試解題目--水體優養化時為何PH會升高？---SPY的不負責任講座～ - iamspy的部落格

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試解題目--水體優養化時為何PH會升高？---SPY的不負責任講座～

2010/08/29 21:03:29瀏覽17880｜回應0｜推薦0

題目：「水體優養化時為何PH會升高？」

這題是朋友準備考試時，從考古題中找出來的問題，
由於工作的關係，加上已經很久沒有實務進入考試準備期，
所以虎爛題我是越來越行，
專業題則是越來越不行了...

至於這題，在精髓上是有一定的專業程度，
因此我就很直接的向具有技師身份的科長請教。

科長簡單寫了以下這個回答給我參考：（上標跟下標的部分...我就沒辦法了...）
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大量藻類白天利用CO2行光合作用，會使〔CO3-2〕及〔OH-〕越積越多，pH值將漸升高，因此造成日夜pH變化幅度大。
藻類大量繁殖會使水體pH上升至10左右。藻類因光合作用需消耗CO2，而促使下列反應發生：
2[HCO3-]→[CO3-2]+H2O+ CO2
[CO3-2]+H2O→[OH-]+ CO2
也因此造成水中〔OH-〕逐漸增加，使pH上升，
另因水中總鹼度不變，僅鹼度之物種由[HCO3-]，轉變成[CO3-2]，再轉變成[OH-]。

而若水中含[Ca+2]，則會產生下列反應：
[Ca+2] + [CO3-2] → CaCO3(S)
此反應發生於pH≧10，故藻類只能使水體pH上升至10左右，即無法再上升。
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我這樣解釋好了，
首先要把這件事拆成幾個部分：

（一）藻類在白天會行光合作用：
當行光合作用時，需要消耗CO2，從下面的反應式A來看，
因為右邊的CO2被消耗掉了，所以會迫使左邊的[HCO3-]增加分解量，使整體反應式趨於平衡。
反應式A： 2[HCO3-]→[CO3-2]+H2O+ CO2

跑出來的[CO3-2]會成為下面反應式B的（原料）。

而在整個環境中，還有反應式B的存在，同樣的道理，當右邊的CO2被消耗掉時，也會使得左邊的[CO3-2]增加分解量，增加右邊[OH-]以及CO2的產生量，來使反應式B達到平衡狀態。
反應式B： [CO3-2]+H2O→[OH-]+ CO2

因此，在整個環境中，就會有越來越多的[OH-]產生，
pH的意義就不用解釋了吧？
[OH-]越來越多的狀況下，pH值當然也就會隨之升高。

（二）藻類在晚上會行呼吸作用：
這裡關係比較小，就不解釋了。

（三）水中的總鹼度不變。
如同前面所講的，
因為水中總鹼度不變，
所以鹼度之物種會由[HCO3-]，轉變成[CO3-2]，再轉變成[OH-]。
總之，就是在這個環境下，會走到變成[OH-]的狀況。

（四）水中pH≧10時，水中會發生『[Ca+2] +[CO3-2] → CaCO3(S)』這個反應，將[CO3-2]消耗掉，致使pH不會再上升。
這個反應式是讓我們知道，當水中pH≧10時，會發生正二價鈣離子去結合負二價碳酸根離子的反應，當[CO3-2]逐漸被消耗掉後，當然前面反應式B的反應就會隨之減緩、停止，
[OH-]也就不會繼續增加，當然pH值也就不會上升了。

好，解釋到這裡，應該可以瞭解藻類生長過於旺盛時，水中pH值變化的原因了。

如果遇到考試時，
建議可以先從優養化這件事講起，
為什麼會有優養化？優養化的原因？
目前台灣哪些地方有優養化的狀況？
優養化可能會造成怎麼樣的影響？
我們應該如何因應優養化？
優養化的環境指標？
紅潮的解釋？
加上這篇文章主要談到優養化造成水中pH值升高的原因，
大概就可以整理成優養化的模組了。

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因為懶得寫比較多的答案...
就簡單提示如下：

A：優養化的原因？
顧名思義，就是水中的養分太多。
（想到有人會寫「優氧化」，就表示他應該還搞不大清楚）
水中的養分那邊來？
植物成長需要養分，不外乎就是氮、磷、鉀...等生長元素。
其中氮可能來自於人類以及動物的糞便---氨氮...等分解產生。
磷，舉例來說，許多人類所使用的清潔劑都含有磷的成分。（所以以前有人在推「無磷洗衣粉」）
然後一些山坡地、或平原農地上的農業行為（澆肥），都會使地表逕流水中含了這些肥料的成分。
在一些家庭的洗滌廢水中，除了前面講到的清潔劑成分外，
如果廢水中還包含了一些菜渣，這些渣渣最後都有可能會腐敗分解產生氮等成分。
至於其他某些工業生產的製程，也有可能會產生這些氨氮等的狀況，因為太複雜，這邊就不詳述了。
（看來，我的簡單好像也沒有很簡單...）

B：哪些地方會產生優養化的狀況？
前面有提到「逕流水」這件事，所以會在哪些地方產生呢？
就是水流會停滯住的地方，例如水庫、湖泊、池塘。
根據台灣各地方的調查結果發現，目前多數的水庫、湖泊都有程度不等的優養化問題。
這些地區大概都有三種狀況，一種是水源中包含了大量生活污水，內容非常的「營養」。
第二種是周邊有許多農業行為，因此流入水體中的水質中可能包含了許多澆灌的肥料。
第三種則為高山或偏遠無常態性入流水源的湖泊，
由於沒有乾淨的水源或雨量持續補注，若是水平面低到出流口的高度後，可能在剩下的水域就會形成「死水」的狀態，進而造成水中污染物的濃度逐漸提高（包含水中動植物死亡後腐化產生的營養元素），最後也會變成「優養化」的狀況。

C：優養化的影響？
水中的養分多不好嗎？
因為這些養分是對水生植物而言。
養分多，所以水生植物會生長的非常旺盛，
長得多，當然死亡的也會多。
若是沒有活水流動更換的機制，
久而久之，水體中將充滿了死亡、枯萎、腐化的植物，
其所釋放出來的有機物，將改變水體水質，間接影響了水體環境中適合的動物族群生存，
當動物族群受到影響也逐漸死亡時，會更加重水質惡化的程度，
如此就形成了一個惡性循環。
除了上面這些逐漸演變的過程外，
當藻類等水生植物大量滋生時，也有可能發生布滿水體表層的狀況，
這種情形下，將有可能阻礙了陽光照射到水體底層。
底層的生態系因為無法取得陽光，植物無法行光合作用，也將逐漸死亡。
植物死亡了，水質惡化之外，仰賴植物生存的小型動物也將死亡，這也會造成水質惡化。
（以上這些過程，我覺得可以用一個循環圖表示。）

D：如何因應優養化？
這項內容，我就真的不想認真寫了。認真寫好累...
不過，寫的時候，請參照前面講的各種造成優養化的原因，一一去做回應處理。
這裡建議可以搭配前面的原因，用一個表格來表示。
一般針對原因去做回應處理時，不外乎就是幾種方式：
1.不讓他發生：以法令禁止行為、商品。以獎勵措施誘導不做。尋求替代方法、物品等。
2.污染物阻絕：以工程或其他行為阻止污染物進入受體。
3.前處理：在污染物質進入主要受體前予以處理至沒有問題。
4.管末處理：在污染已經造成後，針對受到污染的受體進行處理。
5.其他：以本案來講，例如尋求新的水源進入予以替換或活化。再如以底泥清淤或是湖面打撈的方式減少污染產生量。

以上幾點在表格呈現上，都應該再加上優點以及缺點的比較。
以缺點來講：
1.可能誘因不足，管制行為需有稽查管考手段，甚至在立法過程上可能耗時甚久。
2.工程行為有初設以及後續操作維護成本的考量。而且，污染物只是被引開，還是有是否需予以處理的問題。甚至，如果原本為主要的補注水源，若被引開，可能又會有補注量不足的問題。
3.主要就是工程的初設費用，以及後續操作維護的費用。
4.一樣有操作維護費用，而且水體受污染後，可能不易集中予以處理改善。
5.新的水源不易取得，維護需要成本支出，而且污染態勢將由水污染變成廢棄物的污染。
（隨便寫寫，就是一堆東西...）

E：優養化的環境指標？
如卡爾森等指標，請針對其主要內容跟意義加以說明，甚至彼此間做個表格優缺點比較，加上適用範圍等的比較好。

F：紅潮的解釋？
就是紅色的藻類生長過於茂盛，導致水質惡化的狀況，詳細的內容...
自己查吧～
這不是這篇的重點了...

這邊最後要講的是，
遇到一個題目時，基本上就是從問題的原因開始分析，
然後說明可能會造成的影響，然後從原因來開始寫解決的途徑。
然後根據解決的各種途徑，分別分析他們的優缺點以及適用對象。
其他的部分，就是補充說明一些特殊的變化、國內在這個問題上的現況如何？
以及一些對應使用的環境指標等。
當然，在過程中別忘了比較表、流程圖、循環圖...等的應用。

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1.好久沒有寫有關考試的東西，似乎還有點在調整寫法的感覺..
2.這篇寫一寫，好像又變成在講考試的答題技巧，不過，希望有幫助就好。
3.我的化學以及生物真的學得不好，所以如果發現內容有誤，請告訴我，讓我改正。

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