì)的另一個影響是某些藻類能夠分泌、釋放有毒性的物質(zhì)，有毒物質(zhì)進(jìn)入水體后，若被牲畜飲入體內(nèi)，可引起牲畜腸胃道疾病。研究表明，2000多種藍(lán)綠藻中有40余種可產(chǎn)生毒素，主要產(chǎn)毒藻有微囊藻、魚腥藻、顫藻及束絲藻。不同的藻株可能產(chǎn)生相同的毒素，而同一藻株也可產(chǎn)生多種不同的毒素，產(chǎn)生的毒素包括:多肽毒素、生物堿類神經(jīng)毒素、脂多糖內(nèi)毒素等，其中又以微囊藻肝毒素最為常見。在適宜的環(huán)境條件卜，藍(lán)綠藻在水中容易形成水華，人若飲用也會發(fā)生消化道炎癥，危害人體健康，水中藍(lán)綠藻毒素與肝癌的關(guān)系尤其受到關(guān)注。(五)影響供水水質(zhì)并增加制水成本湖泊常常是生活飲用水和工業(yè)用水的供給水源。富營養(yǎng)水體作為供給水源時，會給制水廠帶來一系列問題。首先，在夏口高溫藻類增殖旺盛的季節(jié)，過量的藻類會給制水廠在過濾過程中帶來障礙，造成自來水廠過濾池的堵塞和過濾效率降低，需要改善或增加過濾措施。其次，富營養(yǎng)水體由于缺氧而產(chǎn)生鐵、硫化氫、甲烷和氨等有毒有害物質(zhì)，同時藻類也產(chǎn)生一些有毒物質(zhì)，在制水過程中，引起飲用水水質(zhì)卜降，更增加了水處理的技術(shù)難度，加大了制水成本。這種富含鐵的自來水往往會散發(fā)出一種令人不快的氣味，同時還會在水管內(nèi)形成鐵銹，產(chǎn)生所謂“紅水”，使自來水完全喪失功能。目前，在西方國家，富營養(yǎng)水體己經(jīng)被禁止作為飲用水源。(六)對水生生態(tài)的影響在正常情況卜，水體中各種生物都處于相對平衡的狀態(tài)。但是，一旦水體受到污染而呈現(xiàn)富營養(yǎng)狀態(tài)時，這種正常的生態(tài)平衡就會被擾亂，某些種類的生物明顯減少，而另外一些生物種類則顯著增加，物種豐富度顯著減少。這種生物種類演替會導(dǎo)致水生生物的穩(wěn)定性和多樣性降低，破壞其生態(tài)平衡。(七)影響水產(chǎn)養(yǎng)殖由于藻類的大量繁殖，引起水中缺氧，魚類等水生動物面臨窒息死亡的威脅。一些資料表明，在富營養(yǎng)化的水體中，水生生物的群落、種類結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，一些耐污種的個體數(shù)猛增，相反，一些非耐污種數(shù)量減少甚至消失，一些優(yōu)質(zhì)魚類等經(jīng)濟(jì)水產(chǎn)種類也會大量減少甚至消失，而低劣種類會有所增加，使得水產(chǎn)養(yǎng)殖的經(jīng)濟(jì)效益大幅度下降。(八)影響旅游和航運水體一旦發(fā)生富營養(yǎng)化，因藻類大量繁殖，水體透明度卜降，水質(zhì)渾濁，水面藻類聚集，臭味彌漫，嚴(yán)重影響湖庫的旅游觀光，甚至喪失旅游價值。此外，富營養(yǎng)水體中生長的大型浮游植物，還會堵塞航道，影響航運。3水體富營養(yǎng)化的預(yù)防3.1控制外源，減少水體中的外來營養(yǎng)物質(zhì)3.1.1廢水排放前須達(dá)標(biāo)，控制氮、磷含量不超標(biāo)許多富營養(yǎng)化水體中的氮、磷主要來自于生活廢水、工業(yè)廢水和養(yǎng)殖廢水，因此，切斷外源必須從控制這些污染源富營養(yǎng)物質(zhì)的含量入手.廢水在排入水域前必須達(dá)標(biāo)，才不至于引發(fā)水域中氮、磷含量超標(biāo).國內(nèi)外普遍采用的廢水脫磷方法主要有化學(xué)沉淀法、電解法、生物法、吸附法及膜技術(shù)等幾種化學(xué)沉淀法是傳統(tǒng)的除磷方法，也是使用得最多的方法.利用聚合氯化鋁(PAC)和聚丙烯酞胺（CPAM)作復(fù)合混凝劑，對經(jīng)過初步處理的高含磷廢水進(jìn)一步除磷，結(jié)果表明，可使處理后的廢水達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)(磷的質(zhì)量濃度小于2mg/L).生物法是比較先進(jìn)的方法，且能起到綜合的效果，在除磷的同時，降低廢水的COD和氮含量，是主要的脫氮方法.而膜技術(shù)則是新型分離技術(shù)，存在著較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益3.1.2盡量增加無機(jī)肥的有效使用率，提高有機(jī)肥的使用量氮肥和磷肥的廣泛施用，使大量的氮和磷通過大氣遷移、水體遷移等方式進(jìn)入到水體中，這是富營養(yǎng)化水體中氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的主要外源之一從1950-1990年，農(nóng)用化肥的全球產(chǎn)量不斷攀升，氮量由不足0.1億t升到0.8億t，專家預(yù)計到2030年將達(dá)到1.35億t}y}_據(jù)石化工業(yè)協(xié)會的報告，2003年我國全年磷肥產(chǎn)量達(dá)950萬t，僅次于美國，居世界前列一方而，化肥的使用量增加使農(nóng)業(yè)增收;而另一方面，由于施用和灌溉方式的問題，再加上地而水的沖刷，施用的肥料中一部分氮、磷最終進(jìn)入到水體中.提高無機(jī)肥料的有效使用率，是目前無機(jī)化肥行業(yè)需要考慮的一個重要問題.有機(jī)肥料不存在氮、磷污染的問題，而且也不會造成土壤質(zhì)量的退化，因此，在被化肥取代了幾十年后，人們又重新認(rèn)識到這種綠色肥料的重要性.該種肥料的使用前景被看好.3.1.3控制含磷洗滌劑的使用，從源頭上遏制營養(yǎng)物進(jìn)入水體相對于氮來講，磷對于促進(jìn)富營養(yǎng)化的發(fā)生作用更大.廢水中的磷主要來源于含磷洗滌劑，故含磷洗滌劑是除無機(jī)肥料之外造成富營養(yǎng)化的另一大外源.三聚磷酸鈉因其具有良好的助洗性能而成為各種合成洗滌劑的基本原料，我國每年約有含6070萬t三聚磷酸鈉的洗滌廢水被排放掉，這些含磷廢水大都流入了江河湖海.如果禁比生產(chǎn)、銷售、使用含磷洗滌劑，就可以從源頭扼制住污染物，這是目前相對簡單、易行的環(huán)保措施.從20世紀(jì)90年代初，我國就開始研究開發(fā)無磷洗滌劑.洗滌劑行業(yè)確定用4A沸石作助洗劑，生產(chǎn)無磷洗衣粉，目前已形成了一定的生產(chǎn)能力;但就相同的洗滌效果而言，添加4A沸石的洗滌劑較傳統(tǒng)含磷洗滌劑成本高出25%左右.這無疑加大了生產(chǎn)廠家和消費者的負(fù)擔(dān)，而且4A沸石有不溶于水，容易使衣服發(fā)黃、堵塞下水道等特點，不易廣泛推廣，所以禁磷在全社會推行有一定困難.3.2排除內(nèi)源，最大限度地減少內(nèi)源對富營養(yǎng)化的“貢獻(xiàn)”繁殖迅速的富營養(yǎng)化生物在其新陳代謝過程中，如果沒有外在因素的干擾(如人工打撈富營養(yǎng)化生物)，所含營養(yǎng)物質(zhì)會一直保留在該水域中;另一方而，發(fā)生富營養(yǎng)化水體的底泥中含有大量的氮、磷物質(zhì)，在一定條件下可以向水中釋放出營養(yǎng)物質(zhì).因此，即使切斷外源，富營養(yǎng)化情況也會一直持續(xù).在有效控制外源排入的情況下，配合采用一些排除內(nèi)源的措施，更有利于治理水體富營養(yǎng)化.20世紀(jì)70年代，美國威斯康新幾個發(fā)生水體富營養(yǎng)化的湖泊，通過向湖中投加鋁鹽抑制湖底的磷釋放，使水質(zhì)得到了很好的改善.而底泥疏浚，即把富含磷的湖泊底泥表層挖掉，也是一種最有效、最直接的辦法，但費用較高.另外，某些水生生物能吸收利用氮、磷元素進(jìn)行代謝活動，在富營養(yǎng)化水域種植這些水生生物，利用它們的這種特性可以達(dá)到去除水體中營養(yǎng)物質(zhì)的目的，從而建立生態(tài)系統(tǒng)凈化水體3.3恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)的完整性和多樣性，增強(qiáng)水體抗富營養(yǎng)化的能力發(fā)生富營養(yǎng)化后，由于富營養(yǎng)化生物的迅速繁殖，許多其他生物的生存受到威脅，發(fā)生部分物種數(shù)量減少甚至完全消失的現(xiàn)象(即生物多樣性減少)，原有生態(tài)系統(tǒng)的完整性和多樣性遭到破壞;因此，在除磷、排磷的同時，注重恢復(fù)水體的生態(tài)系統(tǒng)同樣是非常重要的.4水體富營養(yǎng)化的治理4.1物理防治池塘、水庫加強(qiáng)水的交換，當(dāng)有合適水源時可引入，可以起到稀釋的作用，帶出氮、磷物質(zhì)以及藻類;深水湖泊或水庫中，設(shè)法將深層水排出，降低富營養(yǎng)化程度;湖泊中采用機(jī)械方法進(jìn)行曝氣和促進(jìn)水的流動，可起到底泥釋放磷，改善氧氣狀況，加強(qiáng)礦化作用，降低浮游植物光合作用等效果;一般情況下藻類密度較小，因而其絮體不易沉淀，采用氣浮可以取得較好的除藻效果。富營養(yǎng)化后藍(lán)藻類“水華”氮含量很高，可收集用作化肥、飼料，減少水體氮、磷負(fù)荷。4.2化學(xué)防治常用的除藻劑有硫酸銅、二氧化氯等。二氧化氯除藻效果較好，但成本較高?；瘜W(xué)方法應(yīng)用雖較為靈活，但使水體又增加了新的對魚健康不利的化學(xué)物質(zhì)。改善養(yǎng)殖水體環(huán)境，增加水中溶解氧含量，可防治養(yǎng)殖過程中藻類的產(chǎn)生。4.3生物防治生物處理是利用微生物的作用改善水質(zhì)。微生物是降解廢水廢物的主力軍，利用經(jīng)過遺傳工程改造的微生物將成為治理環(huán)境污染、保持生態(tài)平衡的最有效的方法。如硝化細(xì)菌可去氮去碳、殺滅病毒、降解農(nóng)藥、絮凝水體重金屬及有機(jī)殘物、降解污泥等。4.4生態(tài)防治生態(tài)防治即從生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行調(diào)整.從營養(yǎng)環(huán)節(jié)來控制富營養(yǎng)化，使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)變?yōu)槿祟愋枰慕K極產(chǎn)品(如魚等水產(chǎn)品)而不是“水華”。利用濾食性魚類直接吞食藍(lán)藻就是一種生物防治途徑。近年來，對浮游動物與藻類“水華”的關(guān)系報道很多，魚類可以選擇性地吞食浮游動物或浮游植物，而我們可以通過捕撈魚產(chǎn)品來削除污染。水生高等植物和藻類在光能和營養(yǎng)物質(zhì)上是竟?fàn)幷撸诤捶N植大型水生植物，如蓮藕、蒲草等可以抑制浮游植物的生長，對改進(jìn)水質(zhì)感觀性狀有利。4.4.1限制網(wǎng)圍養(yǎng)殖圍4.4.2實施生物操縱劉建康等研究表明，利用濾食魚類(鮑、蟾)直接控制藍(lán)藻水華的生物操縱法，使東湖藍(lán)藻水華連續(xù)15年銷聲匿跡，同位素追蹤實驗