水体富营养化及其防治技术
第 38卷第 11期 辽 宁 化 工 Vo.l 38, No. 11
2009年 11月 L iaoning Chem ical Industry November, 2009
水 体富 营养 化及 其防治 技术
董 继 红
(吉林建筑工程学院设计院, 吉林 长春 130021)
摘 要: 在介绍了水体富营养化的原因、分类及危害的基础上, 对水体富营养化的防治措施进行
了归纳总结。
关 键 词: 富营养化; 原因; 危害; 防治措施
中图分类号: X 703 文献标识码: A 文章编号: 1004- 0935( 2009) 11- 0817- 03
由于人类活动的影响, 可能在短期内会使大量含氮含
磷等植物性营养物质进入水体, 从而引起藻类和浮游生物
的迅速繁殖, 使水体溶解氧下降、透明度下降、水质恶化、
鱼贝及其他水生生物大量死亡。这种由于植物性营养元
素大量排入水体, 破坏了水体自然生态系统平衡的现象,
称之为水体的富营养化。富营养化可分为天然富营养化
和人为富营养化。富营养化具有 缓慢、难以 逆转的特
点 [ 1] 。因此水体富营养化问题是当今世界的最主要面临
的水污染问题之一。
1 水体富营养化的形成及分类
国际经济合作与开发组织对水体富营养化开展了一
系列的研究工作, 最后确定氮、磷等营养物质的输入和富
集是水体发生富营养化的最主要原因, 大约 80% 的湖泊
富营养化是受磷元素的制约, 大约 10% 的湖泊与氮元素
有关, 余下 10% 的湖泊与其他因素有关。含有氮、磷等植
物性营养物质的污染物主要经过下列途径排入水体 [ 2] 。
1. 1 生活污水
生活污水中含有大量富含氮、磷的有机物。其中的磷
主要来自洗涤剂。据 2003年中国环境状况公报 统计,
2003年全国工业和城镇生活废水排放总量为 460. 0 亿 t,
其中工业废水排放量 212. 4 亿 t, 比上年增加 2. 5% ; 城镇
生活污水排放量 247. 6亿 t, 比上年增加 6. 6% 。废水中化
学需氧量 ( COD ) 排放总量 1333. 6 万 t, 比上年减少 2.
4% 。其中工业废水中 COD 排放量 511. 9 万 t, 比上年减
少 12. 3% ; 城镇生活污水中 COD排放量 821. 7 万 t, 比上
年增加 5. 0% 。可见, 生活污水已逐渐取代工业废水而成
为水体富营养化的最大污染源。
1. 2 工业废水
工业废水主要是指工业生产过程中产生的, 其中钢
铁、化工、制药造纸、印染等行业的废水中氮和磷的含量都
相当高。近年来, 工业排放的废水逐年递增。据报道,
2003年全国工业废水排放量达 212. 4亿 t。但由于技术与
资金的原因, 大部分工业废水只经简单处理甚至未经任何
处理就直接排入江河等水体中, 许多废水中所含的氮、磷
等物质也就不断地在水体中累积了下来。
1. 3 化肥、农药的使用
现代农业大量使用化肥提高土地收益率, 从 1950年
到 1970年, 农用化肥由不足 10 M t 上升至 80 M t, 估计
2030年将达到 135 M t, 但仅 30% ~ 50% 能被植物吸收利
用, 被土壤截留下来的有机物、氮、磷等常因暴雨或刮风进
入水体造成外源性富营养化污染。当其周围生态环境恶
劣、森林覆盖率低、坡度大、土壤复种指数大、暴雨或洪水
频繁时, 这种情况就更加突出 [ 3] 。据资料统计, 农用化肥
的全球产量从 1950年到 1990年, 氮量由不足 1 000 ! 104 t
上升到 8 000 ! 104 t。专家预计到 2030年将达到 13 500 !
104 t[4] 。此外, 为了增加产量, 大量农药、杀虫剂作用于农
作物, 有相当大一部分残留在农作物上, 随雨水的冲刷流
入水体中, 很大程度上污染了水体环境。
1. 4 渔业养殖
目前人工渔业养殖规模集约化, 投喂的高蛋白饵料及
鱼虾排泄物等这些营养物质造成水体富营养化。这种人
工渔业养殖既给经营者带来利益, 同时给他们带来损失,
原因在于: 随着水体中的营养物质的增加, 藻类物质的大
量繁殖, 水体中的溶解氧就会大量的减少, 影响鱼虾生长,
爆发鱼病。近几年, 淡水养殖业已由池塘转向湖泊、水库
等大水面, 并将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
收稿日期: 20090703
作者简介: 董继红 ( 1963- ), 女, 高级工程师。
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 t鱼, 每年要产生 15 kg的磷
和 1. 037 kg的生化耗氧量 ( BOD) , 因而引起水体富营养
化 [ 5] 。
2 水体富营养化的危害
2. 1 危害人类健康
造成水体富营养化污染的某些物质本身就可严重危
害人类健康, 如植物营养素氨氮, 在特定的条件下也可转
化为亚硝酸盐, 这是合成? 三致物质#亚硝胺的前体。另
外, 水环境中某些藻类可释放出剧毒物质, 通过食物链损
害人体健康甚至致人死亡。例如, 铜绿微囊藻可释放一种
能够引起人们消化道炎症的水溶性环式多肽毒素。 1986
年 12月, 福建省东山县就曾发生过因食用被赤潮污染的
菲律宾蛤仔而造成 136人中毒、1人死亡的事件。
2. 2 影响水体的生态环境
藻类的过度繁殖, 死亡后藻类有机体被异养微生物分
解, 消耗了水中的大量溶解氧, 使水中溶解的氧含量急剧
下降。同时, 由于水面被藻类覆盖, 影响大气的复氧作用,
使水中缺氧, 甚至造成厌氧状态。此外, 水体中藻类大量
繁殖, 也会阻塞鱼鳃和贝类的进出水孔, 使之不能进行呼
吸而死亡。水体出现富营养化时主要表现为浮游生物的
大量繁殖, 因占优势的浮游生物的不同而水面往往呈现出
蓝色、红色、棕色和乳白色等, 在江河、湖泊和水库中称为 "
水华 ", 在海洋中称为 "赤潮 "。这些因素将导致鱼类等水
生生物因缺氧而窒息死亡 [ 6]。
20世纪以后, 赤潮发生的次数逐年增加, 我国渤海
1998年、1999 年连续两年发生严重赤潮, 面积达 6 500
km2, 持续时间超过 1个月, 严重影响海产养殖, 造成重大
经济损失。 2000年我国海域共记录到赤潮 28起, 比 1999
年增加了 13起, 累计面积超过 10 000 km2 [ 7] 。
2. 3 影响水体的利用
首先, 由于富营养化水体中藻类密度低, 不易沉降, 需
消耗较多的混凝土和液氯, 从而提高成本。含藻水的 pH
值偏高, 阻碍铝盐水解聚合物, 不利于混凝剂脱稳。藻类
干扰滤池的运行。藻类有的长度达 100~ 200 m, 易在滤
网表面形成一层毯状物, 使运行周期缩短, 反冲洗频繁; 易
在钢筋混凝土和金属表面附着生长, 产生腐蚀, 给清洗工
作带来难度。其次, 富营养水体由于缺氧而产生硫化氢、
甲烷和氨等有毒有害气体以及水藻产生的某些有毒的物
质, 更增加了制水过程中的技术难度, 既影响制水厂的出
水率, 同时也加大了制水成本费用。
3 水体富营养化的防治技术
导致水体富营养化的氮、磷营养物质来源的不确定性
给控制污染源带来了巨大的困难。另一方面, 营养物质去
除难度高。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中的氮、磷营养物质。目前, 我国采
取的水体富营养化问题防治技术主要有以下几方面组成。
3. 1 消减外源
来自各种污染源的营养负荷的增加会使水中的营养
物质浓度急剧增高, 导致藻类爆发、溶氧耗尽等富营养化
症状, 因此, 外源的削减与控制是治理水体富营养化的先
决条件。削减营养负荷的技术有以下几种: 废水分流以减
少营养物质的入湖量; 生产无磷洗涤剂以降低磷的入湖负
荷; 使用化学方法或生物技术进行废水脱磷; 利用稳定塘、
人工或自然湿地等进行非点源营养物质的截流; 湖水稀
释; 应用生态技术改变常规农业种植方法 [ 8] 。
3. 2 建立植物净化系统
凤眼莲、灯心草、知风草、鸭拓草、水翁、空心菜等都是
对氮、磷高吸收的植物, 在富营养化的水体中种植这些植
物, 均会不同程度的收到对水的净化效果。在植物选种上
应使净化系统具有合理的物种多样性, 从而更容易保持长
期的稳定性并减少病虫害。同时, 为美化环境、降低投资,
采用本地种植也是首选之策。这些植物生长过程中吸收
了大量的氮、磷等营养物质, 然后将其收割而被运移出水
生生态系统以后, 大量的营养物质也随之从水体中输出。
目前, 利用植物净化污水已成为环保领域的一个重要研究
课题, 相信会有越来越多的植物被投入植物净化水的绿色
环保工程 [ 9] 。
3. 3 投加细菌
细菌不仅可以分解有机物, 而且可以作为浮游动物的
食物。细菌在藻类不足或可食性藻类短缺时, 起到稳定维
持浮游动物食物网的作用, 防止因食物不足而引起浮游动
物生物量下降的情况。目前比较流行的有以下 2种。
( 1) 投加 PSB(光合细菌 )。这种方法目前在日本、韩
国、澳大利亚等国应用较多, 即通过定期向水中投加光合
细菌来净化水体。
( 2) PBB法。该法属原位物理、生物、生化修复技术,
主要是向水体中增氧并定期接种有净水作用的复合微生
物。PBB 法可以有效去除硝酸盐, 这主要是通过有益微生
物、藻类、水草等的吸附, 在底泥深处厌氧环境下将硝酸盐
转化成气态氮 [ 10]。
3. 4 工程性措施
工程性措施有底泥疏浚、水体深层曝气、注水冲稀以
及在底泥表面敷设塑料等。
底泥疏浚对改善那些底泥营养物质含量高的水体是
一种有效的手段, 但需注意地点和深度。因为水体深层底
泥中的可溶性磷以及氨氮可能反而高于表层底泥, 当挖掘
表层底泥后, 正好暴露出深层底泥高含量的可溶性磷和氨
氮, 使更多的磷和氮从底泥中释放出来, 使水质进一步恶
化。所以, 事先查清底泥营养物质在纵向剖面的形态分
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布, 有助于合理地发挥挖掘底泥去除内源性营养物质的效
益。底泥疏浚减少了已经积累在表层底泥中的总氮和总
磷量, 减少了潜在性内部污染源。底泥疏浚还可以加深湖
泊水体的深度, 增加了湖泊环境容量 [ 11] , 最终仍能起到降
低湖泊水体营养负荷的作用。
水体深层曝气, 要定期或不定期采取人为湖底深层曝
气而补充氧, 使水与底泥界面之间不出现厌氧层, 经常保
持有氧状态, 有利于抑制底泥磷的释放。
注水冲稀是在有条件的地方, 用含磷和氮浓度低的水
注人湖泊, 起到稀释营养物质浓度的作用, 这对控制水华
现象, 提高水体透明度等有一定作用, 但营养物绝对量并
未减少, 不能从根本上解决问题。另一种手段是换水, 这
是针对临江湖泊的方案, 起到江水取代湖水, 以流动的贫
营养水代替停滞的富营养水的目的 [ 12] 。
4 结 语
水体富营养化发生原因是多方面的, 在水体富营养化
日益严重的今天, 对富营养化成因及控制治理措施的研究
已经取得了一定的成果, 但对受富营养化污染的水体还没
有一套稳定有效的净化控制方法达到水体的优化恢复。
防止富营养化趋势发展, 必须以防为主, 采取综合防治措
施, 针对污染源、污染物特点提出重点整治对策, 同时要加
强管理, 加大执法力度, 建立起一套行之有效的管理体系。
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W ater Eutrophication and Its ControlM easures
DONG Jihong
( Design Institute of Jilin Arch itectural and C ivil Engineering Institute, Changchun 130021, Ch ina)
Abstract: Cause, sort and harm of water eutrophication w ere in troduced. M easures for preventing and controlling w ater eutroph i
cation w ere summ ed up.
K ey words: Eutroph ication; Case; harm; Prevention and cure
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D iscussion and ComparativeAnalysis of the
Developed CalculationM ethods for E llipsoidalHead
ZHANG Luw ei, GU Shouyan, CHEN Ying
( L iaoning Design Institute of Ligh t Industry Co. , Ltd. , Shenyang 110031, China)
Abstract: Unw rapped area and unw rapped d iam eter of the elliptical head w ere calculated on the base of equal volum em ethod, e
qual arcm ethod and equal aream ethod. The gained resu lts were analyzed. then the best calcu lation m ethod w as determ ined to
provide reference for manu facturers.
K ey words: E llipsoidalH ead; Equal volum em ethod; Equal arcm ethod; Equal aream ethod; Unw rapped A rea; Unw rapped D i
am eter
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水体富营养化及其防治技术.pdf
