水体富营养化的成因危害及防治措施

水体富营养化的成因、危害及防治措施随着工农业生产的发展和人们生活水平的提高，人类对水和绿色水产品的需求量与日俱增。就我国目前水资源的现状来看，淡水紧缺，水污染导致水体富营养化十分严重，直接危害水产品的质量及人类的健康。一、水体富营养化的定义由于人类的活动，使得水体中营养物质富集，引起藻类以及其它水生生物过量繁殖，水呈绿色或混浊呈褐色，水体透明度下降，溶解氧降低，造成水质恶化，严重时发生“水华”，使整个水体生态平衡发生改变而造成危害的一种污染现象。池塘、水库、湖泊等多发。一般认为水体全氮量大于0.2mg/L、全磷量大于0.02mgL时属于富营养化水体。美国环境保护局（EPA）提出：水体总磷大于20 mg/L25mg/L，叶绿素a大于10mg/L，透明度小于2.0m，深水的饱合溶解氧量小于10的湖泊可判断为富营养化水体。二、水体富营养化的主要成因水体富营养化的根本成因是营养物质的增加，使得藻类和有机物增加所致。营养物质主要是磷，其次是氮，还有碳、微量元素或维生素等。藻类生长遵循李比希最小定律，即其生产量或生物量取决于外界供给它的所需养分中数量最少的那一种。由于磷在水体中不完全循环，使得世界上很多地区的水域都严重缺磷，以致磷成为其初级生产力的重要限制因素，一旦大量磷进人水体往往引起浮游植物的迅猛生长，而使水体呈现富营养化。用藻类生长潜力方法来判断湖泊中藻类繁殖限制物质时，发现在氮磷比低于101时，或在某一季节，氮也可能成为限制因子。营养物的主要来源：土壤大量施肥，农田流失的氮、磷进人水体；人和家畜排泄产生的氮、磷；渔业规模集约化养殖带来的大量营养物质。如池塘精养，投喂高蛋白饵料及鱼虾排泄物和施肥等因素的影响，造成池塘水质恶化，影响鱼虾生长，爆发鱼病，给养殖生产造成损失。近几年，淡水养殖业已由池塘转向湖泊、水库等大水面，并应用池塘精养高产技术与大水面优越的生态条件相结合发展“三网”养殖，虽然提高了水产品的质量和数量，但加速了我国湖泊水库富营养化的进程。有资料报道，在网箱养鱼时，每生产1吨鱼，每年要产生15 kg的磷和1.037 kg的生化需氧量（BOD），因而引起水体富营养化。因此，北欧国家对网箱养鱼加以控制。生活污水也是主要的营养物来源。生活污水中磷的主要来源是合成洗涤剂、工业废水，排污量较多的是食品、化工、毛皮工业和轻工业。大气污染使得降水中氮、磷含量提高。三、水体富营养化的危害从水产养殖方面来说，一定的肥水意味着饵料丰富，适合鱼类生长，尤其是滤食性鱼类（鲢、鳙）。紫菜养殖时要求氮含量大于0.2 mg/L、磷大于 20 gL，在一定程度上对其有利，但会使水生生物大批死亡。从环境保护角度来看，富营养化会给水和水体利用带来多方面的问题。1.供水富营养化水体，使藻类特别是增殖能力强的藻类大量生长，如硅藻门的直链藻、舟形藻、小球藻、星杆藻、针杆藻、脆杆藻、等片藻、桥穹藻、平板藻，绿藻门的小球藻、水绵藻、胶群藻，蓝藻门的颤藻、项圈藻、蓝束藻等。这就使水厂在过滤时效率降低，增加制水成本。同时还影响水质，主要表现在水的感官性状和饮水安全性。许多形成“水华”的藻类能产生不好的气味，水中产生臭味的微生物主要是放线菌、藻类和真菌。在藻类大量繁殖的水体，藻类一般是主要的致臭微生物，不同藻类引起不同的臭味。如鱼腥藻、微囊藻、束丝藻、角藻均可产生腐臭味；星杆藻、锥囊藻、黄群藻、平板藻、团藻可产生鱼腥味；腔球藻、栅藻、水绵藻、丝藻可产生草腥味；小球藻、颤藻和直链藻能产生霉腐味等。还有报道指出，藻类的溶解性有机物在自来水加氯后，可氧化产生弱的致癌物质。蓝藻能产生毒素，最主要的是铜绿微囊藻、水华鱼腥藻、水华束丝藻，动物饮用含有藻毒素的水可能死亡，海洋赤潮中甲藻所产生的毒素，可引起人类严重中毒。微囊藻毒素是分布最广、最复杂的一种毒素，它能抑制生物体内蛋白磷酸酶1和2A而成为一种具有大田软海绵酸途径的促肿瘤剂，是迄今发现的最强的肝肿瘤促进剂。2007年吉林省新立城水库由于蓝藻大量生长，造成水体富营养化，严重影响城市供水，同时也给供水企业加大了成本。2.休闲渔业休闲渔业是集渔业与游钓、休闲、旅游观光、水族观赏为一体的产业。水体一旦富营养化，水味腥臭，透明度下降，水体浑浊，使水体在现代城市生态系统中的重要位置大打折扣，丧失其应有的美学价值，不利于人们生活娱乐、旅游、观赏。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、云南滇池等也都面临这样一个问题东湖已有几个天然游泳场为此而关闭。3.水产养殖水体富营养化，有效氮磷含量增加，使得藻类大量繁殖和高度集群而引起生物污染，淡水中称“湖靛”，海水中称“赤潮”。淡水中常见能够引起污染的藻类有鱼腥藻、微囊藻、水花束丝藻和腔球藻，咸水中最常见的有夜光藻、束毛藻、微型原甲藻、裸甲藻，半咸水中能引起污染的主要有小三毛金藻和舞三毛金藻。这些藻类成为优势种后，在水上层富集，使水体透明度下降，深层藻类因缺光而死亡。这些藻类消耗水体溶解氧，加速底泥积累营养物释放，造成水体营养物质的高负荷，形成富营养化恶性循环。1997年天津大沽口由微型原甲藻引起的“赤潮”造成大量鱼类死亡；东湖近年来发生过因“水华”过度积累和分解导致网箱中鱼类全部死亡的事故；1998年9月27日中央电视台报道渤海湾形成大片“赤潮”，引起鱼虾大批死亡，并造成食用鱼虾污染；2000年3月长春南湖淤泥过多，有生活污水和工业污水流人，致使水体中50余吨鱼死亡。大伙房水库、青海湖也有类似情况发生。四、水体富营养化的防治措施依据水富营养化形成机理，防治水体营养化的根本性措施是减少水体的氮、磷含量，控制主要污染物藻类、臭味、有机物生成，使富营养化水体得到净化。1.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。洗涤剂中把支链型烷基苯磺钠改为直链型，改用磷酸盐的代用品。农业生产上应合理控制施肥量。实施污水分流、截流和污水净化处理，减少污水排放量。在水体投饵养殖时，要做好养殖规划，兼顾经济效益和生态效益，且把生态效益放在首位。2.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，起稀释作用，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，可起到防止底泥释放磷，改善溶氧状况，加强矿化作用，降低浮游植物光合作用等效果；用微滤机去除水中浮游动物和藻类，藻类密度一般较小，因而其絮体不易沉淀，采用气浮则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，可收集用于农肥、饲料，减少水体氮、磷负荷。3.化学方法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，控制藻类生长的硫酸铜浓度一般须大于1.0 mg/L，因而须谨慎使用。化学药剂法应用较为灵活，但使水体增加了新的对鱼健康不利的化学物质。强化混凝剂（如硫酸铝）也可除藻。浓度为0.7g/m3的硫酸铜可直接杀死小三毛金藻。用于除臭的氧化剂主要有高锰酸钾、自由氯、二氧化氯和臭氧。臭氧是一种强氧化剂，可使水中氨、氰化物降解，也是有效的除臭剂，用于养殖水处理具有反应快、投量小、半衰期短、无残余毒性和二次污染的特点。有机物与臭氧之间只能发生部分氧化，臭氧的氧化作用是破坏有机物的分子结构，将大分子有机物氧化成小分子，并改变有机物的性质。二氧化氯也为氧化剂，可以分解水中几乎所有还原性污染物质，如残留饵料、排泄物等。可改善养殖水体环境，增加水中溶解氧含量，从而防止养殖过程中流行病爆发和传染。4.生物防治生物处理是利用微生物的作用改善水质。微生物是降解废物、废水的主力军，利用经过遗传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。如硝化细菌可去碳去氮、杀灭病毒、降解农药、絮凝水体重金属及有机碎屑，能将硝酸盐反硝化成 NO2和 N2，它在消解碳系、氮系等有机污染时，也可消解有机污泥。嗜烃菌可短时间吞吃大部分油污，使其转化为二氧化碳和菌体蛋白。光合细菌能够利用水中残留的有机物（或H 2S 、N H 3等）作为氢的供体进行光合作用，减少分解水中的有害物质，起到改善水质，相对提高溶氧量的作用。鱼池中只要有5g/m3的光合细菌，3小时内就能将池底不断产生的氮离子和有机物的初始分解物除去，使水质恢复正常。5.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，使营养物改变为人类需要的终产品（如鱼等水产品）而不是“水华”。1996年黄祥飞利用滤食性鱼类（花白鲢）直接吞食蓝藻，实验证明是可以作为一种生物操纵方法的生物防治途径。所以可以放养以藻类为食的鱼类，如白鲫摄食藻类和有机腐屑；鲴鱼能摄食固着藻类及丝状藻类；鲢鳙能直接利用铜绿微囊藻和螺旋鱼腥藻等浮游植物。近年来对浮游动物与藻类“水华”的关系报道很多，鱼类可以选择性吞食浮游甲壳动物，通过捕捞鱼产品而消除污染。水生高等植物和藻类在光能和营养物质上是竞争者，在湖泊和近海种植大型水生植物，如湖泊中种植莲藕、菖蒲，近海种植海带、紫菜，从而抑制浮游植物的生长，对改进水质感官性状是有利的，加之水生高等植物易于收获和利用，因此不失为一项防止富营养化的生态措施。6.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人，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0.7g/m3浓度的CuSO4、FeSO4合剂（52）效果并不理想，但结合生态学管理即选择晴天中午排放池水到1/3左右，再施药，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。_