选修课程化学与环境水环境之水体富营养化3.3

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。滇池巢湖太湖梅梁湾滇池草海水葫芦水体富营养化的概念水体富营养化的成因水体富营养化的危害水体富营养化的防治第三节水体富营养化一、水体富营养化的概念水体富营养化是指由于大量的氮磷等植物性营养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。《水体富营养化的成因分析》付春平，钟成华，邓春光本身，富营养化是一个水体自发的过程，富营养化期间水体中的营养盐和有机生物量会逐渐积累，出现生物生产量增高，沉积物淤积引起水体平均深度下降的现象。这个过程若在自然条件下需要经过很长的时间才能完成。这原本是一个水体的消亡过程。而随着社会的发展，人为因素正在大大加速这个过程的进行。一些判断指标：指标项目标准Ｎ含量超过0.2～0.3ppmＰ含量超过0.01～0.02ppmＢＯＤ超过10ppmpH为7-9的淡水中细菌总数超过10万个/ml表征藻类数量中叶绿素-a含量超过10μg/L适宜的温度，光照条件和溶解氧含量；氮、磷等营养盐相对比较充足铁，硅等含量比较适度缓慢的水流流态，水体更新周期长。四个基本条件：富营养化的发生和发展二、富营养化的成因由方程式看出，生产1kg的藻类原生质所需的氮磷的量是最小的，根据Lebig最小因子定律，氮磷是藻类生长的限制因子。氮、磷为生物生长的必要元素，当氮、磷等营养盐含量丰富的时候生物能快速增长，世界著名的渔场等都是营养元素丰富的海域，如墨西哥的Escambia海湾19世纪50年代曾经是重要的渔场，营养元素丰富，但由于当地工业，生活污水的大量排放，导致了水体滞留，缺氧，富营养化问题严重，导致鱼类的大量死亡。下表为水体富营养化状态与氮、磷含量关系：一般地说，总磷和无机氮分别超过20mg/m3和300mg/m3，就可以认为是危险状态。铁，硅等含量比较适度；铁在营养盐氮的循环过程中是决定性因素，其原因是铁是硝酸盐(氮的固定)、硝酸盐—亚硝酸盐还原酶组成成分的重要因子，铁含量高，硝酸盐—亚硝酸盐还原酶的活性增强，即水体中的氮含量就有可能降低，出现富营养化的几率也可能降低。适宜的温度，光照条件和溶解氧含量；在适宜的温度和光照条件下，藻类才能很好地繁殖。湖泊的春季水华的发生，其中适宜的温度占了很大一部分的作用，经过一个冬季，湖水中的微生物新陈代谢较慢，使湖水中的氮磷等营养物质得到很好的积累，但由于冬季光照不足，此时不会发生水华现象，进入春季，随着光照的增强，春季水华就因此而出现。缓慢的水流流态，水体更新周期长。由于这一原因，造成了近岸、近海、河口附近河域和湖泊等容易发生水体富营养化现象。例如：渤海湾，海底表面地形平缓，开阔少，变坡度很少，几乎无起伏，这里的水流比较稳定。且由于工业污水和生活污水的大量排放，加上渤海湾本身的地形特点，使得水体中的营养物质富集严重，使渤海湾成为我国赤潮发生率相当高的海域之一。介绍两种富营养化的理论：食物链理论这是由荷兰科学家马丁·肖顿于1997年6月在“磷酸盐技术研讨会”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。该理论说明营养负荷的增加不是导致富营养化的唯一原因。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，含氮和含磷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，过多的消耗水中的氧，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。污染源：自然因素：人为因素：水体周围地质环境，有可能增加水体富营养化的倾向岩石风化，土壤淋溶向水体中释放氮、磷等营养元素农业：化肥的过度使用，禽畜粪便等的随意排放，使农田径流含丰富氮、磷等营养元素。工业：工业“三废”生活污水，含磷洗涤剂的使用，有机垃圾，船舶污染等自然因素：人为因素：污染源：引起富营养化的营养物质来源较复杂，既有自然因素，又有人为因素；既有外源，又有内源；既有点源，又有非点源。过量的氮、磷主要来自未处理或处理不完全的工业废水和生活废水、有机垃圾和家畜家禽粪便以及化肥等。随营养盐浓度的增加，太湖水体中蓝藻水华发生的频率、程度、面积也呈逐渐增加的趋势。1950’s1970’s19801987199420002006太湖蓝藻水华发生面积的变化2营养增加阶段34生产力上升阶段56沉水植物消亡阶段藻华严重发生阶段黑臭阶段健康阶段1湖泊富营养化过程大量营养盐输入水化学平衡变化pH值升高DO降低CO2降低生态系统失调藻类异常增殖初级生产力失衡生态系统结构破坏湖泊生态系统功能丧失（一）、对人类的影响1.供水方面富营养化后、藻类、特别是大型群体藻类的大量生长，使水厂在处理水时效率降低成本提高。同时，还影响水质。三、富营养化的危害•2.旅游方面藻类的大量生长，使水的透明度下降，水色不好，有臭味等，从而使水体的旅游价值降低或消失，这是国外对富营养化问题感到危害严重的一个主要方面。我国的一些有名的风景游览湖泊，如杭州西湖、武汉东湖、南京玄武湖、长春南湖等也都已面临这样一个问题。宫营养化严重后也带来了水的卫生学指标的下降。东湖已有几个天然游泳场为此而关闭。最佳观湖景点，因蓝藻成祸，游客已经不能与太湖水亲密接触了水体外观呈色、变浊、影响景观：内陆湖：水华（水花Waterbloom);海洋：赤潮（红潮Redtide)水体富营养化虽然对渔业有有利的方面，如水体富营养化直接引起浮游植物数量增加，提高水域的初级生产力，从而使一些渔业品种的产量增加。但也同样有不利的方面，国外因湖泊较深，养殖鱼类又以对氧要求高的冷水性鱼类为主，因此，富营养化引起的缺氧常使鱼类大批死亡，并使鱼类组成变为他们不喜欢食用而称之为野杂鱼的鲤科鱼类。3.渔业方面大量的鱼类浮头，死亡4．其他方面不少蓝藻在某种条件下能产生毒素。澳大利亚、南非、美国等曾报道因藻毒引起家畜、家禽、水鸟等的大批死亡事件。赤潮藻类产生的贝毒可直接危害人类生命。（二）、对海洋环境的破坏（1）影响水体的酸碱度和光照度（2）竞争性消耗水中的营养物质，并分泌一些抑制其他生物生长的物质，造成水体中生物量的增加，但种类数量减少。（3）许多赤潮生物具有毒素，该毒素可使海洋动物生理失调或死亡。（4）部分以群体生活的赤潮藻，可使海洋生物的呼吸滤食活动受损，导致大量的海洋动物机械性窒息死亡。（5）处在消失期的赤潮生物大量分解，水体中大量的溶解氧被消耗。四、富营养化的防治（一）、富营养化的检测监测：N、P元素的含量，水体中N0.3mg/L、P0.03mg/L时，藻类生长加快。日本学者提出，按下式计算：耗O2量×无机N(g/L)×无机P(g/L)1500若结果1，富营养化将出现。1评价水体富营养化的方法评价水体富营养化的方法是：①观察蓝藻等指示生物；②测定生物的现存量；③测定原初生产力；④测定透明度；⑤测定氮和磷等导致富营养化的物质。（二）、富营养化的防治加强生态管理：防止含N、P及生活污水未经处理直接排入河流；污水深度处理：彻底去除有机污染物；化学杀藻：漂白粉、CuSO4(0.1~0.5mg/L)撒入产生赤潮的河流或海洋；生物杀藻剂：寻找藻类的致病微生物；混层法：人为增加溶氧，强力搅拌，防止藻类过度繁殖。防不管治利用公认的防治法1.控制外源性营养物质的输入2.降低内源性营养物质的负荷3.去除污、废水中的营养物质4.综合防治水稻浮床香根草生态浮床生态浮床“滇池蓝藻水华污染控制技术研究”基地的重力斜筛自动脱水设备在对滇池蓝藻水华进行脱水处理。脱水后形成的藻浆经去毒处理，可成为上好的有机肥料或饲料。