水体富营养化成因及控制措施.doc

赣南师范学院2012-2013学年第二学期
《环境生物学》课程论文
行政班级： 生物科学1101 学号：111602008

姓名：符潮

任课教师： 赖闻玲老师 成绩：

论文题目：水体富营养化的成因及控制方法
论文要求：
1． 与环境生物学相关的论文综述，主题自选，题目自拟。
2． 综述内容要体现该领域研究方法的最新进展。
3． 要求论文主题中心明确，文理通顺，层次清晰，语言精练，文笔流畅，图表正确、规范。
4． 论文写作格式符合生物学研究论文基本要求，格式参照《园艺学报》期刊格式要求，参考文献数量10-15篇。
5． 字数要求3000字左右，要求打印稿。
6、提交时间：2013年6月24号
存在以下问题之一者，一律判为不及格：
1．文章的观点有严重错误。
2．离题或大段抄袭别人的文章或弄虚作假。
3．缺乏调查资料，内容空洞，逻辑混乱，表达不清，语句不通，格式不规范。
教师评语：

教师签字：

年 月 日

水体富营养化的成因及控制方法
符潮
（赣南师范学院生命与环境科学学院）
摘要：随着城市化和工农业生产的发展， 大量富含氮、磷等营养物质的城市污水、 工业废水及农业废水流入自然水域， 使水体中营养物质迅速富集， 从而导致了水体的富营养化和赤潮， 这已对生态系统和社会经济的发展构成了制约和影响。景观水体受氮、 磷等营养物质污染后， 当有适当的生物、 水文、 气象等条件时， 藻类也会发生爆发性繁殖， 形成大面积的水华， 溶解氧下降， 水体质量恶化， 严重时产生恶臭， 分泌藻毒素使水生动物致死， 破坏了水体生态平衡， 给环境造成严重的影响。因此研究水体富营养化的成因，寻找解决水土富营养化的方法对保护环境有着重大的意义。
关键字：水体富营养化，水华，赤潮，红潮。
一．水体富营养化(eutrophication)简介：
水体富营养化(eutrophication)是指在人类活动的影响下，生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。在自然条件下，湖泊也会从贫营养状态过渡到富营养状态，不过这种自然过程非常缓慢。而人为排放含营养物质的工业废水和生活污水所引起的水体富营养化则可以在短时间内出现。水体出现富营养化现象时，浮游藻类大量繁殖，形成水华。因占优势的浮游藻类的颜色不同，水面往往呈现蓝色、红色、棕色、乳白色等。这种现象在海洋中则叫做赤潮或红潮。
二．水体富营养化的成因
1.物理因素
1.1温度
有关实验表明微囊藻的最佳生长温度高于其他藻类，但有关微囊藻适宜生长于较高温度的结论更多来源于野外的观测及基于其水华多发生于夏季的事实，室内实验证明，微囊藻的最适宜生长温度为30到35度，最适宜微囊藻的聚集，上浮形成水华。
1.2光照
由于蓝藻细胞体内除了具有叶绿素外，还同时具有藻胆蛋白，这些色素使得蓝藻可以利用其它藻类所不能利用的绿，黄，橙色部分的光（500—600）从而比其它藻类具有更宽的光吸收波段，能更有效地利用水下光的有效光辐射并可以生长在仅有绿光的环境中。此外，长期暴露在强光条件下对许多藻类来说可能是致命的，但微囊藻通过增加细胞内类胡萝卜素的含量而保护细胞免受光的抑制，因此，对强光有较大的忍受性[1“。加之蓝藻仅需较少的能量就能维持其细胞的结构和功能，在较低的光照条件下蓝藻可以比其它藻类具有更高的生长速率。这样，在扰动及其它浮游生物数量较多的条件下，蓝藻就具有更多的竞争优势。
1.3其它物理因素
此外，水文、气候、气象等条件也可以通过影响湖泊水体的分层、混合以及光照[1“、营养盐的可利用性等，从而直接或间接地影响蓝藻种群的细胞密度、种群组成、垂直分布、生命周期等。直接作用是由于风浪和湖流的运动将湖区内的蓝藻吹向湖岸，形成水华；而间接作用，尤其在大型浅水湖泊中，可能更多的是由于风浪的扰动，导致了大量的营养盐从沉积物中释放出来，大大增加了水体中藻类可利用的营养盐含量。

2.化学因素
在水华形成机理研究中，研究最多的可能就是有关营养盐与藻类生长之间的关系。由于蓝藻水华通常出现在富营养化的湖泊中，早期人们通常假设它们的生长可能需要较高的磷、氮浓度支撑。确实，伴随着湖泊的富营养化，尤其是水体中磷浓度的增加，通常会导致水体中浮游植物的种群组成朝着形成水华的蓝藻演替。同时，水体中总氮总磷比(TN：TP)也会显著影响着浮游植物的种群组成，通常当TN：TP<29时，可以形成水华的蓝藻会占优势。然而，最近的研究结果表明：在较高的TN：TP的情况下，水体中也会形成蓝藻的水华，较低的TN：TP并不是蓝藻水华形成的条件，而是蓝藻水华产生的结果。当水体中溶解性磷的浓度>o．01mg／L时，磷浓度的降低不会导致藻类生物量的减少。而在太湖的梅梁湾，水体中平均溶解性磷已经达到o．03～o．07mg／L。因此，在湖泊富营养化过程的早期，磷作为藻类的生长限制性因子，其含量的增加，导致了藻类的大量生长。但是一旦磷进入湖泊的量大大增加，湖泊底泥中也逐步积累了大量的磷元素，在合适的环境动力作用下，有可能再次释放到水体中。在这些湖泊中，磷可能已经不再是藻类生长的限制因子，根据美国生态学家关于“限制因子规律只有在严格的稳定条件下才能应用”的观点，由于湖泊并不是一个封闭的生态系统，因此，也许引起水华暴发的限制性因子已经发生了转换，有可能其他环境因素成为了藻类生长与水华暴发的限制因子，而营养元素的浓度只是人们可以控制的诱导因素之一，这有待人们进一步研究加以认识。事实上，由于蓝藻的生活史、行为特点，使得它们能够更有效地适应特殊的磷环境。例如：微囊藻有较高的磷吸收的最大摄取速率、比其它藻类具有更强的储存磷的能力，它们可以细胞中储存足够的磷(够细胞分裂2～4次)、对磷、氮等营养盐的结合力比其它藻类高等，这些特点使得它们可以更有效地利用磷，尤其在氮、磷限制的条件下，具有比其它藻类更高的竞争力。因此，在许多氮、磷浓度较低的水体中，也时常可以见到蓝藻的水华。对于生长在大型湖泊中的蓝藻而言，由于湖泊内部的营养盐循环、沉积物一水界面的交换、微生物过程等使得它们生长所需的营养盐往往可以得到再生、补充，而不必完全依赖于外界的输入。因此，与生长在小型湖?白中的相比，它们更少受营养盐的限制[。此外，有研究报道，湖泊中风浪的扰动可能比水体中的营养盐的含量本身更能影响铜绿微囊藻。
3．生物因素
相对与物理因素和化学因素，对蓝藻水华形成的生物学因素，尤其是生物种群间相互作用的因素研究较少。已有的研究主要关注的是蓝藻本身的生理生态特征在形成优势种群过程中的作用。例如，为了获取适宜的光辐射，蓝藻常常会以形成表层水华的方式作为其适应环境的生态对策的一部分。许多种类的蓝藻细胞中具有的气囊，使得它们能够悬浮在水中，同时可以通过调节浮力来控制它们在水体中的垂直分布、昼夜迁移及形成水华的能力。这种通过浮力控制一方面使得它们能更好地适应环境的变化，例如：漂浮到表层，增加获得光照的条件、迁移到营养盐较适宜的位置，增加营养盐供给[32 3；另一方面，水华蓝藻，如微囊藻，通过细胞分裂和胶鞘形成，形成了细胞数量很多的群体，不仅增强了下沉和上浮的速度，而且减少了沉积的损失。蓝藻的这种能够进行垂直迁移的特性，使得它们在与其它藻类竞争营养盐，尤其是在竞争光的方面具有明显的优势。近期许多研究还提出了蓝藻成为优势种的其他原因，例如：蓝藻对低温以及低光强和紫外线的适应，与其他藻类相比，可以过量摄取无机碳和营养物质的能力，由于形成群体胶鞘，降低了被浮游动物摄食的可能，分泌它感物质对其他物种的抑制作用以及藻毒素对其他物种生长抑制作用等。

三．水体富营养化处理及防治
原水中的藻类会严重影响常规处理效果!由于藻类形成的浊度其电位较高" 且具有较高的稳定性" 因此混凝剂对含藻悬浮颗粒脱稳效果较差" 形成的絮体强度较弱( 体形较小( 易穿透滤层!藻类和其他微生物灭活后的残骸形成腐殖质产生臭味物质" 或氯与藻类代谢化合产生臭味物质" 这些物质进入管网送至用户"而使自来水中带# 腥味$ " 影响居民身心健康! 常规处理工艺很难去除水中的藻类和臭味! .目前除藻方法有以下几种
1. 化学预氧化法
化学预氧化法是通过氧化剂来氧化破坏水中的藻类和有机物!目前采用的氧化剂主要有臭氧二氧化氯 过氧化氢等
2. 臭氧
传统的预加氯预氧化和消毒" 虽能部分去除藻类"但是预加氯过程中氯与源水中较高浓度的有机物作用会生成对人体有害的卤代有机物" 如三卤甲烷等致癌物质! 近年来" 欧美等一些发达国家采用臭氧预氧化除藻!臭氧是一种很强的氧化剂" 投入水中后" 可氧化难于被生物分解的大分子有机物为易于被生物降解的中小分子有机物还可去除铁( 锰! 藻类被氧化剂氧化后"会释放出有机碳土腥臭代谢物" 这些产物会被臭氧立即氧化掉" 而其他氧化剂对消除这些代谢物的味与臭不起作用" 这是臭氧的优势!臭氧化技术虽然效果好"但设备投资大" 运行操作管理技能要求严" 运行费用较高!
3.二氧化氯
近年来" 应用二氧化氯为饮用水处理的消毒剂和氧化剂已受到国内普遍关注!二氧化氯应用于水处理有如下优点
3.1与有机物反应不会生成三卤甲烷等致癌物质。
3.2氧化铁( 锰能力比氯强。
3.3降低出厂水的嗅阈值。
3.4有较强杀菌能力" 其杀生力优于氯。
3.5不会与氨氮反应生成氯胺!。
目前在美国有四百多家水厂 在欧洲有数千家水厂在应用二氧化氯! 与臭氧相比" 二氧化氯工艺投资少" 产率高! 但二氧化氯工艺也存在以下缺点% 制取二氧化氯不尽如人意" 不论以亚氯酸钠( 氯酸钠为原料的化学法还是以食盐为原料的电解法来制取二氧化氯" 要么原料价格很高" 要么装置复杂!鉴于以上问题" 作者认为目前存在几个问题急需解决% 一是解决亚氯酸钠原料的生产供货途径" 呼吁化工行业组织批量生产" 以降低其价格3 二是面对广大的国内市场"加速研制出高产率的二氧化氯发生器" 提高纯度" 降低成本" 这样可为二氧化氯广泛应用开辟广阔的前途!
4.过氧化氢
过氧化氢预氧化对水中有机污染物和氨氮都具有相当高的去除率!过氧化氢的标准氧化还原电位高于Kmno4,clo2" 能直接氧化水中有机污染物和构成微生物的有机物质" 同时" 其本身只含氢和氧两种元素" 分解后成为水和氧气" 使用中不会引入任何杂质! 在饮用水处理中过氧化氢分解速度较慢" 可保证较长时间的残留消毒作用" 又可作为脱氯剂" 不会产生有机卤代物" 故过氧化氢是较为理想的饮用水预氧化剂和消毒剂!
5. 化学药剂法
在室内条件下我们测试了无机絮凝剂即聚合氯化铝的除藻作用!在 5个1000ml 的烧杯中各装800ml 人工培养的混合藻液并分别加入不同剂量的上述絮凝剂" 先快速260r/min搅拌1min再慢速45r/min搅拌4min然后静置20min" 逐一测定上层清液的藻类细胞密度" 并求出每一烧杯的除藻率!当聚合氯化铝的用量为20mg/l 时" 除藻率可达 70%以上!可见" 絮凝剂不失为一种有效的除藻手段" 但絮凝剂有可能对水体产生二次污染!
6.超声辐射
超 声 辐 射 化 学 反 应 在1927年 由 美 国 学 者Richards和Loomis首次报道80年代以来" 英 法美 德等欧美国家以及亚洲的日本 韩国 印度等纷纷致力于超声空化降解有机物研究!近年来我国的台湾地区和大陆的一些大学也开始了这方面的研究!同济大学研究了超声辐射对三卤甲烷 四卤化碳的降解效果和机理以及超声杀菌效果!目前超声空化降解有机物技术在国内开始受到越来越多的关注和研究!频率在16kHZ以上的超声波辐射会引起许多化学变化" 称为超声空化! 它是液体中的一种复杂的物理化学现象"液体中的微小泡核在超声波作用下被液化" 表现为泡核的震荡生长收缩及崩溃等动力学过程!其降解有机物的机理超声空化在溶液中形成局部高温高压区生成高浓度氧化性物质如OH和H2O2 " 以及形成超临界水!