水体“富营养化”的成因、危害及防治措施

唐黎标

所谓“富营养化”是指在人类活动的影响下，水中营养盐类和有机物不断增多，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大量繁殖，积累大量的有机体，最终导致水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡、生态平衡遭到破坏的现象。

一、“富营养化”的产生及危害

一谈到水体的富营养化，使人们常常想到总氮、总磷超标。总氮、总磷等营养盐的超标是发生水体“富营养化”的必要条件。水体“富营养化”所必备的条件基本上是一样的，最主要的影响因素可以归纳为以下几个方面：（1）总氮总磷等营养盐相对比较充足；（2）铁、硅等含量比较适度；（3）适宜的温度，光照条件和溶解氧含量；（4）水流缓慢，水体更新周期长。只有在上述四方面条件都比较适宜的情况下，才会出现某种优势藻类“疯狂增长”现象，发生水体“富营养化”。

城市生活污水，食品加工、造纸、纺织、化肥、化工等工业废水以及大量使用化肥、农药的农田排水，它们含有大量的有机物，这些废水排入水体后，有些被藻类直接利用，有些经过分解代谢后被利用，这样有机废水的大量排放，为藻类的生长提供了充足的营养，使藻类大量繁殖，这也促成了水体“富营养化”的产生。可见，水体“富营养化”进程的加快与人类的生活和生产活动密切相关，特别是近二十年来，工农业生产的飞跃发展，城市规模的迅速扩大，加速了水体“富营养化”的过程，对环境造成了严重的影响及危害。

水体“富营养化”的危害是多方面的，其主要表现在四个方面：（1）造成水的透明度降低，阳光难以穿透水层，从而影响水中植物的光合作用和氧气的释放，同时浮游生物的大量繁殖，消耗了水中大量的氧，使水中溶解氧严重不足，而水面植物的光合作用，则可能造成局部溶解氧的过饱和。溶解氧过饱和以及水中溶解氧少，都对水生动物（主要是鱼类）有害，造成鱼类大量死亡；（2）水体“富营养化”后底层堆积的有机物质在厌氧条件下，分解产生的有害气体，以及一些浮游生物产生的生物毒素也会伤害水生动物；（3）“富营养化”的水中含有亚硝酸盐和硝酸盐，人畜长期饮用这些物质含量超过一定标准的水，会中毒致癌；（4）水体“富营养化”，常导致水生生态系统紊乱，水生生物种类减少，多样性受到破坏。昆明滇池水质在20世纪50年代处于贫营养状态，到80年代则处于富营养化状态，大型水生植物种数由50年代的44种降至20种，浮游植物属数由87属降至45属，土著鱼种数由15种降至4种；汉江武汉段在1992年发生水华时，藻类种群的多样性指数也呈下降趋势。严重富营养造成多种用水功能的严重损害，甚至完全丧失。汉江下游因出现水华现象而导致湖北汉川自来水厂被迫关闭，武汉宗关自来水厂的净化工序困难，反冲增加，制水成本增加。此外，由于藻类带有明显的鱼腥味，从而影响饮用水质。而藻类产生的毒素则会危害人类和动物的健康。

水体“富营养化”对人体所造成的危害是多方面的。首先是引起像浮游藻类那样的自养生物群落的变化。正常水体中，藻类的种类多但数量不大，主要是硅藻和甲藻，蓝藻占的比例小，而“富营养化”的水体中，藻类的数量可达每毫升数万个，并且蓝藻占绝对优势，当其大量繁殖时，水变成深绿色，水面有很多绿色或红色的漂浮物，有时形成一层薄膜，被人们称为“水华”又叫“湖靛”。“水华”的出现便是水体“富营养化”的一个重要标志。藻类的大量繁殖还会引起水体溶解氧昼夜变动剧烈，特别是夏天，气温、水温高，有机物分解快，经常会出现缺氧情况，使鱼类及其它水生动物窒息而死。夏季的早晨，日出之前（无光合作用），水塘中出现的“鱼浮头”现象，正是水体缺氧所致；“富营养化”的水体，其透明度降低且常含硝酸盐及亚硝酸盐，水体pH值的变化会引起NH4+（NH3）的毒性（形成一种强致癌物——亚硝胺），这种水对人体健康非常有害；另外，“富营养化”的水不能饮用，其中含有大量的Fe3+、Mn2+、NH4+等离子，难以处理，影响水质净化效果。

二、影响水体“富营养化”的因素

影响水体“富营养化”的因素很多。（1）光线和温度：藻类的光合作用需要阳光而且蓝藻的生长需要较高温度，所以“水华”常出现在春末夏初到初秋的季节，即“富营养化”常出现在4-10月；（2）营养盐类的含量：水体营养盐类的含量影响着藻类的生长速度和繁殖数量，从而影响着“富营养化”程度，如硬水很少“富营养化”，因为磷都沉积在池底部；（3）某一水体在某一水域的滞留时间：“富营养化”容易发生在湖泊水体和流速小、流程长的河流中，而且在远离污染源的水域，“富营养化”还受水深、水的透明度的影响；（4）其他如依靠藻类生存的浮游动物的多寡以及可以杀死藻类和浮游动物的有毒物质如（铜盐）等，对“富营养化”可能起促进和抑制作用。但是，严重污染的河流（浊度高，水中有多种毒物存在）通常不存在“富营养化”问题，相反，当该水体有所净化时，“富营养化”很可能会随之产生。

水体中“叶绿素a”的浓度高低标志着该水体的“富营养化”程度的轻重，它是一种存在于藻类中的活泼色素。湖泊和海水中“叶绿素a”的允许浓度为5μg/L，河流为50～60mg/L。

三、“富营养化”的减弱和防治

尽管以上罗列了很多因素影响水体的“富营养化”，但是减弱和防治“富营养化”的切实可行的办法只能是减少营养素（主要是氮和磷），限制藻类的繁殖，而其它因素如光线、温度、水流速度、水深等很难人为控制。

至于减少水体中的营养素，其中含氮化合物主要来源于农业用氮肥，而某些藻类能固定空气中的氮，所以减少和控制含氮化合物也是比较困难的，需要很长时间，所以目前国外（如法国）有成效的是对磷类化合物的控制。

磷的主要来源有：（1）农田土壤的风化（磷被固定在粘质土粒上，不能被作物吸收）这种来源随季节变化并与水流形成有关。夏天，农业带来的磷量很低，在干旱年几乎等于零，然而平均起来，农业土壤风化带来的磷量占磷的农业来源总量的50%，另外，磷的来源还有施用磷肥等；（2）工业和生活污水，其中洗衣粉带来的磷量占生活排污含量的40%，占总磷来源的20%。

目前对控制水体“富营养化”提出的建议是：应从控制人为污染源着手，准确调查清楚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。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。防止农业活动（施化肥、喷洒农药、除草剂）对河流的污染，没有非常有效的办法，然而对于绝大部分（80%～90%）的工业和生活带来的磷污染可以防止，理论上有两种方法：（1）用特殊的污废水处理系统（一般系统中加上曝气等）将工业和生活污水中的磷脱去，脱磷率可达80%～90%；（2）重点控制含磷高的工业污水。在工业排放的污废水中，磷主要来自一些以磷及其化合物为原料的工厂，如生产洗衣剂、磷肥、荧光粉、毒鼠剂等的工厂；还可采用磷的代用品，如找出一些新的物质代替过去在洗衣粉中添加的三聚磷酸盐（起泡剂）。对此，法国、比利时、英国等都正在研究中。对于暂时不能采用代用品的，则应加强改善工艺流程或限制使用量，在排放的废水中则采取磷回收工艺，以降低其含量，这样可大大降低城市污水中磷的含量。

四、结语

总之，水体的“富营养化”是随着工业、农业生产的高速发展和人们的生活、生产活动而产生的一种新的有机污染现象，有很多有关的问题正在研究和争论中，而且有很多新问题等待着我们去探索和分析。我国各区域水体的“富营养化”问题除了按国外的先进技术和手段加以解决外，还应根据我国的国情采用化学方法（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）、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）、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）对水体的“富营养化”河湖水体进行治理修复，恢复水体使用功能，有效缓解我国水资源严重匮乏的问题，改善居民居住环境，提高人民生活质量，为我国的水环境保护事业做出贡献。