洗衣粉中的磷对水体的污染

洗衣粉中的磷对水体的污染程鸿鹏(滁州学院化学与材料工程学院)摘要：本文主要阐述洗衣粉中会对水体造成污染的成分，洗衣粉中的磷引起水体富营养化的机理，水体富营养化的危害，为了防止水体富营养化，目前关于水体富营养化的防治政策，禁磷的原因和现阶段的禁磷情况，以及本人对防治洗衣粉中的磷造成水体污染的解决方案的建议。关键词：洗衣粉，磷，水体富营养化据联合国环境规划署等机构对全球水质监测的报告，目前全世界约有30％～40％的湖泊水库出现富营养化的现象。在我国，长江、淮河、太湖、巢湖等很多江河湖泊都不同程度地存在富营养化问题。据专家对巢湖水污染的调查，水中的磷含易超过标准的3.4倍，而含磷量的增加皆源于含磷的洗衣粉。南京玄武湖水中的磷70.8％来自生活污水；太湖蓝藻爆发，主要原因之一也因为洗衣粉的排入，使水中含磷量剧增。洗衣粉本是清洁之物，如今却成了污染的元凶。一．概述洗衣粉是由多种化学成分组成的混合物，起主要做用的是表面活性剂：烷基苯磺酸钠、脂肪醇硫酸钠、脂肪醇聚氯乙烯醚、环乙烷和环氯丙烷等。这些表面活性剂可直接用来作为洗涤剂使用。但去污效果并不十分理想，而且成本高。因此，配制洗衣粉时还要加入一些助剂和辅助剂，使洗衣粉的性能更加完善，贮存和使用更加方便。洗衣粉通用的助剂分为无机盐和有机盐两大类，按洗衣粉是否含有磷，又分为含磷洗衣粉和无磷洗衣粉。含磷洗衣粉中应用较为普遍的是三聚磷酸钠，三聚磷酸钠中阴离子具有较强的鏊合能力，并对微细的无机离子或脂肪微滴具有分散、乳化、胶溶做用，大大提高了洗衣粉的洗净作用。但三聚磷酸钠和硅酸钠对皮肤有强烈的刺激作用。磷是所有生物生命所必须的元素，它的作用不能被任何其他养分所代替，但磷也与环境退化有关，这主要是含磷污水被排放到河流、湖泊中，造成水体中生物富营养化。水体富营养化[1]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。二．洗衣粉中的磷是如何引起水体污染的洗衣粉中的P进入湖泊后，其中一部分转化为正磷酸盐，如PO43-、HPO42-、H2PO4-，其中大部分与悬浮颗粒结合存在，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。另一部分则仍以聚合物的形式存在于水体中，如P2O74-、P3O105-、HP3O92-、CaP2072-,也可为藻类吸收。洗衣粉中的P进入湖泊后，便参加生态系统的物质循环，构成水生物个体和生物群落，并经由自养生物和异养生物等所组成的营养级依次转化迁移。然而总磷中有相当一部分磷的形态是生物不能吸收利用的，这部分磷对水质没有什么直接影响。水体中生物可利用磷代表可被藻类吸收生长所潜在利用的磷，包括溶解态磷和颗粒态生物可利用磷两部分。溶解态磷是指能通过0.45μm滤膜的无机磷酸盐，是生物可直接利用的磷形态，称为溶解态反应磷。据有关人员对我国三个湖泊(玄武湖、太湖、五里湖)中的藻类对磷吸收快慢的研究表明：溶解反应磷的利用效率都是在一天以内达到最大值，其次是总溶解磷，仅稍慢于溶解反应磷达到最大利用率，表明湖水中溶解的磷形态尤其是正磷酸盐类是最先被藻类利用的。但是水体中可溶性P很有限，它们很容易与Ca2+、Fe2+、A13+等生成难溶性沉淀物，沉积于底部，作为受纳水体藻类及其它水生植物生长的长期磷源。聚积于底泥中的P的存在形式和数量，决定于水中的P与底泥中的磷的交换情况。水中的P经无机P生物吸收和有机P沉淀而除去。沉淀物中颗粒态P通过悬浮作用与湍流扩散作用而释放到上层水中。就可溶性P而言，当沉积物空隙水中溶解的无机磷的浓度超过上覆水中P的浓度时，溶解性无机P才能被释放至表层水中。湖泊中P的循环大体可以看作是一个动态的稳态体系。在湖泊底质中的P起着营养库的作用。底质P的释放是上层水中可溶性P的主要来源之一，它的释放速度受诸多因素的影响。武汉东湖底泥释磷状况的探究实验的结果表明[2]，环境因素（如温度、PH值、溶解氧、搅动等）和底泥磷形态都能影响底泥磷的释放：升高水温和搅动上覆水均能加速磷释放；上覆水中性时(PH=7.4)，底泥释磷量最低；在较高或较低PH值时，底泥释磷量倍增；厌氧条件下底泥释磷量是好氧条件下的30倍。底泥中不同形态的磷与底泥磷释放量有不同程度的相关性，其中可溶性磷和铁磷对底泥释磷贡献尤为重要。三．水体富营养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。水体富营养化，常导致水生生态系统紊乱，水生生物种类减少，多样性受到破坏。昆明滇池水质在20世纪50年代处于贫营养状态，到80年代则处于富营养化状态，大型水生植物种数由50年代的44种降至20种，浮游植物属数由87属降至45属，土著鱼种数由15种降至4种；武汉汉江在1992年发生水华时，藻类种群的多样性指数也呈下降趋势。普遍的富营养造成多种用水功能的严重损害，甚至完全丧失。此外，由于藻类带有明显的鱼腥味，从而影响饮用水质。而藻类产生的毒素则会危害人类和动物的健康。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。四．目前关于防治水体富营养化的政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。1.控制外源营养物质的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。2.减少内源营养物质的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。五．禁磷的原因世界上许多海洋国家都不同程度地遭受过赤潮的危害。如日本濑户内海在1976年发生赤潮326次[3]。1967—1991年间，这一海域共发生4448次赤潮，造成渔业生产危害大421次，直接经济损失达数千亿日元。目前，水体的富营养化已经成为我国一个较为突出的环境问题。据有关部门统计，1989年8月至10月，渤海沿岸发生一次大面积赤潮，致使1989年渤海海域天然对虾的捕捞量比1988年同期减少5l％，仅此一项，经济损失就达2400万元[4]；1990年沿海共记录到34次赤潮；1998年3月中旬爆发的赤潮，造成深圳市、珠江海市、惠东县等地海水网箱养殖死鱼3000多吨，直接经济损失超过4000万人民币；1998年下半年发生在渤海湾的赤潮，为我国有史以来面积最大，持续时间最长，损失最严重的一次赤潮，给沿海水产业造成的直接经济损失为5亿多元[5]。许多大型湖泊，如巢湖、太湖、鄱阳湖、滇池等，都已经处于富营养或重营养状态，而且一些河流在部分河段也出现了富营养化现象[6]，如黄浦江流域，珠江广州河段等。据统计，我国主要湖?自处于因氮、磷污染而导致富营养化的占统计湖泊的56％。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、PH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[6]：106CO2+16N03一+HP042一+122H20+18H++能量+微量元素——一C106H263O110N16P(藻类原生质)+138O2根据Leibig最小定理[7]，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C106H263O110N16P可以看出，生产1kg藻类，需要消耗碳358g，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，即1g磷就可使藻类生长约100只。我国目前合成洗涤剂的年销售量为300万吨左右，如果按平均15％的含磷量计算，那么通过洗涤废水就有大约45万吨磷被排放到地面水中，已大大超过了水体自身降解N、P的能力。据有关人员研究发现：太湖宜溧河流域内总磷发生量为3540．98t／a，进入太湖的总磷量为157．43t／a，流域内总磷的入湖率为4．45％。流域内洗衣粉排磷发生量为336．20t／a，洗衣粉排磷入湖量为27．71t／a，洗衣粉排磷量占入湖总量的比例为17．60％。因此，洗衣粉“禁磷”措施在全太湖流域的实施，可削减为17．6％的总入湖磷量，这对减轻太湖富营养化状况，缓解藻花的暴发，改善太湖水环境起到一定的作用。六．目前的禁磷情况除美国、西班牙和法国还生产低磷洗涤剂外，其它欧洲国家几乎全部实现了洗涤剂无磷化。日本在1988年，无磷洗衣粉的产量就以占到总量的97％，成为目前洗涤剂行业中无磷化程度最高的国家之一。我国江、河、湖、海水体P的数量，大大超出了我国环境保护法所规定的磷含量0.1mg／L的标准，有的地区竟达到50