黃岡市遺愛湖水體營養(yǎng)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(qū)的城中湖,承擔(dān)著黃州市民的飲用水供給、農(nóng)田灌溉、景觀娛樂、水產(chǎn)養(yǎng)殖等多方面的用途。近年來由于大量的工業(yè)污染和生活污染物直接排入湖中,導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化嚴(yán)重。針對遺愛湖富營養(yǎng)化狀況,提出防治措施。

關(guān)鍵詞遺愛湖;水體富營養(yǎng)化;防治措施

中圖分類號X524文獻標(biāo)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(fā),凝結(jié)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(chǎn)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(chǎn)和生活活動,自然界受到日趨嚴(yán)重的污染,其中工業(yè)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(yè)污染和大量生活廢水造成的水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象(見圖1),它改變了湖泊原有的水生生態(tài)環(huán)境,對水質(zhì)和水產(chǎn)資源造成了嚴(yán)重的破壞。

1遺愛湖的營養(yǎng)狀況

1.1水體富營養(yǎng)化

水體富營養(yǎng)化(eutrophication)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。自20世紀(jì)90年代以來,由于城市面積和居民生活范圍的擴大,工業(yè)廢水和生活污水大量向湖中排放,湖水水體污染日益嚴(yán)重,淤泥厚積,部分嚴(yán)重的地方惡臭可聞。1999年黃岡市環(huán)保局提供的資料表明,每天有533m3的污水未經(jīng)任何處理就排入遺愛湖,使水質(zhì)不斷惡化。1995~1996年監(jiān)測顯示該水體有機物污染超過《地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)時統(tǒng)計的數(shù)據(jù)有33.33hm2左右的水面已嚴(yán)重污染,其余受到輕度污染。沿湖大小企業(yè)1 398家,該湖每年除承接大量工業(yè)廢水外,還接納黃州城區(qū)23萬人生活污水的直接排入,造成湖水嚴(yán)重富營養(yǎng)化。2006年5月間,因附近工廠的大量污水流入遺愛湖,導(dǎo)致大量魚類死亡。由于水質(zhì)的富營養(yǎng)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(jīng)完全沼澤化。

1.2水體富營養(yǎng)化的機理

導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化的物質(zhì),往往是這些水系統(tǒng)中含量有限的營養(yǎng)物質(zhì)。例如,在正常的淡水系統(tǒng)中磷含量通常是有限的,增加磷酸鹽會導(dǎo)致植物的過度生長;在海水系統(tǒng)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(xiàn)植物的過度生長。生活污水和化肥、食品等工業(yè)的廢水以及農(nóng)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(yǎng)物質(zhì)增多,促使自養(yǎng)型生物旺盛生長,特別是藍藻和紅藻的個體數(shù)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(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。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(chǎn)生硫化氫等氣體,從2個方面使水質(zhì)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(yǎng)物質(zhì)釋放入水中,供新一代藻類等生物利用。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,水體也很難自凈和恢復(fù)到正常狀態(tài)。

1.3水體富營養(yǎng)化的來源

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)施化肥。農(nóng)田徑流挾帶的大量氨態(tài)氮和硝態(tài)氮進入水體后,改變了其中原有的氮平衡,促進某些適應(yīng)新條件的藻類種屬迅速增殖,覆蓋了大面積水面。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,排入水體后會使正常的氮循環(huán)變成“短路循環(huán)”,即尿素和氨氮大量排入,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(nóng)業(yè)廢棄物和城市污水。

1.4水體富營養(yǎng)化的危害

水體富營養(yǎng)化會影響水體的水質(zhì),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(tài)。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(yǎng)化,水體表面生長著以藍藻、綠藻為優(yōu)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(zhì)在厭氧條件分解產(chǎn)生的有害氣體和一些浮游生物產(chǎn)生的生物毒素也會傷害魚類。因富營養(yǎng)化水中含有硝酸鹽和亞硝酸鹽,人畜長期飲用這些物質(zhì)含量超過一定標(biāo)準(zhǔn)的水,也會中毒致病。

2遺愛湖水體富營養(yǎng)化的防治措施

水體富營養(yǎng)化的防治是水污染處理中最為復(fù)雜和困難的。這是因為:一是污染源的復(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,二是營養(yǎng)物質(zhì)去除的難度高。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、磷。對水體富營養(yǎng)化的防治措施主要有以下幾個方面。

2.1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。為此,首先應(yīng)該著重減少或者截斷外部營養(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,準(zhǔn)確調(diào)查排入水體營養(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,計算出年排放的氮、磷總量,為實施控制外源性營養(yǎng)物質(zhì)的措施提供可靠的科學(xué)依據(jù)。

2.2減少內(nèi)源性營養(yǎng)物質(zhì)負荷

輸入到湖泊等水體的營養(yǎng)物質(zhì)在時空分布上非常復(fù)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(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入水中。減少內(nèi)源性營養(yǎng)物負荷,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(shè)塑料等。挖掘底泥,可減少乃至消除潛在性內(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。二是化學(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(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(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釋放出磷,因此,應(yīng)該將被殺死的藻類及時撈出,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。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(yǎng)物質(zhì)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(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,可根據(jù)不同的氣候條件和污染物的性質(zhì)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(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1個人工湖泊(平均水深7m)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(fā)現(xiàn),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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