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第3章 水体污染(1)

水体污染的定义

水体所谓水体系河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、冰川和海洋等"储水体"的总称。在环境科学领域中,水体不仅包括水,而且也包括水中的悬浮物、底泥及水中生物等。从自然地理的角度看,水体是指地表被水覆盖的自然综合体。水体可以按"类型"区分,也可以按"区域"区分。按"类型"区分时,地表储水体可分为海洋水体和陆地水体;陆地水体又可分成地表水体和地下水体。按区域划分的水体,是指某一具体的被水覆盖的地段,如太湖、洞庭湖、鄱阳湖,是三个不同的水体,但按陆地水体类型划分,它们同属于湖泊;又如长江、黄河、珠江,它们同为河流,而按区域划分,则分属于三个流域的三条水系。在环境污染研究中,区分"水"和"水体"的概念十分重要。如重金属污染物易于从水中转移到底泥中,生成沉淀或被吸附和整合。水中重金属的含量一般都不高,仅从水着眼,似乎水未受到污染;但从整个水体来看,则很可能受到较严重的污染。重金属污染由水转向底泥可称为水的自净作用,但从整个水体来看,沉积在底泥中的重金属将成为该水体的一个长期次生污染源,很难治理,它们将逐渐向下游移动,扩大污染面。

水体污染《中华人民共和国水污染防治法》明确说明:"水污染是指水体因某种物质的介入而导致其化学、物理、生物或放射性等方面的特性的改变,从而影响水的有效利用,危害人体健康或破坏生态环境,造成水质恶化的现象"。造成水体污染的因素是多方面的,向水体排放未经过妥善处理的城市污水和工业废水;施用的化肥、农药及城市地面的污染物,被雨水冲刷,随地面径流而进入水体;随大气扩散的有毒物质通过重力沉降或降水过程而进入水体等。其中第一项是水体污染的主要因素。由此可知,水体污染就是因种种因素尤其是人为的因素导致水体水质恶化以致不能被利用,必须对其进行治理才能恢复正常的现象。

水体污染指标污水和受纳水体的物理、化学、生物等方面的特征是通过水体污染指标来表示的。水体污染指标又是控制和掌握污水处理设备的处理效果和运行状态的重要依据。水体污染指标的检测方法,国家已有明确的规定,检测时应按国家规定的方法或公认的通用方法进行。由于水体污染指标数目繁多,在水体污染控制工程的应用中,应根据具体情况选定。常用的水体污染指标包括:生化需氧量(BOD)、化学需氧量(COD)、总需氧量(TOD)、总有机碳(TOC)、悬浮物、有毒物质、pH值以及大肠杆菌群数等。

生化需氧量(BOD)生化需氧量(BOD)表示在有氧条件下,好氧微生物氧化分解单位体积水中有机物所消耗的游离氧的数量,常用单位为mg/L,这是一种间接表示水被有机污染物污染程度的指标。在20℃和在BOD的测定条件(氧充足、不搅动)下,以五日作为测定BOD的标准时间,称之为五日生化需氧量,以BOD5表示。

化学需氧量(COD)用强氧化剂——重铬酸钾,在酸性条件下能够将有机物氧化为H2O和CO2,此时所测出的耗氧量称为化学需氧量。COD能够比较精确地表示有机物含量,而且测定需时较短,不受水质限制。因此,多作为工业废水的污染指标。用另一种氧化剂——高锰酸钾,也能够将有机物加以氧化,测出的耗氧量较COD低,称为耗氧量,以OC表示。

总需氧量(TOD)有机物主要是由碳(C)、氢(H)、氮(N)、硫(S)等元素所组成,当有机物完全被氧化时,C、H、N、S分别被氧化为CO2、H2O、NO和SO2,此时的需氧量称为总需氧量(TOD)。

总有机碳(TOC)总有机碳(TOC)表示的是污水中有机污染物的总含碳量,其测定结果以C含量表示,单位为mg/L。

悬浮物悬浮物是通过过滤法测定的,过滤后滤膜上或滤纸上截留下来的物质即为悬浮固体,它包括部分的胶体物质,单位为mg/L。

有毒物质有毒物质是指其达到一定浓度后,对人体健康、水生生物的生长造成危害的物质。有毒物质种类繁多,要检测哪些项目,应视具体情况而定。其中,非重金属的氰化物和砷化物及重金属中的汞、镉、铬、铅等,是国际上公认的六大毒物(砷有时与重金属放在一起进行研究)。

值pH值是反映水的酸碱性强弱的重要指标。

大肠杆菌群数大肠杆菌群数是指单位体积水中所含的大肠菌群的数目,单位为个/L,它是常用的细菌学指标。

水体污染的机理

水体污染的机理,分别有物理、化学、生物化学作用等因素,但在某种条件下以某种因素为主。水体污染的物理作用是指污染物进入水体后不改变水的化学性质,也不参与生物作用过程,仅是可改变水的色度、浊度、温度等物理性状及空间位置等,其表现为色度加深,浊度加大,温度上升,悬浮物向底泥中沉降积累,漂浮物及底质被水流冲刷的移动等现象。水体污染的化学作用是指由于化学和物理化学作用,污染物进入水体后发生了化学性质或形态、价态的变化。如酸碱中和、氧化还原、分解和化合等。水体污染的生物、生化作用是指食物链中的物质传递作用,普遍存在于有水生生物存在的近地面水体之中。有的可将有害物质转化为无害物质,甚至是营养物质;有的也可能将一种有害物质转化为另一种有害物质;有的又将水中微量污染物浓缩富集千百万倍以上,且达到使人体或生物致害的程度。

水体污染源

水体污染物致使水体污染的途径有:①大量废水及一部分废渣、垃圾直接排入水中;②废渣、垃圾堆积地面,经降雨淋洗,滤入水中;③通过尘埃沉降和气—水界面物质交换,从大气进入水中。第一、二种途径是污染物进入水体的主要途径,但第三种途径也不能忽视,如酸沉降、污染物铅等,它们从大气进入水中的数量也不可低估。向水体排放或释放污染物的来源或场所叫水体污染源。水体污染源可以分为自然污染源和人为污染源两大类。人为污染源主要是工业、农业和人们生活污水。

工业废水是水体最主要的污染源。它量大、面广、含污染物多,成分复杂,有些成分在水中不易净化,处理也比较困难。工业废水具有下列特性:①悬浮物质含量高,最高可达每升几万毫克;②需氧量高,有机物一般难以降解,对微生物起毒害作用;③pH值变化幅度大,通常pH=2~13;④温度较高,排入水体可引起热污染;⑤易燃,常含有低燃点的挥发性液体,如汽油、苯、甲醇、酒精等;⑥含多种有害成分,如硫化物、氰化物、汞、镉、铬、砷等。

农业污水主要来源于农田灌溉水和生活污水。由于施用化肥和农药,灌溉后排出的水或雨后径流中含有农药和化肥的水污染都相当严重。在污水灌溉区,河流、水库和地下水库均会引起污染。农业污水面广、分散,难于收集,难于治理。它的特性是:①有机质、植物营养素及病原微生物含量高;②含有较高浓度的化肥和农药。

生活污水是人们日常生活中产生的各种污染物质的混合液,其中包括厨房、厕所、洗涤排出的污水。其特性是:①氮、磷、硫含量高;②含有多种微生物,一般每毫升生活污水中含有几百万个细菌,并含有多种病原体;③含有大量合成洗涤剂,不易被生物降解。洗涤剂中含有大量的磷,能引起水体富营养化。

水体的自净作用

自然环境包括水环境对污染物质都具有一定的承受能力,即所谓环境容量。水体能够在其环境容量的范围以内,经过水体的物理、化学和生物的作用,使排入的污染物质的浓度和毒性随着时间的推移在向下游流动的过程中自然降低,称之为水体的自净作用

。也可以简单地说,水体受到废水污染后,逐渐从不洁变清的过程称为水体的自净。

水体自净的过程很复杂,按其机理可分为以下几类。

①物理过程,其中包括稀释、混合、扩散、挥发、沉淀等过程。水体中的污染物质在这一系列的作用下,其浓度得以降低,稀释和混合作用是水环境中极普遍的现象、又是比较复杂的一项过程,它在水体自净中起着重要的作用。在自净过程中缺少某种物质(如缺氧)或多余某种物质的废水,可以通过水体的稀释作用使之无害化。废水中密度比水大的固体颗粒借助自身重力沉至水体的底部形成污泥层,使水体得以净化。废水里的悬浮物胶体及可溶性污染物则由于混合稀释过程,污染浓度渐渐降低。水体物理自净过程受许多因素的影响,废水排入河流流经的距离,废水污染物的性质和浓度,河流的水文条件,水库、海洋、湖泊的水温、性质、大小等,都是有关因素。废水能否排入自然水体充分利用其物理自净作用,一般要经过测定调查及相应的评价之后才能确定。

②化学及物理化学过程。污染物质通过氧化、还原、吸附、凝聚、中和等反应使其浓度降低。例如,水体的难溶性硫化物在水体中能够氧化为易溶的硫酸盐;可溶性的二氧化铁可以转化为不溶性的三氧化二铁。水体中的酸性物质可以中和废水中的碱性物质,碱性物质也可以中和废水中的酸性物质。铝的氧化物能够吸附有害物质使其变成无害物质。当然相反的情况也是存在的,即水体中的化学反应使某种污染物变成另一种污染物,这种过程也是应该考虑到的。影响化学自净过程的主要因素是,水体和废水的对应数量及化学成分,以及加速或延缓化学反应过程的其他条件,如水温、水体运动情况等。

③生物化学过程。污染物质中的有机物,由于水体中微生物的代谢活动而被分解、氧化并转化为无害、稳定的无机物,从而使其浓度降低。在有溶解氧存在的条件下,通过微生物的作用,能使有机污染物氧化分解为简单的无害化合物,这就是生物自净过程。例如,废水中的有机污染物经水体好氧微生物的作用,变成二氧化碳、水和某些盐类物质,使水体得到净化。生物自净过程要消耗掉一定的溶解氧。水体溶解氧的补充有两个来源,一是大气中的氧靠扩散作用溶入水层,在流动的水中,湍流越大,氧溶解于水中的速度越快,氧的补充越迅速;二是水生植物的光合作用能放出氧气,使水体溶解氧得到补充。如果消耗掉的氧不能得到及时补充,则水中的溶解氧逐渐减少,甚至接近于零。此时,厌氧菌就会大量繁殖,使有机物腐败,水体就要变臭。所以溶解氧的多寡是反映水体生物自净能力的主要指标,也是反映水体污染程度的一个指标。水体的生物自净速度取决于溶解氧的多少、水流速度、水温高低以及水量的补给状况诸因素。像大气对污染物的扩散稀释一样,水体的自净作用

是废水处理的一种方式。合理利用水体自净能力,既能减轻人工处理的负担,又能保证水体不受污染。因此,在废水治理时应充分考虑水体自净的作用。氧化塘的利用就是最好的例子。它是利用天然或人工池塘的自净作用处理废水的一种好方法。废水由池塘一端流入,另一端排出,在池塘里废水中的污染物经过自然沉淀除去悬浮物;经过好氧或厌氧细菌以及藻类等生物氧化作用,将废水中的有机污染物氧化分解,能使废水中的生化需氧量减少60%~80%,除去废水中的固体物质75%~85%和大肠杆菌的95%以上。氧化塘法经济可靠,简单易行效率较高,用于处理造纸厂、纺织厂、食品厂、奶制品厂、屠宰场、皮革厂的废水以及一般生活污水都有良好效果。有的还利用氧化塘养鱼、养鸭、种植水生作物、灌溉农田等,经济效益十分显著。值得注意的是利用氧化塘自净受季节的影响较大,温暖季节效果较好,寒冷季节效果较差。所以,它更适用于日照时间较长、气温比较高的我国南方地区。同时,还应注意经常性的管理,以避免蚊蝇孳生,产生臭气,影响环境卫生。

此外,以河流为例,如从河流中形成自净作用的场所来看,又可以把水体的自净分为以下几类:①河水与大气间的自净作用,主要表现为河水中的CO2、H2S等气体的释放;②河水中的自净作用,主要指污染物质在河水中的稀释、扩散、氧化、还原或由于水中微生物作用而使污染物质发生生物化学分解,以及放射性污染物质的蜕变等;③河水与底质问的自净作用,这种作用表现为河水中悬浮物质的沉淀,污染物质被河底淤泥吸附等;④河流底质中的自净作用,由于底质中微生物的作用使底质中的有机物质发生分解等。

由此看来,水体的自净作用

包含着十分广泛的内容,任何水体的自净作用

又常常是相互交织在一起的,物理过程、化学和物化过程及生物化学三个过程常是同时、同地产生,相互影响,其中常以生物自净过程为主,生物体在水体自净作用中是最活跃、最积极的因素。水体通过净化能够实现:①可使水质复原;②能使复杂的有机物(氨基酸类污染物)变成简单的有机物、无机物、盐类;③高毒转化为低毒或无毒的过程(甲基汞转化为无机汞);④从耗氧到多氧(充氧、藻类放氧);⑤放射性污染自我衰减;⑥从不稳定的污染物转化为稳定的污染物(铵盐变成硝酸盐)。

对人体健康的危害人脉

成人体内含水量约占体重的65%,每人每日生理需水量约为25~30升。人体的一切生理活动,如体温调节、营养输送与代谢,都需要有水来完成。水是一切生物生命活动的物质基础,没有水就没有生命。水体污染对人体健康带来的影响可概括为以下几个方面:水体受化学有毒物质污染后通过饮水或食物链造成急、慢性中毒;水体受某些有致癌作用的化学物质污染,如砷、铬、镍、铍、苯胺、苯并芘等,可在悬浮物、底泥和水生生物体内蓄积,长期饮用这种水或通过食物链可能诱发癌症。

汞污染对人体健康的危害汞在自然或人工条件下均能以单质或汞的化合物两种形态存在,单质汞即元素汞亦称金属汞。汞的化合物又可分为无机汞化合物和有机汞化合物两大类。金属汞中毒常以汞蒸气的形式引起,由于汞蒸气具有高度的扩散性和较大的脂溶性,通过呼吸道进入肺泡,经血液循环运至全身。血液中的金属汞进入脑组织后,被氧化成汞离子,逐渐在脑组织中积累,达到一定的量就会对脑组织造成损害。另外一部分汞离子转移到肾脏。因此,慢性汞中毒临床表现主要是神经系统症状,如头痛、头晕、肢体麻木和疼痛、肌体震颤、运动失调等。

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