水体富营养化及其防治技术

第38卷第11期辽 宁 化 工V o.l38,N o.11 2009年11月L i aoning Che m ical Industry N ovember,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: X703 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10M t上升至80M t,估计2030年将达到135M 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1000!104t 上升到8000!104t。专家预计到2030年将达到13500! 104t[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: 2009 07 03

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1t鱼,每年要产生15kg的磷和1.037kg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6500 k m2,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10000k m2[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p H 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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