淺析水體“富營養化”的成因危害及防治措施

申振榮++祝孔卓++臧紅霞

摘 要：富營養化是一種氮、磷等植物營養物質含量過多所引起的水質污染現象。本文論述了水體“富營養化”產生的原因及危害，影響水體“富營養化”的因素及主要污染物，敘述了減少水體中的營養素及污染物的主要來源，提出應從控制人為污染源著手，準確調查清楚排入水體營養物質的主要排放源。

關鍵詞：水體；富營養化；危害；措施

中圖分類號：TV213.4 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）18-0003-02

眾所周知，水生植物（包括附著水體的水草，懸浮在水中的浮游藻類，漂浮在水面的鴨食雜草等）的生長同植物一樣，需要陽光、二氧化碳和各種營養鹽類（主要是氮、磷、鉀、鈣、鎂等鹽類），正常水體中水生植物的種類和數量受水中營養物質的限制，其中浮游藻類還與水體的流動速度有關。富營養化是一種氮、磷等植物營養物質含量過多所引起的水質污染現象。一般地，水中總磷達到0.02mg/L，無機氮達到0.3mg/L的水體已處于富營養化。在自然條件下，隨著河流夾帶沖積物和水生生物殘骸在湖底的不斷沉降淤積，湖泊會從平營養湖過渡為富營養湖，進而演變為沼澤和陸地，這是一種極為緩慢的過程。但由于人類大量的生活生產活動，將大量工業廢水和生活污水以及農田徑流中的植物營養物質排入湖泊、水庫、河口、海灣等緩流水體后，水生生物特別是藻類將大量繁殖，使生物量的種群種類數量發生改變，破壞了水體的生態平衡。

所謂“富營養化”是指在人類活動的影響下，水中營養鹽類和有機物不斷增多，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大量繁殖，積累大量的有機體，最終導致水質惡化，魚類及其他生物大量死亡、生態平衡遭到破壞的現象。

1 “富營養化”的產生及危害

一談到水體的富營養化，使人們常常想到總氮、總磷超標。總氮、總磷等營養鹽的超標是發生水體“富營養化”的必要條件。水體“富營養化”所必備的條件基本上是一樣的，最主要的影響因素可以歸納為以下幾個方面：（1）總氮總磷等營養鹽相對比較充足；（2）鐵，硅等含量比較適度；（3）適宜的溫度，光照條件和溶解氧含量；（4）緩慢的水流流態，水體更新周期長。只有在上述四方面條件都比較適宜的情況下，才會出現某種優勢藻類“瘋狂增長”現象，發生水體“富營養化”。

城市生活污水，食品加工、造紙、紡織、化肥、化工等工業廢水以及大量使用化肥、農藥的農田排水，它們含有大量的有機物，這些廢水排入水體后，有些被藻類直接利用，有些經過分解代謝后被利用，這樣有機廢水的大量排放，為藻類的生長提供了充足的營養，使藻類大量繁殖，這也促成了水體“富營養化”的產生。可見，水體“富營養化”進程的加快與人類的生活和生產活動密切相關，特別是近二十年來，工農業生產的飛躍發展，城市規模的迅速擴大，加速了水體“富營養化”的過程，對環境造成了嚴重的影響及危害。

水體“富營養化”的危害是多方面的，其主要表現在三個方面：（1）水體“富營養化”造成水的透明度降低，陽光難以穿透水層，從而影響水中植物的光合作用和氧氣的釋放，同時浮游生物的大量繁殖，消耗了水中大量的氧，使水中溶解氧嚴重不足，而水面植物的光合作用，則可能造成局部溶解氧的過飽和。溶解氧過飽和以及水中溶解氧少，都對水生動物（主要是魚類）有害，造成魚類大量死亡；（2）水體“富營養化”底層堆積的有機物質在厭氧條件下，分解產生的有害氣體，以及一些浮游生物產生的生物毒素也會傷害水生動物；（3）水體“富營養化”水中含有亞硝酸鹽和硝酸鹽，人畜長期飲用這些物質含量超過一定標準的水，會中毒致癌；（4）水體“富營養化”，常導致水生生態系統紊亂，水生生物種類減少，多樣性受到破壞。昆明滇池水質在20世紀50年代處于貧營養狀態，到80年代則處于富營養化狀態，大型水生植物種數由50年代的44種降至20種，浮游植物屬數由87屬降至45屬，土著魚種數由15種降至4種；武漢漢江在1992年發生水華時，藻類種群的多樣性指數也呈下降趨勢。普遍的重富營養造成多種用水功能的嚴重損害，甚至完全喪失。武漢漢江下游因出現水華現象而導致漢川自來水廠被迫關閉，宗關自來水廠的凈化工序困難，反沖增加，制水成本增加。此外，由于藻類帶有明顯的魚腥味，從而影響飲用水質。而藻類產生的毒素則會危害人類和動物的健康。

“富營養化”對人體所造成的危害是多方面的。首先是引起象游浮藻類那樣的自養生物群落的變化。正常水體中，藻類的種類多但數量不大，主要是硅藻和甲藻，藍藻占的比例小，而“富營養化”的水體中，藻類的數量可達每萬毫升數萬個，并且藍藻占絕對優勢，當其大量繁殖時，水變成深綠色，水面有很多綠色或紅色的漂浮物，有時形成一層薄膜，被人們稱為“水花”又叫“湖靛”。“水花”的出現便是水體“富營養化”的一個重要標志；藻類的大量繁殖還會引起水體溶解氧晝夜變動劇烈，特別是夏天，氣溫，水溫高，有機物分解快，經常會出現缺氧情況，使魚類及其它水生動物窒息而死。在農村，夏季的早晨，日出之前（無光合作用），水塘中出現的“魚浮頭”現象，正是水體缺氧所致；“富營養化”的水體，其透明度降低且常含硝酸鹽及亞硝酸鹽，水體pH值的變化會引起NH4+（NH3）的毒性（形成一種強致癌物一一亞硝胺），這種水對人體健康非常有害；另外，“富營養化”的水不能飲用，其中含有大量的Fe3+、Mn2+、NH4+等離子，難以處理，影響水質凈化。

2 影響水體“富營養化”的因素

影響水體“富營養化”的因素很多。（1）光線和溫度：藻類的光合作用需要陽光而且藍藻的生長需要在較高溫度下，所以“水花”常出現在春末夏初到初秋的季節，即“富營養化”常出現在4～10月；（2）營養鹽類的含量：水體營養鹽類的含量影響著藻類的生長速度和繁殖數量，從而影響著“富營養化”程度，如硬水很少“富營養化”，因為磷都沉積；（3）某一水體在某一水域的滯留時間：“富營養化”容易發生在湖泊水體和流速小、流程長的河流中，而且在遠離污染源的水域，“富營養化”還受水深、水的透明度的影響；（4）其他如依靠藻類生存的浮游動物的多寡以及可以殺死藻類和浮游動物的有毒物質如（銅鹽）等，對“富營養化”可能起促進和抑制作用。但是，嚴重污染的河流（濁度高，水中有多種毒物存在）通常不存在“富營養化”問題，相反，當該水體有所凈化時，“富營養化”很可能會隨之產生。endprint

水體中“葉綠素a”的濃度高低標志著該水體的“富營養化”程度的輕重，它是一種存在于藻類中的活潑色素。湖泊和海水中“葉綠素a”的允許濃度為5ug/L，河流為50～60mg/L。

3 “富營養化”的減弱和防治

盡管以上羅列著很多因素影響水體的“富營養化”，但是減弱和防治“富營養化”的切實可行的辦法只能是減少營養素（主要是氮和磷），限制藻類的繁殖，而其它因素如光線、溫度、水流速度、水深等很難人為控制。

至于減少水體中的營養素，其中含氮化合物主要來源于農業用氮肥，而某些藻類能固定空氣中的氮，所以減少和控制含氮化合物也是比較困難的，需要很長時間，所以目前國外（如法國）有成效的是對磷類化合物的控制。

磷的主要來源有：（1）農田土壤的風化（磷被固定在粘質土粒上，不能被作物吸收）這種來源隨季節變化并與水流形成有關。夏天，農業帶來的磷量很低，在干旱年幾乎等于零，然而平均起來，農業土壤風化帶來的磷量占磷的農業來源總量的50%，另外，磷的來源還有施用磷肥等；（2）工業和生活污水，其中洗衣粉帶來的磷量占生活排污含量的40%，占總磷來源的20%。

目前對控制水體“富營養化”提出的建議是：應從控制人為污染源著手，準確調查清楚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。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。防止農業活動（施化肥、噴灑農藥、除草劑）對河流的污染，沒有非常有效的辦法，然而對于絕大部分）（80～90%）的工業和生活帶來的磷污染可以防止，理論上有兩種方法：（1）用特殊的污廢水處理系統（一般系統中加上曝氣等）將工業和生活污水中的磷脫去，脫磷率可達80～90%；（2）重點控制含磷高的工業污水。在工業排放的污廢水中，磷主要來自一些以磷及其化合物為原料的工廠，如生產洗衣劑、磷肥、熒光粉、毒鼠劑等的工廠；還可采用磷的代用品，如找出一些新的物質代替過去在洗衣粉中添加的三聚磷酸鹽（起泡劑）。對此，法國、比利時、英國等都正在研究中。對于暫時不能采用代用品的，則應加強改善工藝流程或限制使用量，在排放的廢水中則采取磷回收工藝，以降低其含量，這樣可大大降低城市污水中磷的含量。

總之，水體的“富營養化”是隨著工業、農業生產的高速發展和人們的生活、生產活動而產生的一種新的有機污染現象，有很多有關的問題正在研究和爭論中，而且有很多新問題等待著我們去探索和分析。我國各區域水體的“富營養化”問題除了按國外的先進技術和手段加以解決外，還應根據我國的國情采用化學方法（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）、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）、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）對水體的“富營養化”河湖水體進行治理修復，恢復水體使用功能，有效緩解我國水資源嚴重匱乏的問題，改善居民居住環境，提高人民生活質量，為我國的水環境保護事業做出貢獻。endprint