水体富营养化

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1、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。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.水体富营养化的机理：在地表淡水系统中，磷酸盐通常

2、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

3、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。关于水体富营养化问题的成因有不同的见解。多数学者认为氮、磷等营养物质浓度升高， 是藻类大量繁殖的原因，其中又以磷为关键因素。影响藻类生长的物理、化学和生物因素(

4、如 阳光、营养盐类、季节变化、水温、pH值，以及生物本身的相互关系)是极为复杂的。因此， 很难预测藻类生长的趋势，也难以定出表示富营养化的指标。目前一般采用的指标是：水体 中氮含量超过0.2-0.3ppm，生化需氧量大于10ppm，磷含量大于0.01-0.02ppm，pH值7-9 的淡水中细菌总数每毫升超过10万个，表征藻类数量的叶绿素-a含量大于10Amg/L。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

5、，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。(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.主要的方法有 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

6、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。 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

7、中的磷浓 度则由原来的65gg/L降到30gg/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。 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

8、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

9、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。防治办法首先要控制营养物质，主要是防止磷和氮进入水体。治理富营养化水体，可采取疏 浚底泥，去除水草和藻类，引入低营养水稀释和实行人工曝气等措施。也可投放杀藻剂，以 控制藻类植物的繁殖。富营养化水体中含有丰富的营养物质，应设法利用。如引水灌溉，饲 养鱼类，捞取水草做饲料和肥料，挖取底泥作肥料或沼气原料等。微生物参与治理则是生物除污的主流。微生物可降解塑料、甲苯等有机物；还能处理工业废

10、 水中的磷酸盐、含硫废气以及土壤的改良等。微生物能够分解纤维素等物质，并促进资源的 再生利用。对这些微生物开展的基因组研究，在深入了解特殊代谢过程的遗传背景的前提下， 有选择性的加以利用，例如找到不同污染物降解的关键基因，将其在某一菌株中组合，构建 高效能的基因工程菌株，一菌多用，可同时降解不同的环境污染物质，极大发挥其改善环境、 排除污染的潜力。高温、低温、高盐、高碱以及高辐射等普通生命体不能生存的环境，依然 存在着一部分微生物自然界存在着丰富的微生物种群，这些微生物虽然个体微小，但在环境污染净化中却扮演着 不容忽视的重要作用。微生物是通过水和风的散播得以存在各处的，无论在水表、海底或在 土

11、壤中都有微生物的身影。微生物由于自身的生理特性，可以通过自发的或人为的遗传、变 异等生物过程适应环境的变化，使之能以各种污染物尤其是有机污染物为营养源，通过吸收、 代谢等一系列反应，将环境中的污染物转化为稳定无害的无机物。因而，在生物圈中微生物 充当着分解者的角色。大约90%的陆地生产者都要通过分解者作用最终形成无机物归还大 地。如果没有微生物的作用，仅历年积累下的生物残体就会堆积如山。通常我们可以看到这 样一个现象：少量污水排入河川使得河水出现浑浊，但在经过一短时间的流动以后，河水逐 渐变得清澈。这种现象就是微生物对排入水体污染物进行净化的一个典型例子。正是这种微 生物对环境污染的降解作用保证了自然界正常的物质循环。以废水的生物处理为例，可分为 好氧生物处理和厌氧生物处理。好氧生物处理利用好氧在有氧条件下的代谢作用，将废水中 复杂的有机物分解成二氧化碳和水。这一过程需要在一定的处理构筑物内完成，其重要条件 是保证充足的氧气供应、稳定的温度及水质。厌氧生物处理是利用在无氧条件下生长的厌氧 或兼性微生物的代谢作用处理废水，其主要降解产物是甲烷和二氧化碳等。厌氧处理也需要 在一定的处理构筑物内完成，一般需要保证温度、无氧或低溶解氧浓度。当今，微生物技术 已成为废水处理中的主流方法。