水体富营养化_范文大全

水体富营养化

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【专家解析】水体富营养化

【优秀范文】水体富营养化

范文一:论水体富营养化 投稿:谭匈匉

论水体富营养化

从21世纪50年代至今,随着工业的不断发展,和生活节奏的加快,环境问题日益突出。尤其在水污染方面,当我国太湖、巢湖、滇池大面积爆发“水华”的时候,“水体富营养化”这一概念才引人注目。 一、 水体富营养化

富营养化是一种氮、磷等植物营养物质含量过多所引起的水质污染现象。在自然条件

下,随着河流夹带冲击物和水生生物残骸在湖

底的不断沉降淤积,湖泊会从平营养湖过渡为

富营养湖,进而演变为沼泽和陆地,这是一种

极为缓慢的过程。但由于人类的活动,将大量

工业废水和生活污水以及农田径流中的植物营

养物质排入湖泊、水库、河口、海湾等缓流水

体后,水生生物特别是藻类将大量繁殖,使生

物量的种群种类数量发生改变,破坏了水体的生态平衡。大量死亡的水生生物沉积到湖底,被微生物分解,消耗大量的溶解氧,使水体

溶解氧含量急剧降低,水质恶化,以致影响到鱼类的生存,大大加速了水体的富营养化过

程。

水体出现富营养化现象时,由于浮游生物大量繁殖,往往使水体呈现蓝色、红色、棕色、乳白色等,这种现象在江河湖泊中叫水华(水花),

在海中叫赤潮。在发生赤潮的水域里,一些浮游生

物暴发性繁殖,使水变成红色,因此叫“赤潮”。

这些藻类有恶臭、有毒,鱼不能食用。藻类遮蔽阳光,

使水底生植物因光合作用受到阻碍而死去,腐败后放出

氮、磷等植物的营养物质,再供藻类利用。这样年深月

久,造成恶性循环,藻类大量繁殖,水质恶化而又腥臭,

水中缺氧,造成鱼类窒息死亡。

农田化肥

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。

研究表明,磷能以溶解或吸附于土壤上的颗粒态形式

通过土壤微孔结构运动下渗至亚表面流中,然后进入

江、河、湖泊或海湾,而氮(硝酸盐氮)的渗透能力

较强,能够下渗到地下水中污染地下。

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牲畜粪便

圈养家禽、家畜尤其是猪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。此外,农田中过量施用家畜粪便,

也会引起粪便中的营养物随地表径流、亚表面流流失,从而污染水体。

污水灌溉

污水作为一种可靠的水源和廉价的肥料被用于灌溉农田,

是污水农业利用的一种提倡方式,目的是通过土壤的净化

作用和农作物对营养元素的吸收来净化污水。但由于一些

污水中的营养物含量较高或技术原因,常常造成土壤和地

表水的污染。

城镇地表径流

城镇路面大部分是不透水地面,氮磷营养物主要随地表径流进入地表水中。城镇中的氮磷营养物主要来自人类的生活垃圾、生活污水及和某些工商业废水(如屠宰、食品、造纸、停车场等)。美国环保局把城市地表径流列为导致全美河流和湖泊污染的第三大污染源。 工业污染

如化肥厂、有机物制造等工厂,向河里或海里排放超标的有机污染物(主要含N,P有机物多)

据《环境学概论》第五章第四节第三点中提到有机物在水体的转化与水中溶氧量(DO)和生物需氧量(BOD)的曲线变化有很大的相关性。

从表中数据可以看到耗氧有机物的污染程度与生物种群呈负相关性、与水中的溶氧量亦呈负相关性。即耗氧有机物污染严重地带,生物种群较单一,厌氧微生物占绝大多数,且水中溶氧量非常低、随着耗氧有机物的污染程度减轻,生物种群开始丰富,水中的溶氧量也开始增加。这些数据很直观的反映了有机物污染及生物种群,水中耗氧量的关系。水体富营养化也属于有机物污染的一种,从某种程度上表明:水体富营养化对水中生物造成的危害。

富营养化造成水的透明度降低,阳光难以穿透水层,从而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

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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。

减少内源性营养物质负荷

主要的方法有:(摘自《环境学概论》第五章第五节“水污控制技术”)

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。

四、污染来源于生活,反馈于生活

1、不妨回顾一下,水体富营养的演变过程。人类过多地向湖泊、海域排入过量的富含有机物(主要以N、P居多)的污染物。在阳光,温度适宜的情况下,造成藻类大面积的疯长。其有易发性、多发性。直接导致水中的溶氧量变低,致使大部分水生生物,还

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有一些藻类死亡。且水质被污染后就间接的危害人类的生命安全。

2、对其治理上又要投入数以亿记的资金,还要耗费大量人力物力,而往往也收效甚微。我国的环保形势不容乐观。边治理边污染,如此的恶性循环着实令人担忧。

3、这一切究根结底,还是人们自身上的问题。随着现代化进程的加快,工业的快速发展,人们的生活水平也越来越高。相对来说我们对环保的概念还是有所认识的,可是为了发展,为了生活,向环境排污却变得理所当然。这主要还是环境保护意思没有深入人心。据“中国环境保护部”不完全统计 废水污染排放,污染物排放形式也不容乐观。这些含N、P的有机物是滋生水华,赤潮的温床。

或许人们可以转变一下思维方式:我们每一天的生活,每一个举动对环境到底有没有造

成危害,然后再考虑该如何绿色生活。我们可以从某种程度上来说人们的思想,素质是引起环境变化的根本原因。我们应该时时刻刻有中良好的环境意识是我们健康生活的前提。

水体的富营养化只是大多数污染的一种典型代表,其根源在于人们生活的不合理性。那么我们是否可以下这样一个定论呢?一切污染源来源于生活,反馈于生活。相信各种令人头疼的环境问题,事情,证据,早已有了断论。

水利水电学院

学号:2013301580313

姓名:居和建

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范文二:水体富营养化及其对策 投稿:杨沝沞

题 目 水体富营养化及其对策 学 院 生化学院

姓 名

班 级 09生科(1)班 学 号 29

2010112

水体富营养化及其对策

摘要:随着经济的快速发展和人口的不断增长,环境污染和水质恶化日趋严重。其中,水体富营养化导致藻类异常增殖,形成水华或赤潮,使水体腥臭难闻,透明度降低,溶解氧减少,大量鱼类死亡。本文介绍了水体富营养化的现状、成因、以及常用的治理方法,并对化学修复技术和水生植物修复技术微生物修复技术进行了详细介绍。本文对这些技术的激励、特点进行了阐述

关键词:水体富营养化 成因

Abstract: With the rapid development of economy and population continues to grow, increasingly serious environmental pollution and deterioration of water quality. Where eutrophication causing algae Dysplasia, forming blooms or red tides, water green stench of pollution unpleasant, transparency, reduce, reduce dissolved oxygen, a large number of dead fish. Describes the present situation, cause of the eutrophication of water body, and common methods of governance, aquatic plants and chemical remediation technology and repair techniques have microbial remedy technology for details. This article on motivation, characteristics of these technologies for the elaboration

Key words: eutrophication;causes of;hazard management and control methods;chemical technology

1 水体富营养化的定义、机理和指标

1.1 水体富营养化定义

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

天然水体中由于过量营养物质(主要是指氮、磷等)的排人,引起各种水生生物、植物异常繁殖和生长,这种现象称作水体富营养化。这些过量营养物质主要来自于农田施肥、农业废弃物、城市生活污水和某些工业废水。污水中的氮分为有机氮和无机氮两类,前者是含氮化合物,如蛋白质、多肽、氨基酸和尿素等,后者则指氨氮、亚硝酸态氮,它们中大部分直接来自污水.但也有一部分是有机氮经微生物分解转化作用而形成的。城市生活污水中含有丰富的氮、磷,如人体排泄含有一定数量的氮,使用含磷洗涤剂,含有大量的磷等。另外如磷灰石、硝石、鸟粪层的开采、化肥的大量使用,也是氮、磷等营养物质进人水体的来源。

在自然界物质的正常循环中,湖泊会由贫营养湖发展为富营养湖,进一步又发展为沼泽地和干地,但这一历程需要很长的时间,在自然条件下需几万年甚至几十万年。但由于水体污染而造成的富营养化将大大促进这一过程。如果氮、磷等植物营养物质大量而连续地进人湖泊、水库及海湾等缓流水体.将促进各种水生生物的活性,刺激它们异常繁殖(主要是藻类),这样就带来一系列严重后果:

(1)藻类在水体中占据的空间越来越大,使鱼类活动的空间越来越小;衰死藻类将沉积塘底。

(2)藻类种类逐渐减少,并由以硅藻和绿藻为主转为以蓝藻为主,而蓝藻有不少种有胶质膜,不适于作鱼饵料,而其中有一些种属是有毒的。

(3)藻类过度生长繁殖,将造成水中溶解氧的急剧变化,藻类的呼吸作用和死亡的藻类的分解作用消耗大量的氧,有可能在一定时间内使水体处于严重缺氧状态,严重影响鱼类的生存。

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

4.2.1 除磷

防治富营养化的主要原因是水体中氮、磷等营养物质的超标,因此必须污染源头控制,降低水体中氮、磷等营养物质浓度,其主要措施包括:

4.2.1.1 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,是全世界的共识,也是保护环境、防止水体富营养化的最佳方案,我国在这方面也作了持续的努力。然而,由于种种原因,效果不佳,部分地区水土流失日益严重。工业废水的处理近年来取得相当成绩,使水体富营养化得到了有效控制。

4.2.1.2 洗涤剂禁磷

生活污水中的磷25% 来自含磷洗涤剂,许多国家均有禁止或限制使用含磷洗涤剂的政策,我国深圳市、太湖与滇池流域也采取了类似措施。然而,日本在禁磷前后对琵琶湖的监测表明,由于洗涤剂中的磷酸盐占水体总磷污染的比例较低,该政策并不能明显改变水中磷的含量。同时,洗涤剂中磷酸盐的替代品沸石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。因此,人们对

洗涤剂禁磷的环境效应有着很大的争论。

4.2.1.3 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,在欧美等发达国家运用较多。三级处理有化学法和生物法2 种,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等工艺。为促进除磷,也有工艺投加挥发性有机酸或糖类物质。三级处理主要是除氮,除磷效果不明显,而且某些工艺会造成二次污染。此外,三级处理工艺复杂,费用较高,我国城市污水集中处理量还很低,难以大规模地在常规处理的基础上再增加三级处理。因此,生活污水中氮磷的控制在我国大部分地区尚难实行。随着城市化的进程和居民生活水平的提高,生活污水中氮磷会有进一步的上升。

4.2.1.4 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。由于底泥中氮磷的吸收和释放过程复杂,目前尚无明确认识,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体。玄武湖和西湖的经验证明了该法弊病很多,必须慎重考虑。

4.2.1.5 混凝除磷

投加混凝剂沉淀溶解性磷,使其不能被藻类利用,在美国和澳大利亚运用较多,常用的混凝剂有铁、铝盐。该法效果不错,特别是在较深的湖泊,磷酸盐络合物可沉降到湖底同温层而不再返回表层。但是,在缺氧或氧化还原电位降低的条件下,这些络合物不稳定,会释放出溶解性磷。此外,混凝剂用于大面积水体时用药量大,可能与水体中其他物质发生不利反应,因此具有一定的潜在危险。

4.2.2 抑藻杀藻

针对藻类的过度繁殖引起表层以下厌氧状态,导致其他生物死亡,人们试图用机械搅拌或曝气来提高水中的溶解氧量。然而水体中氧的主要来源是水生植物的光合作用,富营养化水体表面并不缺氧,表面下水体因被藻类遮盖得不到阳光而缺氧,机械搅拌或曝气不能改变这一根本原因,收效甚微。

常见除藻方法还有除藻剂除藻,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。但是这些药剂价格较贵,而且对水生生物的影响以及与河水中溶解性离子的反应均未得到排除,可能引起二次污染。

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范文三:水体富营养化的原因 投稿:范俪俫

水体富营养化

王立和

摘 要: 富营养化是水体衰老的一种现象,它通常是指湖泊、水库等封闭水体以及某些河流水体内的氮、磷等植物营养物质含量过多所引起的水质污染现象。本文将从水体富营养化的自然因素和人为因素两大方面进行分析,并对水体富营养化的危害及治理措施进行阐述。

关键词: 富营养化 来源 危害 治理措施

富营养化是由于水体中氮磷等营养物质的富集,引起某些特征性藻类(主要是蓝藻、绿藻)及其他浮游生物的迅速繁殖,水体生产能力提高,使水体溶解氧含量下降,造成藻类、浮游生物、植物、水生物和鱼类衰亡甚至绝迹的水质恶化污染现象。富营养化具有缓慢、难以逆转的特点 ,因此水体富营养化问题是当今世界面临的最主要水污染问题之一。

我国在经济持续高速增长的同时,所带来的最大负效应就是环境污染日益严重,大江、大河及湖库水环境质量日趋恶化。据2003年我国环境状况公报显示:在我国七大水系407个重点监测断面中,Ⅰ~Ⅲ类水质占38. 1%, Ⅳ、Ⅴ类水质占32. 2%,劣Ⅴ类水质占29. 7%。2001年对我国130余个湖泊调查资料显示,高营养化湖泊占调查总数的43. 5%,中营养化湖泊占调查总数的45%。以藻型富营养化为主的湖泊主要分布在我国东南部经济发达地区,超营养化湖泊主要分布在城市和城郊附近。

1水体富营养化的来源

1.1 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;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。

1.2 人为因素

1.2.1工业废水

工业废水主要是指工业生产过程中产生的,其中钢铁、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, 2003年全国工业废水排放量达212. 4亿吨。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。

1.2.2生活污水

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247. 6亿吨,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《2003年中国环境状况公报》统计, 2003年全国工业和城镇生活废水排放总量为460. 0亿吨,其中工业废水排放量212. 4亿吨,比上年增加2. 5%;城镇生活污水排放量247. 6亿吨,比上年增加6. 6%。废水中化学需氧量(COD)排放总量1333. 6万吨,比上年减少2. 4%。其中工业废水中COD排放量511. 9万吨,比上年减少12. 3%;城镇生活污水中COD排放量821. 7万吨,比上年增加5. 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。

1.2.3化肥、农药的使用

现代农业生产中大量使用化肥、农药,人类在享受它们带来农业丰收的同时,在很大程度上污染了环境。农药、化肥在土壤中残留,同时不断地被淋溶到周围环境,特别是水体中,其中所含的氮、磷就导致了水体富营养化。

此外,屠宰场和畜牧场也会有含有较多氮磷的废水进入水体等。

2.水体营养化的危害

2.1 影响湖泊水体的生态环境

藻类的过度繁殖,死亡后藻类有机体被异养微生物分解,消耗了水中的大量溶解氧,使水中溶解的氧含量急剧下降。同时,由于水面被藻类覆盖,影响大气的复氧作用,使水中缺氧,甚至造成厌氧状态。此外,水体中藻类大量繁殖,也会阻塞鱼鳃和贝类的进出水孔,使之不能进行呼吸而死亡。水体出现富营养化时主要表现为浮游生物的大量繁殖,因占优势的浮游生物的不同而水面往往呈现出蓝色、红色、棕色和乳白色等。在江河、湖泊和水库中称为“水华”,在海洋中称为“赤

潮”。这些因素将导致鱼类等水生生物因缺氧而窒息死亡。

20世纪以后,赤潮发生的次数逐年增加,我国渤海1998年、1999年连续两年发生严重赤潮,面积达6500km2 ,持续时间超过一个月,严重影响海产养殖,造成重大经济损失。2000年我国海域共记录到赤潮28起,比1999年增加了13起,累计面积超过10000 km2 。

2.2 影响水体的利用

总体上说,水体富营养化破坏了水体原有的生态系统的平衡。若水体中光合作用生成有机物的速度与呼吸消耗有机物的速度基本相等时,藻类在水体中有机物的生长远大于其消耗,使有机物积蓄起来。水体富营养化现象一旦出现,水就不能被人畜直接利用。大量生物和有机物残体沉积于水的底层,在缺氧情况下,被一些微生物分解,产生甲烷、硫化氢等有害气体。富营养化的水体中还存在能使人畜中毒受害的亚硝酸盐和硝酸盐物质。

2.3 加速水体沼泽化、陆地化进程

由于富营养化的水体含有大量营养物质,使得藻类和水生生物大量生长和繁殖,加速了水体沼泽化和陆地化进程,破坏了特定地区的生态平衡。

3.治理措施

3.1 削减外源

来自各种污染源的营养负荷的增加会使水中的营养物质浓度急剧增高,导致藻类爆发、溶氧耗尽等富营养化症状,因此,外源的削减与控制是治理水体富营养化的先决条件。削减营养负荷的技术有以下

几种:废水分流以减少营养物质的入湖量;生产无磷洗涤剂以降低磷的入湖负荷;使用化学方法或生物技术进行废水脱磷;利用稳定塘、人工或自然湿地等进行非点源营养物质的截流;湖水稀释;应用生态技术改变常规农业种植方法。

3.2 消除内源

一些水体,只削减外源就可使水体恢复到以前的状态,但在富营养化程度严重的情况下,由于整个湖的情况已经发生了变化,只控制外源还不能从根本上治理富营养化,内源足以延缓甚至阻止湖泊停止外源输人后的恢复进程,因此还需采用湖内恢复技术消除内源。国外在消除内源方面做了很多探索:向湖中投加铝盐加速磷惰性化,从而减少内源磷的释放率;底泥疏浚;底泥氧化;均温层曝气;选择性地去除均温层的水以降低均温层的体积,减少水体的营养物质浓度;降低水位使一些或者全部的底部沉淀物暴露于大气中。

3.3 生态恢复

控制外源和内源的技术会使营养物浓度长期的减少,但对于恢复水体的生态功能往往还不够。各国经过长期的和大规模的研究,发明了许多技术用于富营养化水体的恢复:石岩等人研究了草食性浮游动物净化富营养化水体的效果;有学者研究水网藻在生长过程中吸收水体中的氨氮、硝氮及无机磷等藻类营养素,从而限制藻类的生长,通过生物操纵法改变水体生物群落结构,减少水体内的氮磷等营养物质的量从而抑制藻类的生长,通过人工循环使湖水达到和维持等温状态;通过毒性效应来控制藻类。

3.4 综合防治

富营养化是多种原因、综合作用的结果,且污染源复杂,营养物质去除难度大,防治上只用一种方法很难奏效。实践中通常是多种方法同时使用,既控制外源性营养物质输入,又减少内源性营养物质负荷,水体一旦富营养化,及时去除污水中的营养物质。如池塘常见的由蓝藻形成的“铜绿水”,只用0. 7 g/mL浓度的CuSO4, Fe SO4合剂( (5:

2)效果并不理想,但结合生态学管理可降低药量又可提高疗效,然后注入其它池水引进新藻类种,防止蓝藻成为池水优势种,然后施无机肥进行肥水,效果较好。

4.展望

防止富营养化趋势发展,必须以防为主,采取综合防治措施,因地制宜,要加强管理,特别使要加强水系环境监测力量,加大执法力度,建立起一整套行之有效的管理体系。同时,完善有关富营养化的法规体系,以保证各项管理工作能够做到有法可依。在执行法规的过程中,要做到执法必严、违法必究。

范文四:水体富营养化的原因 投稿:许騁騂

水体富营养化的原因

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。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。 水体富营养化产生的主要原因: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(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10μmg/L。

营养物质从何而来:水体中过量的氮、磷等营养物质主要来自未加处理或处理不完全的工业废水和生活污水、有机垃圾和家畜家禽粪便以及农施化肥。

(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,在这些水生植物死亡后,细菌将其分解,从而使其所在水体中增加了有机物,导致其进一步耗氧,使大批鱼类死亡。含有尿素、氨氮为主要氮形态的生活污水和人畜粪便,排入水体后会使正常的氮循环变成“短路循环”,即尿素和氨氮的大量排入,破坏了正常的氮、磷比例,并且导致在这一水域生存的浮游植物群落完全改变,原来正常的浮游植物群落是由硅藻、鞭毛虫和腰鞭虫组成的,而这些种群几乎完全被蓝藻、红藻和小的鞭毛虫类所取代。

(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。进入水体的磷酸盐有60%是来自城市污水。在城市污水中磷酸盐的主要来源是洗涤剂,它除了引起水体富营养化以外,还使许多水体产生大量泡沫。水体中过量的磷一方面来自外来的工业废水和生活污水。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,特别是在一些因硝酸盐引起的富营养化的湖泊中,由于城市污水的排入使之更加复杂化,会使该系统迅速恶化,即使停止加入磷酸盐,问题也不会解决。这是因为多年来在底部沉积了大量的富含磷酸盐的沉淀物,它由于不溶性的铁盐保护层作用通常是不会参与混合的。但是,当底层水含氧量低而处于还原状态时(通常在夏季分层时出现),保护层消失,从而使磷酸盐释入水中所致。

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。溶解氧的过饱和以及水中溶解氧少,都对水生动物有害,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,危害水生动物,发散臭味。

范文五:水体富营养化论文 投稿:秦簝簞

水体富营养化

摘 要:

水体富营养化现象,是水体中含有过多的溶解性营养盐类(主要是NH3-N、NO3-N、NO2-N、PO4-P),使水中藻类等浮游生物大量生长繁殖,而引起异养微生物旺盛的代谢活动,耗尽了水体中的溶解氧,使水体变质,从而破坏了水体中的生态平衡现象。

关键词:营养盐类、浮游生物、生态平衡

绪 论

一、富营养化的成因

水体富营养化可分为自然富营养化和人为富营养化。天然的湖泊都有一个从贫营养向富营养的发展过程,从贫营养过渡到富营养,进而发展到沼泽,直至死亡,是湖泊的自然发展规律,这是一个漫长的历史进程,但是人类活动会大大加速这个进程。

1.天然富营养化的成因

自然界的许多湖泊,在数千年前,或者更远年代的幼年时期,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接纳氮、磷等营养物质;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。

按照这样的方式和途径,经过千百年的天然演化过程,原来的贫营养湖泊就逐渐演变成为富营养湖泊。湖泊营养物质的这种天然富集,湖水营养物质浓度逐渐增高而发生水质营养变化的过程就是通常所称的天然富营养化。

2.人为富营养化的成因

随着工农业生产大规模地迅速发展,“城市化”现象愈加明显,使得不断增加的人口,集中在一些水源丰富的特定地区。人口集中的城市排放出的大量含有氮、磷营养物质的生活污水和工业污废水流入湖泊、河流和水库,增加了这些水体的营养物质的负荷量。同时,在农村,为了提高农作物产量,施用的化学肥料和牲畜粪便逐年增加,经过雨水冲刷和渗透,使一定数量的植物营养物质以面源的形式最终输送到水体中。据估计,农业地区输出的总磷可达森林地区输出量的10倍以上,而城市径流中的总磷量又可以

是农业集水区径流量的7倍左右,城市农业森林地带的地表径流都可能是某种水体富营养化的重要因素。

天然富营养化和人为富营养化的共同点在于它们都是由于水体中氮、磷营养物质的富集,引起藻类及其它浮游生物迅速繁殖,水体溶解氧量下降,最终导致鱼类或其他生物大量死亡,水质恶化。天然富营养化是湖泊水体生长、发育、老化、消亡整个生命史中必经的天然过程,这个过程极其漫长,常常需要以地质年代或世纪来描述其过程。人为富营养化则是因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现象,它演变的速度非常快,可以在短时期内使水体由贫营养状态变为富营养状态。

水体出现富营养化现象时主要表现为浮游生物大量繁殖,因占优势的浮游生物的颜色不同水面往往呈现蓝色、红色、棕色、乳白色等,这种现象在江河、湖泊中称为“水华”,在海洋则称为“赤潮”。当藻类及其它浮游生物迅速繁殖,水体溶解氧量会下降,水质将恶化,水体味觉和嗅觉变坏,鱼类及其它生物大量死亡,甚至会出现人和动物中毒现象。

研究富营养化的发生发展过程,在某种意义上就是研究某种优势藻类的生长过程。藻类和某些光合细菌能利用无机盐制造有机质,称为自养型生物。一般认为缓流水体中的自养型生物主要是藻类,通过光合作用利用太阳光能和无机物合成本身的原生质,这就是富营养化过程:

106CO2+ 16NO3-+ HPO42-+122H2O+18H++能量+微量元素

——(CH2O)106(NH3)16(H3PO4)+138O2

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。

理论上,水体富营养化是指水中营养物富集的过程,水体富营养化程度和水体富营养是指状态。习惯上把处于富营养以上的状态称为水体富营养化。水体出现严重富营养化现象时,水体中溶解氧下降,水质恶化,水发腥发臭,鱼类及其他生物大量死亡。由于浮游生物大量繁殖,水面往往根据占优势的浮游生物的颜色而呈蓝色、红色、棕色或乳白色等颜色,这种现象在内陆水体中称为“水华”(waterbloom)。水华爆发是生态系统对富营养化的响应。

二、水体富营养化的危害

水体富营养化是许多湖泊、水库的主要环境问题,被人形象地称为“生态癌”,它的存在已经严重妨碍了对这些水体作为资源的利用,造成了环境和经济的重大损失。 水体富营养化的主要表现特征是:

(1)藻种减少,水体中的蓝藻和绿藻大量繁殖,浮游生物个体数巨增;

(2)由于浮游生物、细菌的大量增加导致水中的悬浮物大量增加,透明度降低;

(3)产生有异味的有机物质;

(4)死亡的藻类残体分解释放使水体维持较高的TN、TP;水体pH值上升;

(5)水体的氧平衡被破坏。在富营养化水体中,白天水体表层水可以因藻类的光合作用而获得超过正常水体几倍的氧。但因表层藻类的遮盖隔离,阳光很难投射到下层水体,因此,下层水体中的光合作用很弱,水体中的氧源很不充足,只能由表层水体中的氧经过对流扩散作用,得到一部分补充,其量有限。当夜晚表层水体的光合作用停止后,水体中生物的呼吸及分解仍在进行,导致水体中的溶解氧大幅度下降,甚至呈厌氧状态。当底层水的溶解降低到零时,底部沉积物附近形成还原状态,会引起一系列不良后果,如有机物质无机化不完全,产生甲烷气体:硝酸盐还原,发生脱氮反应;硫酸盐还原,产生H2S气体:底泥中铁、锰、磷等溶出等等:这些都会影响湖库水质。

(6)在富营养化比较严重的水体中,会频发水华。在我国五大淡水湖之一的巢湖,几乎每年都发生以铜绿微囊藻为主的水华,犹如水面上流动的绿漆,被风次到沿岸水域后,有时会形成数公分厚的水华层,腐败分解后,发出恶臭,严重破坏湖库的水体功能及周围环境。

湖库环境中,富营养化的危害主要表现在以下几个方面:

(1)散发出腥味异臭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。

(2)降低水体的透明度

在富营养水体中,生长着以蓝藻、绿藻为优势种类的大量水藻。这些水藻浮在湖水表面,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0.2米,湖水感官性状大大下降。

(3)影响水体的溶解氧

富营养湖泊的表层,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,在富营养湖泊深层,情况就不同,首先是表层的密集藻类使阳光难以透射至湖泊深层,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,湖泊藻类死亡后不断向湖底沉积,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)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、叶碟吟类毒素等,其中又以微囊藻肝毒素(microcystin,MC)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,有害人体健康,水中蓝绿藻毒素与肝癌的关系尤其受到关注。

(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。富营养水体在作为供给水源时,会给制水厂带来一系列问题。首先是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,同时水藻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。

(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。

(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。南京玄武湖就曾发生过藻类疯长,鱼类因缺氧而大量死亡的事故。同时一些资料表明,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。

(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,水面藻华聚集,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量浮游生物,还会堵塞航道,影响航运。

三、氮磷营养盐与富营养化的关系

氮、磷与藻类增殖关系

水生生态系统由生物群落和环境条件两部分组成.按照物种在生态系统中的功能分类,生物群落包括生产者(藻类和水生植物、消费者(鱼类等捕食生物)和分解者(指细菌和一部分原生动物)3部分。

在不受人工影响的湖泊生态系统里,生产者、消费者和分解者各司其职,在太阳能的驱动下,上述三者进行着规模与环境条件的平衡。但人类的活动打破了这种天然的平衡,使大量的营养盐进入水体,超过了藻类自然生长需求量,在合适条件下使藻类大量繁殖。

丹麦著名生态学家Jorgensen(1983年)指出浮游藻类的生长是富营养化的关键过程。根据OECD研究的结果,80%的湖泊富营养化受磷元素的制约,大约10%的湖泊与氮元素有关,余下10%的湖泊与其它因素有关,因此着重研究氮、磷负荷与浮游藻类生产力的相互作用和关系,是揭示湖泊富营养化形成机理的主要途径。根据对藻类化学成分进行的分析研究,提出了藻类的“经验分子式”为C106H2630110N16P,同时,利贝希最小值定律(Liebig law of the minimum)指出,植物生长取决于外界提供给它的所需养料中数量最少的一种。由此可知,在藻类分子量中所占的重量百分比最小的两种元素氮和磷,特别是磷是控制湖泊藻类生长的主要因素。大量的实验结果也证实了这一结论。 一般来说,氮和磷被认为是主要的营养元素,特别是磷对湖泊的富营养化具有特殊

的作用。这是由于植物细胞里的磷直接参加光合作用和呼吸、酶系统的活性化、能量转化,以及氮、碳水化合物和脂类化合物的交换等过程。藻类多半利用以磷酸盐、磷酸氢盐和磷酸二氢盐等溶解形式的磷,但也可以吸收有机磷化合物。

大部分氮则是与水体中的生物如藻类、微生物、水中真菌类、动物区系代表种类及高等水生植物等的有机物有关。有机体死亡时,含氮的有机物质部分被矿质化,然后进入水体深层,或集聚在水底沉积物中。颇大一部分含氮有机物质沉降到水底,形成营养碎屑,促使淤泥沉积物的生成。还有一部分有机物质参加循环,从而改变了水域中水生生物群落的营养水平。

在一个富营养化湖泊中,藻类利用植物形式储存过量的营养物质,其繁殖能力的强化,乃是湖泊水生生态系统对营养物质和有机物质的富集反应的共同

特征。根据生态学原理,可将水生生态系统的这种反应视为生态系统力图使自身保存下去,使外源性作用不断被破坏的生物循环稳定下来的一种适应性反应。

磷与水体富营养化

磷是生命活动绝对必须的元素。自然界中的磷主要来源于磷酸盐矿、动物粪便以及化石等天然磷酸盐沉积物。由于过度的矿山开采,大量储藏在地球表面的磷被挖掘出来作为原料制造成化肥,这些化肥在世界范围内被过度地使用。此外,还有大量的磷是施加饲养动物的粪便进入土地的,在很多地区,这些以化肥或动物粪便形式施加到土地中的磷远远超过了土地中产出的磷,因此,这些多余的磷年复一年地累积在土壤中,然后再通过地表径流进入地表水中。经过调查发现,从土壤中通过地表径流进入到地表水中的磷的总量与土壤中的磷的含量呈线增长的关系。例如,在爱尔兰,过去的50年里土壤中的磷含量以每年每平方公里100kg的速度增长,伴随着土壤中磷含量增长的同时,地表径流中的无机磷以每年2mg/m3的速度增长。

总之,由于人类的行为使得大量的磷通过各种方式进入水循环,这是水体中的磷负荷增高的主要原因。而由于环境因素造成水体磷浓度的变化又通过藻类生物量表现出来,当环境中供给的磷总量减少时,水体中的磷浓度降低,影响藻类的生长率,相反,当环境中连续不断地增加磷的供给时藻类便大量迅速地增殖。

氮与水体富营养化

氮是生物生长必需的营养元素。自然界中的氮主要是以氮气的形式储藏在大气中。大气圈中的氮气为具有固氮能力的植物与藻类提供了丰富的来源。水体中的一些藻类由于具有固氮能力,能够把大气中的氮转化为能被水生植物吸收和利用的硝酸盐形式,因

而使得藻类能够获得充足的氮营养物质。人类的行为也同样深刻地改变了自然界中的氮循环。工业的发展导致了化肥与农药的增长,大量的化肥都是由合成胺工业利用大气中的氮气制造出来的。由于人为原因被固定到陆地生态系统中的氮的总量是其它各种自然原因固定的氮的总量之和。有统计表明,1950年全球的氮肥产量小于1千万吨,而

到了1990年,这个数字增加到8千万吨,预测到2030年则有可能超过1亿3千5百万吨。此外,还有大量的氮以动物粪便的形式被施加到耕地中,所有被应用到土地中的氮,只要很少一部分就可以满足植物生长的需要,剩余的氮可能积累在土壤中,或从土地中转移到地表水中,或迁移到地下水中,或通过氨的挥发作用生成NO2进入到大气中。汽油、煤等化石燃料的燃烧也使大量的氮进入到大气中,而它们中的很大一部分最终以降水的形式又回到水体中。

值得注意的是,由于水体中的某些藻类具有固氮能力,当环境中的氮减少时,它们可以自己把大气中的氮通过固氮作用转化为硝酸盐。因此,与磷元素相比,氮作为湖泊富营养化的限制因素,处于次要地位。

氮、磷比值与藻类增殖

在研究氮磷物质与水质富营养化的过程中,大量事实还表明,氮、磷浓度的比值与藻类增殖有着密切关系。日本湖泊学家板本曾经研究指出,当湖水的总氮和总磷浓度的比值在10一25:1的范围时,藻类生长与氮、磷浓度存在着直线相关关系。日本另一位湖泊学家合田健进而提出,湖水的总氮和总磷浓度的比值在12一13:1时,最适宜于藻类增殖。若总氮和总磷浓度之比小于此值时,则藻类增殖可能受到影响。

总之,湖泊富营养化的实质是由于营养物质输入输出的失衡,特别是在富营养化不断加剧的水体系中,营养消费量远远低于营养供给量,从而造成了藻类和其它水生植物的大量生长。在这样的生态系统中,由于营养水平的失衡,物种分布的平衡被打破,导致单一物种(如藻类)的疯长,从而进一步破坏了系统的能量流动和物质流动,使整个生态系统逐步走向消亡。

四、富营养化水体的特征

水体富营养化不仅表现为水中藻类或大型水生植物的过度生长,同时引起水体一系列的理化特征变化。

1 pH值

水华大多暴发在pH值为弱碱性或碱性的水体中。在天然水体中,氢离子的浓度并不取决于水分子的离解,而主要取决于水中CO32-、HC03-、CO2的对比关系。在富营养化水体中,随着富营养化的发展,水的pH值呈现随藻类生长而显著增高的趋势。这是由于藻类光合作用消耗水中的CO2,致使水中氢离子减少,pH值升高。

2 透明度(SD)

使用塞氏盘(Secchi Disc)观测水体透明度己有很长历史。水体透明度是描述水体光学的一个重要参数,同时也是评价水体富营养化的一个重要指标,能直观反映水体清澈和混浊程度。水体透明度与光学衰减系数、漫射衰减系数之间存在密切关系。生物学家经常利用SD来估算真光层深度,用于计算湖泊初级生产力。透明度与太阳辐射、水体的理化性质、悬浮物组成与含量以及气象状况等有密切关系,它受到多种环境因素的影响。

通常情况下,深水的透明度比浅水的透明度大。在同一湖泊中,对于中小型湖泊来说,一般是湖心透明度大,边缘小。由于大部分湖泊的透明度呈现随藻类繁殖而明显下降的趋势,所以在富营养化水体中,水体的透明度一般都与反映藻类生长的叶绿素a指标呈现相反的变化趋势。国际上通常认为透明度小于0.5m是富营养化湖泊的重要特征。

3 颜色

严重富营养化水体由于藻类的大量增殖,而带有颜色,如褐色、绿色、黄绿色、红色、乳白色、蓝色、蓝绿色等,因优势藻种不同而使水体具有不同的颜色。带色藻类飘浮在水面象油漆一样,影响景观。

4 气味

富营养化的水体中会因藻类散发出阵阵腥臭,由于底层严重缺氧,厌氧微生物繁殖分解产生H2S,所以常常伴有臭皮蛋味的恶臭。

5 溶解氛(DO)

溶解氧是湖泊水体与大气交换平衡以及经化学和生物化学反应后,溶解在水中的氧。洁净水体中的DO一般接近饱和,如果水体受到有机物质和还原性物质污染时,DO会低于饱和值,尤其当藻类在水面形成遮光阻气层时,影响大气氧和水中氧的正常平衡以及水生植物的光合作用受阻,会使深层DO大幅度降低,甚至趋于零值,于是厌氧微生物繁殖,水质恶化,鱼虾等水生生物会因缺氧而死亡。

在藻类大量繁殖季节,水体表层因水生植物光合作用所造成的DO过饱和,而深层

水因藻类死亡耗氧所致的缺氧状态是富营养化水体的典型征兆。研究结果还表明,在浅水湖泊中,平均深度小于2m的情况下,由于易受风的混合作用,表底层水交换强烈,故不呈现明显的DO分层及底层缺氧状态。

6 叶绿素a(chla)

根据对湖泊调查的结果发现,所有处于富营养化状态中的湖泊或水库,其表征藻类生长的指标Chla的年均值都处于较高的水平。例如,中国的滇池(内海)的Chla年均值在1989年就达到了138.64mg/L,而同年处于贫营养状态的四川邛海的Chla年均只有0.70mg/L。因此,世界经济合作与开发组织(OECD)就规定了湖泊营养状态的Chla划分标准,大于78mg/L为重富营型。

大量研究表明,叶绿素a含量随季节变化较为明显,其年均变化动态大致可划分为峰形、台型和峰台形。在富营养化程度较低的水体中,其Chla年变化幅度很小,仅在夏秋生长季内出现一个小高峰。而对重富营养水体,Chla的年变化幅度则较大,在一年中有两个高峰。对于温带地区的富营养湖泊,Chla的变化峰值集中出现在夏、秋生长季节内,在同一数量上波动,秋末开始下降,冬天甚至到初春的Chla值都处于明显的低值水平,其年变动曲线呈现夏、秋为高台形和冬季为低谷形。对于亚热带地区的富营养化湖泊,一年四季中Chla的峰值交替出现,其年变动曲线呈多峰形。

7 CODMn

富营养化水体中浮游植物强烈的光合作用生成了大量的有机体,使水体的化学耗氧量明显增高。杨晓珊通过对滇池外海chla与CODM。关系研究,认为二者线性相关。此外,一般情况下湖泊水域的CODMn。年变化趋势还与藻类的生长相呼应,在夏季达到峰值。。

五、水体富营养化防治

水体发生富营养化是由过量的营养盐汇入水体并在适宜的气象、水文条件下植物性浮游生物迅速增长而造成的,一般情况下,气象、水文等自然因素难以控制,防治措施主要集中在防止人类各种不合理的活动,减少和切断营养盐来源和通道,并主动采取各种生态协调技术等方面。

从60年代起,全球五大洲的国家不断在湖泊富营养化控制恢复领域进行了广泛深入的研究,发表了大量的研究报告和论文。取得了以下几个方面的研究

成果:

1980一1996年期间荷兰通过国家和国际合作项目对境内231个湖泊进行了营养负荷削减和改变富营养化状况的研究。自1980年代初期起,荷兰即采取措施减少磷排放和有限降低氮排放,使TP和TN呈负增长趋势。从叶绿素a的负增长趋势和Secchi Disk透明度正增长趋势也可部分证明降低营养物质浓度的效果。对于包括平均浓度、表面面积、水力停留时间和土壤类型所有子集的水质因素得到改善。荷兰在Naardemeer自然保护区采用对富营养化的湖泊供给无磷酸盐水降低外来营养负荷的办法有效地控制了富营养化。

法国科学家在研究Bart-les-Orgnes水库时发现,外源磷负荷虽然很大,但是内源量也是必须考虑的,去除底泥可有效地防治水体富营养化。

美国威斯康星大学等单位的科学家,曾用检验对两类具有大不相同食物网的湖泊施肥后效果,来说明生物学方法是否能控制湖泊富营养化。德国采用联合生态技术以减少藻类的增长,在1996-1997年5~8月的两个季节中,用此新技术进行了实验,此种技术主要是将内源的磷沉淀与把富含游离C氏的湖下层水输送到上层结合起来,使整个水体中磷的浓度大幅度地下降。

英格兰在1997年制定了环境问题的全面管理对策,把解决富营养化列为淡水的十大重要问题。

澳大利亚新南威尔士州采用调节河流水量、机械搅动、曝气和虹吸作用增加水体的流动性,并利用杀藻剂和除藻剂(如明矾和石膏)抑制水华的发生,取得较好效果。 国内对湖泊富营养化研究的工作起步较晚,且主要集中在湖泊富营养化形成机理和评价体系方面,对富营养化防治技术是近几年才开始的。国内所采用的方法归纳起来主要包括内、外源的控制、生态工程技术和管理技术:

A、控制氮、磷等营养物的流入

通过工艺改革、产品改进,减少废水中磷的含量。把洗涤剂中支链型烷基苯磺钠改为磷酸盐的代用品,农业生产上合理控制施肥量,污水分流,投饵养殖时,做好养殖规划,兼顾经济效益和生态效益,把生态效益放在首位。

B、物理方法治理

池塘、水库加强水的交换,当有合适水源时可引入,以起到稀释的作用,带出氮、磷物质以及藻类;深水湖泊或水库中,设法将深层水排出,降低富营养化程度;湖泊中采用机械方法进行曝气和促进水的流动,可起到底泥释放磷,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;一般情况下藻类密度较小,因而其絮体不易沉淀,

采用气浮可以取得较好的除藻效果。富营养化后蓝藻类“水华”氮含量很高,可收集用于化肥、饲料,减少水体氮、磷负荷。

C、化学方法防治

常用的除草剂有硫酸铜、二氧化抓等。二氧化氛除草效果较好,但成本较高。化学药济法应用较为灵活,但使水体增加了新的对鱼健康不利的化学物质。改善养殖水体环境,增加水中溶解氧含量,可防治养殖过程中藻类的生产。

D、生物防治

生物处理是利用微生物的作用改善水质。微生物是降解废水、废物的主力军,利用经过遗传工程改造的微生物将成为治理环境污染、保持生态平衡的最有效的方法。如硝化细菌可去氮去碳,杀灭病毒,降解农药,絮凝水体重金属及有机残物、降解污泥等。 E、生态防治

生态学方法即从生态系统结构和功能进行调整,从营养环节来控制富营养化,使营养物质变为人类需要的终极产品(如鱼等水产品)而不是“水华”。利用滤食性鱼类直接吞食蓝藻可以作为一种生物操作方法的生物防治途径。近年来对浮游动物与藻类“水华”的关系报道很多,鱼类可以选择性地吞食浮游动物或浮游植物,而我们可以通过捕捞鱼产品来削除污染。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、曹蒲等可以抑制浮游植物的生长,对改进水质感观性状有利。 F、综合防治

富营养化是多种原因、综合作用的结果,且污染源复杂,营养物质去除难度大,只用一种方法防治是很难奏效的。实践中通常是多种方法同时使用,既控制外源性营养物质的输入,又减少内源性物质的负荷,水体一但富营养化,及时去除污水中的营养物质。

六、水库富营养化评价研究

湖泊水库富营养化评价,就是通过与湖泊水库营养状态有关的一系列指标及指标间的相互关系,对湖泊水库的营养状态作出切合实际的判断。

水体富营养化评价

1 水体的营养状态

贫营养和富营养的概念最早是由罗曼(Naumann)于1919年引入湖泊学中的,并根据浮游植物量的多少和湖水的浑浊程度,把湖泊分为贫营养型和富营养型,进而提出了比较完善的湖泊的营养类型的标准。

生态学家和环境专家根据水体中所含营养物质的浓度以及生物学、物理学和化学等指标人为地将水体的营养状态划分为贫营养、中营养、富营养等多种状态。之所以说是人为地将水体的营养状态划分为贫营养、中营养、富营养等多种状态,这是因为按照模糊水文学家的观点,水质的好坏、营养状态的贫富是相对的、模糊的,并不存在严格的界限和级差。所谓贫营养是表示水体中植物性营养物质浓度最低的一种状态。贫营养水体水生物生产力水平最低,水体通常是清澈透明的,溶解氧含量一般比较高。与贫营养水体相反,富营养水体则具有很高的氮、磷物质浓度及生物生产力水平,水体透明度下降,溶解氧含量一般比较低,水体底层甚至出现缺氧情况。中营养则是指介于贫营养和富营养状态之间的过渡状态。

2 富营养化评价指标

要确切、快速地对产生富营养化的现象进行评价,必须选择正确的评价指标。与水质富营养化的密切关系的指标很多,主要分为物理、化学和生物学指标。

物理指标中最为常用的是透明度。透明度的测定非常简便易行,因此,在富营养化评价中,透明度是最常用指标之一。

化学指标是指与藻类增殖有直接关系的溶解氧、二氧化碳、氮、磷等化学物质量和COD。其中常用指标是COD和总氮、总磷。COD用作湖泊污染指标一般有现成数据可以取用,且与藻类生物量有明显相关性,因此用COD作为评价指标是非常方便而有效的。但是COD只能反映出水体中总的有机物含量,而真正限制水体中藻类生长的因素是氮和磷,所以总氮和总磷这两个评价指标的测定才能正确反映出水体的生物生产力的潜在水平,对水体的富营养化判断及防治起到较好的指示作用。

生物学指标主要是指由于富营养化而出现的优势生物的种类和数量,根据浮游藻类优势种群的变化可以评价富营养化的状态。水体中的优势生物种群常驻随水体的营养状态有规律的变化,因此可以应用水体中生物群落内的某些优势种群作指标生物,作为水体营养类型的指标。也有将生物量(BIO)作为生物学指标来评价水体富营养状态的。当然,由于浮游生物出现状况依环境的不同而变得复杂化,而且在判定时需要相当的专业知识,判定方法复杂,因此在富营养化状态的评价中,生物学指标的使用并不普遍。 3 营养化的评价标准

富营养化判别标准很多。通常所使用的理化指标主要有水体营养物质浓度,藻类所

含叶绿素a的量,水体透明度以及溶解氧等。目前较常用的标准有沃伦威德负荷量标准,捷尔吉森判别标准等.

结束语:

在科技高速发展的今天,生态系统也遭受到了巨大的破坏。我们要保护我们赖以生存的家园。不仅仅是水污染,其他方面也要关注!环保?环保是一件非常轻松,是一件非常庄重,又是一件非常有意义的事,你动手,我动手,他动手,世界就会充满希望!爱护我们身边的环境,保护我们生存的空间,实际上就是在保护我们自己的家园,保护我们的生命!

参考文献:1、郭培 章宁群主编《中外水体富营养化治理案例研究》

2、范成新 王春霞主编《长江中下游湖泊环境地球化学与富营养化》

范文六:我国水体富营养化 投稿:梁陹険

学号:2008211449

哈尔滨师范大学 学士学位论文

题 目 我国水体富营养化现状及控制对策研究

学 生 董文通

指导教师 何琳琳 副教授 年 级 2008级 A3班 专 业 化 学 系 别 化学系 学 院 化学化工学院

学 士 学 位 论 文

题 目 我国水体富营养化现状及控制对策研究 学 生 董文通

指导教师 何琳琳 副教授 年 级 2008级 A3班 专 业 化 学 系 别 化学系 学 院 化学化工学院

哈尔滨师范大学 2012年5月

我国水体富营养化现状及控制对策研究

董文通

摘要:随着经济的快速发展和人口的不断增长,环境污染和水质恶化日趋严重。其中,水体富营养化导致藻类异常增殖,形成水华或赤潮,使水体腥臭难闻,透明度降低,溶解氧减少,大量鱼类死亡。本文介绍了水体富营养化的现状、成因、以及常用的治理方法,并对化学修复技术和水生植物修复技术微生物修复技术进行了详细介绍。本文对这些技术的激励、特点进行了阐述

关键词:水体富营养化 成因 危害治理和控制方法 化学技术

水资源是人类赖以生存的基本物质,随着人口增长和社会经济飞速发展,水的需要量急

[1]

剧增加,而水资源污染也日益严重。我国自20 世纪80 年代以来,由于经济的急速发展和环境保护的相对滞后,许多湖泊、水库已进入富营养化,甚至严重富营养化状态,如滇池、

[2]

太湖、西湖、东湖、南湖、玄武湖、渤海湾、 州湾、九龙江、黄浦江等。2000 年对我国

[3]

l8 个,主要湖泊的调查表明,其中l4 个已进入富营养化状态。

1 水体富营养化的定义、机理和指标

1.1 水体富营养化定义

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,

[4]

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,

[5]

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

[6]

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

[7]

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

[8]

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

[9]

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

[11]

和恢复到正常状态。

[10]

1.3 水体富营养化指标

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(如阳光、营养盐类、季节变化、

[12]

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

[13]

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

[14]

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10μmg/L。

2 国内外水体富营养化“研究历史与进展”的对比

在20 世纪初期, 水体富营养化问题引起了国外部分生态学家、湖沼学家的注意, 并开

[15]

始了对其成因的初步探索。在上世纪60 年代末, 随着全球出现的海洋和淡水水体富营养化问题的不断加剧, 联合国环境规划署( UNEP) 、世界卫生组织( WHO) 、国际经济合作与开发组织( OECD) 等众多国际组织以及世界各国都相继开始了富营养化形成机理及其防治

[16]

对策的研究, 进行了大量的试验、实践与探索。由于富营养化的发生发展包含着一系列生物、化学和物理变化的过程, 并与水体化学物理性状、湖泊形态和底质等众多因素有关, 其演变过程十分复杂, 研究所涉及的学科多种多样, 所以至今对富营养化形成机理仍然无法

[17]

作出科学的解释, 研究还停留在初级阶段, 有待进一步的深入。

经过近30 年来世界各国学者的潜心研究, 特别是加拿大的沃伦维德( 1968 年) , 日本的合田建( 1970 年) 及奥地利的列夫勒( 1968 年) 等人的杰出贡献, 目前公认的富营养化形成原因, 主要是适宜的温度, 缓慢的水流流态, 总磷、总氮等营养盐相对充足, 能给水生生物( 主要是藻类) 大量繁殖提供丰富的物质基础, 导致浮游藻类( 或大型水生植物) 爆

[18]

发性增殖。尽管对于不同的水域, 由于区域地理特性、自然气候条件、水生生态系统和污染特性等诸多差异, 会出现不同的富营养化表现症状, 但是, 影响水体富营养化发生的主

[19]

要因素基本是一致的, 即温度、水流流态和营养盐。

早期的富营养化机理研究主要是探讨水体中营养盐负荷与浮游藻类生产力的相互作用

[20]

和关系, 这也是揭示湖泊富营养化形成机理的主要途径。通过对营养盐的动力学吸收的研究, 许多学者( Levasseur et al, 1987; Harr ison et al , 1977; Goldman et al, 1979) 提出了大致相同的浮游藻类生长所需环境溶解营养盐的原子比, 了解了氮、磷以及氮磷比值分别与藻类生长的相关关系。在这些研究的基础上, 提出了控制外源性营养盐输入的富营养

[21]

化水体治理措施。

纵观国际上近年来开展的富营养化水体治理工程不难发现, 以外源污染治理为主的措施对于深水湖泊取得了较好的效果, 但对于浅水湖泊却收效甚微, 这说明不同类型的湖泊

[22]

其富营养化机理不尽相同。为此, 各国学者对富营养化形成机理开始了更深层次的思考, 特别是对浅水湖泊沉积物中营养盐的赋存、降解和释放等循环过程的研究。主要研究有: 1996 年, 法国学者Ruban V 和Demar e D 在Bart- les-Orgnes 水电水库研究了底泥 水界面上磷的释放, 用序列抽提法研究得知并非所有形式的磷酸盐都容易释放。1999 年,荷兰的Brouwer 等在研究Banen 湖时发现硫酸盐和碳酸氢盐是影响底泥降解和恢复湖泊的关键因素。美国的Bateus等以俄克拉何马州卡 布莱克韦湖底质进行厌氧 好氧、带菌 无菌, 搅拌

[23]

三种条件组合的模拟实验表明, 在好氧搅拌带菌情况下沉积物的释放量最大。

近年来, 我国在富营养化机理研究上也取得了较大的突破。中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室成绩卓著, 他们主要在水- 沉积物系统方向上取得进展, 研究分别从营养元素循环、生物大分子降解过程和铁-锰- 硫体系的氧化还原变化等角度对云

[24]

贵高原不同部位湖泊的沉积物- 水系统进行了研究。结果表明: 湖泊沉积物-水界面存在! 活性有机质分解- 溶解营养盐释放- 浮游生物吸收- 活性有机质沉降∀的快速循环, 以促成富营养湖泊的高生产力水平; 沉积物中生物残骸细胞破裂后, 蛋白质、DNA、RNA 降解导致的氮- 磷差异性释放与微生物作用存在耦合关系; 由于铁- 锰- 硫的微生物作用差异, 沉积物早期成岩氧化还原序列变化对营养元素生物地球化学行为起着控制作用。陈德辉等以Tilman 提出的! 资源竞争机制学说∀为依据, 研究了微囊藻栅藻资源竞争的动力学过程结果表明: 在光强为10-0~ 17-1 EE 和磷浓度为3-10~ 20-0 g/ mo1的范围内, 微囊藻的生长率大于栅藻的生长率. 说明磷的增加是微囊藻成为水华的充分条件, 但不是必要条件, 至少低光强是一个重要的作用因子。上述研究成果在探索富营养化机理上具有重要学术价值[25]

3 我国水体富营养化的现状

湖泊富营养化已经成为一个日趋严重的全球性环境问题,引起了湖沼学家、生态学家和环境学家们的广泛重视。湖泊富营养化不仅对湖泊水质有严重影响,而且还会影响到周边水

[26]

环境和人为景观,甚至通过给水系统危害到公众的健康。根据(2004 年中国环境状况公告》,在评价的27 个重点湖泊中,Ⅳ类、v类或劣V类水质湖库2O 个,占74% ,其中“三湖”(太湖、滇池、巢湖)水质均为劣V类;在评价的10 个大型水库中,有8 个水库都属于中

[27]

营养化。2000 年,美国对本国的河口富营养化做调查发现:65% 的水面达到了中营养和

[28]

富营养化,最为显著的地带是在墨西哥海湾到大西洋的中部地带。2004 年,英国环境署对本国河流状况做调查表明:53%河流的磷浓度已超过了0.1 mg/L,29% 河流的氮浓度

[29]

已经超过了30 mg/L。由此可见,对受污染的湖库水体进行治理修复,是社会发展及生态

[30]

环境建设的迫切需要,寻找先进、实用、造价低廉的技术迫在眉睫。

4 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

[31]

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

[32]

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

[33]

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

[34]

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

[35] [36]

复到正常状态。

5 水体富营养化的危害

天然水体中由于过量营养物质(主要是指氮、磷等)的排人,引起各种水生生物、植物异常繁殖和生长,这种现象称作水体富营养化。这些过量营养物质主要来自于农田施肥、农业废弃物、城市生活污水和某些工业废水。污水中的氮分为有机氮和无机氮两类,前者是含氮化合物,如蛋白质、多肽、氨基酸和尿素等,后者则指氨氮、亚硝酸态氮,它们中大部分直接来自污水.但也有一部分是有机氮经微生物分解转化作用而形成的。城市生活污水中含有丰富的氮、磷,如人体排泄含有一定数量的氮,使用含磷洗涤剂,含有大量的磷等。另外如

[37] 磷灰石、硝石、鸟粪层的开采、化肥的大量使用,也是氮、磷等营养物质进人水体的来源

[38]。

在自然界物质的正常循环中,湖泊会由贫营养湖发展为富营养湖,进一步又发展为沼泽地和干地,但这一历程需要很长的时间,在自然条件下需几万年甚至几十万年。但由于水体污染而造成的富营养化将大大促进这一过程。如果氮、磷等植物营养物质大量而连续地进人湖泊、水库及海湾等缓流水体.将促进各种水生生物的活性,刺激它们异常繁殖(主要是藻类),这样就带来一系列严重后果:

(1)藻类在水体中占据的空间越来越大,使鱼类活动的空间越来越小;衰死藻类将沉积

[39]塘底。

(2)藻类种类逐渐减少,并由以硅藻和绿藻为主转为以蓝藻为主,而蓝藻有不少种有胶

[40]质膜,不适于作鱼饵料,而其中有一些种属是有毒的。

(3)藻类过度生长繁殖,将造成水中溶解氧的急剧变化,藻类的呼吸作用和死亡的藻类的分解作用消耗大量的氧,有可能在一定时间内使水体处于严重缺氧状态,严重影响鱼类的

[41]生存。

6 防治对策与技术

6.1 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

[42]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

[43]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

[44]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。

6.2 水体富营养化的防治技术

6.2.1 除磷

防治富营养化的主要原因是水体中氮、磷等营养物质的超标,因此必须污染源头控制,降低水体中氮、磷等营养物质浓度,其主要措施包括:

6.2.1.1 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,是全世界的共识,也是保护环境、防止水体富营养化的最佳方案,我国在这方面也作了持续的努力。然而,由于种种原因,效果不佳,部分地区水土流失日益严重。工业废水的处理近年来取得相当成绩,使水

[45]体富营养化得到了有效控制。

6.2.1.2 洗涤剂禁磷

生活污水中的磷25% 来自含磷洗涤剂,许多国家均有禁止或限制使用含磷洗涤剂的政策,我国深圳市、太湖与滇池流域也采取了类似措施。然而,日本在禁磷前后对琵琶湖的监测表明,由于洗涤剂中的磷酸盐占水体总磷污染的比例较低,该政策并不能明显改变水中磷的含量。同时,洗涤剂中磷酸盐的替代品沸石会较大程度地增加污水处理厂污泥的体积,给

[46]污泥处理带来困难。因此,人们对洗涤剂禁磷的环境效应有着很大的争论。

6.2.1.3 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,在欧美等发达国家运用较多。三级处理有化学法和生物法2 种,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等工艺。为促进除磷,也有工艺投加挥发性有机酸或糖类物质。三级处理主要是除氮,除磷效果不明显,而且某些工艺会造成二次污染。此外,三级处理工艺复杂,费用较高,我国城市污水集中处理量还很低,难以大规模地在常规处理的基础上再增加三级处理。因此,生活污水中氮磷的控制在我国大部分地区尚难实行。随着城市化的进程和居民

[47]生活水平的提高,生活污水中氮磷会有进一步的上升。

6.2.1.4 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。由于底泥中氮磷的吸收和释放过程复杂,目前尚无明确认识,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体。玄

[48]武湖和西湖的经验证明了该法弊病很多,必须慎重考虑。

6.2.1.5 混凝除磷

投加混凝剂沉淀溶解性磷,使其不能被藻类利用,在美国和澳大利亚运用较多,常用的混凝剂有铁、铝盐。该法效果不错,特别是在较深的湖泊,磷酸盐络合物可沉降到湖底同温层而不再返回表层。但是,在缺氧或氧化还原电位降低的条件下,这些络合物不稳定,会释放出溶解性磷。此外,混凝剂用于大面积水体时用药量大,可能与水体中其他物质发生不利

[49]反应,因此具有一定的潜在危险。

6.2.2 抑藻杀藻

针对藻类的过度繁殖引起表层以下厌氧状态,导致其他生物死亡,人们试图用机械搅拌或曝气来提高水中的溶解氧量。然而水体中氧的主要来源是水生植物的光合作用,富营养化水体表面并不缺氧,表面下水体因被藻类遮盖得不到阳光而缺氧,机械搅拌或曝气不能改变这一根本原因,收效甚微。

常见除藻方法还有除藻剂除藻,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。但是这些药剂价格较贵,而且对水生生物的影响以及与河水中溶解性离子的反应均未得到排除,可能引起二次污染。

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,因此,国内外从2O 世纪7O 年代起进行了广泛的研究。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,包括我国常见的梭鱼、鲢鱼、草鱼等。可用的经济类水生植物有凤眼莲、莲子草、慈姑、茭白、水花生、菱角等。然而,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人矿化循环而没有真正被去除。水生生态十分复杂,在人为强烈干扰下,将造成系统不稳定,难以控制,不属于当地自然种群的引进生物可能留下长期隐患。因此,采用生物控制时必须仔细考虑带来的不利生态后果。

在水华出现时用船只捕捞藻类,收获的藻类可以加工成鱼食,在上海等地有使用。该法易于控制,短期效果显著,但在藻类大量繁殖后再去除,工作量极大,事倍功半。

20 世纪90 年代日本开始进行超声波抑藻杀藻技术的研究,目前在千叶湖进行较大规模的试验。我国清华大学等单位也进行了一定研究。初步结果表明,适当频率和强度的超声波处理5rain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

[50]点使得超声波抑藻杀藻具有很大的吸引力。

超声波泛指频率在16 kHz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,如超过重力加速度几万倍的质点加速度,空化泡破裂产生的瞬间高温和高压(4 000 K,500大气压)、急剧的放电,以及强烈的冲击波和射流等。由此衍生的二次波、辐射压、声捕捉、自由基、氧化荆等也可能较大程度地改变介质性质。

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。这一点已在工业上运用。藻类细胞的特殊构造是一个占细胞体积50% 的气胞,气胞控制藻类细胞的升降运。超声波引起的冲击波、射流、辐射压等可能破坏气胞。在适当的频率下,气胞甚至能成为空化泡而破裂。同时,空化产生的高温高压和大量自由基,可以破坏藻细胞内活性酶和活性物质,从而影响细胞的生理生化活性。此外,超声波引发的化学效应也能分解藻毒素等藻细胞分泌物和代谢产物。超声波作用

[51]受多种因素影响,其中最重要的是频率和强度,对工艺条件的优化是下一步研究的重点。

7 结束语

20 世纪80 年代以来, 生态恢复理论与技术研究逐渐传播到我国。近年来, 经过研究与实践, 生态恢复理论与技术有了一定的发展, 但仍处于起步阶段。我国已退化生态系统类型复杂多样、退化程度严重、恢复理论与技术起步晚、研究较少, 所面临的研究与治理任务相当艰巨。因此,需要进行长期的、科学的、连续性的研究与治理工作, 才能达到预期的目的。生态恢复工程以可持续发展为目的,生态系统的结构、功能与内容可通过调计、改造与运行

生态工程与技术, 使生态系统通过人类的管理伴随其自身组织特征而得到恢复或重建。生态恢复理论的创新及工程技术在实践中的应用将有效地帮助人类对现有退化生态系统进行改造和恢复, 最终提高生态系统健康程度及生态系统功能与服务功能。水体富营养化主要是因为水中氮磷浓度偏高,导致水中藻类大量繁殖,根治水体富营养化必须除去水中富余氮磷,并积极采取各种措施人工捞藻。

参考文献:

[1] 周怀东,彭文启,等.水污染与水环境修复[M].北京:化学工业出版社,2005.

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EUTROPHICATION IN CHINA THE STATUS QUO AND

CONTROL MEASURES

DONG Wen-Tong

Abstract: With the rapid development of economy and population continues to grow, increasingly serious environmental pollution and deterioration of water quality. Where eutrophication causing algae Dysplasia, forming blooms or red tides, water green stench of pollution unpleasant, transparency, reduce, reduce dissolved oxygen, a large number of dead fish. Describes the present situation, cause of the eutrophication of water body, and common methods of governance, aquatic plants and chemical remediation technology and repair techniques have microbial remedy technology for details. This article on motivation, characteristics of these technologies for the elaboration

Key words: eutrophication;causes of;hazard management and control methods;chemical technology

指导教师评语页

本科毕业论文(设计)答辩过程记录

院系 化学化工学院 专业 化学 年级 08级 答辩人姓名 董文通 学号 2008211449 毕业论文(设计)题目 我国水体富营养化现状及控制对策研究 毕业论文(设计)答辩过程记录:

答辩是否通过:通过( ) 记录员 年 未通过( )

答辩小组组长签字 年月

本科毕业论文(设计)答辩登记表

范文七:水体富营养化 投稿:傅钤钥

水体富营养化的危害与防治方法

摘要: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,引起藻类及其它浮游生物迅速繁殖,水体溶解氧量下降,水质恶化,鱼类及其它生物产生变异现象,导致水体富营养化发,水体富营养化使水质变劣.对人们的生活和周围的环境造成了一系列影响和损失,面对日益严重的水体富营养化,应该采取积极的态度,应用科学的方法,在实践的基础上对水体富营养化这个环境问题进行深入的研究。本文就是对目前的防治方法进行了一些总结。

关键词:水体富营养化 危害 防治

一、水体富营养化简介

水体富营养化是指水体接纳过量的氮,磷等营养物质,使藻类以及其他水生生物异常繁殖,水体透明度和溶解氧变化,给饮用,工农业供水,水产养殖,旅游以及水上运输等带来巨大损失,并对人体健康构成危害。因此,水体富营养化是水体受氮,磷等有机污染所产生的生态效应。

水体富营养化形成条件:第一,营养元索(特别足氮和磷)是形成水体富营养化的重要条件,藻类生长繁殖主要决定于氮和磷,特别是磷,在富营养化水体中磷含量的高低决定着藻类繁殖速度和富营养化的程度。第二,光是决定水体中绿色植物分布,生长的主要条件,它决定于水的透明度。水体中的光照强弱,水生植物光合强度的强弱直接影响水体的富营养化。第三,温度,水体温度的时间变化(季节,昼夜)形成水体的运动,是影响水中氧和营养物质的垂直运动和在各层分布的重要因素。

水体富营养化的控制因子:

1.限制性营养物质,所谓富营养化实质上是指水体初级生产力异常增大的现象。支配这种初级生产力的营养性物质,很显然是富营养化的极为重要的指标,也是主要控制因子.根据A6P的测定,大多数湖泊是磷限制性的,但是也存在氮限制性的湖泊,并且富营养化程度越高,这种比例也就越大。当然,过渡性的类型也是存在的。

2.温度和照度在20度以下和40度以上,藻类生长率很小。同时,研究表明,6001x到3000lx是最适宜水华藻类异常增长的光照范围。

3.溶解氧和PH值在低氧条件下,藻类容易繁殖,在PH值很高的情况,藻类可以很

好的生长,但同时高PH不利于底质中磷,铁,锰等物质的溶出,这又是有利的一面。

二、水体富营养化的危害

水体富营养化是我国许多湖泊,水库的甫大环境问题,它已对这些水体的水资源利用产生了严重的障碍,富营养化的危害主要在以下儿方面:

1.水质恶化。由于富营养化,湖泊,水库水质恶化具体表现在:水体中蓝藻和绿藻大量繁殖,浮游植物个数增加:水体中悬浮物增加:产生有异味的有机物质;水体的PH上升:深层溶解氧降低;。“水华”发生在富营养化比较严重的湖泊,如:巢湖,滇池,

太湖,武汉东湖频频发生,部分海湾也因富营养化发生赤潮。

2.影响水场供水。水体富营养化的最大危害之一是影响水场的供水系统和水质。作为自来水水源的湖泊水库由于藻类的繁殖造成自来水过滤池的堵塞和过滤效率降低。如;巢湖四水厂,滇池三水J。都受其影响.同时,随着水体富营养化的发展,产生一种富含铁的自来水称为“红水”。

3.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死亡的威胁。如,1986.9云南滇池圉凤眼莲等水生植物人量生长,覆盖水面,挤压养鱼网箱。造成鱼类大量死亡,损失惨重。南京玄武湖也曾发生过“水华”,鱼类因缺氧而大量死亡。[4]

4.对旅游业的影响。湖泊.水库都是人们的理想去处.一旦发生富营养化就会因藻类大量繁殖而发生水体浑浊,臭味弥漫而大煞风景使旅游观光的价值大减。甚至丧失旅游功能。

5.影响作物生长。以富营养化的水作灌溉用水,会使土壤产生大量的H2S,甲烷和

有机酸,造成作物生理障碍影响养分吸收.

6.加速湖泊衰亡。富营养化的湖泊中,浮游藻类大量繁殖,它们的排泄物和残体伴随流入湖泊的泥沙不断在湖底堆积使湖床不断抬高,湖水变浅,沼泽化,加速了衰老进程。

三、水体富营养化的防治与对策

1 大型水生植物对富营养化的控制

植物为主的富营养化水体修复系统,主要由太阳能来驱动,对富营养化水体处理的过程中还可回收资源和固定能源,加之处理过程中基本不使用化学品,也不会产生有害副产物,是一种非常环保的处理技术,具有以下优势:①净化所需的能源由光合作用提供;②许多植物具有美学价值,能改善景观生态环境;③植物可被收割和利用,创造新的价值;④可作为介质所受污染程度的指示物;⑤能固定土壤或底泥中的水分,圈定污

染区,防止污染源进一步扩散;⑥为降解微生物提供了良好的柄息场所,有利于微生物的生存。水生植物庞大的根系为细菌提供了多样性的生境,且植物可输送氧气至根区,有利于微生物的好氧呼吸。另外它还有低投资,低能耗、处理过程与自然生态系统有更大的相融性等优势。

2 微生物修复

微生物对富营养化水体也有很好的净化作用。研究表明,微生物净化富营养化水体主要是因为它们具有降解的能力。研究表明,微生物对一个稳定人工生态系统的发展、运转和维持起着积极的作用。微生物对植物生长也起到一定的调节作用,根际微生物可促进植物结实和分裂生成小植株,微生物在富营养化水体的净化和生态恢复的过程中起着积极的作用。目前国内在这方面进行了很多研究[7-8],中国科学院南京地理与湖泊研究所利用固定化增殖氮循环细菌群SBR法净化富营养化湖水,经固定化细菌群ZBR工艺净化后,总氮下降75%,氨氮下降91.5%,COD下降75%,水质得到明显的改善[7]。利用菌根真菌生产生物菌肥既可增加农作物产量又可减少农业面源污染对水体的污染[9],菌根真菌在控制水体富营养化中将起到积极的作用。

3 水生动物修复

用水生动物来净化富营养化水体,主要是利用放养食浮游植物的动物来减少藻类等浮游植物对水体造成的危害。研究认为,水体富营养化的防治除了对藻类等浮游植物的修复外,对负有动物的防治也不能忽视。

防治浮游动物繁盛最有效的办法就是放养鳙鱼,而放养鲢鱼通常是为了消灭浮游植物。放养鲢鳙的多少及如何搭配亦值得研究。鲢鳙混养时,鲢鱼大量摄取浮游植物,从而抑制了以浮游植物为食的浮游动物的生长和繁殖;如果鳙鱼的数量放养过多,就得不到足够的食物,生物量受到抑制。放养太少,不能充分利用饵料而影响产量。合理地搭配鲢鳙的放养数量,可充分地利用天然饵料,减少浮游植物和浮游动物的数量,既可治理水体的富营养化,又可提高经济效益,是一项非常值得研究的生物修复技术。 4 物理化学方法防治

脱氮的物理化学方法有氨汽提法、沸石法和折点氯处理法等。但这些方法只能去除铵态氮,所以在二级处理中如果发生亚硝酸化和硝酸化反应,这些处理方法就不起作用。物理除磷法有电渗析,反渗透等,但价格都较昂贵,且磷的去除率不高,仅10%。而采用金属盐的化学除磷技术,效果稳定可靠。对于除磷,目前技术上信得过的方法是各种混凝沉淀法,但需添加大量的混凝剂,所产生的大量难脱水的化学污泥不但很难处理,

且可能有毒性,造成二次污染。国内外,较成熟的除磷处理工艺有厌氧—好氧法(A/O)和厌氧—缺氧—好氧法(A2/O)[11]。由于化学除磷要产生大量的化学污泥,人们对此进行了深入的研究,并开发出了新型的化学药剂[12],涉及新型的反应器以减少药剂的使用量。

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范文八:水体富营养化 投稿:罗政敀

今天我要讲的是水体富营养化,我将从以下6个部分进行讲解。

水是人类宝贵的自然资源。地球上的生命都离不开水。和海洋相比,地球的

淡水比例仅占2.8%左右,其中99%以上蕴藏在南北两极的冰雪中或地卜。更令人担忧的是,这数量极有限的淡水,正越来越多地受到污染。保护和更有效合理利用水资源,是世界各国政府面临的一项紧迫任务。

随着工农业的发展,地表水的污染问题日益突出。在20世纪60年代,发达国

家部分水体发生赤潮和藻类水华,引起了人们的关注。

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。

那什么是水体富营养化呢?

水体富营养化是指生物所需氮、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,水体溶解氧量迅速下降,水质恶化,鱼类及其他生物大量死亡的现象。

二、水体富营养化的成因:

1.天然:自然界的许多湖泊,在数千年前,或者更远年代的幼年时期,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接纳氮、磷等营养物质;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。

2.人为:

随着工农业生产大规模地迅速发展,“城市化”现象愈加明显,使得不断增

加的人口,集中在一些水源丰富的特定地区。人口集中的城市排放出的大量

含有氮、磷营养物质的生活污水和工业污废水流入湖泊、河流和水库,增加了这些水

体的营养物质的负荷量。

因此,水体富营养化的主要原因就是营养物质的增加 ,并且按照营养物质的来

而形成水华或者赤潮的真凶 就是大量生长的藻类。

形成蓝藻水华的藻类包括微囊藻(Microcystis)、鱼腥藻(Anabaena) 、颤藻(Oscillatoria) 和束丝藻(Aphanizomenon)等, 有时直链硅藻(Melosira)也伴随蓝藻大量滋生.

微囊藻是富营养化湖泊藻类群落的优势种之一。死亡时,造成水域大面积缺氧,鱼类生长受到影响。某些微囊藻会产生微囊藻毒素,课诱发急性肝损伤和肝脏肿瘤。

鱼腥藻:是水华富营养化的标志实话鱼腥藻具有毒株,是一种低分子量的含氮生物碱, 总结:由于这些藻类的大量生长,并产生肝毒素和神经毒素,使得供水安全得到挑战。太湖流域调查表明:饮用受微囊藻毒素污染那个的水引起人群肝脏酶学指标的变化,导致肝脏功能损害。

微囊藻毒素是我国南方原发性肝癌高发的三大环境危险因素(微囊藻毒素、肝炎病毒和黄曲霉素)之一。

三、水体富营养化的指标:

(1)总磷(TP)

磷是水体初级生产力的限制性营养元素,过量磷的输入是引起水体富营养化的直接成因。水体中磷的循环过程十分迅速,由于其它形态的磷可以转变为磷酸盐,因此常用总磷作为初级生产潜力的指标。

(2)总氮(TN)

水体的总氮包括氨态氮、硝态及亚硝态氮和有机氮。氮是生物的重要营养元素,有些情况它也是浮游植物的限制性营养元素,因此也常把它作为富营养化的指标变量。

(3)叶绿素(chl)

水体富营养化导致浮游植物大量繁殖,因此常将水体叶绿素浓度作为直接反应富营养化程度主要指标,并用于表示藻类浓度。

(4)透明度(m)

光是水体初级生产力的能源,水体透明度是光通量沿水深分布的量度,透明度下降可进一步引起水体生态体系破坏,常作为富营养化的外部因素。

(5)生化耗氧量(BOD5)

生化耗氧量是指在微生物分解水体有机物的生化过程及氧化无机物所消耗的溶解氧,它可间接地反映水体中可生化降解的有机物的含量,了解水体被污染的程度。

其测定方法是:水样在满气密封的瓶中 20℃下培养 5 d,培养前后水样中的溶解氧(DO)的差值即为BOD5的值。

(6)化学耗氧量(CODMn)

化学耗氧量指用氧化剂,一般用KMn O4氧化水样中有机物及还原性无机物时消耗的

氧化剂相当的氧当量,它是示水体中有机物含量的一个粗略的物理量。

这是一个水体富营养化的评价标准,我们可以看到水体的营养化越严重,那么透明度就越低、总磷和总氮就越高,生物需氧量越高,浮游植物的生物量也越高。

五、水华的影响因子:

内因:蓝藻具有以下几个生理特性, 能够适应富营养化浅水湖泊系统内的物理、化学、生物环境, 从而在种群演替中成为优势种。

其一, 蓝藻具有伪空泡(gasvacuoles)能够自行调节浮力改变其在水柱中的位置, 以适应水体中呈垂直方向分布的光照与营养的分布不均的问题从而有利于其从水体中获取有限的资源并最终成为优势种群;

其二,即在:较低的光强下, 蓝藻具有较强的竞争优势而其又能适应高光强[ 23]和抗紫外线的干扰,

其三, 适合宽幅的N/P变化和有效的利用间歇性营养盐供给。一旦现有的营养盐因被利用而降低到一定的程度时就容易成为浮游植物的限制因子, 而营养盐的断断续续的供应则很可能导致一些浮游植物种类因营养盐限制而死亡。而蓝藻由于其特殊的生理特性能耐受这些胁迫, 并通过形成群体的形式来对付外界的胁迫;

其四, 蓝藻拥有CO2浓缩机制并通过复杂的生物化学反应机制形成对高温的适应

[ 28 ~ 30] 。蓝藻具有比其它藻类更高的CO2和无机碳浓缩能力,使自己在低碳环境中能有效地利用碳源, 从而比其它藻类具有较快的繁殖生长速度, 竞争上占优势。

水华藻类动态变化受其内部生理特征和外部驱动因素的综合作用. 影响藻类生长的外部因素不仅包括物理、化学和生物等因素,如阳光、营养盐类、透明度、水温和pH 值等,同时也包括水体中的水动力条件,如流速[1-2]、流量[3]和水体扰动[4-5]等. 水体中的水动力条件与藻类的生长繁殖有着密切的关系,它们不仅能直接作用于藻类,还对水体中营养盐状况与水温层结构有明显的影响,并间接作用于水体富营养化,因而是影响水体富营养化状态和进程的主要自然因素. 在河流与河口,当流速较缓、流量适中的时候,浮游植物在适宜的营养条件下密度往往会显著增加,而在流速大、流量大的水体中藻类密度较小; 在湖泊水库,由风场所形成的扰动不仅会导致局部出现大量的水藻,且能发现藻类生长快于水体静止的情况.

大量的研究表明,水动力条件影响着藻类的生长,优势种演替、聚集,同时对各种营养盐、污染物质、泥沙与沉积物的形态、传输和分布产生影响

四、水华形成的危害

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。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下分解产生有害气体,当藻类及其它浮游生物迅速繁殖,水体溶解氧量会下降,水质将恶化,水体味觉和嗅觉变坏,鱼类及其它生物大量死亡,甚至会出现人和动物中毒现象。 造成的危害。

1)对饮用水源的污染。

很多水体是城市工业及生活用水的主要水源,富营养化使水体中有机质增加,病原菌孳生,并产生有害的藻毒素,危及饮用水的安全。

(2)对环境生态的影响。

水体具有重要的生态功能,富营养化会破坏其结构。藻类等自养浮游生物,在解除了磷等营养元素的限制后,大量繁殖铺满水面,阻断光线向水底透射,使水底植物光合作用受阻,氧的释放量减少。另外当藻类大量繁殖而营养枯竭时,会发生大面积死亡,进而发生分解,加剧了氧的消耗,两种作用的结果使水中溶解氧的浓度降低。溶解氧浓度的降低会引起水生动物,特别是鱼类的死亡。严重 时水底形成厌氧条件,在细菌的作用下,硫被还原成为有毒的硫氢化合物,加上一些藻类本身散发腥味异臭,使水体腥臭难闻。富营养化的最终发展将使水体库容因有机物残渣淤积而减小,水体生态结构破坏,生物链断裂,物种趋向单一,水体功能发生退化。

(3)对水体景观的影响。

富营养化水体,形成的绿毯,使水质变浑、透明度降低,有些藻类散发异臭,水体厌氧过程会产生有毒气体,这些过程使水体感官性状大大下降。

四、控制水体富营养化的技术

控制水体中的营养盐浓度是传统的富营养化防治措施。尽管不少通过控制氮和磷来防治富营养化的实践并没有取得理想的成功结果,但是这只能说明不能仅仅靠控制营养盐来防治湖泊富营养化,而并不意味着不需要控制营养盐。控制包括含营养盐、有毒有害化学品等污染物的各类废水进入水体,是水体富营养化防治和管理的重要措施,尤其是有毒有害化学品。

截流等其他措施减少了外部营养物的负荷,但富营养型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。

如瑞典的Trummen湖,因生活污水严重污染而出现蓝藻水华,采取截流措施候10年仍未得到恢复。其主要原因是底泥释放营养物。

采取疏浚挖底泥的方法,但有资料认为养鱼反而促进了富营养化,甚至提出了“鱼营养化”的概念。他们认为鱼类虽然吞食了浮游植物,但还有许多促进富营养化的因素,如鱼

粪、鱼的运动、代谢释放,改变浮游动物种群等。关于浮游动物与藻类水华关系近年来也有许多报道,而鱼类的作用更多地可能是通过对浮游动物的选择性吞食而体现出来。生物调控在欧洲得到深入研究和广泛应用,但是由于研究区域、研究对象以及研究范围的不同,往往难得到一致的结论与结果。

生物调控后湖泊能否保持清水状态,很大程度上依赖于恢复的水生高等植物的发展。因此,水生高等植物被广泛应用于降低湖泊水体营养盐负荷、控制藻类生长、调节湖泊生态系统等。

尽管水生高等植物对湖泊生态系统有重要的调节作用,但是其自身也受到多方面的压力。

它不仅可吸附和转移来自面源的污染物、营养物,改善水质,而且可截留固定颗粒物1减少水体中的颗粒物和沉积率,同时湿地可以提供生物繁育生长栖息地,对于保护生物多样性、减少洪水危害、保持水土等具有重要意义,而且在湖泊周边建立和修复水陆交错带,是整个湖泊生态系统恢复的重要组成部分。

近10余年来,国内外科学家运用生态工程技术净化富营养化水体,恢复富营养化水体生态系统良性循环,取得了一些成功的经验但其费用较高,在发展中国家广泛采用还有困难。

范文九:水体富营养化 投稿:罗朳朴

水体富营养化是指由于大量的氮、磷、钾等元素排入到流速缓慢、更新周期长的地表水体,使藻类等水生生物大量地生长繁殖,使有机物产生的速度远远超过消耗速度,水体中有机物积蓄,破坏水生生态平衡的过程。

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。溶解氧的过饱和以及水中溶解氧少,都对水生动物有害,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。在形成"绿色浮渣"后,水下的藻类会因得不到阳光照射而呼吸水内氧气,不能进行光合作用。水内氧气会逐渐减少,水内生物也会因氧气不足而死亡。死去的藻类和生物又会在水内进行氧化作用,这时水体也会变得很臭,水资源也会被污染的不可再用。

"赤潮",是海洋生态系统中的一种异常现象。它是由海藻中的赤潮藻在特定环境条件下爆发性地增殖造成的。海藻除了一些大型海藻外,很多都是非常微小的植物,有的是单细胞生物。根据引发赤潮的生物种类和数量的不同,海水有时也呈现黄、绿、褐色等不同颜色。

“赤潮”,被喻为“红色幽灵”,国际上也称其为“有害藻华”,赤潮又称红潮,是海洋生态系统中的一种异常现象。是在特定的环境条件下,海水中某些浮游植物、原生动物或细菌爆发性增殖或高度聚集而引起水体变色的一种有害生态现象。赤潮并不一定都是红色,主要包括淡水系统中的水华,海洋中的一般赤潮,近几年新定义的褐潮(抑食金球藻类),绿潮(浒苔类)等。海藻除了一些大型海藻外,很多都是非常微小的植物,有的是单细胞植物。根据引发赤潮的生物种类和数量的不同,海水有时也呈现黄、绿、褐色等不同颜色。

一是大量赤潮生物集聚于鱼类的鳃部,使鱼类因缺氧而窒息死亡。

二是赤潮生物死亡后,藻体在分解过程中大量消耗水中的溶解氧,导致鱼类及其它海洋生物因缺氧死亡,同时还会释放出大量有害气体和毒素,严重污染海洋环境,使海洋的正常生态系统遭到严重的破坏。

三是鱼类吞食大量有毒藻类。

四是有些藻类可分泌有毒物质使水体污染导致鱼类死亡。

赤潮发生后,除海水变成红色外,同时海水的pH值也会升高,粘稠度增加,非赤潮藻类的浮游生物会死亡、衰减;赤潮藻也因爆发性增殖、过度聚集而大量死亡。赤潮是在特定环境条件下产生的,相关因素很多,但其中一个极其重要的因素是海洋污染。大量含有各种含氮有机物的废污水排入海水中,促使海水富营养化,这是赤潮藻类能够大量繁殖的重要物质基础,国内外大量研究表明,海洋浮游藻是引发赤潮的主要生物,在全世界4000多种海洋浮游藻中有260多种能形成赤潮,其中有70多种能产生毒素。他们分泌的毒素有些可直接导致海洋生物大量死亡,有些甚至可以通过食物链传递,造成人类食物中毒。目前,世界上已有30多个国家和地区不同程度地受到过赤潮的危害,日本是受害最严重的国家之一。近十几年来,由于海洋污染日益加剧,我国赤潮灾害也有加重的趋势,由分散的少数海域,发展到成片海域,一些重要的养殖基地受害尤重。对赤潮的发生、危害予以研究和防治,涉及到生物海洋学、化学海洋学、物理海洋学和环境海洋学等多种学科,是一项复杂的系统工程。

主要特征:赤潮是在特定的环境条件下,海水中某些浮游植物、原生动物或细菌爆发性增殖或高度聚集而引起水体变色的一种有害生态现象。赤潮是一个历史沿用名,它并不一定都是红色,实际上是许多赤潮的统称。赤潮发生的原因、种类、和数量的不同,水体会呈现不同的颜色,有红颜色或砖红颜色、绿色、黄色、棕色等。值得指出的是,某些赤潮生物(如膝沟藻、裸甲藻、梨甲藻等)引起赤潮有时并不引起海水呈现任何特别的颜色。

产生原因:赤潮是一种复杂的生态异常现象,发生的原因也比较复杂。关于赤潮发生的机理虽然至今尚无定论,但是赤潮发生的首要条件是赤潮生物增殖要达到一定的密度,否则,尽管其他因子都适宜,也不会发生赤潮,在正常的理化环境条件下,赤潮生物在浮游生物中所占的比重并不大,有些鞭毛虫类(或者甲藻类)还是一些鱼虾的食物。但是由于特殊的环境条件,使某些赤潮生物过量繁殖,便形成赤潮。大多数学者认为,赤潮发生与下列环境因素密切相关。

人类活动:随着现代化工、农业生产的迅猛发展,沿海地区人口的增多,大量工农业废水和生活污水排入海洋,其中相当一部分未经处理就直接排入海洋,导致近海、港湾富营养化程度日趋严重。同时,由于沿海开发程度的增高和海水养殖业的扩大,也带来了海洋生态环境和养殖业自身污染问题;海运业的发展导致外来有害赤潮种类的引入;全球气候的变化也导致了赤潮的频繁发生。

目前,赤潮已成为一种世界性的公害,美国、日本、中国、加拿大、法国、瑞典、挪威、菲律宾、印度、印度尼西亚、马来西亚、韩国等30多个国家和地区赤潮发生都很频繁。首先,赤潮的发生,破坏了海洋的正常生态结构,因此也破坏了海洋中的正常生产过程,从而威胁海洋生物的生存。

其次,有些赤潮生物会分泌出粘液,粘在鱼、虾、贝等生物的鳃上,妨碍呼吸,导致窒息死亡。含有毒素的赤潮生物被海洋生物摄食后能引起中毒死亡。人类食用含有毒素的海产品,也会造成类似的后果。

再次是大量赤潮生物死亡后,在尸骸的分解过程中要大量消耗海水中的溶解氧,造成缺氧环境,引起虾、贝类的大量死亡。

海水富营养化:海水富营养化是赤潮发生的物质基础和首要条件。由于城市工业废水和生活污水大量排入海中,使营养物质在水体中富集,造成海域富营养化。此时,水域中氮、磷等营养盐类;铁、锰等微量元素以及有机化合物的含量大大增加,促进赤潮生物的大量繁殖。赤潮检测的结果表明,赤潮发生海域的水体均已遭到严重污染,富营养化。氮磷等营养盐物质大大超标。据研究表明,工业废水中含有某些金属可以刺激赤潮生物的增殖。在海水中加入小于3mg/dm3的铁螯合剂和小于2 mg/dm3 的锰螯合剂,可使赤潮生物卵甲藻和真甲藻达到最高增殖率,相反,在没有铁、锰元素的海水中,即使在最适合的温度、盐度、PH和基本的营养条件下也不会增加种群的密度。其次一些有机物质也会促使赤潮生物急剧增殖。如用无机营养盐培养简裸甲藻,生长不明显,但加入酵母提取液时,则生长显著,加入土壤浸出液和维生素B12时,光亮裸甲藻生长特别好。

海水的温度:水文气象和海水理化因子的变化是赤潮发生的重要原因,海水的温度是赤潮发生的重要环境因子,20—30℃是赤潮发生的适宜温度范围。科学家发现一周内水温突然升高大于2℃是赤潮发生的先兆。海水的化学因子如盐度变化也是促使生物因子—赤潮生物大量繁殖的原因之一。盐度在26—37的范围内均有发生赤潮的可能,但是海水盐度在15—21.6时,容易形成温跃层和盐跃层。温、盐跃层的存在为赤潮生物的聚集提供了条件,易诱发赤潮。由于径流、涌升流、水团或海流的交汇作用,使海底层营养盐上升到水上层,造成沿海水域高度富营养化。营养盐类含量急剧上升,引起硅藻的大量繁殖。这些硅藻过盛,特别是骨条硅藻的密集常常引起赤潮。这些硅藻类又为夜光藻提供了丰富的饵料,促使夜光藻急剧增殖,从而又形成粉红色的夜光藻赤潮。据监测资料表明,在赤潮发生时,水域多为干旱少雨,天气闷热,水温偏高,风力较弱,或者潮流缓慢等水域环境。

海水养殖:海水养殖的自身污染亦是诱发赤潮的因素之一。随着全国沿海养殖业的大发展,尤其是对虾养殖业的蓬勃发展。也产生了严重的自身污染问题。在对虾养殖中,人工投喂大量配合饲料和鲜活饵料。由于养殖技术陈旧和不完善,往往造成投饵量偏大,池内残存饵料增多,严重污染了养殖水质。另一方面,由于虾池每天需要排换水,所以每天都有大量

污水排入海中,这些带有大量残饵、粪便的水中含有氨氮、尿素、尿酸及其它形式的含氮化合物,加快了海水的富营养化,这样为赤潮生物提供了适宜的生物环境,使其增殖加快,特别是在高温、闷热、无风的条件下最易发生赤潮。由此可见,海水养殖业的自身污染也使赤潮发生的频率增加。

自然因素也是引发赤潮的重要原因:赤潮多发除了人为原因外,还与纬度位置、季节、洋流、海域的封闭程度等自然因素有关。

生物:所谓海洋浮游生物是缺乏发达的运动器官,没有或仅有微弱的游泳能力而悬浮在水层中常随水流移动的一类海洋生物。其中,能通过自身光合作用使海水中的无机化合物转化成生物新陈代谢所需有机化合物者,我们称之为浮游植物,不具备这种能力,即必须以浮游植物为饵者则称为浮游动物。据初步统计,世界各大洋中能形成赤潮的浮游生物有180余种,其中在中国浮游生物名录上登载的有63种。

能够形成赤潮的浮游生物有一个别名,这就是人们常说的“赤潮生物”。在被称之为赤潮生物的63种浮游生物中,硅藻有24种,甲藻32种,蓝藻3种,金藻l种,隐藻2种,原生动物1种。在中国,已有赤潮资料记载的赤潮生物达25种。其余的38种在中国海域均有分布,只是尚未形成过赤潮而已。因此说,有赤潮生物分布的海域并非一定会发生赤潮,这要看其密度能否达到足以使局部海域水体变色的水平。

历史记载:赤潮是一种灾害性的水色异常现象,也是人为因素引起的。人类早就有相关记载,如《旧约·出埃及记》中就有关于赤潮的描述:“河里的水,都变作血,河也腥臭了,埃及人就不能喝这里的水了”。赤潮发生时,海水变得黏黏的,还会发出一股腥臭味,颜色大多都变成红色或近红色。在日本,早在腾原时代和镰时代就有赤潮方面的记载。1803年法国人马克· 莱斯卡波特记载了美洲罗亚尔湾地区的印第安人根据月黑之夜观察海水发光现象来判别贻贝是否可以食用。1831—1836年,达尔文在《贝格尔航海记录》中记载了在巴西和智利近海面发生的束毛藻引发的赤潮事件。据载,中国早在2000多年前就发现赤潮现象,一些古书文献或文艺作品里已有一些有关赤潮方面的记载。如清代的蒲松龄在《聊斋志异》中就形象地记载了与赤潮有关的发光现象。

判断依据:目前,常用的赤潮判断依据可分为两类。

表观判据,最明显的是水体变色,此外还有随之而来的鱼、虾、贝类的死亡水体发臭并带有粘性等;

生物学判据,受研究水平所限,国际上还没有公认的统一标准,一般采用日本学者安达六朗根据日本各地发生的140余起赤潮调查结果统计而于1973年提出的“不同生物体长的赤潮生物密度”法作为赤潮的生物学判据。

发生过程:赤潮的长消过程,大致可分为起始、发展、维持和消亡四个阶段。各阶段的主要理、化和生物控制因素如下表。

起始阶段;海域内具有一定数量的赤潮生物种(包括营养体或胞囊)。并且,此时的水环境各种物理、化学条件基本适宜于某种赤潮生物生长、繁殖的需要。

发展阶段:亦称为赤潮的形成阶段。当海域内的某种赤潮生物种群有了一定个体数量时,且温度、盐度、光照、营养等外环境达到该赤潮生物生长、增殖的最适范围,赤潮生物即可进入指数增殖期,就有可能较快地发展成赤潮。

维持阶段:这一阶段的长短,主要取决于水体的物理稳定性和各种营养盐的富有程度,以及当营养盐被大量消耗后补充的速率和补充量。如果这阶段海区风平浪静,水体铅直混合与水平混合较差,水团相对稳定,且营养盐等又能及时得到必要的补充,赤潮就可能持续较长时间;反之,若遇台风、阴雨,水体稳定性差或因营养盐被消耗殆尽,又未能得到及时补充,那么,赤潮现象就可能很快消失。

消亡阶段:所谓消亡阶段是指赤潮现象消失的过程。引起消失的原因可有刮风、下雨或营养盐消耗殆尽。也可因温度已超过该赤潮生物的适宜范围。还可因潮流增强,赤潮被扩散等等。赤潮消失过程经常是赤潮对渔业危害的最严重阶段。

主要危害

破坏生态平衡:海洋是一种生物与环境、生物与生物之间相互依存,相互制约的复杂生态系统。系统中的物质循环、能量流动都是处于相对稳定,动态平衡的。当赤潮发生时这种平衡遭到干扰和破坏。在植物性赤潮发生初期,由于植物的光合作用,水体会出现高叶绿素a、高溶解氧、高化学耗氧量。这种环境因素的改变,致使一些海洋生物不能正常生长、发育、繁殖,导致一些生物逃避甚至死亡,破坏了原有的生态平衡。

破坏渔业和水产资源:赤潮破坏鱼、虾、贝类等资源的主要原因是:1.破坏渔场的饵料基础,造成渔业减产。2.赤潮生物的异常发展繁殖,可引起鱼、虾、贝等经济生物瓣机械堵塞,造成这些生物窒息而死。3.赤潮后期,赤潮生物大量死亡,在细菌分解作用下,可造成环境严重缺氧或者产生硫化氢等有害物质,使海洋生物缺氧或中毒死亡。4.有些赤潮的体内或代谢产物中含有生物毒素,能直接毒死鱼、虾、贝类等生物。

赤潮对人类健康的危害:有些赤潮生物分泌赤潮毒素,当鱼、贝类处于有毒赤潮区域内,摄食这些有毒生物,虽不能被毒死,但生物毒素可在体内积累,其含量大大超过食用时人体可接受的水平。这些鱼虾、贝类如果不慎被人食用,就引起人体中毒,严重时可导致死亡。由赤潮引发的赤潮毒素统称贝毒,目前确定有10余种贝毒其毒素比眼镜蛇毒素高80倍,比一般的麻醉剂,如普鲁卡因、可卡因还强10万多倍。贝毒中毒症状为:初期唇舌麻木,发展到四肢麻木,并伴有头晕、恶心、胸闷、站立不稳、腹痛、呕吐等,严重者出现昏迷,呼吸困难。赤潮毒素引起人体中毒事件在世界沿海地区时有发生。据统计,全世界因赤潮毒素的贝类中毒事件约300多起,死亡300多人。

治理方法:赤潮是局部海域因浮游生物突发性地大量增殖和高密度聚集(几百万~几千万个赤潮生物/ml海水)而使海水变色发臭的异常现象。它是海洋严重污染的结果。赤潮的成因首先是携带大量无机营养盐和有机物的工业废水和生活污水排入海洋所引起的海水富营养化,它是赤潮形成的物质基础。1.关于赤潮的治理方法,据报道已有多种,如工程物理方法、化学方法以及生物学的方法。物理法——粘土法目前国际上公认的一种方法是撒播粘土法。利用粘土微粒对赤潮生物的絮凝作用去除赤潮生物,撒播粘土浓度达到1000mg/L时,赤潮藻去除率可达当65%左右。有报道称在小型实验场去除率可达95%~99%。20世纪80年代初,日本在鹿儿岛海面上进行过具有一定规模撒播粘土治理赤潮的实验。1996年韩国曾用6×104T粘土制剂治理100km2海域赤潮。

2、化学除藻法是利用化学药剂对藻类细胞产生的破坏和抑制生物活性的方法进行杀灭控制赤潮生物,具有见效快的特点。最早使用的化学药剂是CuSO4,易溶于水,在使用过程中极易造成局部浓度过高而危害渔业,同时在海水的波动下迁移转化太快,药效的持久性差,也易引起铜Cu的二次污染,有机化合物在淡水除藻中具有药力持续时间长、对非赤潮生物影响小等优点,用有机化合物杀灭和去除赤潮生物也已有相关的报道。目前已有多种化学制剂用于赤潮生物治理的实验研究:如硫酸铜和缓释铜离子除藻剂、臭氧、二氧化氯以及新洁尔灭、碘伏、异噻唑啉酮等有机除藻剂。

3.生物学方法治理赤潮的办法主要是有三个方面,一是以鱼类控制藻类的生长;二是以水生高等植物控制水体富营养盐以及藻类;三是以微生物来控制藻类的生长。其中由于微生物易于繁殖的特点,使得微生物控藻是生物控藻里最有前途的一种控藻方式。这些杀藻微生物主要是包括细菌(溶藻细菌)、病毒(噬菌体)、原生动物、真菌和放线菌等五类。多数溶藻细菌能够分泌细胞外物质,对宿主藻类起抑制或杀灭作用,因此通过溶藻细菌筛选高效、专一,能够生物降解的杀藻物质是灭杀赤潮藻的一个新的研究方向。目前来说比较现实

的方法就是利用海洋微生物对赤潮藻的灭活作用,及其对藻类毒素的有效降解作用,可使海洋环境长期保持稳定的生态平衡,从而达到防治 预防措施:1.控制海域的富营养化①应重视对城市污水和工业污水的处理,提高污水净化率。②合理开发海水养殖业为了减缓由海水养殖带来的水体富营养化问题,要采取以下措施:a、根据水域的环境条件选择一些对水质有净化作用的养殖品种,并合理确定养殖密度,控制养殖面积。b、进行多品种混养、轮养、立体养殖,尤其是鱼、虾、贝、藻混养,建立生态养殖系统。c、提高养殖技术,改进饵料成分及投饵技术,使其有利于养殖生物的摄食,减少残饵,减轻水质和底质的污染。d、不能将池塘养殖的污水和废物直接排入海水,应采取逐步过滤等办法加以处理。

2.人工改善水体和底质环境:如在水体富营养化的内海或浅海,有选择地养殖海带、裙带菜、羊栖菜、红毛菜、紫菜、江篱等大型经济海藻,既可净化水体,又有较高的经济效益;利用自然潮汐的能量提高水体交换能力;可利用挖泥船、吸泥船清除受污染底泥,或翻耕海底,或以粘土矿物、石灰匀浆及沙等覆盖受污染底泥,来改善水体和底质环境。

3.控制有毒赤潮生物外来种类的引入:要制定完善的法规和措施,防止有毒赤潮生物经船只和养殖品种的移植带入养殖区。

水华就是淡水水体中藻类大量繁殖的一种自然生态现象,是水体富营养化的一种特征,主要由于生活及工农业生产中含有大量氮、磷的废污水进入水体后,蓝藻(严格意义上应称为蓝细菌)、绿藻、硅藻等藻类成为水体中的优势种群,大量繁殖后使水体呈现蓝色或绿色的一种现象。也有部分的水华现象是由浮游动物——腰鞭毛虫引起的。“水华”现象在我国古代历史上就有记载。另外,海水中出现此现象(一般呈红色)则为赤潮。

现象危害:淡水中富营养化后,“水华”频繁出现,面积逐年扩散,持续时间逐年延长。太湖、滇池、巢湖、洪泽湖都有“水华”,就连流动的河流,如长江最大支流——汉江下游汉口江段中也出现“水华”。淡水中“水华”造成的最大危害是:饮用水源受到威胁,藻毒素通过食物链影响人类的健康,蓝藻“水华”的次生代谢产物MCRST能损害肝脏,具有促癌效应,直接威胁人类的健康和生存。此外,自来水厂的过滤装置被藻类“水华”填塞,漂浮在水面上的“水华”影响景观,并有难闻的臭味。所以每次发生水华现象都会给人类和自然界带来巨大的损失或灾害。

诱发因素:导致水华发生的重要的因素之一就是水体的富营养化。

当藻类大量生长时,这些藻类常在下风头水面漂浮着一层蓝绿色或红黄色的水花或薄膜——湖靛,草、青、鲢、鳙吃了不能消化,影响鱼的生长。虽然藻类生长很快,但因水中的营养盐被用尽,它们也很快的死亡。藻类大量死亡后,在腐败、被分解的过程中,也要消耗水中大量的溶解氧,并会上升至水面而形成一层绿色的黏质物,使水体严重恶臭。而造成水华现象的出现,主要原因还是水域沿线大量施用化肥、居民生活污水和工业废水大量排入江河湖泊,致使江河湖泊中氮、磷、钾等含量上升。湖泊等水体的富营养化依然是我国目前以及今后相当长一段时期内的重大水环境问题。研究蓝藻水华的形成机制,对于科学预测湖泊中蓝藻水华的产生,并采取相应措施减少其带来的影响具有重要的生态和环境意义。为探索富营养化湖泊中蓝藻水华形成机理,综述了目前对我国大型浅水湖泊蓝藻水华成因研究现状和对水华形成机理的一般认识。分析了导致蓝藻水华形成的化学、物理和生物等主要环境因素,论述了蓝藻,尤其是微囊藻成为水华优势种的可能原因。认为对水华的形成需要全面认识,营养盐浓度的升高可能仅是蓝藻水华形成、且人们可以加以控制的因素之一;在探索水华成因时,不能仅仅局限于夏季蓝藻水华发生时环境特征的研究与观察,而应该提前关注蓝藻的越冬生理生态特征、春季复苏的生态诱导因子及其阈值以及在复苏后,蓝藻如何在生长过程中形成群体,并逐步成为湖泊水生生态系统中的优势种乃至形成水华的过程。并需要对蓝藻越冬的生存对策、蓝藻群体的形成的条件、蓝藻在春季复苏的触发条件及其生态阈值、以及蓝藻在与其它藻类种群竞争中取胜的生理生化特征有足够的认识。蓝藻水华的“暴发”是

表观现象,其前提还是藻类一定的生物量,且是一个逐渐形成的过程。根据生态学的基本理论和野外对水华形成过程的原位观测,提出了蓝藻水华成因的四阶段理论假设。即在四季分明、扰动剧烈的长江中下游大型浅水湖泊中,蓝藻的生长与水华的形成可以分为休眠、复苏、生物量增加(生长)、上浮及聚集等4个阶段,每个阶段中蓝藻的生理特性及主导环境影响因子有所不同。在冬季,水华蓝藻的休眠主要受低温及黑暗环境所影响;春节的复苏过程主要受湖泊沉积表面的温度和溶解氧控制,而光合作用和细胞分裂所需要的物质与能量则决定了水华蓝藻在春季和夏季的生长状况,一旦有合适的气象与水文条件,已经在水体中积累的大量水华蓝藻群体将上浮到水体表面积聚,形成可见的水华。研究蓝藻水华的形成机理必须寻找导致水华形成的各主要生理阶段的触发因子或特异性因子,针对不同阶段蓝藻的生理特性,进行深入研究。只有这样才有可能逐步弄清蓝藻水华的形成机制,并对其发生的每一进程进行预测,寻求更加具有针对性的控制措施。

除了水体的富营养化之外,水温、洋流、水体的PH值、光照强度等均会对藻类等水华生物的大爆发产生影响,在个别时候甚至是诱发因素。

位于江苏省南部的中国第三大淡水湖——太湖中,水华十分频繁,致使太湖的渔业遭遇危机,而当淡水营养化后的太湖,“水华”频繁出现,促使其“水华”面积逐渐加大,导致“水华”时间延年增长。

1974年,多余的营养盐导致了美国佛罗里达州大沼泽的地国家公园中的这次水华,美国佛罗迪达州水华[1]水华大量消耗掉了水的氧气,使许多生物死亡。

水华”(water blooms)是淡水中的一种自然生态现象,只是仅由藻类引起的,如蓝藻(严格意义上应称为蓝细菌)、绿藻、硅藻等,也就是水的富营养化。“水华”发生时,水一股呈蓝色或绿色。这种在自然界就有的“水华”现象,在我国古代历史上就有记载。在自然界中它们很快消失,并没有给水产动物和人类带来危害。 淡水中富营养化后,“水华”频繁出现,面积逐年扩散,持续时间逐年延长。太湖、滇池、巢湖、洪泽湖都有“水华”,就连流动的河流,如长江最大支流----汉江下游汉口江段中也出现“水华”。淡水中“水华”造成的最大危害是:饮用水源受到威胁,藻毒素通过食物链影响人类的健康,蓝藻“水华”的次生代谢产物MCRST能损害肝脏,具有促癌效应,直接威胁人类的健康和生存。此外,自来水厂的过滤装置被藻类“水华”填塞,漂浮在水面上的“水华”影响景观,并有难闻的臭昧。

范文十:磷和水体富营养化 投稿:刘溏源

磷 和 水 体 富 营 养 化

摘要:阐述了对于富营养化问题的认识及磷在其中的作用 ,并结合国内外禁 、限磷经验及对无磷助剂的研 究成果 。认为因地制宜、防治结合和提高综合治理能力才是解决问题的根本途径。 关键词:助剂;富营养化;磷

随着社会 的发展 ,人们的环境意识逐渐增强 ,尤 其是对于水——这个 与人类生存 、发展关 系极为密切 的环境 因素的关注更为突出。虽然地球上 2 / 3以上的 面积被水覆盖 ,但 9 7%是海水 ,可利用的水仅 占 0 . 0 17%,可获得的地表饮用水为 0 . 6 2 3%。而近年 来在些可利用的河流 、湖泊中 ,有一部分已经出现 污染和富营养化现象 ,使可利用水资源进一步减少。 针对这一问题 ,各国学者对水的富营养化问题进行了 不懈的研究,大多数人认为,磷和氮是引起富营养化 的主要 因素。为此 ,各国相继采取禁 、限磷措施。本 文对富营养化的研究状况、磷在其中的作用及目前国 际上对此 的看法和措施做一综述。

1 水体富营养化及磷在其中的作用

水体富营养化的标志是藻类 的超常生长。藻类生 长需要营养物质,但过多的营养物质排入水体,特别 是在湖泊 、水库和港湾等封闭或半封闭水体就会造成 富营养化。藻类的异常生长使水道阻塞,鱼类生存空 间缩小 ,水体生色 ,透明度降低 ,其分泌物又能引起 水臭 、水味 ,在给水处理中造成困难。更重要 的是富 营养化还能破坏水生生态平衡 ,使有机物生长速度远 远超过消耗速度,水体中有

机物积蓄。其后果是:① 促进细菌类微生物繁殖 ,使水体耗氧量大大增加 ;② 生长在水层深处的藻类因呼吸作用大量耗氧;③沉于 水底 的死亡藻类 的厌 氧分解 的过程 中促使 厌氧菌繁殖 。

综合上述作用,富营养发生后,将先引起水底有机物消耗速度超过其生长速度 ,处于腐化污染状态并逐渐向上扩展 ,严重时可使水体完全变为腐化区。

这样由富营养化而引起的有机体大量生长的结果,倒过来又走向其反面 ,藻类、植物及水生物、鱼类趋于死亡甚至绝迹。对于水体中藻类来说,营养物质指的是那些促进其生长或修复其组织的能源性物质。关键性的营养物质是氮和磷的化合物,微量的营养物质是指镁、锌、钼、钒、硼、氯和钴等的化合物。人们只是对水体中的氮、磷营养物质做了较长期的集中的深入研究,除了它们在富营养化问题方面起着关键作用这一原因外,还因为在农业中长期使用肥料,在近代生活中大量使用的合成洗涤剂,其主要成分都是氮和磷的化合物 。

自然界的磷广泛存在于水的岩石圈,按天然丰度居第 l 0位。磷是人类和动植物的各种生命活动必需的元素,它在生命细胞的所有重要功能(产生、构造、活动和生殖等)中都起着关键的作用。水体中氮 、磷特别是磷的主要来源有 :(1)雨水。雨水中磷的质量浓度在 0.0 1 r n g/L至不可检出的范围内。(2)农业排水。首先是由于农业磷肥的使用,使在土壤中积累了相当数量营养物质,它们可随农田排水流入临近的水体。此外,饲养家畜过程所产生的废物中也含有相当数量的营养物质,有可能通过排水进入临近水体 。

( 3 ) 城市污水。其中所含磷的主要来源是粪便、食品污物和合成洗涤剂。尤其是合成洗涤剂,在一些高消费地区如北美的污水中5 0% ~7 0%的总磷来自于此。在污水处理厂,污水中很大部分的磷通过金属磷酸盐(如磷酸钙)沉淀而被除去,未除去的随排出水流人旁边的受纳水体。在处理过程中也用到许多含磷的化学药剂,如磷酸三钠、多聚磷酸钠等,它们也可能进入受纳水体。

( 4 ) 其他来源 。包括城镇和乡村的径流、工业废水和地下水等。 磷在水体中有不同的存在形态,且各种形态间可相互转化。其中悬浮态磷(含无机态和有机态)大多存在于细菌和动植物残骸的碎屑中。溶解态磷以各种形态的正磷酸盐存在,如 1 ' 0 4 ,H _ P O 4,} l 2 1 ' 0 4 一 ,可作为营养物质被藻类吸收。但这些盐溶解度小,在水中的浓度也较低。聚合磷酸盐是合成洗涤剂中的重要助剂 ,在水中以 P 2 O 7 ,0 I。,H P 3,C a P2 0 7一 等形态存在,也可为藻类吸收。可溶性有机磷酸物主要有葡萄糖 一6 一磷酸 ,2一磷酸 ,2一磷酸甘油酸,磷肌酸等。同时由于水体中的悬浮物吸附 N、P后沉积到水 体底部沉积物中,减少了对水质的污染,但在某些地区,如西湖,由于环境因子的微弱变化而使沉积物中各种形态的磷向上覆水体释放,从而加剧水的富营养化水平。

研究表明,可溶性正磷酸盐和沉积物中的铝和磷的化合物及有机磷最易被藻类吸收„。

富营养化的产生有其社会、历史原因。对这一问题的研究于1 9 4 0年 ~1 970年在北部温暖岩地区展开。按照利物浦大学生物科学学

院 B r i a n M o s s 教授的观点l,随着温度升高,冰层融化,岩石暴露于空气中逐步被风化、侵蚀,形成泥土,其中主要的营养物质随着降水被淋溶出去,进入水体,引起富营养化。之后,由于植物生长、岩石风化作用降低,营养物供给减少,富营养化现象消失 。此时,少部分磷进人海洋,其余则以粒子形态保存在沉积物中。这种形态持续了几千年,直到人类开始进行垦荒、放牧等农业生产活动。

进入现代社会后,人类对资源的开发、农业生产规模的扩大以及城市化加剧、人口数量猛增,对环境的利用和破坏都是空前的。过去水体由贫营养向富营养转化需要几千年甚至上万年时间,人类活动的影响使这一进程大大加速。过量营养物质进入并积聚在体中,过度开发又使部分水体生态结构单一,一些大型水生动植物 退化甚至绝迹 ,水生生态系统遭到破坏,致使藻类、浮游微生物繁殖,富营养化现象重现。

1970年日本琵琶湖等封闭水域出现了水藻疯长、鱼类死亡现象 。研究表明,这是由于水中磷酸盐含量超过正常值所致。20世纪80年代后我国南京玄武湖、武汉东湖、江苏太湖、安徽巢湖、杭州西湖和 昆明滇池等都出现了富营养化现象,水体中磷含量大大超标。在一些近海海域也因此导致浮游生物爆发性繁殖,使海水呈淡红色即“ 赤潮 ”。1 9 9 2年珠江口岸无机磷严重超标,长江的无机磷超标率为 8 2%。

1977年香港发生3次“赤潮”,1990年发生2 8次 。19 92 年全国发生“赤潮”5 0次,比1991年增加3 2%,其中含磷洗涤剂中

的磷元素在水体富营养化进程中起到一定的促进作用D 】 。

关于富营养化的成因,目前国际上有两种理论:

( 1 ) 食物链理论14这是由荷兰科学家马丁·肖顿于1997年6月在“磷酸盐应用技术研讨会”上提出的。该理论认为,自然水域中存在水生食物链。如果浮游生物的数量减少或捕食能力降低,将使水藻生长量超过消耗量,平衡被打破,发生富营养化。这说明 营养负荷的增加不是导致富营养化的唯一原因。实验证明,影响浮游生物捕食能力的是农药、杀虫剂等有机污染物,与水中磷含量关系不大。因此,磷酸盐不是影响富营养化的唯一原因,限磷不是解决问题的根本途径。

( 2 ) 生命周期理论这是近年来普遍为人们所接受的一种理论。它认为,含磷和氮的化合物过多排入水体,破坏了原有的生态平衡,引起藻类大量繁殖,过多地消耗了水中的氧,使鱼类、浮游生物缺氧死亡,它们的尸体腐烂又造成水质污染。根据这一理论,氮、磷的过量排放是造成富营养化的根本原因,藻类是富营养化的主体,它的生长速度直接影响水质的状态。在合适的光照、温度、p H 值和充分具备营养物质的条件下,藻类光合作用的总反应式 为:

1 0 6 C 0 ~+1 6 N O 3 一+HP O 4 一+1 2 2 H2 0+1 8 H +能 量 +微量元素一c l 0 6 6 3 0 l l 0 N . P l +1 3 8 0 2 ( 藻类原生质 )

根据 L e i b i g 最小定理,植物的生长取决于外界供给它们的养分中最少的一种。 从藻类原生质C106H263O110N16P1可以看出,生 产1 k g 藻类,需要消耗碳358g,氢74g,氧496g,氮63g,磷9g,磷是最小限制因素,因而就是导致富营养化的决定因素。要想控制水

体富营养化,还必须禁、限磷,降低水中磷的负荷。生命周期理论和食物链理论争论的焦点在于磷是否为引起富营养化的主要原因,禁、限磷能否彻底解决富营养化问题。目前这两种理论争论尚未有最后定论。

2.3 西欧国家

自上世纪70年代以来,西欧的一些国家根据 各

自水体的富营养化状况和经济水平 ,采取了不同的控

制含磷洗衣粉的生产和销售政策。其中,瑞士、挪威

和德 国等制定 了 “ 禁磷”法规。以德国为例 ,1 9 7 5 年实施禁磷措施以来 ,1 9 8 8年无磷洗衣粉的产量 占

总量的 8 0% ,1 9 9 0年上升到 9 5%。瑞典 、法国 、英 国、丹麦和西班牙等国则没有颁布 “ 禁磷”条例。

结果表明, “ 禁磷”措施对降低生活污水中的磷

含量有一定效果 。实行 “ 禁磷”的国家 中,洗衣粉 带入地表水中磷所占的比率一般为 2% ~3%,明显

低于非禁磷 国家 ( 1 4% ~1 9%) ,( 见表 2 ) 。这些 国 家在禁磷的同时还大力提高生活污水的处理率,使地

表水中总磷浓度也有明显下降【 7 ' 。

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