水污染與富營養(yǎng)化及防治

《水污染與富營養(yǎng)化及防治》課程學(xué)習心得通過繼續(xù)教育的學(xué)習《水污染與富營養(yǎng)化及防治》課程，認識到由于人類的活動，將大量工業(yè)廢水和生活污水以及農(nóng)田徑流中的植物營養(yǎng)物質(zhì)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，使生物的種群、種類數(shù)量發(fā)生改變，導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，破壞了水體的生態(tài)平衡。以下就水污染與富營養(yǎng)化的形成、危害及防治措施等相關(guān)問題談?wù)勛约旱恼J識。水體富營養(yǎng)化是指在人類活動的影響下，生物所需的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)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(zhì)惡化，魚類及其他生物大量死亡的現(xiàn)象。在自然條件下，隨著河流夾帶沖擊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(yǎng)湖過渡為富營養(yǎng)湖，進而演變?yōu)檎訚珊完懙?，這是一種極為緩慢的過程。但由于人類的活動，將大量工業(yè)廢水和生活污水以及農(nóng)田徑流中的植物營養(yǎng)物質(zhì)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，使生物的種群、種類數(shù)量發(fā)生改變，破壞了水體的生態(tài)平衡。一、富營養(yǎng)化的形成水體富營養(yǎng)化是在人類活動的影響下，為生物所需的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)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(zhì)惡化，魚類及其他生物大量死亡的現(xiàn)象。富營養(yǎng)化可分為天然富營養(yǎng)化和人為富營養(yǎng)化。在自然條件下，湖泊也會從貧營養(yǎng)狀態(tài)過渡到富營養(yǎng)狀態(tài)，沉積物不斷增多，不過這種自然過程非常緩慢，常需幾千年甚至上萬年。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)化現(xiàn)象，可以在短時期出現(xiàn)。水體出現(xiàn)富營養(yǎng)化現(xiàn)象時，浮游生物大量繁殖，水面往往呈現(xiàn)藍色、紅色、棕色、乳白色等視占優(yōu)勢的浮游生物的顏色而異。這種現(xiàn)象在江河湖泊中稱為“水華”在海中則叫，作“赤潮”。富營養(yǎng)化的指標，從測定的項目上分，大致可分為物理、化學(xué)和生物學(xué)三種指標，這些指標是衡量富營養(yǎng)化的一個尺度，但富營養(yǎng)藻類和一些光合細菌能利用無機鹽類制造有機質(zhì)，稱為自養(yǎng)型生物。自然水體中的磷（特別是磷）在一定程度上是浮游生物數(shù)和氮量的控制因素。生活污水、化肥和食品等工業(yè)的廢水以及農(nóng)田排水中都含有大量氮、磷及其他無機鹽類。納入這些廢水后，水體中營養(yǎng)物質(zhì)增多，促使自養(yǎng)型生物一一大型綠色植物和微型藻類旺盛生長。藻類主要分布于水體上層，隨著水體富營養(yǎng)化的發(fā)展，藻類的個體數(shù)量迅速增加，而種類逐漸減少。水體本來以硅藻和綠藻為主，紅色顫藻的出現(xiàn)是富營養(yǎng)化的征兆，隨著富營養(yǎng)化的發(fā)展，最后變?yōu)橐运{藻為主。藻類繁殖迅速，生長周期短，有限的營養(yǎng)物質(zhì)在短期內(nèi)一再被重復(fù)利用，一遇適宜環(huán)境就暴發(fā)性地繁殖，以致出現(xiàn)“水華”現(xiàn)象。死亡的水生生物在微生物作用下分解，消耗氧；或在厭氧條件下分解，產(chǎn)生硫化氫臭氣，使水質(zhì)不斷惡化。同時湖泊逐漸變淺，直至成為沼澤。富營養(yǎng)化狀態(tài)一旦形成，水體中營養(yǎng)素被水生生物吸收，成為其機體的組成部分。在水生生物死亡后的腐爛過程中，營養(yǎng)素又釋放入水中，再次被生物利用，形成植物營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)。因此,富營養(yǎng)化的水體，即使切斷外界營養(yǎng)物質(zhì)的來源，也很難自凈和恢復(fù)。二、富營養(yǎng)化對水質(zhì)的影響和危害使水味變得腥臭難聞水體富營養(yǎng)化嚴重時可能使深層水體的溶解氧消耗殆盡而呈厭氧狀態(tài)，使得需氧生物難以生存。這種厭氧狀態(tài)，可以觸發(fā)或者加速底泥積累的營養(yǎng)物質(zhì)的釋放，造成水體營養(yǎng)物質(zhì)的高負荷，形成富營養(yǎng)水體的惡性循環(huán)。降低水體的透明度在富營養(yǎng)水體中，生長著以藍藻、綠藻為優(yōu)勢種類的大量水藻。這些水藻浮在湖水表面,形成一層“綠色浮渣”使水質(zhì)變得渾濁，透明度明顯降低，湖水感官性狀大大下降。影響水體的溶解氧富營養(yǎng)湖泊的表層，藻類可以獲得充足的陽光，從空氣中獲得足夠的二氧化碳進行光合作用而放出氧氣，因此表層水體有充足的溶解氧。但是，在富營養(yǎng)湖泊深層，情況就不同,首先是表層的密集藻類使陽光難以透射入湖泊深層，而且陽光在穿射過程中被藻類吸收而衰減，所以深層水體的光合作用明顯受到限制而減弱，使溶解氧來源減少。其次，湖泊藻類死亡后不斷向湖底沉積，不斷地腐爛分解，也會消耗深層水體大量的溶解氧，富營養(yǎng)化的防治是水污染治理中十分棘手而又代價昂貴的困難問題，這主要是導(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；既有點源，又有非點源，這給控制污染源帶來了顯而易見的困難。另一方面，營養(yǎng)物質(zhì)去除難度高。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中的氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)。通常的二級生化處理方法，只能去除30?50%的氮和磷。某些處理措施在理論上或者在一定的條件下是可行的，但是，在實際上或者在大范圍內(nèi)，則往往達不到預(yù)期效果。向水體釋放有毒物質(zhì)富營養(yǎng)對水質(zhì)的另一個影響是某些藻類能夠分泌、釋放有毒性的物質(zhì)，有毒物質(zhì)進入水體后，若被牲畜飲入體內(nèi)，可引起牲畜腸胃道炎癥，人若飲用也會發(fā)生消化道炎癥，有害人體健康。影響供水水質(zhì)并增加制水成本湖泊常常是生活飲用水和工業(yè)用水的供給水源。富營養(yǎng)水體在作為供給水源時，會給制水廠帶來一系列問題。首先是在夏日高溫藻類增殖旺盛的季節(jié)，過量的藻類會給制水廠在過濾過程中帶來障礙，需要改善或增加過濾措施。其次，富營養(yǎng)水體由于缺氧而產(chǎn)生硫化氫、甲烷和氨等有毒有害氣體，而且水藻產(chǎn)生的某些有毒的物質(zhì)，在制水過程中，更增加了水處理的技術(shù)難度。既影響制水廠的出水率，同時也加大了制水成本費用。對水生生態(tài)的影響在正常情況下，湖泊水體中各種生物都處于相對平衡的狀態(tài)。但是，一旦水體受到污染而呈現(xiàn)富營養(yǎng)狀態(tài)時，水體的這種正常的生態(tài)平衡就會被擾亂，某些種類的生物明顯減少，而另外一些生物種類則顯著增加。這種生物種類演替會導(dǎo)致水生生物的穩(wěn)定性和多樣性降低，破壞了湖泊生態(tài)平衡。三、水體富營養(yǎng)化的防治措施在富營養(yǎng)狀態(tài)的水體中生長著很多藻類，其中有一些藻類能夠散發(fā)出腥味異臭。藻類散發(fā)出這種腥臭，向湖泊四周的空氣擴散，直接影響、煩擾人們的正常生活，給人以不舒適感覺，同時，這種腥臭味也使水味難聞，大大降低了水質(zhì)質(zhì)量。富營養(yǎng)化控制對策中的原則和可供選擇的方法主要有以下幾種?？刂仆庠葱誀I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。如果減少或截斷外部輸入的營養(yǎng)物質(zhì)，就使水體失去了營養(yǎng)物質(zhì)富集的可能性。從長遠觀點來看，要想從根本上控制湖泊水體富營養(yǎng)化，首先應(yīng)該著重減少或者截斷外部營養(yǎng)物質(zhì)的輸入?？刂仆庠葱誀I養(yǎng)物質(zhì)可以采取以下措施。制訂營養(yǎng)物質(zhì)排放標準和水質(zhì)標準制訂向水體排放營養(yǎng)物質(zhì)的標準，是為了達到符合規(guī)定的水體營養(yǎng)物質(zhì)濃度的水質(zhì)標準。當確定某一湖泊水體的主要功能后，可根據(jù)水體功能要求再制訂相應(yīng)的水質(zhì)氮、磷濃度的允許標準。根據(jù)湖泊水環(huán)境磷容量，實施總量控制對湖泊的環(huán)境磷容量進行測算后，可以據(jù)此制訂磷排放量的逐年削減和分配排放磷的總量控制辦法。同時，嚴格的行政管理措施也是必不可少的。就目前普遍使用的洗滌劑而言,除少數(shù)幾個國家洗滌劑中的磷含量低于2%，一般洗滌劑都含有5?12%的磷酸鹽成分，這使進入水體的磷相當可觀。因此，采用行政措施控制洗滌劑中的磷含量，推廣使用無磷洗衣粉等不失為一種控制磷的方法。對違反總量控制計劃規(guī)定的單位，應(yīng)該采取相應(yīng)的約束措施,如加倍收費或者罰款等。實施截污工程或者引排污染源截斷向湖泊水體排放營養(yǎng)物質(zhì)的排放源，是控制某些湖泊水體富營養(yǎng)化的關(guān)鍵性措施。實施截污工程，需要比較高的一次性投資。但經(jīng)過這樣的一次性高額投資，可以從根本上消除水體富營化的主要的人為外源性污染源，提供了改善水質(zhì)的基本條件。因此，從長遠觀點來看，這樣的投資是必須的。(4)合理使用土地，最大限制地減少土壤侵蝕、水土流失與肥料流失只要合理規(guī)劃利用土地，最大限度地防止土壤侵蝕和地表徑流過份漫流，如在建筑物、農(nóng)田安排自然排泄系統(tǒng)，就可以減少被暴雨或融雪沖走的氮和磷。同樣，保護湖邊綠化帶、集中收集飼養(yǎng)場的家禽糞便等也是控制面源營養(yǎng)物質(zhì)的方法。減少內(nèi)源性營養(yǎng)物質(zhì)負荷生物性措施生物性措施是指利用水生生物吸收利用氮、磷元素進行代謝活動這一自然過程達到去除水體中氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)目的的方法。它的最大特點是投資省，有利于建立合理的水生生態(tài)循環(huán)。在淺水型的富營養(yǎng)湖泊，通常種植高等植物，如蓮藕、蒲草等，隨著這些水生植物收獲，氮、磷營養(yǎng)物也就隨著水生植物體一道離開了湖泊水體。這種方法適用底泥中營養(yǎng)物質(zhì)積累豐富的淺水湖泊，是一項既有經(jīng)濟效益又有明顯環(huán)境效益的可行措施。利用養(yǎng)魚去除氮，也是一項化磷“害”為利的有效措施。各種不同的魚類有著不同的食性，利用魚類的食性不同，放養(yǎng)以浮游藻類為食的魚種，就能夠達到去除湖泊氮、磷的目的。可達到既促進漁業(yè)生產(chǎn)，又凈化水質(zhì)的雙重目的?？傊?，生物性治理措施不象截污工程和引污工程對控制外源性營養(yǎng)物質(zhì)那樣效果明顯而直接，但是，它是截污工程不能替代的一項去除湖泊內(nèi)源性營養(yǎng)物負荷的有效措施，值得提倡。工程性措施工程性措施主要包括挖掘底泥沉積物、進行水體深層曝氣、注水沖稀等。挖掘底泥對改善那些底泥營養(yǎng)物質(zhì)含量高的水體是一種有效的手段但需注意挖掘底泥的地點和深度。因為水體深層底泥中的可溶性磷以及氨氮可能反而高于表層底泥，當挖掘表層底泥后，正好暴露出深層底泥高含量的可溶性磷和氨氮，使更多的磷和氮從底泥中釋放出來，使水質(zhì)進一步惡化。所以，事先查清底泥營養(yǎng)物質(zhì)在縱向剖面的形態(tài)分布，有助于合理地發(fā)揮挖掘底泥去除內(nèi)源性營養(yǎng)物質(zhì)的效益。但不管怎樣，從總體和長遠觀點來看，它減少了已經(jīng)積累在表層底泥中的總氮和總磷量，減少以至消除了潛在性內(nèi)部污染源。而且通過挖掘底泥可以加深湖泊水體的深度，實際增加了湖泊環(huán)境容量，最終仍能起到降底湖泊水體營養(yǎng)負荷的作用。至于挖掘地點，則應(yīng)認真調(diào)查研究底泥沉積的情況，包括底泥特征、沉積物的區(qū)域分布等，慎重準確地進行選擇。深層曝氣適用于湖水較深而出現(xiàn)厭氧層的水體。磷容易在厭氧條件下從底泥中釋放出來，采取定期或不定期人為湖底深層曝氣充氧，使水與底泥面之間不出現(xiàn)厭氧層，有利于抑制底泥磷釋放，對改善水質(zhì)有利。注水沖稀的一種手段是在有條件的地方，用含磷和氮濃度低的水注入湖泊，起到稀釋營養(yǎng)物質(zhì)濃度的作用，這對控制水華現(xiàn)象，提高水體透明度等有一定作用，但營養(yǎng)物絕對量并未減少，不能從根本上解決問題；另一種手段是換水，這是針對臨江湖泊的方案，起到江水取代湖水，以流動的貧營養(yǎng)水代替停滯的富營養(yǎng)水的目的。化學(xué)方法這類方法包括凝聚沉降和用化學(xué)藥劑殺藻等。對那些溶解性營養(yǎng)物質(zhì)如正磷酸鹽等，采用往湖中投加化學(xué)物質(zhì)使其生成沉淀而沉降。而使用殺藻劑可殺死藻類，這適合于水華盈湖的水體。藻類被殺死后，水藻腐爛分解仍舊會釋放出磷，因此，死藻應(yīng)及時撈出，或者再投加適當?shù)幕瘜W(xué)藥品，將藻類腐爛分解釋放出的磷酸鹽沉降。去除污水中的營養(yǎng)物質(zhì)城市生活污水及某些工業(yè)廢水中含有較高濃度的氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)，一部分氮、磷能夠通過二級生化處理過程被微生物去除，利用生物法進行脫氮除磷是一種比較適用的方法。但由于城市污水中的氮、磷濃度往往要比活性污泥生長所需要的濃度高出2?5倍，所以污水中僅有30%?50%的氮和磷被活性污泥去除，余下50%?70%的氮和磷將隨二次廢水排出。利用物理化學(xué)方法去除污水中的氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)可以采用以下方法。鐵鹽凝聚沉降法三價鐵鹽易與磷酸鹽反應(yīng)生成不溶性的磷酸鐵。二價鐵鹽也能和污水中的磷反應(yīng)生成不溶性沉淀物。投加鐵鹽去除磷，可以在一級處理或者二級處理的任何普通的生化反應(yīng)池內(nèi)完成。在一級處理時，鐵鹽等化學(xué)物質(zhì)投加到輸入的廢水中，磷便在一級處理的沉淀池中沉淀下來。在二級處理時，鐵鹽則投加在二次沉淀池中，使磷沉淀去除。鋁離子交換法鋁離子與磷酸鹽具有特別強的親合力，可以選擇性地從廢水中去除磷。而后，用高濃度的氫氧化物，如氫氧化鈉回收鋁，再用石灰回收氫氧化鈉，回收的鋁和氫氧化鈉可以循環(huán)利用。但從經(jīng)濟性角度考慮，鋁離子交換法需謹慎選用。(3)石灰凝聚與氨汽提法用石灰去除污水中的磷是一種比較實用而且比較經(jīng)濟的方法。在pH值偏堿時，石灰與磷發(fā)生反應(yīng)，生成磷酸鹽和無機氫氧化物，磷酸鹽和懸浮物質(zhì)隨反應(yīng)生成物凝聚沉淀下來，達到去除磷的目的。當投加石灰時，污水p