水体富营养化

水质工程学 课程论文

论文题目：水体富营养化的形成、危害和治理方法

姓 名 ： 査戎

学 号 ： 03212710

院 系 ： 能源与环境学院环境科学与工程系

完成日期：2014.10.18

0.引言

自上世纪50年代以来，湖泊富营养化现象己成为世界上重要的水环境污染问题。水体富营养化是因水体中所含的氮、磷等营养物质过多而导致的一种水体效应，主要表现有水中某些藻类和大型水生植物异常增殖，水生生物种群单一化及水质变坏等，水生生态系统受到严重破坏. 水体富营养化是自养型生物(浮游藻类)在水体中建立优势的过程，包含着一系列生物、化学和物理变化，与水质化学、水体物理性状、湖泊形态和底质，以及气象、地理等众多因素有关。

水体富营养化主要发生在湖泊、河口、海湾等流动缓慢且水体更新时间较长的水域.我国的这种水体现象比较严重.淡水水域中，50%以上的湖泊、30%以上的大型水库都出现过水体富营养化(也称作“水华”)，其中以太湖、巢湖和滇池尤为严重.而海域的水体富营养化(也称为“赤潮”)也不容乐观，20世纪80年代前，只有渤海发生过较多的赤潮;进入90年代后，东海成为赤潮发生最为频繁的海域;到了21世纪，除南海外，其他海域都频频爆发大而积的赤潮.这种现象正朝着频率提高、而积增大、损失加大的趋势发展.

1.水体富营养化的成因分析

水体富营养化主要是因为水体中含有的氮、磷等可供藻类利用的营养物质较多造成的，而氮、磷等营养物质来源较为复杂，既有内源又有外源，既有点源又有非点源.对国内外不同区域水体的考察表明:不论营养物质来源于何处，水体富营养化的形成是受多种因素影响的，这其中既有自然因素的作用，也有人为因素的作用。

水体富营养化主要是人为原因造成的。随着工农业生产大规模的迅速发展，“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也逐年增加，经过雨水冲刷和渗透，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是农业集水区径流量的7倍左右。

1.1自然因素

营养物质是引起富营养化的决定性因素，除此之外，水文条件，如水体的深度、流速、循环周期、所处地质环境与气候环境的性质等，都可能是导致富营养化问题产生的因素，并且这些因素往往交互作用，共同促进富营养化的生成.

水体深度越浅，阳光透过性越好，水体含氧量也越高，温度适宜，可以满足藻类生物生长和繁殖所需的阳光、氧气和温度要求;因此，浅水湖泊相对于深水湖泊，更容易产生富营养化问题.而水体的流速越慢，其水循环周期越长，更新速度越慢，流入水体的营养物更易在输出之前沉积在水底.大量营养物质的沉积会导致水体富营养化的发生，而这种状况一旦出现，就很难恢复.这也是为什么水体富营养化总是发生在湖泊、河口和海湾处的重要原因.

除水体自身的特征外，水体周围的地质环境也可能增加水体富营养化的倾向.如我国的巢湖周围有磷矿分布区，蕴藏着丰富的磷灰石资源，其中所含的磷会随着地表水或地下水而进入到巢湖中，使得巢湖的自然本底磷浓度非常高，具备了易富营养化的背景基础.美国伊利湖的营养物质也是主要来源于流域内含磷的土壤和岩石.

适宜的气候条件也会使水体具有易富营养化的性质.在适宜的温度、充足的光照条件下，藻类的繁殖速度会大大增加.在澳大利亚，富营养化是一个长期和普遍的问题，较高的温度等特殊的环境特征就是富营养化的一个重要诱因.我国巢湖的气候条件也很适宜藻类繁殖.

1.2人为因素

自然因素使得水体具有易富营养化的特征，但是从对富营养化水体的调查看，人为因素比自然因素的作用更为重要.如果没有人为因素的存在，即使水体因为自然因素具有易富营养化的特征，也不一定会出现富营养化的现象.

人为因素主要表现在向水体中输入大量的氮、磷等营养物质，造成水体氮、磷含量超过引发富营养化的底限.过量的氮和磷主要来源于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的粪便及化肥等，其中化肥是最大的污染源.另外，水体周围地理特征的人为改变，也会为富营养化的产生创造条件.由于大坝、水闸的建造，使水体的更新速度和自净能力降低，增强了富营养化的可能性.

我国的滇池和巢湖曾出现过这样的问题.三峡大坝已经建成，上游一些水域的流速迅速降低，建议有关部门从现在开始，密切关注其中的营养物质输入、沉积情况，以免重蹈覆辙.

1.3对蓝藻水华成因的思考与理论假设

从生态学的角度来看，蓝藻水华形成作为一种典型的生态学现象，也应该遵循生态学基本规律。尽管在已有的研究中，都注意到了生态因子对生物作用的基本规律，即生态因子对生物的综合作用，主导因子作用、直接作用和间接作用，但是似乎对蓝藻水华形成的生态因子阶段性作用关注不够。

人们所观测到的湖而出现蓝藻水华“爆发”，一般是在高温季节、强光条件和风平浪静时等特定的环境条件。事实上，如果在显微镜下观察，就可以发现，在此之前水体中已悬浮有大量的微囊藻群体。一旦气象与水文条件适合，微囊藻群体上浮、聚集在并没有很大变化，在大多数情况下，这种突然出现的“水华”只不过是已存在、分散在水体中的藻类群体在适宜条件下的上浮、聚集、迁移至水而并为人们肉眼所见的过程，而非藻类在短时间内连续的快速生长所致。

因此，蓝藻水华的出现，从表观现象上看确实是瞬时的“爆发”，但是其本质却显然有一个逐渐发展与形成过程，是藻类生物量水体中的逐渐增加的一个缓慢、可以预测的过程。其前提仍然是水体中已经存在较大的藻类生物量。准确地说，“爆发”仅仅描述了短时间内大量水华蓝藻群体的空间位置的改变，主要是从水体中上浮到水体表层或者是由于风的作用，在湖岸的局部地区大量聚集，而不是生物量的‘巨变”。对这个问题的正确认识将不仅仅是名词的差异，而且将直接影响到对水华形成机理及其研究方法的确定。这也许需要从水华的严格定义及其指标来认识。如果认为叶绿素含量是水华是否形成的指标，那已有文献中所描述的每年几次的水华暴发“次”与“次”之间，水体中叶绿素含量是明显下降了然后在下次暴发时再次增加?还是一直持续维持在较高的水平?根据口前所得到的观察资料，大多数数据似乎都显示在湖泊水体中，叶绿素的含量在夏季水华发生季节，在没有人为干扰的情况下，只要环境因子合适，一般都持续以高浓度的状态存在，据此也就无“第一次”与“第二次”水华暴发之说，因为这期间叶绿素并没有迅速消失或增加。

正是由于水华的“爆发”的前提是一定的藻类生物量，因此在探索夏季水华的成因时，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、春季复苏的主要生态诱导因子及其阂值以及在复苏后，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

事实上，许多研究已经在这些不同的阶段分别进行了多年的探索，尤其是蓝藻生长和水华形成阶段的研究，已极大地丰富了人们对蓝藻水华成因的认识。另外，如果能了解蓝藻在极端环境中，尤其在冬季水底黑暗条件下蓝藻生存的生理生态对策，而这又是蓝藻生命周期中必需经历的、且是最薄弱和生物量很低的环节，确定春季水华蓝藻复苏的诱导因子，就有可能为探索在蓝藻休眠期或复苏前采取更加有针对性的控制蓝藻的新技术提供理论根据。

2水体富营养化产生的危害

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”或“湖靛”，在海洋则称为“赤潮”。当藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量会下降，水质将恶化，鱼类及其他生物大量死亡，甚至会出现人和动物中毒现象。

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。

富营养化的危害主要表现在以下几个方面:

(一)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味异臭。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。

(二)降低水体透明度

在富营养水体中，生长着以蓝藻、绿藻为优势种类的大量藻类。这些藻类浮在水表面，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0.2m，水体感官性状大大下降。

(三)影响水体溶解氧

富营养水体的表层，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，在富营养水体深层，情况就不同，首先，表层的密集藻类使阳光难以透射至水体深层，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，藻类死亡后不断向水体底部沉积，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。

(四)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，2 000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:多肽毒素、生物碱类神经毒素、脂多糖内毒素等，其中又以微囊藻肝毒素最为常见。在适宜的环境条件卜，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，危害人体健康，水中蓝绿藻毒素与肝癌的关系尤其受到关注。

(五)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。富营养水体作为供给水源时，会给制水厂带来一系列问题。首先，在夏口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，同时藻类也产生一些有毒物质，在制水过程中，引起饮用水水质卜降，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，富营养水体己经被禁止作为饮用水源。

(六)对水生生态的影响

在正常情况卜，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。

(七)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。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。

(八)影响旅游和航运

水体一旦发生富营养化，因藻类大量繁殖，水体透明度卜降，水质浑浊，水面藻类聚集，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型浮游植物，还会堵塞航道，影响航运。

3水体富营养化的预防

3.1控制外源，减少水体中的外来营养物质

3.1.1废水排放前须达标，控制氮、磷含量不超标

许多富营养化水体中的氮、磷主要来自于生活废水、工业废水和养殖废水，因此，切断外源必须从控制这些污染源富营养物质的含量入手.废水在排入水域前必须达标，才不至于引发水域中氮、磷含量超标.

国内外普遍采用的废水脱磷方法主要有化学沉淀法、电解法、生物法、吸附法及膜技术等几种

化学沉淀法是传统的除磷方法，也是使用得最多的方法.利用聚合氯化铝(PAC)和聚丙烯酞胺（C PAM)作复合混凝剂，对经过初步处理的高含磷废水进一步除磷，结果表明，可使处理后的废水达到国家排放标准(磷的质量浓度小于2 mg/L ).生物法是比较先进的方法，且能起到综合的效果，在除磷的同时，降低废水的COD和氮含量，是主要的脱氮方法.而膜技术则是新型分离技术，存在着较好的经济效益和社会效益

3.1.2尽量增加无机肥的有效使用率，提高有机肥的使用量

氮肥和磷肥的广泛施用，使大量的氮和磷通过大气迁移、水体迁移等方式进入到水体中，这是富营养化水体中氮、磷等营养物质的主要外源之一从1950-1990年，农用化肥的全球产量不断攀升，氮量由不足0.1亿t升到0.8亿t，专家预计到2030年将达到1.35亿t}y}_据石化工业协会的报告，2003年我国全年磷肥产量达950万t，仅次于美国，居世界前列一方而，化肥的使用量增加使农业增收;而另一方面，由于施用和灌溉方式的问题，再加上地而水的冲刷，施用的肥料中一部分氮、磷最终进入到水体中.提高无机肥料的有效使用率，是目前无机化肥行业需要考虑的一个重要问题.

有机肥料不存在氮、磷污染的问题，而且也不会造成土壤质量的退化，因此，在被化肥取代了几十年后，人们又重新认识到这种绿色肥料的重要性.该种肥料的使用前景被看好.

3.1.3控制含磷洗涤剂的使用，从源头上遏制营养物进入水体

相对于氮来讲，磷对于促进富营养化的发生作用更大.废水中的磷主要来源于含磷洗涤剂，故含磷洗涤剂是除无机肥料之外造成富营养化的另一大外源.

三聚磷酸钠因其具有良好的助洗性能而成为各种合成洗涤剂的基本原料，我国每年约有含6070万t三聚磷酸钠的洗涤废水被排放掉，这些含磷废水大都流入了江河湖海.如果禁比生产、销售、使用含磷洗涤剂，就可以从源头扼制住污染物，这是目前相对简单、易行的环保措施.从20世纪90年代初，我国就开始研究开发无磷洗涤剂.洗涤剂行业确定用4A沸石作助洗剂，生产无磷洗衣粉，目前已形成了一定的生产能力;但就相同的洗涤效果而言，添加4A沸石的洗涤剂较传统含磷洗涤剂成本高出25%左右.这无疑加大了生产厂家和消费者的负担，而且4A沸石有不溶于水，容易使衣服发黄、堵塞下水道等特点，不易广泛推广，所以禁磷在全社会推行有一定困难.

3.2排除内源，最大限度地减少内源对富营养化的“贡献”

繁殖迅速的富营养化生物在其新陈代谢过程中，如果没有外在因素的干扰(如人工打捞富营养化生物)，所含营养物质会一直保留在该水域中;另一方而，发生富营养化水体的底泥中含有大量的氮、磷物质，在一定条件下可以向水中释放出营养物质.因此，即使切断外源，富营养化情况也会一直持续.

在有效控制外源排入的情况下，配合采用一些排除内源的措施，更有利于治理水体富营养化.20世纪70年代，美国威斯康新几个发生水体富营养化的湖泊，通过向湖中投加铝盐抑制湖底的磷释放，使水质得到了很好的改善.而底泥疏浚，即把富含磷的湖泊底泥表层挖掉，也是一种最有效、最直接的办法，但费用较高.另外，某些水生生物能吸收利用氮、磷元素进行代谢活动，在富营养化水域种植这些水生生物，利用它们的这种特性可以达到去除水体中营养物质的目的，从而建立生态系统净化水体

3.3恢复生态系统的完整性和多样性，增强水体抗富营养化的能力

发生富营养化后，由于富营养化生物的迅速繁殖，许多其他生物的生存受到威胁，发生部分物种数量减少甚至完全消失的现象(即生物多样性减少)，原有生态系统的完整性和多样性遭到破坏;因此，在除磷、排磷的同时，注重恢复水体的生态系统同样是非常重要的.

4水体富营养化的治理

4.1物理防治

池塘、水库加强水的交换，当有合适水源时可引入，可以起到稀释的作用，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，可收集用作化肥、饲料，减少水体氮、磷负荷。

4.2化学防治

常用的除藻剂有硫酸铜、二氧化氯等。二氧化氯除藻效果较好，但成本较高。化学方法应用虽较为灵活，但使水体又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产生。

4.3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。

4.4生态防治

生态防治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就是一种生物防治途径。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、蒲草等可以抑制浮游植物的生长，对改进水质感观性状有利。

4.4.1限制网围养殖围

4.4.2实施生物操纵

刘建康等研究表明，利用滤食鱼类(鲍、蟾)直接控制蓝藻水华的生物操纵法，使东湖蓝藻水华连续15年销声匿迹，同位素追踪实验显示，鲍、蟾鱼对蓝藻消化率为30%—40%，即鲍、蟾鱼每增加1吨生物量，就有50 kg蓝藻等浮游植物被消耗掉。

4.4.3建设生态农业

应开展精确施肥以减少化肥用量;进行生物防虫降低农药投量;从食物链、物流循环等生

态原理出发，实施秸杆、有机肥等农业生产资源循环利用，减轻乃至避兔环境污染

4.4.4恢复湖滨带

生态湖滨带是湖泊生态系统的生态脆弱带与污染缓冲带，途径包括:选栽具抗污、净污、抗冲击能力高等植物，并注意因环境梯度变化而导致植物生活型分异;设计结构合理、防污高效的湖滨植被空间格局。最内层是水葫芦、水花生、水稻、稗草为主的农业生态湿地，次内层以芦苇为主，最外层是柳树、枫杨为主的沼泽森林，三者合一，成为集生态农业(饲料、有机肥料)、生产燃料、造纸原料和旅游一体的湿地湖水净化系统。

4.5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。

5结语

水体富营养化是一个世界性的水环境问题，在世界范围内具有普遍性.我国在富营养化治理方而投入了大量的精力，但富营养化问题仍未得到解决，有的地方还有恶化的倾向.从长远来看，随着世界经济的快速发展和人口数量的增长，人类环境必将受到更大的影响，水体富营养化问题在未来仍会继续对人类提出挑战.水体富营养化破坏了水生生态环境，给经济发展带来了诸多不便和损害，直接导致人类生活质量的严重下降，鉴于此，水体富营养化治理自然成为新世纪亟待解决的重要问题.

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/2334f486524de518974b7d56.html