水體“富營養(yǎng)化”的成因、危害及防治措施

唐黎標

所謂“富營養(yǎng)化”是指在人類活動的影響下，水中營養(yǎng)鹽類和有機物不斷增多，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大量繁殖，積累大量的有機體，最終導(dǎo)致水質(zhì)惡化，魚類及其他生物大量死亡、生態(tài)平衡遭到破壞的現(xiàn)象。

一、“富營養(yǎng)化”的產(chǎn)生及危害

一談到水體的富營養(yǎng)化，使人們常常想到總氮、總磷超標?？偟⒖偭椎葼I養(yǎng)鹽的超標是發(fā)生水體“富營養(yǎng)化”的必要條件。水體“富營養(yǎng)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(yǎng)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）水流緩慢，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(xiàn)某種優(yōu)勢藻類“瘋狂增長”現(xiàn)象，發(fā)生水體“富營養(yǎng)化”。

城市生活污水，食品加工、造紙、紡織、化肥、化工等工業(yè)廢水以及大量使用化肥、農(nóng)藥的農(nóng)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(jīng)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(yǎng)，使藻類大量繁殖，這也促成了水體“富營養(yǎng)化”的產(chǎn)生?？梢姡w“富營養(yǎng)化”進程的加快與人類的生活和生產(chǎn)活動密切相關(guān)，特別是近二十年來，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的飛躍發(fā)展，城市規(guī)模的迅速擴大，加速了水體“富營養(yǎng)化”的過程，對環(huán)境造成了嚴重的影響及危害。

水體“富營養(yǎng)化”的危害是多方面的，其主要表現(xiàn)在四個方面：（1）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(yǎng)化”后底層堆積的有機物質(zhì)在厭氧條件下，分解產(chǎn)生的有害氣體，以及一些浮游生物產(chǎn)生的生物毒素也會傷害水生動物；（3）“富營養(yǎng)化”的水中含有亞硝酸鹽和硝酸鹽，人畜長期飲用這些物質(zhì)含量超過一定標準的水，會中毒致癌；（4）水體“富營養(yǎng)化”，常導(dǎo)致水生生態(tài)系統(tǒng)紊亂，水生生物種類減少，多樣性受到破壞。昆明滇池水質(zhì)在20世紀50年代處于貧營養(yǎng)狀態(tài)，到80年代則處于富營養(yǎng)化狀態(tài)，大型水生植物種數(shù)由50年代的44種降至20種，浮游植物屬數(shù)由87屬降至45屬，土著魚種數(shù)由15種降至4種；漢江武漢段在1992年發(fā)生水華時，藻類種群的多樣性指數(shù)也呈下降趨勢。嚴重富營養(yǎng)造成多種用水功能的嚴重損害，甚至完全喪失。漢江下游因出現(xiàn)水華現(xiàn)象而導(dǎo)致湖北漢川自來水廠被迫關(guān)閉，武漢宗關(guān)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(zhì)。而藻類產(chǎn)生的毒素則會危害人類和動物的健康。

水體“富營養(yǎng)化”對人體所造成的危害是多方面的。首先是引起像浮游藻類那樣的自養(yǎng)生物群落的變化。正常水體中，藻類的種類多但數(shù)量不大，主要是硅藻和甲藻，藍藻占的比例小，而“富營養(yǎng)化”的水體中，藻類的數(shù)量可達每毫升數(shù)萬個，并且藍藻占絕對優(yōu)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“水華”又叫“湖靛”?！八A”的出現(xiàn)便是水體“富營養(yǎng)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(jīng)常會出現(xiàn)缺氧情況，使魚類及其它水生動物窒息而死。夏季的早晨，日出之前（無光合作用），水塘中出現(xiàn)的“魚浮頭”現(xiàn)象，正是水體缺氧所致；“富營養(yǎng)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——亞硝胺），這種水對人體健康非常有害；另外，“富營養(yǎng)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(zhì)凈化效果。

二、影響水體“富營養(yǎng)化”的因素

影響水體“富營養(yǎng)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較高溫度，所以“水華”常出現(xiàn)在春末夏初到初秋的季節(jié)，即“富營養(yǎng)化”常出現(xiàn)在4-10月；（2）營養(yǎng)鹽類的含量：水體營養(yǎng)鹽類的含量影響著藻類的生長速度和繁殖數(shù)量，從而影響著“富營養(yǎng)化”程度，如硬水很少“富營養(yǎng)化”，因為磷都沉積在池底部；（3）某一水體在某一水域的滯留時間：“富營養(yǎng)化”容易發(fā)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(yǎng)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(zhì)如（銅鹽）等，對“富營養(yǎng)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(yǎng)化”問題，相反，當該水體有所凈化時，“富營養(yǎng)化”很可能會隨之產(chǎn)生。

水體中“葉綠素a”的濃度高低標志著該水體的“富營養(yǎng)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5μg/L，河流為50～60mg/L。

三、“富營養(yǎng)化”的減弱和防治

盡管以上羅列了很多因素影響水體的“富營養(yǎng)化”，但是減弱和防治“富營養(yǎng)化”的切實可行的辦法只能是減少營養(yǎng)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(yǎng)素，其中含氮化合物主要來源于農(nóng)業(yè)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(nóng)田土壤的風化（磷被固定在粘質(zhì)土粒上，不能被作物吸收）這種來源隨季節(jié)變化并與水流形成有關(guān)。夏天，農(nóng)業(yè)帶來的磷量很低，在干旱年幾乎等于零，然而平均起來，農(nóng)業(yè)土壤風化帶來的磷量占磷的農(nóng)業(yè)來源總量的50%，另外，磷的來源還有施用磷肥等；（2）工業(yè)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(yǎng)化”提出的建議是：應(yīng)從控制人為污染源著手，準確調(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依據(jù)。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。防止農(nóng)業(yè)活動（施化肥、噴灑農(nóng)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(yè)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(tǒng)（一般系統(tǒng)中加上曝氣等）將工業(yè)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(yè)污水。在工業(yè)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(chǎn)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(zhì)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(yīng)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。

四、結(jié)語

總之，水體的“富營養(yǎng)化”是隨著工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高速發(fā)展和人們的生活、生產(chǎn)活動而產(chǎn)生的一種新的有機污染現(xiàn)象，有很多有關(guān)的問題正在研究和爭論中，而且有很多新問題等待著我們?nèi)ヌ剿骱头治?。我國各區(qū)域水體的“富營養(yǎng)化”問題除了按國外的先進技術(shù)和手段加以解決外，還應(yīng)根據(jù)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(yǎng)物質(zhì)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(shè)塑料等）對水體的“富營養(yǎng)化”河湖水體進行治理修復(fù)，恢復(fù)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(huán)境，提高人民生活質(zhì)量，為我國的水環(huán)境保護事業(yè)做出貢獻。