黄冈市遗爱湖水体营养化状况及其防治措施

郑宝清

摘要黄冈市遗爱湖是黄州城区的城中湖,承担着黄州市民的饮用水供给、农田灌溉、景观娱乐、水产养殖等多方面的用途。近年来由于大量的工业污染和生活污染物直接排入湖中,导致水体富营养化严重。针对遗爱湖富营养化状况,提出防治措施。

关键词遗爱湖;水体富营养化;防治措施

中图分类号X524文献标识码A文章编号 1007-5739(2009)08-0237-02

水资源是人类和一切生物赖以生存的基本自然资源,在生命存在、繁衍和进化中起着极其重要的作用。自然界总水量中95%以上是海水,淡水资源不到2.7%,并且大部分以两极冰山及地下水的形式存在。淡水的基本来源是在阳光辐射下,海洋和陆地上的水分蒸发,凝结之后再以雨雪的形式降回地面,终以江河湖泊和地下水的形式存在。因而,可供人类生产和生活直接利用的地面和地下水资源极为有限,仅占自然界总水量的1%左右。

湖泊是陆地上水交换速度缓慢的水体,一旦污染,污染物可能长期滞留湖中,难以清除。由于人类的生产和生活活动,自然界受到日趋严重的污染,其中工业污染和生活污染是造成自然水体污染的主要来源。目前我国湖泊的主要污染问题是工业污染和大量生活废水造成的水体富营养化现象(见图1),它改变了湖泊原有的水生生态环境,对水质和水产资源造成了严重的破坏。

1遗爱湖的营养状况

1.1水体富营养化

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。自20世纪90年代以来,由于城市面积和居民生活范围的扩大,工业废水和生活污水大量向湖中排放,湖水水体污染日益严重,淤泥厚积,部分严重的地方恶臭可闻。1999年黄冈市环保局提供的资料表明,每天有533m3的污水未经任何处理就排入遗爱湖,使水质不断恶化。1995~1996年监测显示该水体有机物污染超过《地面水环境质量标准》Ⅲ类水标准。当时统计的数据有33.33hm2左右的水面已严重污染,其余受到轻度污染。沿湖大小企业1 398家,该湖每年除承接大量工业废水外,还接纳黄州城区23万人生活污水的直接排入,造成湖水严重富营养化。2006年5月间,因附近工厂的大量污水流入遗爱湖,导致大量鱼类死亡。由于水质的富营养化,在曹家畈排污口附近的湖面,生长着近2hm2茂密的水藻;距此不足100m的1口水塘,已经完全沼泽化。

1.2水体富营养化的机理

导致水体富营养化的物质,往往是这些水系统中含量有限的营养物质。例如,在正常的淡水系统中磷含量通常是有限的,增加磷酸盐会导致植物的过度生长;在海水系统中磷是不缺的,而氮含量却是有限的,因而含氮污染物加入就会消除这一限制因素,从而出现植物的过度生长。生活污水和化肥、食品等工业的废水以及农田排水都含有大量的氮、磷及其他无机盐类。天然水体接纳这些废水后,水中营养物质增多,促使自养型生物旺盛生长,特别是蓝藻和红藻的个体数量迅速增加,而其他藻类的种类则逐渐减少。水体中的藻类本来以硅藻和绿藻为主,蓝藻的大量出现是富营养化的征兆,随着富营养化的发展,最后变为以蓝藻为主。藻类繁殖迅速,生长周期短。藻类及其他浮游生物死亡后被需氧微生物分解,不断消耗水中的溶解氧;或被厌氧微生物分解,不断产生硫化氢等气体,从2个方面使水质恶化,造成鱼类和其他水生生物大量死亡。藻类及其他浮游生物残体在腐烂过程中,又把大量的氮、磷等营养物质释放入水中,供新一代藻类等生物利用。因此,富营养化的水体,即使切断外界营养物质的来源,水体也很难自净和恢复到正常状态。

1.3水体富营养化的来源

水体中过量的氮、磷等营养物质主要来自未加处理或处理不完全的工业废水和生活污水、有机垃圾和家畜家禽粪便以及农施化肥,其中最大的来源是农施化肥。农田径流挟带的大量氨态氮和硝态氮进入水体后,改变了其中原有的氮平衡,促进某些适应新条件的藻类种属迅速增殖,覆盖了大面积水面。美国的有关研究部门发现,含有尿素、氨氮为主要氮形态的生活污水和人畜粪便,排入水体后会使正常的氮循环变成“短路循环”,即尿素和氨氮大量排入,破坏了正常的氮、磷比例,并且导致在这一水域生存的浮游植物群落完全改变,原来正常的浮游植物群落由硅藻、鞭毛虫和腰鞭虫组成,而这些种群几乎完全被蓝藻、红藻和小的鞭毛虫类(Nannochloris属、Stichococcus属)所取代。水体中的过量磷主要来源于肥料、农业废弃物和城市污水。

1.4水体富营养化的危害

水体富营养化会影响水体的水质,造成水的透明度降低,使得阳光难以穿透水层,从而影响水中植物的光合作用,可能造成溶解氧的过饱和状态。溶解氧的过饱和以及水中溶解氧减少,都对水生动物有害,造成鱼类大量死亡。同时,因为水体富营养化,水体表面生长着以蓝藻、绿藻为优势种的大量水藻,形成一层“绿色浮渣”,致使底层堆积的有机物质在厌氧条件分解产生的有害气体和一些浮游生物产生的生物毒素也会伤害鱼类。因富营养化水中含有硝酸盐和亚硝酸盐,人畜长期饮用这些物质含量超过一定标准的水,也会中毒致病。

2遗爱湖水体富营养化的防治措施

水体富营养化的防治是水污染处理中最为复杂和困难的。这是因为:一是污染源的复杂性,导致水质富营养化的氮、磷营养物质,既有天然源,又有人为源;既有外源性,又有内源性,二是营养物质去除的难度高。至今还没有任何单一的生物学、化学和物理措施能够彻底去除废水的氮、磷营养物质。通常的二级生化处理方法只能去除30%~50%的氮、磷。对水体富营养化的防治措施主要有以下几个方面。

2.1控制外源性营养物质输入

绝大多数水体富营养化主要是外界输入的营养物质在水体中富集造成的。如果减少或者截断外部输入的营养物质,就使水体失去了营养物质富集的可能性。为此,首先应该着重减少或者截断外部营养物质的输入,控制外源性营养物质。应从控制人为污染源着手,准确调查排入水体营养物质的主要排放源,监测排入水体的废水和污水中的氮、磷浓度,计算出年排放的氮、磷总量,为实施控制外源性营养物质的措施提供可靠的科学依据。

2.2减少内源性营养物质负荷

输入到湖泊等水体的营养物质在时空分布上非常复杂。氮、磷元素在水体中可能被水生生物吸收利用,或者以溶解性盐类形式溶于水中,或者经过复杂的物理化学反应和生物作用而沉降,并在底泥中不断积累,或者从底泥中释放进入水中。减少内源性营养物负荷,有效地控制湖泊内部磷富集,应视不同情况,采用不同方法。主要方法有:一是工程性措施。包括挖掘底泥沉积物、进行水体深层曝气、注水冲稀以及在底泥表面敷设塑料等。挖掘底泥,可减少乃至消除潜在性内部污染源;深层曝气,可定期或不定期采取人为湖底深层曝气而补充氧,使水与底泥界面之间不出现厌氧层,经常保持有氧状态,有利于抑制底泥磷释放。此外,在有条件的地方,用含磷和氮浓度低的水注入湖泊,可起到稀释营养物质浓度的作用。二是化学方法。这是一类包括凝聚沉降和用化学药剂杀藻的方法,例如有许多种阳离子可以使磷有效地从水溶液中沉淀出来,其中最有价值的是价格比较便宜的铁、铝和钙,它们都能与磷酸盐生成不溶性沉淀物而沉降下来。例如美国华盛顿州西部的长湖是一个富营养水体,1980年10月用向湖中投加铝盐的办法来沉淀湖中的磷酸盐。在投加铝盐后的第4年夏天,湖水中的磷浓度则由原来的65μg/L降到30μg/L,湖泊水质有较明显的改善。在化学法中,还有一种方法是用杀藻剂杀死藻类。这种方法适合于水华盈湖的水体。杀藻剂将藻杀死后,水藻腐烂分解仍旧会释放出磷,因此,应该将被杀死的藻类及时捞出,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。三是生物性措施。利用水生生物吸收利用氮、磷元素进行代谢活动以去除水体中氮、磷营养物质的方法。目前,有些国家开始试验用大型水生植物污水处理系统净化富营养化的水体。大型水生植物包括凤眼莲、芦苇、狭叶香蒲、加拿大海罗地、多穗尾藻、丽藻、破铜钱等,可根据不同的气候条件和污染物的性质进行适宜的选栽。水生植物净化水体的特点是以大型水生植物为主体,植物和根区微生物共生,产生协同效应,净化污水。经过植物直接吸收、微生物转化、物理吸附和沉降作用除去氮、磷和悬浮颗粒,同时对重金属分子也有降解效果。水生植物一般生长快,收割后经处理可作为燃料、饲料,或经发酵产生沼气。这是目前国内外治理湖泊水体富营养化的重要措施。近年来,有些国家采用生物控制的措施控制水体富营养化,也收到了比较明显的效果。例如德国近年来采用了生物控制,成功地改善了1个人工湖泊(平均水深7m)的水质。其办法是在湖中每年投放食肉类鱼种如狗鱼、鲈鱼去吞食浮游动物的小鱼,几年之后这种小鱼显著减少,而浮游动物(如水蚤类)增加,从而使作为其食料的浮游植物量减少,整个水体的透明度随之提高,细菌减少,氧气平衡的水深分布状况改善。但也发现,浮游植物种群有所改变,蓝绿藻生长量比例增高,因为它们不能被浮游动物捕食,为此可以放鲢鱼来控制这种藻类的生长。

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