水的污染及防治

①水生生态系统

水生生态系统就是水生生物同它的生存环境的整体，它包含水、溶解物质、悬浮物、底质和水生生物。

水生生态系统有自净作用。所谓自净作用，就是指受污染的水体由于物理、化学、生物等方面的作用，使污染物浓度逐渐降低，经一段时间后恢复到受污染前的状态。例如河水的自净过程大致如下：污水进入河流后，首先是混合、稀释、扩散，能沉淀的固体沉至水底形成污泥，也可能发生化学反应（络合、氧化-还原、生成沉淀等），使水中污染物浓度下降。水的最终净化主要靠微生物的作用。微生物把污染物质作为营养源，通过生化过程，把复杂化合物转变成简单化合物，最终产物是二氧化碳、水等无机物。此外， 各类水生生物摄取较大块的固体食物或其它生物，这在河水自净过程中也起重要作用。藻类和其它绿色植物通过光合作用，吸收二氧化碳，放出氧气， 既补充了水中由于污染物的氧化所消耗的氧，又可除去过多的二氧化碳，也有助于水的净化。

但是，生态系统的自净作用是有一定限度的。当过量的污染物进入天然水中，超过水体的自净作用时，就会改变水和水体底泥的物理、化学性质、或使生物群落组成发生变化，使水质变坏，从而降低了水体的使用价值，这种现象称为水体污染。

②水污染分类及危害

水污染最初主要是自然因素造成的。例如地表水渗漏和地下水流动把地层中某些矿物质溶解，使水中的盐分、微量元素或放射性物质浓度偏高而使水质恶化。人类生产生活活动对水的污染，早期主要是人口稠密的大城市的生活污水造成的。产业革命以后，工业排放的废水和废物成为水体污染物的主要来源。在当前情况下，工业、农业和交通运输业高度发展，人口大量集中在城市，尽管人们采取了一些防治水污染的措施，但全球性的水污染状况还在发展。有些水资源因受到污染而降低或丧失了使用价值，这就使得本来就十分紧张的水资源更加短缺。

水污染有不同的分类方法，既可以根据污染源分类，又可以按照污染物分类，还可以按水体类型分类。

按污染源分类方法有以下几种：

 分天然污染源

从造成水体污染的原因

 人为污染源

 地面水污染源

 

从受污染的水体分地下水污染源





按污染

源划分

海洋污染源

物理性污染源（热、放射性等）



从污染源释放有害物种类分化学性污染源（无机物、有机物）



 生物性污染源（细菌、霉素）



 点污染源（城市污水、工业废水等）

 

从污染源的分布特征分面污染源（农药、肥料、积水和水土流失等）

 扩散污染源（酸雨、放射性沉降物等）

按水体污染物的分类方法也不一致，归纳起来，大致有以下几种：

















 化学性污染物

 

从卫生学角度分物理性污染物









按污染

生物性污染物

无机有毒物质

无机有害物质

从化学角度分

 有机有毒物质

 有机有害物质

  病原体污染

  需氧物质污染

  植物营养物质污染

  石油污染

从环境工程学角度分

 热污染

  放射性污染

  有毒化学物质污染

  盐污染

对于水污染，还可以按水体类型分为河流污染、湖泊（水库）污染、海洋污染、地下水污染等。

这几种分类方法是不同的学科、部门从不同的角度出发，根据本身的需要及使用方便而制定的，相互之间有很大差异，侧重点也不尽相同，而且也有交叉。在这里，我们依据环境工程学的分类方法，对污染物及危害作一简单介绍（见表 20）。

表 20 水污染分类

③水体污染物的迁移和转化

污染物在水体中的迁移转化过程，包括物理、化学、生物化学等方面的综合作用。最先发生的是物理过程，包括混合（稀释和扩散等）、沉淀、再悬浮、传热、挥发等。伴随着上述物理过程的进行，污染物进入水体后会发生各种变化，根据污染物的种类、性质不同会产生不同的污染过程。

各种物质在水中的迁移转化过程如下：

有机物 自然界和各种水体中的有机物，最基本的可以分成碳水化合物、蛋白质和脂肪三大类，其它各种各样的有机物大多可以看作是这三类物质降解的产物。这些有机物在生物降解过程中，首先在细胞体外发生水解，分解为较简单的化合物，然后在细胞内部继续水解和氧化，一部分被合成为细胞材料，供细菌生长和繁殖；另一部分则在分解中释放能量，把最简单的生成物排除。整个过程都属于细菌对有机物的代谢作用，而有机物从中得到降解。降解的过程是多种多样的，降解的速度也有很大差别，这些都与有机物的种类、结构、数量、微生物的活性、水的温度和 pH 值、溶解氧、紫外线的照射等有关。降解的后期产物都是生成各种有机酸。在有氧条件下，可以继续分解，最终产物是二氧化碳、水和硝酸根离子等；在缺氧条件下，则进行反硝化、酸性发酵等过程，其最终产物除二氧化碳、水以外、还有氨、有机酸， 醇等。在适宜的条件下，有机物经过生物降解，逐步达到无机化，消除了污染，这一过程实际上就是水体自净过程。

需氧物质 如果进入水体的有机物数量太多，细菌和微生物大量繁殖、有机物剧烈分解，水中的溶解氧迅速耗尽，水体环境就成为缺氧或无氧状态， 这时有机物的分解就会转化为相应的厌氧分解。水体中的鱼虾、藻类和植物等需氧代谢的生物则无法生存，甚至绝迹。

植物营养物质 水体中植物营养物质的过多积蓄会引起一种特殊的水污染现象——“富营养化”。富营养化的机理是水体中含有的过量氮、磷等植物营养元素，逐渐氧化分解，成为水中微生物和藻类的营养，使得蓝绿藻和红藻等迅速生长。越来越多的藻类繁殖、死亡、腐败，引起水中氧气大量减少，使水质恶化，导致鱼虾等水生生物死亡，这一过程就叫富营养化。这种现象在湖泊出现叫“水华”，在海湾出现叫“赤潮”。据中国环境报报道， 1990 年 10 至 11 月对江苏太湖、安徽巢湖的考察表明，这两个全国著名的大湖已出现十分严重的富营养化现象，必须迅速采取措施，以防进一步恶化。进入水体的有机化合物中的氮，伴随着有机物的降解，变成氨或硝酸根离子， 可以重新被植物作为营养吸收。无机物中的氮，主要是氨氮、亚硝酸根离子、硝酸根离子，可直接被植物吸收。水中溶解的磷很少，磷主要沉积于水体底泥。

重金属 重金属污染物进入水体后，可以发生水解、沉淀、络合等反应， 或氧化-还原反应，参与水中的胶体化学反应，很大一部分进入水体底泥。但是在条件变化时，还可以重新释放出来，因此被重金属污染的水体底泥是危险的二次污染源。重金属污染水体后，经食物链的富集作用，能逐级在较高级的生物体内千百倍地增加含量，最终进入人体。如日本的水俣病是由于含汞废水引起的，痛痛病是由于镉污染引起的。

石油 石油和石油产品在水面形成油膜，它的迁移途径主要有挥发、溶解、氧化和氧化产物的溶解。由于水和石油接触，大量有机物能溶解到水中， 对水生生态有不良影响。在河流和湖泊中，多环芳烃能被吸附在藻类上，随死亡的藻类沉降到水底。

④水污染综合防治

水污染综合防治包括人工处理和自然净化相结合，无害化处理和综合利用相结合，推行工业闭路循环用水和区域循环用水系统等。一般采取以下途径和措施。

第一，减少废水和污染物排放量。当前，我国水资源的利用，一方面很短缺，另一方面浪费又很严重，同工业发达国家相比，我国的单位产品耗水量要高很多，不仅造成水资源浪费，而且使废水排放量大幅度增加，加重了对水环境的污染。因此，必须把减少排水量作为防治水污染的重要措施。最有效的办法是建立工业和区域性的循环用水系统，节约用水，规定用水定额， 减少新鲜水的用量。同时，努力改善工艺和管理制度，发展不用水或少用水的生产工艺，采用无污染或少污染的新工艺，合理安排生产，制定物料定额， 减少污染物排放量。

第二，发展区域性污染防治系统，包括制定区域性水质管理规划，合理利用自然净化能力，实行排放污染物的总量控制。例如，因地制宜，建立城市污水处理系统，在严格控制重金属和难降解有机物的基础上，建立城市污水管网，把含有一般有机物的工业废水和城市生活污水合并集中处理。污水经适当的人工处理后，可用于灌溉农田和重新用于工业，以节约水资源。

第三，调整工业布局，改革产品结构。自然净化能力是一种宝贵而有限的自然资源，合理的工业布局能够充分利用自然净化能力。对于用水量大、污染严重，又无法有效治理的，要采取关、停、并、转的措施。在城镇生活居住区、水源保护区、名胜古迹、风景游览区、疗养区、自然保护区等、不允许建立污染环境的厂矿企业。同时还应注意改善产品结构，放弃有害环境的产品的生产和使用，如 DDT、六六六、多氯联苯等，生产无害或低害的产品。

第四，综合考虑水资源规划、水体用途、经济投资和自然净化能力，运用系统工程的方法，选择恰当的给水和污水处理措施，并采取蓄水、保水、再生、回用等措施，采用效率高、耗能少的新技术。

除此之外，控制水污染还必须有完善的管理措施，包括立法管理、资源管理和规划管理，要设立监督、执法的专门机构，以保证综合防治措施的执行。

⑤污水处理的基本方法和处理程度

各种污水中所含的污染物的种类、性质、数量不同，因此要采取相应的处理方法。污水处理方法基本上可以分为物理法、化学法和生物法三种，由于污水的成分复杂，常常采取多种方法组合的处理系统。污水处理的程度可以分为三级。一级处理用于去除悬浮固体、油以及调节 pH 值、水质不均、水量变化，氧化某些还原性物质、去除部分细小颗粒和胶体物，减少污水的腐化性等；二级处理用于去除胶体性和溶解性有机物；三级处理用于去除磷、氮和二级处理过程中未能去除的有机物。经三级处理的废水一般可以回收再用。表 21 列出了不同类型污染物的主要处理方法。

⑥水质标准

世界各国都十分重视水环境质量标准的制定，普遍认识到它是控制水污染的重要措施之一。但各国对于天然水体应该保持什么样的质量标准，认识并不完全一致，多数认为，应该使受污染

表 21 污水中的污染物和处理方法

的水体恢复到符合当地人们需要的最有利的用途。各国制定的水质量标准中规定的项目内容也不一样。我国在 1979 年颁布的《工业企业设计卫生标准》

关于地面水中有害物质的最高浓度列有 53 个项目。我国还颁布了地面水、海水、饮用水、农田灌溉水和渔业水域的水质标准等。这里只列出地面水（表22）和饮用水的水质标准（表 23）。

⑦水质监测

为了防止水污染，保护水环境，必须加强监测工作。检测的对象是天然水体、工业废水、生活污水和饮用水等，以及水体底泥、水生生物和其他生物体。检测的目的和作用是查清污染物的来源、种类、分布、迁移、转化及消长规律，收集数据、评价水质量，研究水污染与人体健康的关系，提出控制水生生态系统变

表 22 国家地面水环境质量标准（GB3838-83）

注：标准值的单位除注明外，均为mg/L 。

第一级——水质良好，相当于未受人类活动污染影响的河流源头水质，宜做各种用途的良好水源。

第二级——水质较好，大体相当于现行《生活饮用水卫生标准》中水源水质和《渔业水质标准》的水质。

第三级——水质尚可，是依据水质基准资料，为防止地面水污染而规定的最低水质要求。

①参考标准，专对湖泊、水库等封闭性水域的水质要求，以防止水质富营养化。

表 23 生活饮用水水质标准（GB5749—85）

项 目 标 准

* 试行标准。

化和改善水环境的对策等。

水污染常规分析指标有如下几项：

臭 臭味是判断水质优劣的感观指标之一。洁净的水是没有气味的，水

受到污染后会产生各种臭味。臭味的检验是靠人的感觉而定，常用文字描述。水温 温度是水体的重要物理指标之一。水温测定要在现场进行，可用

水银温度计、深水温度计、热敏电阻温度计等。

浑浊度 浑浊是悬浮于水中的胶体颗粒产生的散射现象。水的浑浊程度叫浑浊度。现在通用的计量方法是把 1 升水中含有相当于 1 毫克硅藻土所形

成的浑浊状况作为 1 个浑浊度单位，简称 1 度。浑浊度检定一般采用浊度计法，浊度过低时可以用目视比色法把水样跟标准浑浊度液对比。

pH 值 pH 值是水中氢离子摩尔浓度的负对数。pH 值为 7 时，水为中性； pH 值小于 7 时，水显酸性；pH 值大于 7 时，水显碱性。清洁的天然水的 pH 值为 6.5—8.5。当水的 pH 值超出这一范围时，说明水体受到污染。测定水的 pH 值的常用的和较精确的方法是玻璃电极法，简便易行的方法是比色法。

电导率 水中存在离子，会减小水的电阻，产生导电现象，电导率表示水中电离性物质的总量。电导率的大小与溶于水中的物质浓度、活度和温度有关。电导率用电导仪测定。

溶解性固体 水样经滤除悬浮固体后烘干，所得的固体物质称为溶解性固体。主要包括溶于水的盐类、有机物、液体、能穿过过滤器的胶体和微生物。测定用的仪器有过滤器、蒸发皿、马弗炉、烘箱、干燥器、蒸气浴或水浴、天平等。

悬浮性固体 水样过滤时，凡不能通过过滤器的固体颗粒物称为悬浮性固体。它是测定多泥沙的河水和某些工业废水的重要指标。测定所用仪器与测溶解性固体类似。

总氮 指水中各种状态的有机氮和无机氮的总量，主要反映水体受污染的程度。水样经强酸、强氧化剂分解后进行测定。为了解天然水体的自净过程，也可以分别测定氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的含量。测定氨氮的方法有容量法和比色法。测定硝酸盐氮的方法有二磺酸酚比色法和紫外分光光度法。测定亚硝酸盐氮的方法有α-萘胺比色法、N-1 萘-乙二胺比色法。

总有机碳（TOC） 指溶解于水里的有机物总量，折合成碳计算。水中有机物种类很多，目前还不能够全部分离鉴定。TOC 是快速检定的综合指标， 但不能反映水中有机物的种类和组成，也不能反映总量相同的总有机碳所造成的不同污染后果。TOC 的测定方法是把水样在有催化剂和充分供氧的条件下加热到 950℃，把水中的有机物完全氧化成二氧化碳，测定二氧化碳量并折合成碳。使用的仪器是 TOC 测定仪等。目前，有不少人研究 TOC 和 BOD、COD 之间的相关性，希望用它来取代 BOD 和 COD，以简化加速耗氧有机污染物的测定。

溶解氧（DO） 指的是溶解于水中的氧的量，以每升水中含氧气多少毫克表示。溶解氧是评价水体自净能力的指标。DO 含量较高表示自净能力强， DO 含量低表示水中污染物不易被氧化分解、鱼类等易窒息死亡。DO 同大气压强、氧气的分压和水温有关。在 20℃，1.013×105Pa 时，DO 约为 9 毫克每升。测定 DO 主要用容量法和电极法。

生化需氧量（BOD） 指的是地面水中，微生物分解 1 升水中所含的全部可生物降解的有机物所需要的氧量。BOD 是水体受有机物污染的最主要指标之一。为了使测定的 BOD 数值有可比性，采用在 20℃条件下，培养 5 天后测定溶解氧消耗量作为标准方法，称为五日生化需氧量，记作 BOD5。

化学需氧量（COD）水体中能被氧化的物质在规定条件下进行化学氧化过

程中所消耗氧化剂的量，以每升水样消耗氧的毫克数来表示。COD 主要反映水体受有机物污染的程度。测定方法有重铬酸钾法和高锰酸钾法。

细菌总数 反映水体受到生物性污染的程度。细菌总数增多表明水体污染状况恶化。我国规定在 37℃条件下，把 1 毫升水样用普通营养琼脂培养基培养 24 小时所生长的菌落数作为细菌总数。

大肠菌群 指一群既有需氧的，又有厌氧的，在 37℃、24 小时内能分解乳糖并能产酸、产气的，革兰氏阴性、无芽孢的大肠杆菌。大肠菌群的多少能表示水体受人粪便污染的程度和作为饮用水的安全性。我国规定的检验方法有发酵管法和滤膜法。

除上述常规分析指标外，对于工业废水等还要进行水中金属化合物的测定（如钾、钠、钙、镁、铍、铜、铝、锌、镉、汞、镍、铬等），水中非金属无机化合物的测定（如氰化物、氟化物、氮、磷、硫、砷、硒等）。测定方法除常规的化学分析方法外，还有仪器分析法，例如分光光度法、原子吸收分光光度法、气相色谱法、离子电极法等。

水质监测除包括上面提到的一些项目以外，还应配合进行水的流量、流速、水深、潮汐、风速、风向、日照强度、气温、湿度等水文、气象项目的测定。此外，为了了解污染的长期和综合的效果，还可以利用水污染指示生物对水体污染程度作出综合判断，并利用某些生物的行为变化和生理指标等对水体污染进行定性分析。