水體富營養(yǎng)化(eutrophication)是指在人類活動(dòng)的影響下,生物所需的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)大量進(jìn)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(zhì)惡化,魚類及其他生物大量死亡的現(xiàn)象.在自然條件下,湖泊也會(huì)從貧營養(yǎng)狀態(tài)過渡到富營養(yǎng)狀態(tài),不過這種自然過程非常緩慢.而人為排放含營養(yǎng)物質(zhì)的工業(yè)廢水和生活污水所引起的水體富營養(yǎng)化則可以在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn).水體出現(xiàn)富營養(yǎng)化現(xiàn)象時(shí),浮游藻類大量繁殖,形成水華.因占優(yōu)勢的浮游藻類的顏色不同,水面往往呈現(xiàn)藍(lán)色、紅色、棕色、乳白色等.這種現(xiàn)象在海洋中則叫做赤潮或紅潮.
水體中過量的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)主要來自未加處理或處理不完全的工業(yè)廢水和生活污水、有機(jī)垃圾和家畜家禽糞便以及農(nóng)施化肥,其中最大的來源是農(nóng)田上施用的大量化肥.
(1)氮源
農(nóng)田徑流挾帶的大量氨氮和硝酸鹽氮進(jìn)入水體后,改變了其中原有的氮平衡,促進(jìn)某些適應(yīng)新條件的藻類種屬迅速增殖,覆蓋了大面積水面.例如我國南方水網(wǎng)地區(qū)一些湖叉河道中從農(nóng)田流入的大量的氮促進(jìn)了水花生、水葫蘆、水浮蓮、鴨草等浮水植物的大量繁殖,致使有些河段影響航運(yùn).在這些水生植物死亡后,細(xì)菌將其分解,從而使其所在水體中增加了有機(jī)物,導(dǎo)致其進(jìn)一步耗氧,使大批魚類死亡.最近,美國的有關(guān)研究部門發(fā)現(xiàn),含有尿素、氨氮為主要氮形態(tài)的生活污水和人畜糞便,排入水體后會(huì)使正常的氮循環(huán)變成“短路循環(huán)”,即尿素和氨氮的大量排入,破壞了正常的氮、磷比例,并且導(dǎo)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是由硅藻、鞭毛蟲和腰鞭蟲組成的,而這些種群幾乎完全被藍(lán)藻、紅藻和小的鞭毛蟲類(Nannochloris屬,Stichococcus屬)所取代.
(2)磷源
水體中的過量磷主要來源于肥料、農(nóng)業(yè)廢棄物和城市污水.據(jù)有關(guān)資料說明,在過去的15年內(nèi)地表水的磷酸鹽含量增加了25倍,在美國進(jìn)入水體的磷酸鹽有60％是來自城市污水.在城市污水中磷酸鹽的主要來源是洗滌劑,它除了引起水體富營養(yǎng)化以外,還使許多水體產(chǎn)生大量泡沫.水體中過量的磷一方面來自外來的工業(yè)廢水和生活污水.另方面還有其內(nèi)源作用,即水體中的底泥在還原狀態(tài)下會(huì)釋放磷酸鹽,從而增加磷的含量,特別是在一些因硝酸鹽引起的富營養(yǎng)化的湖泊中,由于城市污水的排入使之更加復(fù)雜化,會(huì)使該系統(tǒng)迅速惡化,即使停止加入磷酸鹽,問題也不會(huì)解決.這是因?yàn)槎嗄陙碓诘撞砍练e了大量的富含磷酸鹽的沉淀物,它由于不溶性的鐵鹽保護(hù)層作用通常是不會(huì)參與混合的.但是,當(dāng)?shù)讓铀趿康投幱谶€原狀態(tài)時(shí)(通常在夏季分層時(shí)出現(xiàn)),保護(hù)層消失,從而使磷酸鹽釋入水中所致.
富營養(yǎng)化的防治對策
富營養(yǎng)化的防治是水污染處理中最為復(fù)雜和困難的問題.這是因?yàn)椋孩傥廴驹吹膹?fù)雜性,導(dǎo)致水質(zhì)富營養(yǎng)化的氮、磷營養(yǎng)物質(zhì),既有天然源,又有人為源；既有外源性,又有內(nèi)源性.這就給控制污染源帶來了困難；②營養(yǎng)物質(zhì)去除的高難度,至今還沒有任何單一的生物學(xué)、化學(xué)和物理措施能夠徹底去除廢水的氮、磷營養(yǎng)物質(zhì).通常的二級(jí)生化處理方法只能去除30-50％的氮、磷.
(1)控制外源性營養(yǎng)物質(zhì)輸入
絕大多數(shù)水體富營養(yǎng)化主要是外界輸入的營養(yǎng)物質(zhì)在水體中富集造成的.如果減少或者截?cái)嗤獠枯斎氲臓I養(yǎng)物質(zhì),就使水體失去了營養(yǎng)物質(zhì)富集的可能性.為此,首先應(yīng)該著重減少或者截?cái)嗤獠繝I養(yǎng)物質(zhì)的輸入,控制外源性營養(yǎng)物質(zhì),應(yīng)從控制人為污染源著手,應(yīng)準(zhǔn)確調(diào)查清楚排入水體營養(yǎng)物質(zhì)的主要排放源,監(jiān)測排入水體的廢水和污水中的氮、磷濃度,計(jì)算出年排放的氮、磷總量,為實(shí)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).
(2)減少內(nèi)源性營養(yǎng)物質(zhì)負(fù)荷
輸入到湖泊等水體的營養(yǎng)物質(zhì)在時(shí)空分布上是非常復(fù)雜的.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(jīng)過復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)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(jìn)入水中.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)視不同情況,采用不同的方法.
6.主要的方法有
①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(bǔ)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.
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(jià)值的是價(jià)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(gè)富營養(yǎng)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.在投加鋁鹽后的第四年夏天,湖水中的磷濃度則由原來的65μg/L降到30μg/L,湖泊水質(zhì)有較明顯的改善.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(huì)釋放出磷,因此,應(yīng)該將被殺死的藻類及時(shí)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.
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(dòng)以去除水體中氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)的方法.目前,有些國家開始試驗(yàn)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(diǎn)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(shí)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(jīng)處理可作為燃料、飼料,或經(jīng)發(fā)酵產(chǎn)生沼氣.這是目前國內(nèi)外治理湖泊水體富營養(yǎng)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(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(gè)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(dòng)物的小魚,幾年之后這種小魚顯著減少,而浮游動(dòng)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(gè)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?yàn)樗鼈儾荒鼙桓∮蝿?dòng)物捕食,為此可以放鰱魚來控制這種藻類的生長.