水體富營養(yǎng)化成因及控制措施

贛南師范學(xué)院2012-2013學(xué)年第二學(xué)期《環(huán)境生物學(xué)》課程論文行政班級：生物科學(xué)1101行政班級：生物科學(xué)1101學(xué)號：111602008姓名：符潮成績:任課教師：賴聞玲老師水體富營養(yǎng)化的成因及控制方法成績:論文要求：與環(huán)境生物學(xué)相關(guān)的論文綜述，主題自選，題目自擬。綜述內(nèi)容要體現(xiàn)該領(lǐng)域研究方法的最新進(jìn)展。要求論文主題中心明確，文理通順，層次清晰，語言精練，文筆流暢，圖表正確、規(guī)范。論文寫作格式符合生物學(xué)研究論文基本要求，格式參照《園藝學(xué)報》期刊格式要求，參考文獻(xiàn)數(shù)量10-15篇。字?jǐn)?shù)要求3000字左右，要求打印稿。提交時間：2013年6月24號存在以下問題之一者，一律判為不及格：文章的觀點有嚴(yán)重錯誤。離題或大段抄襲別人的文章或弄虛作假。缺乏調(diào)查資料，內(nèi)容空洞，邏輯混亂，表達(dá)不清，語句不通，格式不規(guī)范。教師評語:教師簽字:水體富營養(yǎng)化的成因及控制方法符潮(贛南師范學(xué)院生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院)摘要：隨著城市化和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，大量富含氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的城市污水、工業(yè)廢水及農(nóng)業(yè)廢水流入自然水域，使水體中營養(yǎng)物質(zhì)迅速富集，從而導(dǎo)致了水體的富營養(yǎng)化和赤潮，這巳對生態(tài)系統(tǒng)和社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展構(gòu)成了制約和影響。景觀水體受氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)污染后，當(dāng)有適當(dāng)?shù)纳?、水文、氣象等條件時，藻類也會發(fā)生爆發(fā)性繁殖，形成大面積的水華，溶解氧下降，水體質(zhì)量惡化，嚴(yán)重時產(chǎn)生惡臭，分泌藻毒素使水生動物致死，破壞了水體生態(tài)平衡，給環(huán)境造成嚴(yán)重的影響。因此研究水體富營養(yǎng)化的成因，尋找解決水土富營養(yǎng)化的方法對保護(hù)環(huán)境有著重大的意義。關(guān)鍵字：水體富營養(yǎng)化，水華，赤潮，紅潮。水體富營養(yǎng)化(eutrophication)簡介：水體富營養(yǎng)化(eutrophication)是指在人類活動的影響下，生物所需的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)大量進(jìn)入湖泊、河口、海灣等緩流水體，引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖，水體溶解氧量下降，水質(zhì)惡化，魚類及其他生物大量死亡的現(xiàn)象。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。因占優(yōu)勢的浮游藻類的顏色不同，水面往往呈現(xiàn)藍(lán)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。水體富營養(yǎng)化的成因1.物理因素1.1溫度有關(guān)實驗表明微囊藻的最佳生長溫度高于其他藻類，但有關(guān)微囊藻適宜生長于較高溫度的結(jié)論更多來源于野外的觀測及基于其水華多發(fā)生于夏季的事實，室內(nèi)實驗證明，微囊藻的最適宜生長溫度為30到35度，最適宜微囊藻的聚集，上浮形成水華。1.2光照由于藍(lán)藻細(xì)胞體內(nèi)除了具有葉綠素外，還同時具有藻膽蛋白，這些色素使得藍(lán)藻可以利用其它藻類所不能利用的綠，黃，橙色部分的光(500—600)從而比其它藻類具有更寬的光吸收波段，能更有效地利用水下光的有效光輻射并可以生長在僅有綠光的環(huán)境中。此外，長期暴露在強(qiáng)光條件下對許多藻類來說可能是致命的，但微囊藻通過增加細(xì)胞內(nèi)類胡蘿卜素的含量而保護(hù)細(xì)胞免受光的抑制，因此，對強(qiáng)光有較大的忍受性［1“。加之藍(lán)藻僅需較少的能量就能維持其細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能，在較低的光照條件下藍(lán)藻可以比其它藻類具有更高的生長速率。這樣，在擾動及其它浮游生物數(shù)量較多的條件下，藍(lán)藻就具有更多的競爭優(yōu)勢。1.3其它物理因素此外，水文、氣候、氣象等條件也可以通過影響湖泊水體的分層、混合以及光照［1“、營養(yǎng)鹽的可利用性等，從而直接或間接地影響藍(lán)藻種群的細(xì)胞密度、種群組成、垂直分布、生命周期等。直接作用是由于風(fēng)浪和湖流的運動將湖區(qū)內(nèi)的藍(lán)藻吹向湖岸，形成水華；而間接作用，尤其在大型淺水湖泊中，可能更多的是由于風(fēng)浪的擾動，導(dǎo)致了大量的營養(yǎng)鹽從沉積物中釋放出來，大大增加了水體中藻類可利用的營養(yǎng)鹽含量?；瘜W(xué)因素在水華形成機(jī)理研究中，研究最多的可能就是有關(guān)營養(yǎng)鹽與藻類生長之間的關(guān)系。由于藍(lán)藻水華通常出現(xiàn)在富營養(yǎng)化的湖泊中，早期人們通常假設(shè)它們的生長可能需要較高的磷、氮濃度支撐。確實，伴隨著湖泊的富營養(yǎng)化，尤其是水體中磷濃度的增加，通常會導(dǎo)致水體中浮游植物的種群組成朝著形成水華的藍(lán)藻演替。同時，水體中總氮總磷比（TN：TP）也會顯著影響著浮游植物的種群組成，通常當(dāng)TN：TP<29時，可以形成水華的藍(lán)藻會占優(yōu)勢。然而，最近的研究結(jié)果表明：在較高的TN：TP的情況下，水體中也會形成藍(lán)藻的水華，較低的TN：TP并不是藍(lán)藻水華形成的條件，而是藍(lán)藻水華產(chǎn)生的結(jié)果。當(dāng)水體中溶解性磷的濃度>o.01mg/L時，磷濃度的降低不會導(dǎo)致藻類生物量的減少。而在太湖的梅梁灣，水體中平均溶解性磷已經(jīng)達(dá)到。.03?。.07mg/L。因此，在湖泊富營養(yǎng)化過程的早期，磷作為藻類的生長限制性因子，其含量的增加，導(dǎo)致了藻類的大量生長。但是一旦磷進(jìn)入湖泊的量大大增加，湖泊底泥中也逐步積累了大量的磷元素，在合適的環(huán)境動力作用下，有可能再次釋放到水體中。在這些湖泊中，磷可能已經(jīng)不再是藻類生長的限制因子，根據(jù)美國生態(tài)學(xué)家關(guān)于“限制因子規(guī)律只有在嚴(yán)格的穩(wěn)定條件下才能應(yīng)用”的觀點，由于湖泊并不是一個封閉的生態(tài)系統(tǒng)，因此，也許引起水華暴發(fā)的限制性因子已經(jīng)發(fā)生了轉(zhuǎn)換，有可能其他環(huán)境因素成為了藻類生長與水華暴發(fā)的限制因子，而營養(yǎng)元素的濃度只是人們可以控制的誘導(dǎo)因素之一，這有待人們進(jìn)一步研究加以認(rèn)識。事實上，由于藍(lán)藻的生活史、行為特點，使得它們能夠更有效地適應(yīng)特殊的磷環(huán)境。例如：微囊藻有較高的磷吸收的最大攝取速率、比其它藻類具有更強(qiáng)的儲存磷的能力，它們可以細(xì)胞中儲存足夠的磷（夠細(xì)胞分裂2?4次）、對磷、氮等營養(yǎng)鹽的結(jié)合力比其它藻類高等，這些特點使得它們可以更有效地利用磷，尤其在氮、磷限制的條件下，具有比其它藻類更高的競爭力。因此，在許多氮、磷濃度較低的水體中，也時?？梢砸姷剿{(lán)藻的水華。對于生長在大型湖泊中的藍(lán)藻而言，由于湖泊內(nèi)部的營養(yǎng)鹽循環(huán)、沉積物一水界面的交換、微生物過程等使得它們生長所需的營養(yǎng)鹽往往可以得到再生、補充，而不必完全依賴于外界的輸入。因此，與生長在小型湖?白中的相比，它們更少受營養(yǎng)鹽的限制［。此外，有研究報道，湖泊中風(fēng)浪的擾動可能比水體中的營養(yǎng)鹽的含量本身更能影響銅綠微囊藻。生物因素相對與物理因素和化學(xué)因素，對藍(lán)藻水華形成的生物學(xué)因素，尤其是生物種群間相互作用的因素研究較少。已有的研究主要關(guān)注的是藍(lán)藻本身的生理生態(tài)特征在形成優(yōu)勢種群過程中的作用。例如，為了獲取適宜的光輻射，藍(lán)藻常常會以形成表層水華的方式作為其適應(yīng)環(huán)境的生態(tài)對策的一部分。許多種類的藍(lán)藻細(xì)胞中具有的氣囊，使得它們能夠懸浮在水中，同時可以通過調(diào)節(jié)浮力來控制它們在水體中的垂直分布、晝夜遷移及形成水華的能力。這種通過浮力控制一方面使得它們能更好地適應(yīng)環(huán)境的變化，例如：漂浮到表層，增加獲得光照的條件、遷移到營養(yǎng)鹽較適宜的位置，增加營養(yǎng)鹽供給［323；另一方面，水華藍(lán)藻，如微囊藻，通過細(xì)胞分裂和膠鞘形成，形成了細(xì)胞數(shù)量很多的群體，不僅增強(qiáng)了下沉和上浮的速度，而且減少了沉積的損失。藍(lán)藻的這種能夠進(jìn)行垂直遷移的特性，使得它們在與其它藻類競爭營養(yǎng)鹽，尤其是在競爭光的方面具有明顯的優(yōu)勢。近期許多研究還提出了藍(lán)藻成為優(yōu)勢種的其他原因，例如：藍(lán)藻對低溫以及低光強(qiáng)和紫外線的適應(yīng)，與其他藻類相比，可以過量攝取無機(jī)碳和營養(yǎng)物質(zhì)的能力，由于形成群體膠鞘，降低了被浮游動物攝食的可能，分泌它感物質(zhì)對其他物種的抑制作用以及藻毒素對其他物種生長抑制作用等。水體富營養(yǎng)化處理及防治原水中的藻類會嚴(yán)重影響常規(guī)處理效果!由于藻類形成的濁度其電位較高"且具有較高的穩(wěn)定性”因此混凝劑對含藻懸浮顆粒脫穩(wěn)效果較差”形成的絮體強(qiáng)度較弱（體形較?。ㄒ状┩笧V層!藻類和其他微生物滅活后的殘骸形成腐殖質(zhì)產(chǎn)生臭味物質(zhì)”或氯與藻類代謝化合產(chǎn)生臭味物質(zhì)”這些物質(zhì)進(jìn)入管網(wǎng)送至用戶”而使自來水中帶#腥味$"影響居民身心健康！常規(guī)處理工藝很難去除水中的藻類和臭味！.目前除藻方法有以下幾種1.化學(xué)預(yù)氧化法化學(xué)預(yù)氧化法是通過氧化劑來氧化破壞水中的藻類和有機(jī)物!目前采用的氧化劑主要有臭氧二氧化氯過氧化氫等臭氧傳統(tǒng)的預(yù)加氯預(yù)氧化和消毒”雖能部分去除藻類”但是預(yù)加氯過程中氯與源水中較高濃度的有機(jī)物作用會生成對人體有害的鹵代有機(jī)物”如三鹵甲烷等致癌物質(zhì)！近年來"歐美等一些發(fā)達(dá)國家采用臭氧預(yù)氧化除藻!臭氧是一種很強(qiáng)的氧化劑”投入水中后”可氧化難于被生物分解的大分子有機(jī)物為易于被生物降解的中小分子有機(jī)物還可去除鐵（錳！藻類被氧化劑氧化后”會釋放出有機(jī)碳土腥臭代謝物”這些產(chǎn)物會被臭氧立即氧化掉”而其他氧化劑對消除這些代謝物的味與臭不起作用”這是臭氧的優(yōu)勢!臭氧化技術(shù)雖然效果好"但設(shè)備投資大”運行操作管理技能要求嚴(yán)"運行費用較高！二氧化氯近年來”應(yīng)用二氧化氯為飲用水處理的消毒劑和氧化劑已受到國內(nèi)普遍關(guān)注!二氧化氯應(yīng)用于水處理有如下優(yōu)點3.1與有機(jī)物反應(yīng)不會生成三鹵甲烷等致癌物質(zhì)。3.2氧化鐵（錳能力比氯強(qiáng)。3.3降低出廠水的嗅閾值。3.4有較強(qiáng)殺菌能力”其殺生力優(yōu)于氯。3.5不會與氨氮反應(yīng)生成氯胺!。目前在美國有四百多家水廠在歐洲有數(shù)千家水廠在應(yīng)用二氧化氯！與臭氧相比”二氧化氯工藝投資少”產(chǎn)率高！但二氧化氯工藝也存在以下缺點％制取二氧化氯不盡如人意”不論以亞氯酸鈉（氯酸鈉為原料的化學(xué)法還是以食鹽為原料的電解法來制取二氧化氯'要么原料價格很高”要么裝置復(fù)雜!鑒于以上問題”作者認(rèn)為目前存在幾個問題急需解決％一是解決亞氯酸鈉原料的生產(chǎn)供貨途徑”呼吁化工行業(yè)組織批量生產(chǎn)”以降低其價格3二是面對廣大的國內(nèi)市場”加速研制出高產(chǎn)率的二氧化氯發(fā)生器”提高純度”降低成本”這樣可為二氧化氯廣泛應(yīng)用開辟廣闊的前途！過氧化氫過氧化氫預(yù)氧化對水中有機(jī)污染物和氨氮都具有相當(dāng)高的去除率!過氧化氫的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位高于Kmno4,clo2”能直接氧化水中有機(jī)污染物和構(gòu)成微生物的有機(jī)物質(zhì)”同時”其本身只含氫和氧兩種元素”分解后成為水和氧氣”使用中不會引入任何雜質(zhì)！在飲用水處理中過氧化氫分解速度較慢”可保證較長時間的殘留消毒作用”又可作為脫氯劑”不會產(chǎn)生有機(jī)鹵代物”故過氧化氫是較為理想的飲用水預(yù)氧化劑和消毒劑！化學(xué)藥劑法在室內(nèi)條件下我們測試了無機(jī)絮凝劑即聚合氯化鋁的除藻作用!在5個1000ml的燒杯中各裝800ml人工培養(yǎng)的混合藻液并分別加入不同劑量的上述絮凝劑'先快速260r/min攪拌1min再慢速45r/min攪拌4min然后靜置20min"逐一測定上層清液的藻類細(xì)胞密度”并求出每一燒杯的除藻率!當(dāng)聚合氯化鋁的用量為20mg/l時”除藻率可達(dá)70%以上!可見”絮凝劑不失為一種有效的除藻手段”但絮凝劑有可能對水體產(chǎn)生二次污染！6.超聲輻射超聲輻射化學(xué)反應(yīng)在1927年由美國學(xué)者Richards和Loomis首次報道80年代以來"英法美德等歐美國家以及亞洲的日本韓國印度等紛紛致力于超聲空化降解有機(jī)物研究!近年來我國的臺