第三節(jié) 水體污染

一、天然水的污染及主要污染物

1.水體污染

水污染主要是由于人類排放的各種外源性物質(zhì)進(jìn)入水體后，而導(dǎo)致其化學(xué)、物理、生物或者放射性等方面特性的改變，超出了水體本身自凈作用所能承受的范圍，造成水質(zhì)惡化的現(xiàn)象［1，6］。

2.污染源

造成水體污染的因素是多方面的，如向水體排放未經(jīng)妥善處理的城市污水和工業(yè)廢水；施用化肥、農(nóng)藥及城市地面的污染物被水沖刷而進(jìn)入水體；隨大氣擴(kuò)散的有毒物質(zhì)通過重力沉降或降水過程而進(jìn)入水體等。

按照污染源的成因進(jìn)行分類，可以分成自然污染源和人為污染源兩類。自然污染源是因自然因素引起污染的，如某些特殊地質(zhì)條件（特殊礦藏、地?zé)岬龋⒒鹕奖l(fā)等。由于現(xiàn)代人們還無法完全對許多自然現(xiàn)象實(shí)行強(qiáng)有力的控制，因此也難控制自然污染源。人為污染源是指由于人類活動所形成的污染源，包括工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活等所產(chǎn)生的污染源。人為污染源是可以控制的，但是不加控制的人為污染源對水體的污染遠(yuǎn)比自然污染源所引起的水體污染程度嚴(yán)重。人為污染源產(chǎn)生的污染頻率高、污染的數(shù)量大、污染的種類多、污染的危害深，是造成水環(huán)境污染的主要因素。

按污染源的存在形態(tài)進(jìn)行分類，可以分為點(diǎn)源污染和面源污染。點(diǎn)源污染是以點(diǎn)狀形式排放而使水體造成污染，如工業(yè)生產(chǎn)廢水和城市生活污水。它的特點(diǎn)是排污經(jīng)常，污染物量多且成分復(fù)雜，依據(jù)工業(yè)生產(chǎn)廢水和城市生活污水的排放規(guī)律，具有季節(jié)性和隨機(jī)性，它的量可以直接測定或者定量化，其影響可以直接評價(jià)。而面源污染則是以面積形式分布和排放污染物而造成水體污染，如城市地面、農(nóng)田、林田等。面源污染的排放是以擴(kuò)散方式進(jìn)行的，時(shí)斷時(shí)續(xù)，并與氣象因素有聯(lián)系，其排放量不易調(diào)查清楚。

3.天然水體的主要污染物

天然水體中的污染物質(zhì)成分極為復(fù)雜，從化學(xué)角度分為四大類［1，6］。

無機(jī)無毒物：酸、堿、一般無機(jī)鹽、氮、磷等植物營養(yǎng)物質(zhì)。

無機(jī)有毒物：重金屬、砷、氰化物、氟化物等。

有機(jī)無毒物：碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)等。

有機(jī)有毒物：苯酚、多環(huán)芳烴、PCB、有機(jī)氯農(nóng)藥等。

水體中的污染物從環(huán)境科學(xué)角度可以分為耗氧有機(jī)物、重金屬、營養(yǎng)物質(zhì)、有毒有機(jī)污染物、酸堿及一般無機(jī)鹽類、病原微生物、放射性物質(zhì)、熱污染等［1，6］。

（1）耗氧有機(jī)物。

生活污水、牲畜飼料及污水和造紙、制革、奶制品等工業(yè)廢水中含有大量的碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪、木質(zhì)素等有機(jī)物，他們屬于無毒有機(jī)物。但是如果不經(jīng)處理直接排入自然水體中，經(jīng)過微生物的生化作用，最終分解為二氧化碳和水等簡單的無機(jī)物。在有機(jī)物的微生物降解過程中，會消耗水體中大量的溶解氧，水中溶解氧濃度下降。當(dāng)水中的溶解氧被耗盡時(shí)，會導(dǎo)致水體中的魚類及其他需氧生物因缺氧而死亡，同時(shí)在水中厭氧微生物的作用下，會產(chǎn)生有害的物質(zhì)如甲烷、氨和硫化氫等，使水體發(fā)臭變黑。

一般采用下面幾個(gè)參數(shù)來表示有機(jī)物的相對濃度。

生物化學(xué)需氧量（BOD）：指水中有機(jī)物經(jīng)微生物分解所需的氧量，用BOD來表示，其測定結(jié)果用mg/L O2表示。因?yàn)槲⑸锏幕顒优c溫度有關(guān)，一般以20℃作為測定的標(biāo)準(zhǔn)溫度。當(dāng)溫度20℃時(shí)，一般生活污水的有機(jī)物需要20天左右才能基本完成氧化分解過程，但這在實(shí)際工作中是有困難的，通常都以5天作為測定生化需氧量的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，簡稱5日生化需氧量，用BOD5來表示。

化學(xué)需氧量（COD）：指用化學(xué)氧化劑氧化水中的還原性物質(zhì)，消耗的氧化劑的量折換成氧當(dāng)量（mg/L），用COD表示。COD越高，表示污水中還原性有機(jī)物越多。

總需氧量（TOD）：指在高溫下燃燒有機(jī)物所耗去的氧量（mg/L），用TOD表示。一般用儀器測定，可在幾分鐘內(nèi)完成。

總有機(jī)碳（TOC）：用TOC表示。通常是將水樣在高溫下燃燒，使有機(jī)碳氧化成CO2，然后測量所產(chǎn)生的CO2的量，進(jìn)而計(jì)算污水中有機(jī)碳的數(shù)量。一般也用儀器測定，速度很快。

（2）重金屬污染物。

礦石與水體的相互作用以及采礦、冶煉、電鍍等工業(yè)廢水的泄漏會使得水體中有一定量的重金屬物質(zhì)，如汞、鉛、銅、鋅、鎘等。這些重金屬物質(zhì)在水中達(dá)到很低的濃度便會產(chǎn)生危害，這是由于它們在水體中不能被微生物降解，而只能發(fā)生各種形態(tài)相互轉(zhuǎn)化和遷移。重金屬物質(zhì)除被懸浮物帶走外，會由于沉淀作用和吸附作用而富集于水體的底泥中，成為長期的次生污染源；同時(shí)，水中氯離子、硫酸離子、氫氧離子、腐殖質(zhì)等無機(jī)和有機(jī)配位體會與其生成絡(luò)合物或螯合物，導(dǎo)致重金屬有更大的水溶解度而從底泥中重新釋放出來。人類如果長期飲用重金屬污染的水、農(nóng)作物、魚類、貝類，有害重金屬為人體所攝取，積累于體內(nèi)，對身體健康產(chǎn)生不良影響，致病甚至危害生命。例如，金屬汞中毒所引起的水俁病，1956年，日本一家氮肥公司排放的廢水中含有汞，這些廢水排入海灣后經(jīng)過生物的轉(zhuǎn)化，形成甲基汞，經(jīng)過海水、底泥和魚類的富集，又經(jīng)過食物鏈?zhǔn)谷酥卸荆卸竞螽a(chǎn)生發(fā)瘋痙攣癥狀。人長期飲用被鎘污染的河水或者食用含鎘河水澆灌生產(chǎn)的稻谷，就會得“骨痛病”。病人骨骼嚴(yán)重畸形、劇痛，身長縮短，骨脆易折。

（3）植物營養(yǎng)物質(zhì)。

營養(yǎng)性污染物是指水體中含有的可被水體中微型藻類吸收利用并可能造成水體中藻類大量繁殖的植物營養(yǎng)元素，通常是指含有氮元素和磷元素的化合物。

（4）有毒有機(jī)物。

有毒有機(jī)污染物指酚、多環(huán)芳烴和各種人工合成的并具有積累性生物毒性的物質(zhì)，如多氯農(nóng)藥、有機(jī)氯化物等持久性有機(jī)毒物，以及石油類污染物質(zhì)等。

（5）酸堿及一般無機(jī)鹽類。

這類污染物主要是使水體pH值發(fā)生變化，抑制細(xì)菌及微生物的生長，降低水體自凈能力。同時(shí)，增加水中無機(jī)鹽類和水的硬度，給工業(yè)和生活用水帶來不利因素，也會引起土壤鹽漬化。

酸性物質(zhì)主要來自于酸雨和工廠酸洗水、硫酸、粘膠纖維、酸法造紙廠等產(chǎn)生的酸性工業(yè)廢水。堿性物質(zhì)主要來自造紙、化纖、煉油、皮革等工業(yè)廢水。酸堿污染不僅可腐蝕船舶和水上構(gòu)筑物，而且改變水生生物的生活條件，影響水的用途，增加工業(yè)用水處理費(fèi)用等。含鹽的水在公共用水及配水管內(nèi)留下水垢，增加水流的阻力和降低水管的過水能力。硬水將影響紡織工業(yè)的染色、啤酒釀造及食品罐頭產(chǎn)品的質(zhì)量。碳酸鹽硬度容易產(chǎn)生鍋垢，因而降低鍋爐效率。酸性和堿性物質(zhì)會影響水處理過程中絮體的形成，降低水處理效果。長期灌溉pH&gt；9的水，會使蔬菜死亡。可見水體中的酸性、堿性以及鹽類含量過高會給人類的生產(chǎn)和生活帶來危害。但水體中鹽類是人體不可缺少的成分，對于維持細(xì)胞的滲透壓和調(diào)節(jié)人體的活動起到重要意義，同時(shí)，適量的鹽類亦會改善水體的口感。

（6）病原微生物污染物。

病原微生物污染物主要是指病毒、病菌、寄生蟲等，主要來源于制革廠、生物制品廠、洗毛廠、屠宰廠、醫(yī)療單位及城市生活污水等。危害主要表現(xiàn)為傳播疾病：病菌可引起痢疾、傷寒、霍亂等；病毒可引起病毒性肝炎、小兒麻痹等；寄生蟲可引起血吸蟲病、鉤端旋體病等。

（7）放射性污染物。

放射性污染物是指由于人類活動排放的放射性物質(zhì)。隨著核能、核素在諸多領(lǐng)域中的應(yīng)用，放射性廢物的排放量在不斷增加，已對環(huán)境和人類構(gòu)成嚴(yán)重威脅［7，8］。

自然界中本身就存在著微量的放射性物質(zhì)。天然放射性核素分為兩大類：一類由宇宙射線的粒子與大氣中的物質(zhì)相互作用產(chǎn)生，如14C（碳）、3H（氬）等；另一類是地球在形成過程中存在的核素及其衰變產(chǎn)物，如238U（鈾）、40K（鉀）、87Rb（銣）等。天然放射性物質(zhì)在自然界中分布很廣，存在于礦石、土壤、天然水、大氣及動植物所有組織中。目前已經(jīng)確定并已做出鑒定的天然放射性物質(zhì)已超過40 種。一般認(rèn)為，天然放射性本底基本上不會影響人體和動物的健康［7，8］。

人為放射性物質(zhì)主要來源于核試驗(yàn)、核爆炸的沉降物，核工業(yè)放射性核素廢物的排放，醫(yī)療、機(jī)械、科研等單位在應(yīng)用放射性同位素時(shí)排放的含放射性物質(zhì)的粉塵、廢水和廢棄物，以及意外事故造成的環(huán)境污染等。人們對于放射性的危害既熟悉又陌生，它通常是與威力無比的原子彈、氫彈的爆炸聯(lián)系在一起的，隨著全世界和平利用核能呼聲的高漲，核武器的禁止使用，核試驗(yàn)已大大減少，人們似乎已經(jīng)遠(yuǎn)離放射性危害。然而近年來，隨著放射性同位素及射線裝置在工農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、科研等各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，放射線危害的可能性卻在增大［7，8］。

環(huán)境放射性污染物通過牧草、飼草和飲水等途徑進(jìn)入家禽體內(nèi)，并蓄積于組織器官中。放射性物質(zhì)能夠直接或者間接地破壞機(jī)體內(nèi)某些大分子如脫氧核糖核酸、核糖核酸、蛋白質(zhì)分子及一些重要的酶結(jié)構(gòu)。結(jié)果使這些分子的共價(jià)鍵斷裂，也可能將它們打成碎片。放射性物質(zhì)輻射還能夠產(chǎn)生遠(yuǎn)期的危害效應(yīng)，包括輻射致癌、白血病、白內(nèi)障、壽命縮短等方面的損害以及遺傳效應(yīng)等［7，8］。

（8）熱污染。

水體熱污染主要來源于工礦企業(yè)向江河排放的冷卻水，其中以電力工業(yè)為主，其次是冶金、化工、石油、造紙、建材和機(jī)械等工業(yè)。它主要的影響是：使水體中溶解氧減少，提高某些有毒物質(zhì)的毒性，抑制魚類的繁殖，破壞水生生態(tài)環(huán)境進(jìn)而引起水質(zhì)惡化。

二、水體自凈

污染物隨污水排入水體后，經(jīng)過物理、化學(xué)與生物的作用，使污染物的濃度降低，受污染的水體部分地或完全地恢復(fù)到受污染前的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為水體自凈［6］。

1.水體自凈作用

水體自凈過程非常復(fù)雜，按其機(jī)理可分為物理凈化作用、化學(xué)及物理化學(xué)凈化作用和生物凈化作用。水體的自凈過程是三種凈化過程的綜合，其中以生物凈化過程為主。水體的地形和水文條件、水中微生物的種類和數(shù)量、水溫和溶解氧的濃度、污染物的性質(zhì)和濃度都會影響水體自凈過程［6］。

（1）物理凈化作用。

水體中的污染物質(zhì)由于稀釋、擴(kuò)散、揮發(fā)、沉淀等物理作用而使水體污染物質(zhì)濃度降低的過程，其中稀釋作用是一項(xiàng)重要的物理凈化過程。

（2）化學(xué)及物理化學(xué)作用。

水體中污染物通過氧化、還原、吸附、酸堿中和等反應(yīng)而使其濃度降低的過程。

（3）生物凈化作用。

由于水生生物的活動，特別是微生物對有機(jī)物的代謝作用，使得污染物的濃度降低的過程。

影響水體自凈能力的主要因素有污染物的種類和濃度、溶解氧、水溫、流速、流量、水生生物等。當(dāng)排放至水體中的污染物濃度不高時(shí)，水體能夠通過水體自凈功能使水體的水質(zhì)部分或者完全恢復(fù)到到受污染前的狀態(tài)。但是當(dāng)排入水體的污染物的量很大時(shí)，在沒有外界干涉的情況下，有機(jī)物的分解會造成水體嚴(yán)重缺氧，形成厭氧條件，在有機(jī)物的厭氧分解過程中會產(chǎn)生硫化氫等有毒臭氣。水中溶解氧是維持水生生物生存和凈化能力的基本條件，往往也是衡量水體自凈能力的主要指標(biāo)。水溫影響水中飽和溶解氧濃度和污染物的降解速率。水體的流量、流速等水文水力學(xué)條件，直接影響水體的稀釋、擴(kuò)散能力和水體復(fù)氧能力。水體中的生物種類和數(shù)量與水體自凈能力關(guān)系密切，同時(shí)也反映了水體污染自凈的程度和變化趨勢。

2.水環(huán)境容量

水環(huán)境容量指在不影響水的正常用途的情況下，水體所能容納污染物的最大負(fù)荷量，因此又稱為水體負(fù)荷量或納污能力。水環(huán)境容量是制定地方性、專業(yè)性水域排放標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)之一，環(huán)境管理部門還利用它確定在固定水域到底允許排入多少污染物。水環(huán)境容量由兩部分組成，一是稀釋容量也稱差值容量，二是自凈容量也稱同化容量。稀釋容量是由于水的稀釋作用所致，水量起決定作用。自凈容量是水的各種自凈作用綜合的去污容量。對于水環(huán)境容量，水體的運(yùn)動特性和污染物的排放方式起決定作用［9］。