2.4 水体的富营养化

水体富营养化是指氮、磷等植物营养物质含量过多所引起的水质污染现象。当过量营养物质进入湖泊、水库、河口、海湾等缓流水体后，水生生物特别是藻类将大量繁殖，使水中溶解氧含量急剧下降，以致影响到鱼类等的生存。在自然条件下，湖泊从贫营养湖→营养湖→沼泽→陆地的演变进程极为缓慢。人类的活动将大量工业废水、生活污水以及农田径流中的植物营养物质排入湖泊等水体后，将大大加速水体的富营养化进程。

2.4.1 富营养化对水体的危害

（1）富营养化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。局部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）富营养化分泌有毒有害物质，如氮、硫化氢，危害生态环境，有的分泌毒素，直接毒死生物；或通过食物链转移，引起人类的中毒。水生生物死亡后的尸体分解时，会产生尸碱、硫化氢，使水体变质，并有腥臭味。

（3）影响供水水质并增加制水成本。过量的藻类会给制水厂在过滤过程中带来障碍，需要改善和增加过滤措施。其次，富营养水体由于缺氧而产生硫化氢、甲烷和氮等有毒有害气体，而且水藻产生的有些有毒的物质，在制水过程中，更增加了水处理的难度，既影响了制水厂的出水率，同时也加大了制水的成本费用。

2.4.2 富营养化污染物的来源

（1）农田化肥

为促进植物生长，提高农产品的产量，人们常施用较多的氮肥和磷肥，而氮肥和磷肥极易在降雨或灌溉时发生流失。氮、磷营养物在排入地表水体，被土壤吸附的过程中，其中一部分溶解于水中，另一部分则继续保持吸附态，在运动中甚至会随土壤颗粒沉积下来，成为湖、河或海底沉积物的一部分。沉淀在底泥中的污染物在流量、水温及微生物结构发生变化的情况下，可以通过再悬浮、溶解的方式返回水中，构成水源的二次污染。据调查，太湖底泥每年释放的总氮和总磷量约占总负荷的25%～35%。

（2）牲畜粪便

圈养家禽、家畜，尤其是猪，会产生大量富含营养物和细菌的排泄物，极易随地表径流、亚表面流流入江河、湖泊而污染水体。此外，在农田中过量施用家畜粪便，也会引起粪便中的营养物随地表径流、亚表面流流失，从而污染水体。草原过度放牧，会产生大量牲畜粪便滞留于草原上，造成营养物过剩，并破坏草原的植被覆盖；当降雨产生地表径流时，植被覆盖的破坏会加剧土壤、粪便的侵蚀，致使更多的营养物流失，加重污染。

（3）污水灌溉

将污水用于灌溉农田，是一种较好的污水农业利用的方式，目的是通过土壤的净化作用和农作物对营养元素的吸收作用来净化污水。但由于一些污水中的营养物含量较高或技术原因，常常造成土壤和地表水的污染。据对37个污水灌区调查发现，有32个灌区水质不符合要求。

（4）城镇地表径流

城镇路面大部分是不透水地面，氮、磷营养物主要随地表径流进入地表水中。城镇中的氮、磷营养物主要来自人类的生活垃圾、生活污水及某些工商业（如屠宰、食品、造纸、停车场等）废水。

（5）矿区地表径流

在磷矿区，由于人类活动破坏了原来的土壤结构和植被面貌，使得土壤表层裸露，在降雨条件下，散落在矿区的矿渣、泥沙、磷酸盐等污染物将随地表径流进入湖泊、水库、江河、海湾，污染水体。

（6）大气沉降

大气沉降不仅是悬浮颗粒物、有害气体的来源之一，也是氮的来源之一。燃料燃烧时，氮元素以氮氧化物的形式进入空气，随雨雪降落在土壤或水体表面，污染地表水源。

（7）水体人工养殖

许多水体既是水源地，又是人工养殖的场所。随着养殖业的发展、人工投放的饵料以及鱼类的排泄物给水体带来了大量的氮、磷。

（8）不合理的围湖造田

由于历史和现实的种种原因，中国大部分的湖泊都被不同程度地填掉一部分，这种工程使得湖的蓄容量减少，改变了水流运动规律，破坏了水生生态系统，导致了水质恶化加剧。

2.4.3 水体富营养化的机理

在地表淡水系统中，磷酸盐通常是植物生长的限制因素，而在海水系统中往往是氨、氮和硝酸盐限制植物的生长以及总的生产量。导致富营养化的物质，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，因此增加磷酸盐会导致植物的过度生长；而在海水系统中磷是不缺的，而氮含量却是有限的，因而含氮污染物的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，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，最后藻类变为以蓝藻为主。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，从以上两个方面使水质恶化，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，供新一代的藻类等生物利用。因此，富营养化了的水体，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。

2.4.4 水体富营养化的防治策略

富营养化的防治是水污染处理中最为复杂和困难的问题。这是因为：①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。这就给控制污染源带来了困难。②营养物质去除的难度高。至今还没有任何单一的生物、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。这里仅简要介绍富营养化水体中除磷和除氮的方法。

（1）控制外源性营养物质的输入

①制定营养物质排放标准和水质标准。制定向水体排放营养物质的标准，是为了达到符合规定的水体营养物质浓度的水质标准。当确定某一水体的主要功能后，可根据水体功能要求再制定相应的水质氮、磷浓度的允许标准。

②实施截污工程或者引排污染源，截断向水体排放营养物质的排放源，是控制某些水体富营养化的关键性措施。

③合理使用土地，最大限度地减少土壤侵蚀、水土流失与肥料流失。

（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是非常复杂的。氮、磷元素在水体中可能被水生生物吸收利用，或者以溶解性盐类的形式溶于水中，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。欲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，采用不同的方法。主要的方法有：

①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。

②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有效地使磷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。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。

③生物性措施

指利用水生生物吸收氮、磷元素进行代谢活动以去除水体中氮、磷营养物质的方法。水生生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。这是目前国内外治理湖泊水体富营养化的重要措施。