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水體富營養(yǎng)化污染現(xiàn)狀及防治對策
摘 要：城市的水體污染，導(dǎo)致城市景觀質(zhì)量下降，嚴(yán)重影響了居民的身體健康。而在這些被污染的水體中，主要都是由于類社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展必不可少的重要自然資源之一。但是，目前我國大部分淡水湖泊及城市景觀河流受到了不同人類經(jīng)濟(jì)活動而引起的人為富營養(yǎng)化。所以，使用合理有效的方法恢復(fù)景觀水體的生態(tài)系統(tǒng)，已至關(guān)重要。
關(guān)鍵詞：水體;富營養(yǎng)化;防治措施
一、我國的富營養(yǎng)化污染現(xiàn)狀
據(jù)國家環(huán)�？偩钟嘘P(guān)部門公布的資料，我國的河流、河段已有近四分之一因污染不能滿足灌溉用水的應(yīng)用要求(這是我國最低一類的水質(zhì)要求);全國湖泊約有75%的水域受到顯著富營養(yǎng)化污染，主要淡水湖泊如滇池、巢湖、太湖等富營養(yǎng)化非常嚴(yán)重，有些水域已經(jīng)喪失水體功能;我國近海海域受到嚴(yán)重陸源污染，赤潮的爆發(fā)頻率不斷增加;本文中著重考慮的城市水體污染亦很嚴(yán)重，我國10%的城市地下水水質(zhì)日趨惡化，在118座接受調(diào)查的大城市中，97%的城市淺層地下水受到污染，其中40%的城市受到嚴(yán)重污染。根據(jù)全國水環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)2000年的水質(zhì)監(jiān)測資料和國家《地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-88)，對全國九大流域片的700多條河流的水質(zhì)進(jìn)行了評價。在評價的11.4萬km河長中，Ⅰ類水占4.9%，Ⅱ類水占24.0%，Ⅲ類水占29.8%，Ⅳ類水占16.1%，Ⅴ類水占8.1%，劣Ⅴ類水占17.1%�？�、豐水期水質(zhì)變化不大。
以天津市而言，該地區(qū)水污染嚴(yán)重，甚至達(dá)到了中下游河流“有水皆污”的狀況。工業(yè)廢水和城市污水排放量高，其中80%以上的污水是未經(jīng)處理就直接排放至河流和水庫的，導(dǎo)致水體水質(zhì)差，水中氮磷等物質(zhì)含量超標(biāo)，危害極大。南開大學(xué)的佟玉潔等人在《天津津河營養(yǎng)狀態(tài)綜合評價及防治對策》中評價津河的富營養(yǎng)化總體水平已達(dá)到中――富營養(yǎng)化。
同時，由于近幾年來在天津渤海灣于水中無機(jī)氮，無機(jī)磷，化學(xué)耗氧量等指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo)，導(dǎo)致近海地區(qū)多次發(fā)生赤潮現(xiàn)象，不僅破壞了生態(tài)環(huán)境，同時也造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。
二、富營養(yǎng)化定義及其危害
水體中植物所需的營養(yǎng)成分，如氮，磷等，不斷補給至過量積聚，致使水體營養(yǎng)過剩的現(xiàn)象叫做“富營養(yǎng)化”。水體富營養(yǎng)化的結(jié)果會導(dǎo)致以藻類為主體的水生植物大量的繁殖，影響水體的透明度和水中植物正常的光合作用。藻類的呼吸作用，和藻類死亡被需氧微生物分解都需要氧氣，導(dǎo)致水體中的溶解氧含量大大降低，使水體長期處于缺氧狀態(tài)中，造成魚類等水生生物的死亡，水質(zhì)渾濁發(fā)臭等眾多不良后果。對人類工業(yè)，生活，灌溉用水都有不利影響。因富營養(yǎng)化水中含有硝酸鹽和亞硝酸鹽，人畜長期飲用這些物質(zhì)含量超過一定標(biāo)準(zhǔn)的水，也會中毒致病。
富營養(yǎng)化本身是一個自然過程，但因為人類社會的發(fā)展，將大量污水在未經(jīng)處理的狀況下直接排入水體，就加速了富營養(yǎng)化這一過程。則這樣的富營養(yǎng)化稱為人為富營養(yǎng)化。
三、富營養(yǎng)化指標(biāo)
目前，水體富營養(yǎng)化采用的一般指標(biāo)為：水體中氮含量超過0.2mg/l～0.3mg/l，生化需氧量大于10 mg/l，磷含量大于0.01mg/l～0.02mg/l，pH值7～9的淡水中細(xì)菌總數(shù)每毫升超過10萬個，表征藻類數(shù)量的葉綠素-a含量大于10μg/L。
四、水體中營養(yǎng)物質(zhì)的來源
水體中過量的氮磷主要來源與農(nóng)業(yè)肥料，農(nóng)業(yè)廢棄物和生活污水。
氮源方面，農(nóng)田徑流所攜帶的大量氨氮和硝酸鹽氮進(jìn)入水體，會導(dǎo)致藻類繁殖破壞水質(zhì)。最新研究表明，生活污水中人類糞便等所含有的氨氮和尿素排入水體后，亦能破壞水體本身正常的氮循環(huán)，造成富營養(yǎng)化現(xiàn)象的發(fā)生。
磷源方面，同樣也由肥料，生活污水等原因?qū)е�，尤其是城市生活污水中的洗滌劑中含有大量的磷酸鹽，水中的磷含量25%都來自于含磷洗滌劑。調(diào)查表明，由于大量含磷的生活污水排入湖泊，可使其本身的生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴(yán)重的破壞，而這并不僅僅是切斷磷源所能解決的問題。這是由于湖泊水體中的底質(zhì)中多年積聚了大量富含磷酸鹽的積聚物，這些積聚物由于不溶性鐵鹽的保護(hù)層作用無法參與水體的混合作用，但是當(dāng)發(fā)生富營養(yǎng)化時，水中的含氧量急劇減少，保護(hù)層消失，磷酸鹽則又被釋入水中。可見，水體生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)是個長期且復(fù)雜的過程。
五、富營養(yǎng)化防治對策
富營養(yǎng)化的防治可分別根據(jù)外源性營養(yǎng)物質(zhì)和內(nèi)源性營養(yǎng)物質(zhì)來控制：
1.外源性營養(yǎng)物質(zhì)輸入的控制。絕大多數(shù)水體富營養(yǎng)化主要是人為性富營養(yǎng)化造成的，即有外部氮磷物質(zhì)輸入水體。如果減少或者截斷外部輸入的營養(yǎng)物質(zhì)，就使水體失去了營養(yǎng)物質(zhì)富集的可能性。所以，首先最為重要的是從外源性營養(yǎng)物質(zhì)的輸入入手，盡量減少或切斷營養(yǎng)物質(zhì)的來源。這就必須找出該水體的人為排放源，控制排放源的污水排放量，監(jiān)測排入水體的廢水和污水中的氮、磷濃度，計算出年排放的氮、磷總量，為實施控制外源性營養(yǎng)物質(zhì)的措施提供可靠的科學(xué)依據(jù)。在城市污水方面，應(yīng)大力提倡不含磷的洗滌劑，從而減少外源性物質(zhì)向內(nèi)源性物質(zhì)轉(zhuǎn)變的可能性。許多國家都出臺了禁止或限制含磷洗滌劑的政策，我國在部分城市也有類似措施。
2.內(nèi)源性營養(yǎng)物質(zhì)的控制。上文已經(jīng)提到過，進(jìn)入諸如湖泊，河流等水體的營養(yǎng)物質(zhì)，在水體分布中是十分復(fù)雜的。營養(yǎng)物質(zhì)在進(jìn)入水體以后，大致被分為三種狀態(tài)：被水中的藻類吸收，成為水生植物的一部分;也可能被湖泊河流等的底泥積聚，被水生植物的根部固定，或由不溶性鐵鹽的保護(hù)層固定，在缺氧的條件下又被重新釋放至水中;或者氮磷營養(yǎng)物質(zhì)直接進(jìn)入水體溶解與水中。由上述可知，減少內(nèi)源性營養(yǎng)物負(fù)荷，有效地控制湖泊內(nèi)部磷富集，應(yīng)視以上三種不同情況，采用不同的方法。
大致分為物理方法，化學(xué)方法和生物修復(fù)三種：
(1)物理方法。主要針對底泥中聚集物的工程性措施，包括挖掘底泥沉積物、進(jìn)行水體深層曝氣、注水沖稀以及在底泥表面敷設(shè)塑料等。挖掘底泥，可減少以至消除潛在性內(nèi)部污染源;深層曝氣，可定期或不定期采取人為湖底深層曝氣而補充氧，使水與底泥界面之間不出現(xiàn)厭氧層，經(jīng)常保持有氧狀態(tài)，有利于抑制底泥磷釋放。此外，在有條件的地方，用含磷和氮濃度低的水注入湖泊，可起到稀釋營養(yǎng)物質(zhì)濃度的作用。物理方法的缺點是成本高、不經(jīng)濟(jì)，不能從根本上排除營養(yǎng)成分對藻類的刺激作用。比如曝氣增氧設(shè)備，要求動力大、費用高，對小水體比較有效;在水資源緊缺狀況下，大量引水沖刷不可取;收藻設(shè)備受動力和活動范圍的影響較大;底泥疏�？赡苡捎谔岣咚械挠行У诐舛榷谠孱惖脑鲋车�。
(2)化學(xué)方法。這是一類包括凝聚沉降和用化學(xué)藥劑殺藻的方法，例如有許多種陽離子可以使磷有效地從水溶液中沉淀出來，其中最有價值的是價格比較便宜的鐵、鋁和鈣，它們都能與磷酸鹽生成不溶性沉淀物而沉降下來。在化學(xué)法中，還有一種方法是用殺藻劑殺死藻類。這種方法適合于水華盈湖的水體。殺藻劑將藻殺死后，水藻腐爛分解仍舊會釋放出磷，因此，應(yīng)該將被殺死的藻類及時撈出，或者再投加適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)藥品，將藻類腐爛分解釋放出的磷酸鹽沉降。在實際運用中，仍發(fā)現(xiàn)化學(xué)方法有其不足之處。北京在城市河湖水防治中發(fā)現(xiàn)，使用化學(xué)制劑除藻，向水中引入新的化學(xué)成分，有些不僅對藻類有抑制性，對其他生物也存在毒性。治理微囊藻水華的方法，多用硫酸銅等藥物清殺，但在生產(chǎn)實踐中發(fā)現(xiàn)有時候并不理想，往往在清殺之后，微囊藻水華照樣大量出現(xiàn)。此外，現(xiàn)階段的清殺藥物對藻類并無選擇性，在殺死微囊藻水華的同時，也殺死了其他藻類，污染了水體。實驗表明，硫酸銅的毒性與很多環(huán)境因子有關(guān)，其毒性隨水溫的提高而增加，在35℃以上時很容易導(dǎo)致魚類死亡，使用上存在一定的安全隱患。另外，對大型和具有流動性的水體來說，使用殺藻劑的工作量大，費用較高，效果難以保證;一旦殺藻劑被分解或被稀釋，藻類很快會大量繁殖，形成惡性循環(huán)。
(3)生物性措施。利用水生生物吸收利用氮、磷元素進(jìn)行代謝活動以去除水體中氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)，并抑制藻類過量繁殖，建立生態(tài)平衡系統(tǒng)，如采用景觀生態(tài)浮床種植美人蕉、插種水葫蘆、安裝生物柵等。目前，有些國家開始試驗用大型水生植物污水處理系統(tǒng)凈化富營養(yǎng)化的水體。大型水生植物包括鳳眼蓮、蘆葦、狹葉香蒲、加拿大海羅地、多穗尾藻、麗藻、破銅錢等許多種類，可根據(jù)不同的氣候條件和污染物的性質(zhì)進(jìn)行適宜的選栽。水生植物凈化水體的特點是以大型水生植物為主體，植物和根區(qū)微生物共生，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，凈化污水。經(jīng)過植物直接吸收、微生物轉(zhuǎn)化、物理吸附和沉降作用除去氮、磷和懸浮顆粒，同時對重金屬分子也有降解效果。水生植物一般生長快，因其莖葉中吸收有大量的氮磷元素，所以收割后經(jīng)處理可作為燃料、飼料，或經(jīng)發(fā)酵產(chǎn)生沼氣，具有其獨特的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。這是目前國內(nèi)外治理湖泊水體富營養(yǎng)化的重要措施。
此外，還有養(yǎng)魚除藻等措施。例如，近年來，有些國家采用生物控制的措施控制水體富營養(yǎng)化，也收到了比較明顯的效果。例如德國近年來采用了生物控制，成功地改善了一個人工湖泊(平均水深7米)的水質(zhì)。其辦法是在湖中每年投放食肉類魚種如狗魚、鱸魚去吞食吃浮游動物的小魚，幾年之后這種小魚顯著減少，而浮游動物(如水蚤類)增加了，從而使作為其食料的浮游植物量減少，整個水體的透明度隨之提高，細(xì)菌減少，氧氣平衡的水深分布狀況改善。但也發(fā)現(xiàn)，浮游植物種群有所改變，藍(lán)綠藻生長量比例增高，因為它們不能被浮游動物捕食，為此可以放鰱魚來控制這種藻類的生長。
隨著水體富營養(yǎng)化的日益嚴(yán)重，單一的防治對策很難解決問題，多種處理方法的聯(lián)合將成為水體富營養(yǎng)化防治的發(fā)展趨勢。
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