水华与其治理.doc

. 水华与其治理胡亦晨 上海师范大学 07环境工程 070144168摘要：目前，许多湖泊水体发生了富营养化现象。针对此现象，本文首先简要介绍了水华的形成原因以及危害，然后着重分析了水华的治理方法，提出控制外源性营养物质进入、减少内源性营养负荷等措施。关键词：水华 水体富营养化 治理Water bloom and the treatment of itsYichen HuClass of 2007,Department of Environmental Engineering,Shanghai Normal UniversityAbstract：Now nutrient over-enrichment has taken place in many lakes. To be aimed at the phenomenon， the article introduce the whys and damage of the phenomenon at first.Then the ways to harness of the phenomenon are analyzed. Controling and reducing the nutrition is addressed.Key words：water bioom,eutrophication,treatment从三峡水库环境问题到太湖的蓝藻爆发，水华这个名词已经越来越与我们的息息相关，水华问题也越来越受到重视。对于水华的控制与治理已经刻不容缓。本文就是介绍了水华及其治理。1水华概述1.1何为水华生物学上把大自然水体中由微小浮游生物大量繁殖、高度密集，成团、成块漂浮在水体表面，使水体呈现优势种的蓝绿色或赤红色的自然现象称为水华（water blo）。绝大部分的水华是由藻类引起的，如蓝藻（Cyanophyta）、绿藻（Chloroph）、硅藻（Bacillariophyta）等，也有部分水华是由浮游动物腰鞭毛虫引起的水华现象使水体腥臭难闻，溶解氧减少，大量鱼类死亡，严重时还会影响饮用水水质安全，危害到周围居民的身体健康。水华包括自然水华和人为水华。自然水华是自然因素引起的水华，指自然界的水体中，由于某些天然矿质营养富集，浮游藻类突然异常大量繁殖在水面形成一层薄皮或泡沫的现象。人为水华是人为因素引起的水华，指由于人为的工业企业或人们生活污水排放导致水体富营养化引起浮游藻类大规模增殖的现象。自然水华发生的面积小，频率低；水色的变化虽明显但只局限在局部水面，气味变化较小；对其它物种生存与发展威胁较小或没有威胁，不会造成生态的失衡与景观的破坏，治理起来也比较容易。人为水华发生的面积较大，频率较高；不管是夏秋还是冬春，只要气候条件适宜，四季均可发生，且持续的时间较长；其水色变化极为明显，覆盖整个水面，具强烈的鱼腥臭味；严重威胁邻近其它物种的生存和发展，造成严重的生态失衡和景观破坏，治理起来也比较困难。11.2水华实质水华现象说白了就是水太肥了，也就是水中的营养物质过剩，产生了大量的氮和磷，导致水中的蓝藻、绿藻等爆发性生长。形成水华的条件主要包括：水体富营养化；适宜的光照和水温；水流流速缓慢等。2国际经合组织OECD对湖泊富营养化的定义为：水体中由于营养盐的增加而导致藻类和水生植物生产力的增加、水质下降等一系列的变化，从而使水的用途受到影响的现象。与湖泊富营养化伴随的一个普遍现象就是许多浮游植物，尤其是那些具有浮力或能运动的藻类，通常会过度生长，形成藻类的水华，从而导致水质的下降及一系列严重的水环境问题。水华，通常是指浮游藻类的生物量显著地高于一般水体中的平均值，并在水体表面大量聚集，形成肉眼可见的藻类聚积体；水华又称水花，通常指的是淡水水体。32水体富营养华指标水体发生富营养化时，溶解性营养盐类 主要是(NH3 N，NO3 N，NO2 - N， PO4 - P) 使水中藻类等浮游生物大量生长繁殖，继而引起异养微生物旺盛的代谢活动，耗尽水体溶解氧，使水体变质。水体富营养化实质上是由生态系统受到污染造成的，主要受排放的生活污水和含氮、磷较高的工业废水和农田冲刷水的污染。一般认为，水体形成富营养化的指标是：水体中含氮量大于0. 20. 3mg/L，含磷量大于0. 01mg/L，生化需氧量BOD大于10mg/L。当水体形成富营养化5时，水体中藻类的种类减少，而个别种类则迅速生长，大量繁殖。43引起水华的主要生物浮游植物 即自养的浮游生物：不是一个分类学类群，而是一个生态学类群，它包括所有生活在水中营浮游生活的微小植物，通常就指浮游藻类。浮游藻类在大小和体积上差别显著：大型的种类肉眼可见，如团藻和微囊藻的个体常常大于 1mm；小型的种类大小不到1( m )或比细菌还小。绝大多数的浮游藻类是肉眼看不见的，依据它的个体大小可分为：网采浮游藻类20200( m )、微型浮游藻类 220( m ) 及超微型浮游浮藻类小于2 ( m ) 。浮游藻类是蓝藻门、隐藻门、甲藻门、金藻门、黄藻门、硅藻门、裸藻门和绿藻门的成员。藻类的另外的3个门分别是：轮藻门、褐藻门和红藻门。其中轮藻类是大型沉水藻类，多为淡水产；后两者绝大多数为大型海产种类，海带和紫菜分别是褐藻门和红藻门的典型代表。淡水水华的优势藻种多为蓝藻门、硅藻门、甲藻门和隐藻站的藻类，也包括绿藻门和金藻门等的一些藻类；海水赤潮优势藻多是甲藻门和硅藻门的种类，另外也包括蓝藻门、金藻门和黄藻门的个别种类。5上海市供水调度监测中心做过实验：以藻细胞浓度表征原水中的藻毒素含量 ，考察了上海市黄浦江和长江原水中的藻细胞浓度及其在静止环境下的增殖情况 ，同时研究了水库水暴发水华后的处理对策。研究表明 ，一般情况下上海市区原水中藻细胞浓度为11041107个 /L，未超过 9. 1 106个 /L的藻细胞浓度限值；在静止环境下 ，原水中的藻细胞会迅速增殖 ，当其停留时间过长时有藻细胞浓度超限及微囊藻毒素超标的危险。64水华的影响因素4.1湍流混合及垂直对流对水华的影响湍流混合及垂直对流对于上层水体的初级生产力水平有重要影响 ，它们会将生物源输送到真光层以下 ，减少净生物量 ，但也会补充上层海水的营养盐。由于热通量的变化 ，温带海域存在着温跃层的生消现象 ，研究者通过观测发现在温带海洋内浮游植物初级生产力的大小与温度的垂直层化稳定度直接相关 ，Holliday等 指出再层化过程的变化、浅混合层的发展及春季水华发生的时间、强度3者有密切的关系。在秋、冬2季 ，海表面大气冷却和强风频繁间断地出现导致了混合层深度远深于真光层深度。在自身下沉速度和湍流混合的作用下 ，这些浮游植物无法在光合作用较佳的真光层内聚集 ，其中相当大的部分沉降至缺少光的混合层底部并在那里停留到春季。在春季 ，海表面的加热使混合层深度变浅 ，在多数情况下混合层深度接近或浅于真光层。混合层变浅导致了浮游植物细胞在真光层内堆积 ，在较佳光合作用条件下浮游植物生物量将出现迅速增长的趋势 。74.2 浮游动物的摄食对水华的作用浮游植物的现存量水平通常由2个平衡调节因子 ，即上行控制 （bot-tomup） 和下行控制 （top-down） 。前者指的是营养盐供给等限制因素 ，后者指的是浮游动物对浮游植物的摄食调节。温带的植食性浮游动物对浮游植物摄食是最重要的调节因素。由于水温的提高会显著提高浮游动物的摄食水平 ，同时也增加了浮游植物的生长速率 ，因此它们之间会产生 1 种新的格局。4.3光合作用有效光强和营养盐对水华的影响根据其他学者的研究结果 ，春季水华过程中营养盐 包括铁 的限制作用较小；大型浮游植物光合作用的最优光强对水华发生的时间有重要影响。通过分析北海的生物和温度时间序列数据得 ，水华的发生是由光系统控制 ，但较弱的湍流水平是陆架海浮游植物春季水华的先决条件 ，其过程主要依赖于短期层化后湍流对浮游植物的卷夹作用。4.4多种因素的共同作用浮游植物水华的发生有时是 1 种因素占主导 ，有时是多种因素共同作用的结果。建立了1个物理2生物耦合模式 ，用于研究阿尔明格海 分为4个海域 影响浮游植物生长的物理因素。物理部分主要包括风引起的混合、垂直对流、上升流、在混合层以下的湍扩散等过程。生态部分为以氮为基础的营养盐2浮游植物2浮游动物2碎屑模式。模拟的结果显示水华的原因、最大浮游植物生物量的出现时间以及各海域水华持续的时间都不相同：最长的水华期为90d ，在东格陵兰海流区 ，此海域最先出现层化水体；在阿尔明格海中部海域 ，冬季混合较浅 ，浮游植物水华发生在5月，和海表的热通量由负 海水失热 转正 海水得热有关 ，持续时间最短为70d ，这与光强不足有关；北阿尔明格流海域混合层深度比较深 ，是水华和浮游植物最大生物量出现最晚的海域 ，分别为5月中旬和7月底 ，水华期持续80d；南阿尔明格流海域光强较强 ，水华发生在5月 ，浮游植物峰值出现在 6 月底 ，水华期为80d。混合与层化的过渡及水体中的光强是阿尔明格海生态系统的重要影响因素。85水华的治理方法国内外研究学者通过一系列研究，提出对尚未形成富营养化的湖泊，应以预防为主；对已产生富营养化的湖泊，应采取综合治理措施。概括起来，对水华的治理措施及应用大体包括以下几种：5.1控制外源性营养物质输入控制氮、磷对湖泊的继续输入。可采取实施洗涤剂禁磷；实施截污工程或引排污染源；强化水域的综合整治；根据水环境中氮磷容量，实施总量控制。制定和完善水环境方面的法律法规。政府部门应严格加强管理，对那些效益不好且污染严重的企业坚决予以关闭，对新建项目严格把关。发展生态农业，有效控制农业的污染。在农业区大力推广农业新技术，改进施肥方式，合理种植农作物，推广新型复合肥等措施控制化肥的使用量。95.2减少内源性营养物质负荷工程措施主要通过清淤挖泥、深水曝气、湖内下层水抽取、引水稀释等措施。其中清淤挖泥操作起来成本高、技术难度大；深水曝气主要是使湖底通过曝气来补充氧气，使在水与底泥界面之间经常保持有氧状态，利于底泥磷的释放。引水稀释主要是利用未经污染的水来稀释发生“水华”的湖泊，以此来降低湖中氮、磷等营养盐的浓度，但成本也很高。10物理化学措施这类方法包括用化学药剂杀藻和凝聚沉降等。使用杀藻剂可杀死藻类。藻类被杀死后，死藻应及时捞出，或者再投加适当的化学药品，将藻类腐烂分解释放出的磷酸盐沉降。对那些溶解性营养物质如正磷酸盐等，采用往水体中投加化学物质使其生成沉淀而沉降。脱氮的物理化学方法有氨汽提法、沸石法和折点加氯法等。11生物措施种植沉水植被。沉水植被可以吸收固定水体的氮、磷等营养物质，同时可以澄清水质，并且还能为其它水生生物提供多样化的环境，提高水体中的生物多样性，维持水体的生态平衡。实施生物操控。一是减少水体 N、P富集量，二是增强捕食蓝藻的强度。因此可以向水体中放养食鱼性鱼类，通过摄食降低以浮游动物为食的小型鱼类的生物量，小型鱼类的生物量的降低引起浮游动物生物量的上升，再通过浮游动物的摄食降低水体中浮游藻类、细菌、有机物的量。12生态修复。主要采取人工湿地的方法。在合适的地域上水处理系统可去除营养元素和降解有机物，处理后的水再回用于农业和流入湖泊水体。湿地植物能大量吸收氮、磷等营养盐；土壤可以吸附磷，从而减缓了水体富营养化的进程。13微生物生物技术是清除水华的有效技术措施。从三方面考虑：1 某些细菌对一些赤潮藻细胞抑制生长 ，甚至有裂解藻细胞之功效。我国厦门大学研究人员从海域沉积物中得到一种细菌叫S10菌株 ，在PH79的海域中赤潮藻如塔码亚历山大藻 Alexandrium tamaterse的生长及产毒素能力有效被抑制 ，pH值为 7 时 ，抑制其产毒素的效果更好。俄罗斯列宁格勒大学B. Gromov教授发现了类似蛭弧菌功能的噬藻细菌 ，这为研制菌剂治理水华提供了重要的信息。2 某些真菌对水华中的蓝藻有裂解作用。如一种翅孢壳属的真菌 ，据报道能裂解蓝藻 ，这可能与其产生头孢类菌素有密切关系 ，通过其产生这种抗生素对这类蓝藻起杀灭作用。3 藻病毒有可能成为治理水华的有效方法。14如一种赤潮异弯藻病毒 hetero sigma akashiwo virus，HaV 01株 ，能专一性感染这种赤潮藻 ，有利于清除它 ，其优点还有：除专一性攻击靶目标水华之外 ，其它浮游植物不受影响。这样 ，有可能将其研制成“灭藻藻病毒制剂”，由于该病毒复制速度快 ，研制制剂费用相对较低 ，可满足规模生产。但目前必须关注：1 这种病毒在自然条件下的侵染性、有效性和适应性如何，病毒的寄主藻群之中也存在着敏感群和抗性群 ，后者则成为其专一性灭藻的障碍 ，需要进一步探究。因此 ，用微生物生物技术。2研发包括藻病毒制剂在内的微生物制剂 ，来控制和根治水华的发生是完全有可能的 ，但需要进一步的研究与实践。15总结： 水华是多种原因综合作用的结果，治理上只用一种方法很难奏效。实践中通常是多种方法同时使用，既控制外源性营养物质输入，又减少内源性营养物质负荷。控制水华，应该结合当地的自然条件以及水华的具体状况，利用多种治理手段，制定综合治理方案，分阶段加以实施，逐步恢复发生“水华”的湖泊生态系统的结构和功能，使之趋于完善和稳定，从而解决湖泊富营养化（水华）的根本性问题，以实现可持续发展的目标。 参考文献：1莫婉湫,李策,认识“水华”J.湿地科学与管理,2009,5 (1):62-63 2刘玉,廖宝文,湿地科学与管理M. 北京：科学出版社,2009 3吴国平,浮游藻类与水体富营养化M.重庆：西南大学生命科学学院出版社2006 4况琪军,谭渝军,万登榜等 汉江中下游江段藻类现状调查及“水华”成因分析J. 长江流域资源与环境2000,9(1):63715胡鸿钧,李晓英,魏印心,等.中国淡水藻类M.上海：上海科学技术出版社,1980.6 蒋增辉,陈国光,上海市区原水中藻细胞控制及水华处理对策研究J,中国给水排水,2006,26(23):78-817 Holliday N P,Waniek J J,Davidson R,et al. 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