生物陶粒濾料廠家詳解水體富營養(yǎng)化成因、防治原理和技術(shù)措施

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　　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)，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)化則可以在短時間內(nèi)出現(xiàn)。水體出現(xiàn)富營養(yǎng)化現(xiàn)象時，浮游藻類大量繁殖，形成水華(淡水水體中藻類大量繁殖的一種自然生態(tài)現(xiàn)象)。

　　因占優(yōu)勢的浮游藻類的顏色不同，水面往往呈現(xiàn)藍色、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。

　　一、機 理

　　在地表淡水系統(tǒng)中，磷酸鹽通常是植物生長的限制因素，而在海水系統(tǒng)中往往是氨氮和硝酸鹽限制植物的生長以及總的生產(chǎn)量。導(dǎo)致富營養(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，因此增加磷酸鹽會導(dǎo)致植物的過度生長，而在海水系統(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，從兩個方面使水質(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，供新的一代藻類等生物利用。因此，富營養(yǎng)化了的水體，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)。

　　二、物質(zhì)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)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。

　　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。在這些水生植物死亡后，細菌將其分解，從而使其所在水體中增加了有機物，導(dǎo)致其進一步耗氧，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，會使該系統(tǒng)迅速惡化，即使停止加入磷酸鹽，問題也不會解決。這是因為多年來在底部沉積了大量的富含磷酸鹽的沉淀物，它由于不溶性的鐵鹽保護層作用通常是不會參與混合的。

　　但是，當(dāng)?shù)讓铀�含氧量低而處于還原狀態(tài)時(通常在夏季分層時出現(xiàn))，保護層消失，從而使磷酸鹽釋入水中所致。

　　三、認定指標(biāo)

　　多數(shù)學(xué)者認為氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)濃度升高，是藻類大量繁殖的原因，其中又以磷為關(guān)鍵因素。影響藻類生長的物理、化學(xué)和生物因素(如陽光、營養(yǎng)鹽類、季節(jié)變化、水溫、pH值，以及生物本身的相互關(guān)系)是極為復(fù)雜的。

　　因此，很難預(yù)測藻類生長的趨勢，也難以定出表示富營養(yǎng)化的指標(biāo)。目前一般采用的指標(biāo)是：水體中氮含量超過0.2-0.3ppm，生化需氧量大于10ppm，磷含量大于0.01-0.02ppm，pH值7-9的淡水中細菌總數(shù)每毫升超過10萬個，表征藻類數(shù)量的葉綠素-a含量大于10μmg/L。

　　四、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。這是因為：

　　①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。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)。

　　通常的二級生化處理方法只能去除30-50%的氮、磷。

　　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，應(yīng)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(xué)依據(jù)。

　　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，采用不同的方法。

　　五、 防治方法

　　國外許多國家已經(jīng)認識到，政府對污水采用三級處理，去除點源污水中的氮和磷，加以回收再利用，是最先進、最經(jīng)濟、最有效的防治水體富營養(yǎng)化的積極措施。

　　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。

　　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。

　　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、破銅錢等許多種類，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，成功地改善了一個人工湖泊(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)增加了，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。

　　六、總 結(jié)

　　對于河湖水體富營養(yǎng)化治理，各個國家和地區(qū)采用不同的物理、化學(xué)、生物方法對其進行預(yù)防、控制和修復(fù)，并且取得了一定的成效。

　　物理處理方法有底泥疏浚、引水沖洗、機械曝氣等，一方面工程量巨大、運行成本高，另一方面對污染嚴重的河湖進行底泥疏浚，易導(dǎo)致底層的沉積物發(fā)生懸浮和擴散，促進了沉積物中的氮、磷營養(yǎng)鹽及其所吸附的金屬離子的釋放，從而使水體環(huán)境面臨受沉積物中釋放的重金屬離子及氮、磷營養(yǎng)鹽二次污染的風(fēng)險。

　　化學(xué)方法有投加混凝劑和除藻劑等，雖然能在短期內(nèi)取得一定效果，但也存在著治理不徹底、成本高的問題，特別是會產(chǎn)生二次污染，引發(fā)新的生態(tài)問題。

　　現(xiàn)流行的生物和生態(tài)修復(fù)，通過微生物降解和水生植物的吸收、轉(zhuǎn)移或生態(tài)浮床、濾床的過濾、吸附等措施來消減水體中的氨氮。此類方法雖避免了二次污染問題，但受自然環(huán)境影響大，要求條件苛刻，同時相對于其它處理技術(shù)而言，更有周期長、見效慢的缺點。

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