浅谈水体富营养化

浅谈水体富营养化

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摘要：本文就国内外的情况进行了湖泊富营养化现状的分析，以及富营养化形成原因、机理和所造成危害的相关分析，根据水体富营养化的判断标准，探究了针对水体富营养化采取的可行的解决措施，包括超声波除藻、生物控制、城市污水除氮和除磷、工农业废水控制、分污引水、底泥挖掘、洗涤剂禁磷等方法来解决水体富营养化的现象，具有一定的实用价值。

关键字：富营养化；现状；危害；治理

湖泊富营养化是当今世界面临的最主要的水污染问题。随着城市化进程和工业的快速发展，以及农业上化肥、农药的大量使用，湖泊水体富营养化进程日趋加快，已严重影响水体水质和水环境，导致湖泊自身调节功能的减退，水生态系统失衡。水体富营养化受到越来越多的重视。

1国内外水体富营养化现状

1.1国外水体富营养化现状

1.1.1湖泊与水库

来自联合国环境规划署（UNEP）的一项水体富营养化调查结果表明：在全球范围内30%—40%的湖泊和水库遭受不同程度影响，各地区受影响的情况相差悬殊。世界上大部分的大型湖泊未受影响，水质良好，如贝尔加湖、苏必利湖、马拉维湖、坦噶尼喀湖、大熊湖、大奴湖等；而在气候干燥地区，水体富营养化情况相对严重，如西班牙的800座水库中，至少有1/3是处于重富营养化状态，在南美、南非、墨西哥及其它一些地方都有水库严重富营养化的报道，加拿大湖泊众多，发生富营养化的湖泊则主要集中在加拿大南部人口稠密地区[1]。

近些年来世界各国普遍重视湖泊环境的演变，目前欧洲湖泊面临的最大问题是湖泊富营养化问题，在统计的96个湖泊中有80%的湖泊不同程度地受到氮、磷的污染，呈现出富营养化状态。在北美洲最受人关注的五大湖泊中，苏必利湖水质最好，属贫营养湖泊，休伦湖和密执安湖处于中营养状态，而伊利湖和安大略湖则水质相对较差，属富营养型湖。亚洲湖泊水质南北差异较大，北部湖泊水质较好，而南部湖泊水质较差；亚洲湖泊水质的主要特点

是水中氮、磷含量偏高（污染分担率多数占30%）。亚洲南部大部分湖泊富营养化问题突出，适宜的自然条件和湖中营养盐容易引起水华。此外，亚洲大部分城市湖泊接受生活污水较多，高锰酸盐指数（COD Mn）和生化需氧量（BOD）均超标严重。

1.1.2河流

河流富营养化程度一般不如湖泊、水库等静止水体严重，而且河流水体中水生植物的增长还可有利于提高水体的自净能力。但也有河流出现过富营养化问题的报道，如由于建造阿斯旺大坝使尼罗河水文发生变化而使开罗市的供水水源受到水体富营养化的影响；法国里昂的报道说其下游地区的河流中叶绿素值极高。

1.2国内水体富营养化现状

1.2.1概况

中国就湖泊（水库）水资源状况开展过几次调查与评价研究。1958—1964年，中国科学院南京地理与湖泊研究所、河海大学、南京大学等对东部平原湖泊进行了调查；1976—1977年中国科学院组织了对青藏高原、云贵高原、东北、西北地区主要湖泊的综合调查；1981—1985年水利电力部水文局组织了“水资源综合评价和合理利用”专题研究，对全国范围湖泊水资源进行了调查与分析研究；1987—1990年间国家环保局在全国范围内组织了对部分湖泊（水库）的大规模调查，调查的内容涉及湖泊的水文特征、理化特征、营养指标、沉积特征和生物特征等方面的内容，并根据调查结果对湖泊（水库）水体富营养化状况进行了总体分析与评价，对重要湖泊进行了典型专项研究。

中国幅员辽阔，江河、湖泊和水库众多，这些不同类型的水体支持着各种生活和生产用水功能。据统计，面积大于1 km2的湖泊有2305个（不含时令湖），湖泊总面积为71787 km2，，蓄水量7088m3。根据“七五”期间的调查结果，中国大部分湖泊（水库）水域尚能满足多种用水目的，但由于受人类活动的影响，富营养化已成为各类水体水功能的障碍，城市水体饮用水源、渔业养殖、旅游等相应功能下降，特别是富营养化严重的水体引起供水障碍以及部分水体异常增殖的某些藻类分泌的藻毒素危及人畜饮水安全等。此外，富营养化还可能引起生物资源利用的障碍[2]。

1.2.2江河、湖泊与水库富营养化现状

20世纪80年代对湖泊（水库）水体富营养化调查结果表明：在中国东部地区，调查湖泊大多数已进入富营养化状态（如巢湖、太湖、洪泽湖、南四湖等），少数水库处于富营养化边缘，众多的城市湖泊已达严重富营养化（如南京玄武湖、杭州西湖、九江甘棠湖、广州

的东山湖、武汉的墨水湖等），形成一个宽带状分布，洞庭湖和鄱阳湖已具备了发生富营养化的营养盐条件；云南高原地区的湖泊一般滞留时间长，水交换能力弱，一旦入湖营养盐负荷超标，则富营养化发展速度快，是中国湖泊富营养化的易发区和敏感区，如滇池、异龙湖、杞麓湖的营养状态相当高，特别是滇池富营养化问题更为严重；东北、蒙新、青藏地区的湖泊富营养状态相对较低，一般处于中营养状态。

近20年来，我国湖泊富营养化发展速度相当快。多年以来的调查结果表明，富营养化湖泊个数占调查湖泊的比例由20世纪70年代末—80年代后期的41%发展到80年代后期的61%，至20世纪90年代后期又上升到77%，我国湖泊富营养化的发展趋势十分严峻[3]。在26个国控重点湖泊中，水质一般较差，低于《地面水环境质量标准》（GB3838-3838）Ⅴ类标准，氮、磷污染较高，相当一部分湖泊还发生了“水华”灾害。水库富营养化的问题也较严重，根据对全国39个大、中、小型水库的调查结果表明：在所调查的水库中，处于富营养状态的水库个数和库容分别占所调查水库的30.8%和11.2%，处于中营养状态的水库个数和库容分别占所调查水库的43.6%和83.1%。总体而言，水库水质是良好的，但是濒临城市和作为水源的水库也有不少出现了向富营养化演变的趋势，特别是邻近城镇的水库富营养化程度较高，如北京的官厅水库、天津的于桥水库、石河子市的蘑菇水库等几近达到富营养化程度[4]。

此外，近年来我国部分河流水域如汉江、珠江、葛洲坝水库的黄柏河也出现了“水华”等富营养化现象的报道。可见富营养化已成为我国水环境保护中最为重要的环境问题。

2水体富营养化的产生及评价标准

2.1水体富营养化的定义

关于富营养化的第一个确实的、科学的观察是在19世纪20年代。当时瑞士的莫尔登湖（Murtensee）湖水变成红褐色。周围居民以为是二百多年前德瑞战争中法国士兵血迹的回溯。经过植物学家的观察，发现是由于大量红色颤藻的生长，而它的大量出现可能与畜牧业中大量施用肥料有关。

富营养化这一名词的出现与湖泊养分型和演变研究有关。Weber（1907）和Naunarm （1919）先后提出了贫营养（oligotrophic）和富营养（eutroPhic）湖泊的概念。同时还提出了湖泊由贫营养型逐步演变到富营养型的模式。近年来则认为要区别湖泊发展中的“老化”和“富营养化”。前者是一个自然过程。从历史发展或地质年代来看，湖泊中的营养物是在不断增加的，但生态系统仍可保持相对稳定，并不造成富营养化。湖泊可以消亡，但不一定

经过富营养化阶段。从古湖泊学研究中发现，湖泊的演替不总是由贫营养型到副营养型，也可以逆转[6]。

因此目前认为湖泊中营养物的缓慢增加不应称为富营养化，或者可称为天然富营养化；而只有突然的、迅速的营养物增加（且由于人为的原因），才可称为真正的富营养化，或人为富营养化（eultural或anthropogenic eutrophication）。通常人们所研究的富营养化问题是一个属于环境污染范畴的问题，因此是“人为富营养化”。从这一点出发，富营养化是指“水体中营养物质增加，引起植物过量生长和整个水体生态平衡的改变，因而造成危害的一种污染现象”。

2.2水体富营养化的产生

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。

2.2.1水体富营养化的机理

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。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。

2.2.2营养物质的来源

2.2.2.1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。

2.2.2.2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；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。

2.2.3富营养化主要特点

2.2.

3.1范围扩大、程度加剧、进程加快

20世纪80年代以前，长江中下游地区的浅水湖泊的水质普遍较好，80年代后期至今，大部分湖泊已经呈现中营养或中富营养化以上水平，有些湖泊己达到超重富营养化，如巢湖、武汉东湖，一些原本处于中营养化水平的湖泊如固城湖，2000年监测表明己达到中富营养化。

2.2.

3.2湖泊藻类种群演替、数量上升，水华蔓延

在富营养化较严重的湖泊中，藻类完全替代高等植物成为优势种群。在太湖，近40年来水质不断恶化。伴随着富营养化，除东太湖外，水生植被严重破坏，藻类数量不断上升，而藻类种群数减少。伴随着富营养化程度的加剧，水华现象频繁发生。在太湖、巢湖、淀山湖等地爆发的蓝藻水华已严重影响工农业生产和居民生活。到了90年代，太湖南部和东南部也开始出现明显的水华。

2.2.4水体富营养化的标准

湖泊的富营养化状况主要取决于湖泊中氮、磷等营养物质含量的多少。能够直接、间接指示或影响湖泊营养状态类型的指标有Chla、TN、TP、BOD、COD、SD、SS等，其中，Chla是直接反映藻类现存量的指标，被称为“基准因子”，TN、TP作为藻类增殖的主要限制因子，被称为“重要因子”。在进行湖泊富营养化综合评价时，Chla、TN、TP是必须强制进入评价模式的指标。根据我国湖泊的实际情况，按照相关性、可操作性和科学性相结合的原则，一般选择与湖泊富营养状况直接有关的Chla、TN、TP、COD、SD等5个基本参数作为主要湖泊富营养化评价的指标[5]。SD与营养状态有关，但主要是与湖泊的悬浮物和藻类生长繁殖的数量有关，因此，可以不考虑。由于不同的评分标准参照不同，因此下表以GB3838-2002《地表水环境质量标准》为基础，构筑了富营养化分级评价标准（SWEE）。

表1湖泊富营养化分级评价标准

table 1 lake eutrophication classification evaluation criteria

评分（SWEE）营养类型TP（mg/L）TN（mg/L）COD（mg/L）Chla（mg/m3）≤30贫营养0.01 0.2 21 1

50 中营养0.025 0.5 4 4

60 轻度富营养0.05 1.0 6 10

70 中度富营养0.1 1.5 10 30

80 重度富营养0.2 2.0 15 65

90 严重富营养0.5 5.0 20 100

100 极度富营养 1.0 8.0 25 200

此外，经济合作与发展组织（OECD）提出富营养湖的几项指标量为：平均总磷浓度大于0.035mg/l；平均叶绿素浓度大0.008mg/l；平均透明度小于3m。

3水体富营养化的危害及防治

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，从而影响水中植物的光合作用，可能造成溶解氧的过饱和状态，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[4]。

3.2富营养化的防治对策

3.2.1控制外源性营养物质输入

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。

3.2.2减少内源性营养物质负荷

有效地控制湖泊内部磷富集。

3.3现今水体富营养化的处理工艺

3.3.1超声波除藻

超声波泛指频率在16kHz 以上的声波，是物质介质中的一种弹性机械波，能在水中产生一系列接近于极端的条件。超声波可能的抑藻、杀藻机理有：破坏细胞壁、破坏气胞、破坏活性酶。高强度的超声波能破坏生物细胞壁，使细胞内物质流出，超声波引起的冲击波、射流、辐射压等可能破坏气胞。适当频率和强度的超声波处理5min 就可以严重抑制藻类生长（减少50%）。高效、迅速、简单、无二次污染等显著优点使得超声波抑藻、杀藻具有

很大的吸引力。

3.3.2生物控制

利用水生生物对藻类的捕食或竞争作用，投加这些抑制性的生物，再定期捕捞。该法投资省，而且利于建立合理的水生生态循环。例如：在分析鱼的种群的基础上，可针对实际情况选择适当的鱼类以滤食藻类及食藻微生物，这些生物在减少藻类的同时，本身也会排泄相当量的营养物，这意味着同时有较大比例的营养物进入矿化循环而没有真正被去除，因此，采用生物控制时必须仔细考虑带来的不利生态后果。

3.3.3城市污水除氮、除磷

在城市污水处理中除氮、除磷又称三级处理。三级处理有化学法和生物法，化学法以絮凝剂沉淀溶解性磷，再通过硝化和反硝化工艺处理；生物法利用微生物除氮脱磷，常用的有AO、AAO（A2O）、OAO（AO2）等工艺。三级处理工艺复杂，费用较高。

3.3.4工农业废水控制

改进施肥方式，减少农业废水中氮磷的含量，加强水土保护，也是保护环境、防止水体富营养化的最佳方案。

3.3.5分污引水

污水分流、部分排出污染水体中水量、引入清水冲污等措施虽然可以部分减轻污染水体的压力，但是工程巨大，而且将污染转移到分流区域，可能造成新的污染区。

3.3.6底泥挖掘

富含营养物质的底泥在一定条件下会释放出氮磷，成为水体的内源性污染源，因而底泥挖掘一度成为富营养化水体治理的重要措施。然而底泥挖掘工程巨大，挖出的底泥难以进一步处理，从经济上来说，这可能是最昂贵的措施。底泥挖掘常常收不到预期效果，甚至因为破坏了水体底部生物和水生植物环境，将深层底泥暴露，使其中所含的氮磷溶解到水体中，而在一段时期内加深水华。

3.3.7洗涤剂禁磷

生活污水中的磷25%来自含磷洗涤剂，洗涤剂中磷酸盐的替代品沸石也会较大程度地增加污水处理厂污泥的体积，给污泥处理带来困难。

3.3.8药物除藻

常用的除藻剂有硫酸铜、氯、二氧化氯等，此外，臭氧和高锰酸钾作为除藻剂也有研究。这些氧化剂可以较快地杀藻，并进一步氧化藻细胞损伤释放的代谢物质和有毒有害物质效果显著[2]。

总的来说，虽然这些处理工艺有一些不足和缺点，但是综合考虑，其在现实中的应用都是可以取得较好效果的。

4结语

综上所述，水体中的氮磷含量过高是导致水体富营养化的主要原因。水体富营养化的来源有外源跟内源，外源污染通过控制氮磷的排放及加强工农业废水和生活污水的处理已得到的有效控制，现在最主要的就是要着重解决内源引起的水体富营养化。由于水体富营养化的发生，无论是对水体本身，还是对整个生态系统的多样性及人类社会的经济、旅游、航运等都造成了很大程度的损害和损失，因而，我们要积极面对水体富营养化的问题，结合当地的自然条件及实际的水体营养状况，利用多种治理手段，分阶段实施，从而逐步恢复水体的正常功能。

参考文献

[1]蒋火华,吴贞丽,梁德华.世界典型湖泊水质探研[J].世界环境,2000:25-36.

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[3]马放,冯玉杰,任南琪.环境生物技术[M].化学工业出版社,2003:67-91.

[4]沈国舫,王礼先.中国生态环境建设与水资源保护利用[M].北京:中国水利水电出版社,2002:46-52.

[5]吴邦灿,环境监测技术[M].北京:中国环境科学出版社,1995:13一103,233一252.

[6]秦伯强,许海,董百丽.富营养化湖泊治理的理论与实践[M].高等教育出版社.2011:58-73,109-185.