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1、水环境与污染,主要内容,一、水环境二、水污染三、污染源四、污染物,一、水环境 水是地球上分布最广和最重要的物质，是参与生命的形成和地表物质能量转化的重要因素。水也是人类社会赖以生存和发展的自然资源。地球上的水以汽态、液态和固态三种形式存在于空中、地表与地下，成为大气水、海水、陆地水(包括河水、湖水、沼泽水、冰雪水、土壤水、地下水)，以及存在于生物体内的生物水，这些水不停运动和相互联系着构成水圈。,地球上水的总储量约为1.38109km3，其中海洋占97.41，覆盖了地球表面积的71。淡水仅占地球总水量的2.59，而其中又大约有70以上属固态水冰，储存在极地和高山上。只有不到30%的淡水存在于地
2、下、湖泊、土壤、河流、大气等之中(见图)。,环境科学大辞典的解释是：“水环境是地球上分布的各种水体以及与其密切相连的诸环境要素如河床、海岸、植被、土壤等。”它的独特函义是：“水环境是构成环境的基本要素之一，是人类赖以生存和发展的重要场所，也是受人类干扰和破坏最严重的地区。”,水环境可根据其范围的大小分为区域水环境（如流域水环境、城市水环境等）、全球水环境。对某个特定的地区而言，该区域内的各种水体如湖泊、水库、河流和地下水等，应视为该水环境的重要组成部分，因此，水环境又可分为地表水环境和地下水环境。地表水环境包括河流、湖泊、水库、池塘、沼泽等；地下水环境包括泉水、浅层地下水和深层地下水等。,二、
3、水污染当前对水体污染的概念有几种，一种意见是水体受人类活动或自然因素的影响，使水的感官性状、物理化学性能、化学成分、生物组成以及底质情况等方面产生了恶化，称为“水污染”。第二种意见是：排入水体的工业废水、生活污水及农业径流等的污染物质，超过了该水体的自净能力，引起的水质恶化称为“水污染”。第三种意见是：污染物质大量进入水体，使水体原有的用途遭到破坏谓之水污染。,以上几种意见各有长处，但都不够全面或不够确切。从天然水的性质可知，各种水体中的水均为一种成分复杂的溶液，其中含有各类溶解物质，而并非纯的H2O。因此，对水污染的定义，不能仅从其含有什么物质及其含量来界定。其次，我们研究水污染的目的是为了
4、保护水源，以便更好地利用水资源，因此，水污染定义又必须与水的使用价值联系起来。,由于排入水体中的污染物种类繁杂，所以它们对水体的污染作用也是千差万别的。因此，在水体污染研究和水污染防治上，都需对水体污染进行分类，以便确定各种污染类型的特点与危害。,（一）感官性状污染1色泽变化 天然水是无色透明的。水体受污染后可使水色发生变化，从而影响感官。如印染废水污染往往使水色变红，炼油废水污染可使水色黑褐等等。水色变化，不仅影响感官，破坏风景，有时还很难处理。,2浊度变化水体中含有泥沙、有机质、微生物以及无机物质的悬浮物和胶体物，产生混浊现象，以致降低水的透明度，而影响感官甚至影响水生生物的生活。,3泡状
5、物许多污染物排入水中会产生泡沫，如洗涤剂等。漂浮于水面的泡沫，不仅影响观感，还可在其孔隙中栖存细菌，并造成生活用水污染。,4臭味水体发生臭味是一种常见的污染现象。水体恶臭多属有机质在嫌气状态腐败发臭，属综合性恶臭，有明显的阴沟臭。恶臭的危害是使人憋气、恶心、水产品无法食用、水体失去旅游功能等。,（二）有机污染主要指由城市污水、食品工业和造纸工业等排放含有大量有机物的废水所造成的污染。这些污染物在水中进行生物氧化分解过程中，需消耗大量溶解氧，一旦水体中氧气供应不足，则使氧化作用停止，并引起有机物的厌氧发酵，分解出CH4、H2S、NH3等气体，散发出恶臭，污染环境，毒害水生生物。,（三）无机污染酸
6、、碱和无机盐类对水体的污染，首先是使水的pH值发生变化，破坏其自然缓冲作用，抑制微生物生长，阻碍水体自净作用。同时，还会增大水中无机盐类和水的硬度，给工业和生活用水带来不利影响。酸碱污染来源工业生产。碱性废水主要来自造纸、制革、炼油、化纤、制碱和金属加工等工业；酸性废水来自硫酸和硝酸制造及矿山排水。酸雨是水体酸化的重要原因。,（四）有毒物质污染各类有毒物质，如酚类、氰化物、Hg、Cd、As、有机农药等，进入水体后，在高浓度时，会杀死水中生物；在低浓度时，可在生物体内富集，并通过食物链逐级浓缩，最后影响到人体。水中有机毒物，主要有酚类、多氯联苯（PCB）和农药等有机物。,水中酚主要来自焦化厂、煤
7、气厂和某些化工厂。多氯联苯（PCB）是一种全球性污染物，广泛用作防燃添加剂、介电液体和液压流体等。PCB为难降解污染物，可以在水体中长期保留，故又称持久性污染物。重金属可通过食物链逐级富集起来。重金属进入人体后往往蓄积在某些器官中，造成慢性累积中毒。水中的重金属主要来自金属矿开采、冶金、电镀等工业排放的废水和废渣。非金属无机毒物，主要有氰化物、氟化物等。水体中氰化物来自电镀、矿石浮选、化工、炼焦及高炉煤气等工业排放的生产废水。,各类有毒物质、如酚类、氰化物、Hg、As、有机农药等进入水体后，在高浓度时会杀死水中生物；在低浓度时，可在生物体内富集，并通过食物链逐级浓缩，最后影响到人体。（五）富营
8、养化污染含植物营养物质的废水进入水体后，会造成水体富营养化，使藻类大量繁殖，并大量消耗水中的溶解氧，从而导致鱼类等窒息和死亡。其次，水中大量的NO3-、NO2-若经食物链进入人体，将危害人体健康，或有致癌作用。,（六）油污染沿海及河口石油的开发、油轮运输、炼油工业废水的排放等，会使水体受到油污染。油的污染不仅不利于水的利用，而且当油在水面形成油膜后，影响氧气进入水体，对生物造成危害。此外，油污染还破坏海滩休养地、风景区的景观与鸟类的生存。（七）热污染热电厂等的冷却水是热污染的主要来源。这种废水直接排入天然水体，可引起水温升高，造成水中溶解氧减少，还会使水中某些毒物的毒性升高。水温升高对鱼类的影
9、响最大，可引起鱼类的种群改变与死亡。,（八）病原微生物污染生活污水、医院污水以及屠宰肉类加工等污水，含有各类病毒、细菌、寄生虫等病原微生物，流入水体会传播各种疾病。,三、污染源水体污染源是指造成水体污染的污染物的发生源。通常是指向水体排入污染物或对水体产生有害影响的场所、设备和装置。按污染物的来源可分为天然污染源和人为污染源两大类。,水体人为污染源是指由人类活动形成的污染源，是环境保护研究和水污染防治的主要对象。人为污染源体系很复杂，按人类活动方式可分为工业、农业、交通、生活等污染源；按排放污染物种类不同，可分为有机、无机、热放射性、重金属、病源体等污染源，以及同时排放多种污染物的混合污染源；
10、按排放污染物空间分布方式，可以分为点源和非点源。,水体天然污染源是指自然界自行向水体排放有害物质或造成有害影响的场所。诸如岩石和矿物的风化和水解、火山喷发、水流冲蚀地表、大气降尘的降水淋洗、生物(主要是绿色植物)在地球化学循环中释放物质都属于天然污染物的来源。例如，在含有萤石、氟磷灰石等矿区，可能引起地下水或地表水中氟含量增高，造成水体的氟污染。长期饮用此种水可能出现氟中毒。,这样，水体污染可以定义为：“污染物进入河流、海洋、湖泊或地下水等水体后，使水体的水质和水体沉积物的物理、化学性质或生物群落组成发生变化，从而降低了水体的使用价值和使用功能的现象。”这样就同我们的用水要求联系起来了，也使我
11、们保护水体有一定的目的，即不使其失去使用价值。,水污染点源是指以点状形式排放而使水体造成污染的发生源。一般工业污染源和生活污染源产生的工业废水和城市生活污水，经城市污水处理厂或经管渠输送到水体排放口，作为重要污染点源向水体排放。这种点源含污染物多，成分复杂，其变化规律依据工业废水和生活污水的排放规律，即有季节性和随机性。,水污染非点源，在我国多称为水污染面源，是以面积形式分布和排放污染物而造成水体污染的发生源。坡面径流带来的污染物和农田灌溉水是水体污染的重要来源。目前造成湖泊等水体的富营养化，主要是由面源带来的大量氮、磷等所造成。,（一）生活污染源是指由人类消费活动产生的污水，城市和人口密集的
12、居住区是主要的生活污染源。人们生活中产生的污水，包括由厨房、浴室、厕所等场所排出的污水和污物。生活污水中的污染物，按其形态可分为：不溶物质，这部分约占污染物总量的40%，它们或沉积到水底，或悬浮在水中。胶态物质，约占污染物总量的10%。,溶解质，约占污染物总量的50%。这些物质多为无毒的含无机盐类氯化物、硫酸盐、磷酸和钠、钾、钙、镁等重碳酸盐。有机物质有纤维素、淀粉、糖类、脂肪、蛋白质和尿素等。此外，还含有各种微量金属（如Zn、Cu、Cr、Mn、Ni、Pb等）和各种洗涤剂、多种微生物。一般家庭生活污水相当浑浊，其中有机物约占60%，pH值多大于7，BOD5为100-700mg/L。,（二）工业
13、污染源工业污水是目前造成水体污染的主要来源和环境保护的主要防治对象。在工业生产过程中排出的废水、污水、废液等统称工业废水。废水主要指工业用冷却水；污水是指与产品直接接触、受污染较严重的排水；废液是指在生产工艺中流出的废液。工业废水由于受产品、原料、药剂、工艺流程、设备构造、操作条件等多种因素的综合影响，所含的污染物质成分极为复杂，而且，在不同时间里水质也会有很大差异。,工业污染源如按工业的行业来分，则有冶金工业废水、电镀废水、造纸废水、无机化工废水、有机合成化工废水、炼焦煤气废水、金属酸洗废水、石油炼制废水、石油化工废水、化学肥料废水、制药废水、炸药废水、纺织印染废水、染料废水、制革废水、农药
14、废水、制糖废水、食品加工废水、电站废水等。各类废水都有其独特的特点。,（三）农业污染源是指由于农业生产而产生的水污染源，如降水所形成的径流和渗流把土壤中的氮、磷和农药带入水体；由牧场、养殖场、农副产品加工厂的有机废物排入水体，它们都可使水体水质恶化，造成河流、水库、湖泊等水体污染甚至富营养化。农业污染源的特点是：面广、分散、难于治理。,四、污染物造成水体的水质、底质、生物质等的质量恶化或形成水体污染的各种物质或能量均可能成为水体污染物。从环境保护角度出发，可以认为任何物质若以不恰当的数量、浓度、速率、排放方式排入水体，均可造成水体污染，因而就可能成为水体污染物。所以水体污染物包括的范围非常广泛
15、。另一方面，在自然物质和人工合成物质中，都有一些对人体或生物体有毒、有害的物质，如Hg、Cr、As、Cd和酚、氰化物等，均为已确认的水体污染物。,从环境保护的角度，根据污染物的物理、化学、生物学性质及其污染特性，可将水体污染物分为以下几种类型。（一）无机无毒物质无机无毒物质主要指排入水体中的酸、碱及一般的无机盐类。酸主要来源于矿山排水及许多工业废水，如化肥、农药、粘胶纤维、酸法造纸等工业的废水。碱性废水主要来自碱法造纸、化学纤维制造、制碱、制革等工业的废水。,酸性废水和碱性废水可相互中和产生各种盐类；酸性、碱性废水亦可与地表物质相互作用，也生成无机盐类。所以，酸性或碱性污水造成的水体污染必然伴
16、随着无机盐的污染。酸性和碱性废水的污染，破坏了水体的自然缓冲作用，抑制着细菌及微生物的生长，妨碍着水体自净，腐蚀着管道、水工建筑物和船舶。同时，还因其改变了水体的pH值，增加了水中的一般无机盐类和水的硬度等。,（二）无机有毒物质 这类物质具有强烈的生物毒性，它们排入天然水体，常会影响水中生物，并可通过食物链危害人体健康。这类污染物都具有明显的累积性，可使污染影响持久和扩大。最典型的无机有毒物质是重金属，但也包括As、Se等非金属元素，它们都有程度不同的毒性。,密度在5g/cm3以上的金属统称为重金属，从环境污染方面所说的重金属，主要是指汞、镉、铅、铬以及类金属砷等生物毒性显著的重金属，也指具有
17、一定毒性的一般重金属如锌、铜、钴、镍、锡等。目前最引起人们注意的是汞、镉、铬等。重金属随废水排出时，即使浓度很小，也可能造成危害。由重金属造成的环境污染称为重金属污染。重金属污染的特点表现在以下几方面：（1）水体中的某些重金属可在微生物作用下转化为毒性更强的金属化合物，如汞的甲基化作用就是其中典型例子；,（2）生物从环境中摄取重金属可以经过食物链的生物放大作用，在较高级生物体内成千万倍地富集起来，然后通过食物进入人体，在人体的某些器官中积蓄起来造成慢性中毒，危害人体健康；（3）在天然水体中只要有微量重金属即可产生毒性效应，一般重金属产生毒性的范围大约在110mg/L之间，毒性较强的金属如汞、镉
18、等，产生毒性的质量浓度范围在0.0l0.001mg/L之间。重金属的污染有时会造成很大的危害。例如，日本发生的水俣病（汞污染）和骨痛病（镉污染）等公害病，都是由重金属污染引起的。,1汞 Hg（）汞的毒性很强，而有机汞化合物的毒性又超过无机汞。无机汞化合物如HgCl2、HgO等不易溶解，因而不易进入生物组织；有机汞化合物如烷基汞（CH3Hg一、C2H5Hg一）、苯基汞（C6H5Hg一）等，有很强的脂溶性，易进入生物组织，并有很高的蓄积作用。,无机汞在水体中易沉积于底层沉积物中，在微生物作用下可转化为有机汞而进入生物体内，再通过食物链作用逐渐浓集，最后影响到人体。汞在无脊椎动物体中的富集可达10万
19、倍，日本的水俣病就是人长期吃富集甲基汞的鱼而造成的。,2、镉Cd（）镉的化合物毒性很大，蓄积性也很强，动物吸收的镉很少能排出体外。受镉污染的河水用作灌溉农田，可引起土壤镉污染，进而污染农作物，最后影响到人体。日本的痛痛病就是吃了被含镉污水生产的稻米所致。镉进入人体后，主要贮存在肝、肾组织中不易排出。镉的慢性毒性主要使肾脏吸收能力不全，降低机体免疫能力及导致骨质疏松、软化，如骨痛病所出现的骨萎缩、变形、骨折等。,3、铬Cr（）无机化合物有二价、三价、六价三种，六价铬化合物毒性最大。六价铬具强氧化性，对皮肤、粘膜有强烈腐蚀性。在慢性影响上，六价铬有致畸、致突变与致癌等作用。,4、砷（As）砷是传统
20、的剧毒物，As2O3即砒霜，对人体有很大毒性。长期饮用含砷的水会慢性中毒，主要表现是神经衰弱、腹痛、呕吐、肝痛、肝大等消化系统障碍。并常伴有皮肤癌、肝癌、肾癌、肺癌等发病率增高现象。,5、氰化物无机氰化物主要来源于游离的氢氰酸（HCN），CN-在酸性溶液中就可生成HCN而挥发出来。各种氰化物分离出CN-及HCN的难易程度不同，因而毒性也不相同。氰的毒性主要表现在破坏血液，影响运送氧和氢的机能而致死亡。,（三）有机无毒物有机无毒物主要指耗氧有机物。天然水中的有机物一般是水中生物生命活动产物。人类排放的生活污水和大部分工业废水中都含有大量有机物质，其中主要是耗氧有机物如碳水化合物、蛋白质、脂肪等。
21、,这些物质的共同特点是，没有毒性，进入水体后，在微生物的作用下，最终分解为简单的无机物质，并在生物氧化分解过程中消耗水中的溶解氧。因此，这些物质过多地进入水体，会造成水体中溶解氧严重不足甚至耗尽，从而恶化水质，并对水中生物的生存产生影响和危害。,耗氧有机物种类繁多，组成复杂，因而难以分别对其进行定量、定性分析。因此，一般不对它们进行单项定量测定，而是利用其共性，如它们比较易于氧化，故可用某种指标间接地反映其总量或分类含量。,氧化方式有化学氧化、生物氧化和燃烧氧化等，都是以有机物在氧化过程中所消耗的氧或氧化剂的数量来代表有机物的数量。在实际工作中，常用下列指标来表示水中有机物的含量，即化学需氧量
22、（COD）、生物化学需氧量（即生化需氧量BOD）、总有机碳量（TOC）、总需氧量（TOD）等。,1、化学需氧量（COD）指用化学氧化剂氧化水中有机污染物时所需的氧量，以每升水消耗氧的毫克数表示（mg/L）。COD值越高，表示水中有机污染物污染越重。目前常用的氧化剂主要是高锰酸钾和重铬酸钾。高锰酸钾法（简记CODMn），适用于测定一般地表水，如海水。重铬酸钾法（简记CODCr）对有机物反应较完全，适用于分析污染较严重的水样。目前，国际标准化组织（ISO）规定，化学需氧量指CODCr，而CODMn为高锰酸盐指数。,2、生化需氧量（BOD）在人工控制的条件下、使水样中的有机物在微生物作用下进行生物氧
23、化，在一定时间内所消耗的溶解氧的数量，可以间接地反映出有机物的含量，这种水质指标称为生物化学需氧量。以每升水消耗氧的毫克数表示（mg/L）。生化需氧量越高，表示水中耗氧有机污染越重。,由于微生物分解有机物是一个缓慢的过程，通常微生物将耗氧有机物全部分解需20天以上，并与环境温度有关。生化需氧量的测定常采用经验方法，目前国内外普遍采用在20条件下培养5天的生物化学过程需要氧的量为指标，记为BOD5。生物氧化不如化学氧化进行得彻底，而五日生物化学氧化又只是一部分生化需氧量，它大约只占最终生化需氧量的65%80%。所以BOD5比COD值要低得多，只能相对反映可氧化有机物的含量。,3、总有机碳量（TO
24、C）这是近年来发展起来的一种快速测定方法，它包含了水体中所有有机物的含碳量。测定方法是在特殊的燃烧器中，以铂为催化剂，在900温度下，使水样气化燃烧，燃后测定气体中CO2含量，从而确定水样中的碳元素总量。在此总量中减去无机碳元素含量，即可得总有机碳量。是评价水体需氧有机物的一个综合指标。TOC虽可以总有机碳元素量来反映有机物总量，但因排除了其他元素，仍不能直接反映有机物的真正浓度。,3、总需氧量（TOD）水中有机物中除含有机碳外，尚含有H、N、S等元素。当有机物全部被氧化时，C被氧化为CO2，而H、N、S则被氧化为H2O、NO和SO2等。此时氧化所需的氧量称为总需氧量。在水质状况基本相同的情况
25、下，BOD5和TOC或TOD之间存在一定的相关关系。特别是TOC和TOD与BOD之间，通过实验建立相关，则可快速测定出TOC，从而推算出其他有机物污染指标。,（四）有机有毒物质有机有毒污染物质的种类很多，且这类物质的污染影响、作用也不同。现仅举几种略作介绍：1、酚类化合物酚是芳香族碳氧化合物，苯酚是其中最简单的一种。酚类化合物是有机合成的重要原料之一，具有广泛的用途。酚作为种原生质毒物，可使蛋白质凝固，主要作用于神经系统。水体受酚污染后，会严重影响各种水生生物的生长和繁殖，使水产品产量和质量降低。,2、有机农药包括杀虫剂、杀菌剂和除草剂等。从化学结构上，有机农药可分为有机氯、有机磷和有机汞三大
26、类。有机氯农药的特点是水溶性低而脂溶性高，易在动物体内累积，对动物和人体造成危害。3、聚氯联苯（PCB）PCB是一种化学性能极为稳定的化合物。它进入人体主要蓄积在脂肪组织及各种脏器内。日本的米糠油事件，就是人食用被PCB污染了的米糠油而导致中毒的。,4、多环芳烃类多环芳烃是指多环结构的碳氢化合物，其种类很多，如苯并芘、二苯并芘、苯并蒽、二苯并蒽等。其中以苯并（）芘（简记BP）最受关注，3，4-苯并（）芘已被证实是强致癌物质之一。在地表水中，已知的多环芳烃类有20多种，其中有七八种具有致癌作用，如苯并蒽、苯并芘等。,（五）放射性物质天然的放射性同位素238铀、226镏、232钍等一般放射性都很微弱，对生物没有什么危害。人工的放射性污染主要来源于铀矿开采和精炼、原子能工业、放射性同位素的使用等。放射性污染物，如238铀、226镏、90锶、137铯、60钴等，通过水体可影响生物，灌溉农作物亦可受到污染，最后可由食物链进入人体。放射性污染物放出的、等射线可损害人体组织，并可蓄积在人体内造成长期危害，促成贫血、白血球增生、恶性肿瘤等各种放射性病症。,（六）生物污染物质主要来自生活污水、医院污水和屠宰肉类加工、制革等工业废水。主要通过动物和人排泄的粪便中含有的细菌、病毒及寄生虫类等污染水体，引起各种疾病传播。,
