磷元素与水体富营养化的关系

磷元素与水体富营养化的关系摘要水是人类赖以生存最重要的资源，但是在全世界，现在所有国家都面临一系列的水环境危机，我国也不例外。而水体富营养化更是其中受到关注最多的问题之一。在查阅相关综述和实验，发现磷元素是水体富营养化现象最重要的制约因子。为了具体的阐述这一论点，先介绍了磷元素的生物地球化学以及在水体中的循环特征，接下来对富营养化水体中除磷的技术进行了详细的说明，包括传统生化技术和新型生态修复技术。最后借用太湖为例子，以湖流域水环境监测中心发布的水质数据，对其进行初步的分析，结果表明太湖污染物主要为高锰酸盐和氮、磷，太湖富营养化是流域内各种直接和间接的污染源的综合效应。得到最终的结论，在治理包括太湖在内的湖泊富营养化现象时应该注意使用多种技术综合应用，达到利益和效益的最大化。关键词：富营养化、水质、除磷、总磷Abstract目录摘要...............................................................IVAbstract..........................................................错误!未定义书签。一、水体富营养化与水环境危机.....................................VII（一）、水环境危机................................................VII（二）、水体富营养化现象........................................X（三）、水体富营养化的危害......................................XI1、对人体健康的危害.........................................XI2、对渔业养殖的危害.........................................XII3、对水体生态环境的危害......................................XII4、对水体的利用.............................................XII二、磷循环与水体富营养化.........................................XII（一）、磷的生物地球化学循环....................................XIII（二）、磷元素与水体富营养化....................................XV1、水体中的磷循环...........................................XV2、磷循环特征与水体富营养化的关系...........................XVI3、水体富营养化磷污染对水质的危害和影响.....................XVII(二)、富营养化水体中除磷的技术.................................XVIII1、传统除磷技术.............................................XVIII2、强化除磷的生态修复技术...................................XXI(三)、磷含量过高的水体富营养化现象的防治.......................XXIII1、控制外源性磷的输入.......................................XXIII2、控制内源性磷的有效性.....................................XXIV三、太湖水体富营养化现状与磷元素的关系..........................XXV（一）、背景材料................................................XXV（二）、数据来源与分析..........................................XXVI(三)、总结.....................................................XXIX第四部分结论与建议..............................................XXX参考文献.........................................................XXXI致谢..............................................................33一、水体富营养化与水环境危机水作为人类赖以生存的最重要资源之一，其作用不言而喻。但是步入工业社会，全世界都面临着一个共同的环境问题，水体富营养化[1]。大量科学研究已证实:氮和磷能促进水生生物的生长,而且最终引起水体富营养化,磷被认为是产生水体富营养化的最主要因素[2]。因此，假如能够更加清楚了解到磷元素的循环过程，以及它是通过什么途径去导致水体富营养化，那么我们就可以控制它，从而最终解决水体富营养化这一棘手的环境问题。（一）、水环境危机在这个地球上，对于人类来说，最重要的自然资源之一，毫无疑问是水资源。它是人类及一切生物赖以生存的重要物质，也是工农业发展，环境治理中不可或缺的。2010年我国西南地区遭遇了百年不遇的旱灾。受灾的所有省份不仅工农业生产受到严重的影响，而且人民的基本生活也没有办法得到保障。这个事件引起了社会上的很多反思，长江和黄河的源头水量不断减少，中下游地区也因此受到很大的影响。根据联合国儿童基金会(UNICEF)在2004年的一份报告显示，全球至少有11亿人无法获得安的饮用水，26亿人缺乏基本的水卫生设施。非洲和南亚分别有3.03亿人和2.34亿人缺乏安全的饮用水[3],而这两个地区的人口增长率又是世界上最高的。可见缺乏安全饮用水问在非洲和亚洲大陆已到了非常令人担忧的地步。因此，让更多的人能够获得安全饮用水和水卫生设施可以说是人类在二十一世纪面临的一个关键性挑战[4]。根据目前的情况，全球水环境危机主要集中在以下七个方面：1，缺水，可供生产和生活的水供应不断减少，如果不能采取有效措施来扭转这种趋势的话,预计到2050年,全球将会有2/3的人口将会处于缺水状态[5]；2，缺乏干净卫生的饮用水；3，水质恶化，水污染和水体富营养化现象十分严重；4，支离破碎的水管理；5，不断减少的财政收入；6，政府和公众还缺水水资源保护意识；7，世界和平安全受到威胁[6]。而我国的水环境现状更是不容忽视，由于人口众多，水污染情况严重，因此必须尽快的重视这一环境问题。我国的淡水资源总量位居世界第六位，但是人均水量却位于一百名之后。不仅如此，水资源分布十分不均匀，南多北少，这一些现实情况都使得我国面临严峻的威胁。具体表现在以下四个方面：人均水量不足，水污染，水土流失，以及水浪费[7]。以湖泊水库系统为例子，根据中国环境保护部发布的2007年环境状况公告显示，我国湖泊水库的水质不容乐观。28个国家重点湖泊（水库）中，满足Ⅰ类和Ⅱ类水质仅占7.1%，而劣Ⅴ类水质湖（库）则达到了11个，占到了39.3%。表1全国28个重点湖（库）水质类别水系个数Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类Ⅳ类Ⅴ类劣Ⅴ类三湖3000012大型淡水湖10002413城市内湖5001004大型水库10023032总计280264511比例%07.121.414.317.939.3我国的水污染情况十分严重，主要是由于很多废水没有经过处理而直接排放，这其中包括工农业生产中的废水，以及人民生活中所排放的生活污水。根据中国环境保护部发布的2008年环境统计年报数据（表1），可以得到从2001年到2008年之间的废水排放情况。表2全国废水排放量年度废水排放量（108t）合计工业生活2001433202.7230.32002439.5207.2232.32003460212.4247.62004482.4221.1261.32005524.5243.1281.42006536.8240.2296.62007556.8246.6310.22008571.7241.7330图1全国废水排放量年际对比从图1可以看到，从2001年开始，全国废水排放量连续八年都呈上涨趋势，到2008年已经达到571.7×108t。在大部分地区，废水排放之后没有经过有效的处理，水体中含有大量的有毒物质，直接流入江河湖泊等，造成严重的环境污染。因此，关注中国水危机已经是一件刻不容缓的事情了。在众多的水环境污染问题中，水体富营养化现象也是一个不可忽视的方面。例如太湖，作为长江中下游最典型的富营养化湖泊，其水质为劣5类。自从1998年实施的环太湖三省一市零点达标排放措施以来，太湖富营养化状况并没有得到好转，反而愈发严重[8]。给周围城市的经济发展带来了巨大的负担，也在很多地方影响了人民的生活。（二）、水体富营养化现象水体富营养化是指在人类活动的参与下，生物所需的氮、磷等营养元素大量进入湖泊、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[9]。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。根据美国环保局的评价标准,水体总磷20～25g/L,叶绿素a10g/L,透明010020030040050060070020012002200320042005200620072008废水排放量（108t）年份度210m,深水溶解氧小于饱和溶氧量10%的湖泊可判断为富营养化水体[10]。水体富营养化是由于营养物质的疯狂积累而导致的恶性环境问题。经过一系列的科学研究发现，最后确定氮、磷等营养物质的输入和富集是水体发生富营养化的最主要原因,大约80%的湖泊富营养化是受到磷元素的制约,大约10%的湖泊与氮元素有关,余下10%的湖泊与其他因素有关。而大量营养物质的排放是由于人类生产和生活过程中缺乏环境保护意识而造成的，具体的途径通过整理分析大概有如下几条：1、生活污水排放人类生活过程中产生的污水，是水体的主要污染源之一。主要是粪便和洗涤污水。城市每人每日排出的生活污水量为150—400L，其量与生活水平有密切关系。生活污水中含有大量有机物，如纤维素、淀粉、糖类和脂肪蛋白质等；也常含有病原菌、病毒和寄生虫卵；无机盐类的氯化物、硫酸盐、磷酸盐、碳酸氢盐和钠、钾、钙、镁等。总的特点是含氮、含硫和含磷高,在厌氧细菌作用下，易生恶臭物质。通过查询2008年中国环境状况公报统计,得到以下数据：2008年全国工业和城镇生活废水排放总量为5.711×1010t,其中工业废水排放量2.417×1010t,比上年减少2.0%;生活污水排放量3.300×1010t,比上年增加6.4%。废水中化学需氧量(COD)排放总量1.321×107t,比上年减少4.4%。其中工业废水中COD排放量4.576×106t,比上年减少10.5%；生活污水中COD排放量8.631×106t,比上年增加0.9%。由以上数据可以得到一个观点，相比于工业污水，生活污水的排放引起的水体富营养化更为严重，而且增加的趋势明显。2、工业污水排放工业污水主要是指在工业生产活动当中，由于不注意环境问题，没有经过处理，直接排放到自然流水体而产生的，其中的氮磷元素的含量相当高。这一个问题的主要根源在于有很多企业缺乏环保意识，导致污水排放增多，其中的营养物质不断积累，继而引起了水体富营养化现象。3、化肥，农药的使用毫无疑问，农药和化肥的使用让农业生产的收益大大增加。但随之而来的环境问题也是不容忽视的，农药和化肥大部分残留在农作物上，但也有部分随着雨水的冲刷等而渗入到自然流水体中，不断积累。4、渔业养殖渔业养殖当中，鱼虾的主要食