水污染與富營(yíng)養(yǎng)化及防治

《水污染與富營(yíng)養(yǎng)化及防治》課程學(xué)習(xí)心得通過(guò)繼續(xù)教育的學(xué)習(xí)《水污染與富營(yíng)養(yǎng)化及防治》課程，認(rèn)識(shí)到由于人類(lèi)的活動(dòng)，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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)排入湖泊、水庫(kù)、河口、海灣等緩流水體后，水生生物特別是藻類(lèi)將大量繁殖，使生物的種群、種類(lèi)數(shù)量發(fā)生改變，導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化，破壞了水體的生態(tài)平衡。以下就水污染與富營(yíng)養(yǎng)化的形成、危害及防治措施等相關(guān)問(wèn)題談?wù)勛约旱恼J(rèn)識(shí)。水體富營(yíng)養(yǎng)化是指在人類(lèi)活動(dòng)的影響下，生物所需的氮、磷等營(yíng)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(lèi)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(yú)類(lèi)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(huì)從平營(yíng)養(yǎng)湖過(guò)渡為富營(yíng)養(yǎng)湖，進(jìn)而演變?yōu)檎訚珊完懙?，這是一種極為緩慢的過(guò)程。但由于人類(lèi)的活動(dòng)，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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)排入湖泊、水庫(kù)、河口、海灣等緩流水體后，水生生物特別是藻類(lèi)將大量繁殖，使生物的種群、種類(lèi)數(shù)量發(fā)生改變，破壞了水體的生態(tài)平衡。一、富營(yíng)養(yǎng)化的形成水體富營(yíng)養(yǎng)化是在人類(lèi)活動(dòng)的影響下，為生物所需的氮、磷等營(yíng)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(lèi)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(yú)類(lèi)及其他生物大量死亡的現(xiàn)象。富營(yíng)養(yǎng)化可分為天然富營(yíng)養(yǎng)化和人為富營(yíng)養(yǎng)化。在自然條件下，湖泊也會(huì)從貧營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)過(guò)渡到富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，沉積物不斷增多，不過(guò)這種自然過(guò)程非常緩慢，常需幾千年甚至上萬(wàn)年。而人為排放含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的工業(yè)廢水和生活污水所引起的水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象，可以在短時(shí)期出現(xiàn)。水體出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象時(shí)，浮游生物大量繁殖，水面往往呈現(xiàn)藍(lán)色、紅色、棕色、乳白色等視占優(yōu)勢(shì)的浮游生物的顏色而異。這種現(xiàn)象在江河湖泊中稱(chēng)為“水華”在海中則叫，作“赤潮”。富營(yíng)養(yǎng)化的指標(biāo)，從測(cè)定的項(xiàng)目上分，大致可分為物理、化學(xué)和生物學(xué)三種指標(biāo)，這些指標(biāo)是衡量富營(yíng)養(yǎng)化的一個(gè)尺度，但富營(yíng)養(yǎng)藻類(lèi)和一些光合細(xì)菌能利用無(wú)機(jī)鹽類(lèi)制造有機(jī)質(zhì)，稱(chēng)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(wú)機(jī)鹽類(lèi)。納入這些廢水后，水體中營(yíng)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(lèi)旺盛生長(zhǎng)。藻類(lèi)主要分布于水體上層，隨著水體富營(yíng)養(yǎng)化的發(fā)展，藻類(lèi)的個(gè)體數(shù)量迅速增加，而種類(lèi)逐漸減少。水體本來(lái)以硅藻和綠藻為主，紅色顫藻的出現(xiàn)是富營(yíng)養(yǎng)化的征兆，隨著富營(yíng)養(yǎng)化的發(fā)展，最后變?yōu)橐运{(lán)藻為主。藻類(lèi)繁殖迅速，生長(zhǎng)周期短，有限的營(yíng)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(shí)湖泊逐漸變淺，直至成為沼澤。富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)一旦形成，水體中營(yíng)養(yǎng)素被水生生物吸收，成為其機(jī)體的組成部分。在水生生物死亡后的腐爛過(guò)程中，營(yíng)養(yǎng)素又釋放入水中，再次被生物利用，形成植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)。因此,富營(yíng)養(yǎng)化的水體，即使切斷外界營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的來(lái)源，也很難自?xún)艉突謴?fù)。二、富營(yíng)養(yǎng)化對(duì)水質(zhì)的影響和危害使水味變得腥臭難聞水體富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重時(shí)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的釋放，造成水體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的高負(fù)荷，形成富營(yíng)養(yǎng)水體的惡性循環(huán)。降低水體的透明度在富營(yíng)養(yǎng)水體中，生長(zhǎng)著以藍(lán)藻、綠藻為優(yōu)勢(shì)種類(lèi)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(yíng)養(yǎng)湖泊的表層，藻類(lèi)可以獲得充足的陽(yáng)光，從空氣中獲得足夠的二氧化碳進(jìn)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(yíng)養(yǎng)湖泊深層，情況就不同,首先是表層的密集藻類(lèi)使陽(yáng)光難以透射入湖泊深層，而且陽(yáng)光在穿射過(guò)程中被藻類(lèi)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(lái)源減少。其次，湖泊藻類(lèi)死亡后不斷向湖底沉積，不斷地腐爛分解，也會(huì)消耗深層水體大量的溶解氧，富營(yíng)養(yǎng)化的防治是水污染治理中十分棘手而又代價(jià)昂貴的困難問(wèn)題，這主要是導(dǎo)致水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化的氮、磷營(yíng)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(diǎn)源，又有非點(diǎn)源，這給控制污染源帶來(lái)了顯而易見(jiàn)的困難。另一方面，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)去除難度高。至今還沒(méi)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(yíng)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(shí)際上或者在大范圍內(nèi)，則往往達(dá)不到預(yù)期效果。向水體釋放有毒物質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)對(duì)水質(zhì)的另一個(gè)影響是某些藻類(lèi)能夠分泌、釋放有毒性的物質(zhì)，有毒物質(zhì)進(jìn)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(huì)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(yíng)養(yǎng)水體在作為供給水源時(shí)，會(huì)給制水廠(chǎng)帶來(lái)一系列問(wèn)題。首先是在夏日高溫藻類(lèi)增殖旺盛的季節(jié)，過(guò)量的藻類(lèi)會(huì)給制水廠(chǎng)在過(guò)濾過(guò)程中帶來(lái)障礙，需要改善或增加過(guò)濾措施。其次，富營(yíng)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(guò)程中，更增加了水處理的技術(shù)難度。既影響制水廠(chǎng)的出水率，同時(shí)也加大了制水成本費(fèi)用。對(duì)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(duì)平衡的狀態(tài)。但是，一旦水體受到污染而呈現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)時(shí)，水體的這種正常的生態(tài)平衡就會(huì)被擾亂，某些種類(lèi)的生物明顯減少，而另外一些生物種類(lèi)則顯著增加。這種生物種類(lèi)演替會(huì)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(yíng)養(yǎng)化的防治措施在富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的水體中生長(zhǎng)著很多藻類(lèi)，其中有一些藻類(lèi)能夠散發(fā)出腥味異臭。藻類(lèi)散發(fā)出這種腥臭，向湖泊四周的空氣擴(kuò)散，直接影響、煩擾人們的正常生活，給人以不舒適感覺(jué)，同時(shí)，這種腥臭味也使水味難聞，大大降低了水質(zhì)質(zhì)量。富營(yíng)養(yǎng)化控制對(duì)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸入絕大多數(shù)水體富營(yíng)養(yǎng)化主要是外界輸入的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在水體中富集造成的。如果減少或截?cái)嗤獠枯斎氲臓I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，就使水體失去了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)富集的可能性。從長(zhǎng)遠(yuǎn)觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，要想從根本上控制湖泊水體富營(yíng)養(yǎng)化，首先應(yīng)該著重減少或者截?cái)嗤獠繝I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的輸入?？刂仆庠葱誀I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可以采取以下措施。制訂營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)制訂向水體排放營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)，是為了達(dá)到符合規(guī)定的水體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)湖泊水環(huán)境磷容量，實(shí)施總量控制對(duì)湖泊的環(huán)境磷容量進(jìn)行測(cè)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(shí)，嚴(yán)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(gè)國(guó)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(jìn)入水體的磷相當(dāng)可觀(guān)。因此，采用行政措施控制洗滌劑中的磷含量，推廣使用無(wú)磷洗衣粉等不失為一種控制磷的方法。對(duì)違反總量控制計(jì)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(fèi)或者罰款等。實(shí)施截污工程或者引排污染源截?cái)嘞蚝此w排放營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的排放源，是控制某些湖泊水體富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)鍵性措施。實(shí)施截污工程，需要比較高的一次性投資。但經(jīng)過(guò)這樣的一次性高額投資，可以從根本上消除水體富營(yíng)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(zhǎng)遠(yuǎn)觀(guān)點(diǎn)來(lái)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(guò)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(hù)湖邊綠化帶、集中收集飼養(yǎng)場(chǎng)的家禽糞便等也是控制面源營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的方法。減少內(nèi)源性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)負(fù)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(jìn)行代謝活動(dòng)這一自然過(guò)程達(dá)到去除水體中氮、磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)目的的方法。它的最大特點(diǎn)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(yíng)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(yíng)養(yǎng)物也就隨著水生植物體一道離開(kāi)了湖泊水體。這種方法適用底泥中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累豐富的淺水湖泊，是一項(xiàng)既有經(jīng)濟(jì)效益又有明顯環(huán)境效益的可行措施。利用養(yǎng)魚(yú)去除氮，也是一項(xiàng)化磷“害”為利的有效措施。各種不同的魚(yú)類(lèi)有著不同的食性，利用魚(yú)類(lèi)的食性不同，放養(yǎng)以浮游藻類(lèi)為食的魚(yú)種，就能夠達(dá)到去除湖泊氮、磷的目的?？蛇_(dá)到既促進(jìn)漁業(yè)生產(chǎn)，又凈化水質(zhì)的雙重目的。總之，生物性治理措施不象截污工程和引污工程對(duì)控制外源性營(yíng)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(xiàng)去除湖泊內(nèi)源性營(yíng)養(yǎng)物負(fù)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(jìn)行水體深層曝氣、注水沖稀等。挖掘底泥對(duì)改善那些底泥營(yíng)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(diǎn)和深度。因?yàn)樗w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(dāng)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(lái)，使水質(zhì)進(jìn)一步惡化。所以，事先查清底泥營(yíng)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的效益。但不管怎樣，從總體和長(zhǎng)遠(yuǎn)觀(guān)點(diǎn)來(lái)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?xún)?nèi)部污染源。而且通過(guò)挖掘底泥可以加深湖泊水體的深度，實(shí)際增加了湖泊環(huán)境容量，最終仍能起到降底湖泊水體營(yíng)養(yǎng)負(fù)荷的作用。至于挖掘地點(diǎn)，則應(yīng)認(rèn)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(zhǔn)確地進(jìn)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(lái)，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(duì)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度的作用，這對(duì)控制水華現(xiàn)象，提高水體透明度等有一定作用，但營(yíng)養(yǎng)物絕對(duì)量并未減少，不能從根本上解決問(wèn)題；另一種手段是換水，這是針對(duì)臨江湖泊的方案，起到江水取代湖水，以流動(dòng)的貧營(yíng)養(yǎng)水代替停滯的富營(yíng)養(yǎng)水的目的?；瘜W(xué)方法這類(lèi)方法包括凝聚沉降和用化學(xué)藥劑殺藻等。對(duì)那些溶解性營(yíng)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(lèi)，這適合于水華盈湖的水體。藻類(lèi)被殺死后，水藻腐爛分解仍舊會(huì)釋放出磷，因此，死藻應(yīng)及時(shí)撈出，或者再投加適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)藥品，將藻類(lèi)腐爛分解釋放出的磷酸鹽沉降。去除污水中的營(yíng)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，一部分氮、磷能夠通過(guò)二級(jí)生化處理過(guò)程被微生物去除，利用生物法進(jìn)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(zhǎng)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可以采用以下方法。鐵鹽凝聚沉降法三價(jià)鐵鹽易與磷酸鹽反應(yīng)生成不溶性的磷酸鐵。二價(jià)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(jí)處理或者二級(jí)處理的任何普通的生化反應(yīng)池內(nèi)完成。在一級(jí)處理時(shí)，鐵鹽等化學(xué)物質(zhì)投加到輸入的廢水中，磷便在一級(jí)處理的沉淀池中沉淀下來(lái)。在二級(jí)處理時(shí)，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(qiáng)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(jì)性角度考慮，鋁離子交換法需謹(jǐn)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(shí)用而且比較經(jīng)濟(jì)的方法。在pH值偏堿時(shí)，石灰與磷發(fā)生反應(yīng)，生成磷酸鹽和無(wú)機(jī)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(lái)，達(dá)到去除磷的目的。當(dāng)投加石灰時(shí)，污水p