黃岡市遺愛湖水體營養化狀況及其防治措施

鄭寶清

摘要黃岡市遺愛湖是黃州城區的城中湖,承擔著黃州市民的飲用水供給、農田灌溉、景觀娛樂、水產養殖等多方面的用途。近年來由于大量的工業污染和生活污染物直接排入湖中,導致水體富營養化嚴重。針對遺愛湖富營養化狀況,提出防治措施。

關鍵詞遺愛湖;水體富營養化;防治措施

中圖分類號X524文獻標識碼A文章編號 1007-5739(2009)08-0237-02

水資源是人類和一切生物賴以生存的基本自然資源,在生命存在、繁衍和進化中起著極其重要的作用。自然界總水量中95%以上是海水,淡水資源不到2.7%,并且大部分以兩極冰山及地下水的形式存在。淡水的基本來源是在陽光輻射下,海洋和陸地上的水分蒸發,凝結之后再以雨雪的形式降回地面,終以江河湖泊和地下水的形式存在。因而,可供人類生產和生活直接利用的地面和地下水資源極為有限,僅占自然界總水量的1%左右。

湖泊是陸地上水交換速度緩慢的水體,一旦污染,污染物可能長期滯留湖中,難以清除。由于人類的生產和生活活動,自然界受到日趨嚴重的污染,其中工業污染和生活污染是造成自然水體污染的主要來源。目前我國湖泊的主要污染問題是工業污染和大量生活廢水造成的水體富營養化現象(見圖1),它改變了湖泊原有的水生生態環境,對水質和水產資源造成了嚴重的破壞。

1遺愛湖的營養狀況

1.1水體富營養化

水體富營養化(eutrophication)是指在人類活動的影響下,生物所需的氮、磷等營養物質大量進入湖泊、河口、海灣等緩流水體,引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖,水體溶解氧量下降、水質惡化,魚類及其他生物大量死亡的現象。自20世紀90年代以來,由于城市面積和居民生活范圍的擴大,工業廢水和生活污水大量向湖中排放,湖水水體污染日益嚴重,淤泥厚積,部分嚴重的地方惡臭可聞。1999年黃岡市環保局提供的資料表明,每天有533m3的污水未經任何處理就排入遺愛湖,使水質不斷惡化。1995~1996年監測顯示該水體有機物污染超過《地面水環境質量標準》Ⅲ類水標準。當時統計的數據有33.33hm2左右的水面已嚴重污染,其余受到輕度污染。沿湖大小企業1 398家,該湖每年除承接大量工業廢水外,還接納黃州城區23萬人生活污水的直接排入,造成湖水嚴重富營養化。2006年5月間,因附近工廠的大量污水流入遺愛湖,導致大量魚類死亡。由于水質的富營養化,在曹家畈排污口附近的湖面,生長著近2hm2茂密的水藻;距此不足100m的1口水塘,已經完全沼澤化。

1.2水體富營養化的機理

導致水體富營養化的物質,往往是這些水系統中含量有限的營養物質。例如,在正常的淡水系統中磷含量通常是有限的,增加磷酸鹽會導致植物的過度生長;在海水系統中磷是不缺的,而氮含量卻是有限的,因而含氮污染物加入就會消除這一限制因素,從而出現植物的過度生長。生活污水和化肥、食品等工業的廢水以及農田排水都含有大量的氮、磷及其他無機鹽類。天然水體接納這些廢水后,水中營養物質增多,促使自養型生物旺盛生長,特別是藍藻和紅藻的個體數量迅速增加,而其他藻類的種類則逐漸減少。水體中的藻類本來以硅藻和綠藻為主,藍藻的大量出現是富營養化的征兆,隨著富營養化的發展,最后變為以藍藻為主。藻類繁殖迅速,生長周期短。藻類及其他浮游生物死亡后被需氧微生物分解,不斷消耗水中的溶解氧;或被厭氧微生物分解,不斷產生硫化氫等氣體,從2個方面使水質惡化,造成魚類和其他水生生物大量死亡。藻類及其他浮游生物殘體在腐爛過程中,又把大量的氮、磷等營養物質釋放入水中,供新一代藻類等生物利用。因此,富營養化的水體,即使切斷外界營養物質的來源,水體也很難自凈和恢復到正常狀態。

1.3水體富營養化的來源

水體中過量的氮、磷等營養物質主要來自未加處理或處理不完全的工業廢水和生活污水、有機垃圾和家畜家禽糞便以及農施化肥,其中最大的來源是農施化肥。農田徑流挾帶的大量氨態氮和硝態氮進入水體后,改變了其中原有的氮平衡,促進某些適應新條件的藻類種屬迅速增殖,覆蓋了大面積水面。美國的有關研究部門發現,含有尿素、氨氮為主要氮形態的生活污水和人畜糞便,排入水體后會使正常的氮循環變成“短路循環”,即尿素和氨氮大量排入,破壞了正常的氮、磷比例,并且導致在這一水域生存的浮游植物群落完全改變,原來正常的浮游植物群落由硅藻、鞭毛蟲和腰鞭蟲組成,而這些種群幾乎完全被藍藻、紅藻和小的鞭毛蟲類(Nannochloris屬、Stichococcus屬)所取代。水體中的過量磷主要來源于肥料、農業廢棄物和城市污水。

1.4水體富營養化的危害

水體富營養化會影響水體的水質,造成水的透明度降低,使得陽光難以穿透水層,從而影響水中植物的光合作用,可能造成溶解氧的過飽和狀態。溶解氧的過飽和以及水中溶解氧減少,都對水生動物有害,造成魚類大量死亡。同時,因為水體富營養化,水體表面生長著以藍藻、綠藻為優勢種的大量水藻,形成一層“綠色浮渣”,致使底層堆積的有機物質在厭氧條件分解產生的有害氣體和一些浮游生物產生的生物毒素也會傷害魚類。因富營養化水中含有硝酸鹽和亞硝酸鹽,人畜長期飲用這些物質含量超過一定標準的水,也會中毒致病。

2遺愛湖水體富營養化的防治措施

水體富營養化的防治是水污染處理中最為復雜和困難的。這是因為:一是污染源的復雜性,導致水質富營養化的氮、磷營養物質,既有天然源,又有人為源;既有外源性,又有內源性,二是營養物質去除的難度高。至今還沒有任何單一的生物學、化學和物理措施能夠徹底去除廢水的氮、磷營養物質。通常的二級生化處理方法只能去除30%~50%的氮、磷。對水體富營養化的防治措施主要有以下幾個方面。

2.1控制外源性營養物質輸入

絕大多數水體富營養化主要是外界輸入的營養物質在水體中富集造成的。如果減少或者截斷外部輸入的營養物質,就使水體失去了營養物質富集的可能性。為此,首先應該著重減少或者截斷外部營養物質的輸入,控制外源性營養物質。應從控制人為污染源著手,準確調查排入水體營養物質的主要排放源,監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物質的措施提供可靠的科學依據。

2.2減少內源性營養物質負荷

輸入到湖泊等水體的營養物質在時空分布上非常復雜。氮、磷元素在水體中可能被水生生物吸收利用,或者以溶解性鹽類形式溶于水中,或者經過復雜的物理化學反應和生物作用而沉降,并在底泥中不斷積累,或者從底泥中釋放進入水中。減少內源性營養物負荷,有效地控制湖泊內部磷富集,應視不同情況,采用不同方法。主要方法有:一是工程性措施。包括挖掘底泥沉積物、進行水體深層曝氣、注水沖稀以及在底泥表面敷設塑料等。挖掘底泥,可減少乃至消除潛在性內部污染源;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厭氧層,經常保持有氧狀態,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,可起到稀釋營養物質濃度的作用。二是化學方法。這是一類包括凝聚沉降和用化學藥劑殺藻的方法,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。例如美國華盛頓州西部的長湖是一個富營養水體,1980年10月用向湖中投加鋁鹽的辦法來沉淀湖中的磷酸鹽。在投加鋁鹽后的第4年夏天,湖水中的磷濃度則由原來的65μg/L降到30μg/L,湖泊水質有較明顯的改善。在化學法中,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,應該將被殺死的藻類及時撈出,或者再投加適當的化學藥品,將藻類腐爛分解釋放出的磷酸鹽沉降。三是生物性措施。利用水生生物吸收利用氮、磷元素進行代謝活動以去除水體中氮、磷營養物質的方法。目前,有些國家開始試驗用大型水生植物污水處理系統凈化富營養化的水體。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,可根據不同的氣候條件和污染物的性質進行適宜的選栽。水生植物凈化水體的特點是以大型水生植物為主體,植物和根區微生物共生,產生協同效應,凈化污水。經過植物直接吸收、微生物轉化、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,收割后經處理可作為燃料、飼料,或經發酵產生沼氣。這是目前國內外治理湖泊水體富營養化的重要措施。近年來,有些國家采用生物控制的措施控制水體富營養化,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1個人工湖泊(平均水深7m)的水質。其辦法是在湖中每年投放食肉類魚種如狗魚、鱸魚去吞食浮游動物的小魚,幾年之后這種小魚顯著減少,而浮游動物(如水蚤類)增加,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,細菌減少,氧氣平衡的水深分布狀況改善。但也發現,浮游植物種群有所改變,藍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。

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