专题四 水体富营养化

专题四水体富营养化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。

1.2 水体富营养化机理在地表淡水系统中，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，水体也很难自净和恢复到正常状态。

2 水体富营养化产生的原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、磷等营养物质释放人水中，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，水体也很难自净和恢复到正常状态。

3 水体富营养化的危害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）向水体开释有毒物质。

富营养化对水质的另一个影响是某些藻类能够排泄、开释有毒性的物质,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。

4 防治对策与技术4.1 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。

防治富营养化必须从以下两方面着手。

(1)控制外源性营养物质输人绝大多数水体富营养化主要是外界输人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人的营养物质，就使水体失去了营养物质富集的可能性。

(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人水中。

4.2 水体富营养化的防治技术一.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。

二.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。

三．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。

另外，政府应加强对环境保护的宣传，提高全民的环保意识；加强法制建设，完善水体环境保护法律法规。

对经济相对发达的地区，我们还应积极借鉴国外湖泊治理的先进经验，结合当地的自然条件和湖泊的富营养化状况制定切实可行的方案。

在湖泊生态修复问题上，要认清治理工作的长期性和复杂性，树立解决水环境问题的长远观点。

所以湖泊富营养化的生物修复技术应成为基础研究领域首先解决的重大科学问题之一，也是今后一段时间湖泊富营养化治理的主要研究之一。