环境科学概论3

第三章水体环境人们依靠水而得以生存。随着世界人口的增长，人类对水资源的需求日益增加。虽然水是地球表面最丰富的物质，但由于水的分布不均匀，仍有许多供水不足的问题。在地球上人类从水源所取得的水大多数不止用过一次，每使用一次都会因为受到各种形式的污染而降低水质。有时，这种水质下降只是暂时的，经自然界的净化作用最后得以恢复其原来水质，但也有些污染物不能自然降解，或者水体污染严重，超过了水体自然净化的能力，使水质恶化。Objectives:Afterreadingthischapter,youshouldbeableto:ListthemajorsourcesandeffectsofthewaterpollutionExplainhownutrients(富营养)causewaterpollutionExplaintheproblemofsalinization（盐化）associatedwithlarge-scaleirrigation（灌溉）inarid（贫瘠的）areasUnderstandhowtocontrolthewaterpollution本章主要内容第一节水体概念及水体污染第二节水体污染源与污染物第三节水体的富营养化第四节水环境污染危害及其控制第一节水体概念及水体污染（一）水体的概念水体是地表水圈的重要组成部分，指的是以相对稳定的陆地为边界的天然水域。包括有一定流速的沟渠、江河和相对静止的塘堰、水库、沼泽、湖泊，以及受潮汐影响的三角洲与海洋。另一方面，把水体当作完整的生态系统或完整的综合自然体来看待，其中包括水中的悬浮物质、溶解物质、底泥和水生生物等。水体的概念水体可划分为“类型”的概念和“区域”的概念。按“类型”可划分为：海洋水体：海、洋陆地水体：地表水体——河流、湖泊、沼泽地下水体等。“区域”的概念，是指某一具体的被水覆盖的地段如太湖、洞庭湖、鄱阳湖，按类型划分，它们同属于陆地地表水体中的湖泊，按区域划分，它们是三个区域内的水体。水体的概念在环境污染的研究中，区分“水质”与“水体”的概念十分重要。“水质”主要指水相的性质。“水体”则包含有除水相以外的固相物质如悬浮物质、溶解的盐类、底泥和水生生物，内容广泛了很多。例如：重金属污染物易于从水相转移到固相底泥中，水相重金属含量不高，若论水质似乎未受污染，但从水体看，乃受到重金属的污染。（二）水体的污染研究水体污染主要是研究水污染，同时也研究底质和水生生物体污染。不少研究者认为，污染物进入水体中，其含量超过了水体的自然净化能力，使水质变坏，水的用途受到影响，这种情况就称水体污染。评价某一水质的好坏、判定水中某种污染物的环境标准、制定污水的排放标准等，均要考虑水的用途、水质对人体健康和生物存活的影响，并要因时因地确定适宜的标准。第二节水体污染源与污染物造成水体污染的物质来源大致分为两方面：一是自然污染源；一是人为污染源。自然污染源指自然界本身的地球化学异常所释放的物质给水体造成的污染，如高矿化度地下水对河水的污染，矿床周围的矿化水对河水的污染。这种污染源具有持久性长期作用的特点，一般多发生在有限的区域内。当前造成水体污染危害严重的是由于人类活动产生的污染物给水体造成的污染，即人为污染源。在这里我们着重介绍后一种污染源及其主要污染物。一、水体污染物质的来源人类活动造成水体污染的来源主要有三方面：一是工业废水按成分分为三大类：（1）含无机物的废水，包括冶金、建材、化工无机酸碱生产等的废水；（2）含有机物的废水，包括食品工业、塑料工业、炼油和石油化工以及皮毛工业的废水等；（3）含有大量的有机物，同时又含有大量无机物的废水。二是生活污水三是农业退水工业废水各种工业企业在生产过程中排出的生产废水、生产污水、生产废液等统称为工业废水。它所含的杂质包括生产废料、残渣以及部分原料、产品、半成品、副产品等，成分极其复杂，含量变化也很大，不同生产条件，甚至不同时间的水质也可有很大不同。每种工业废水都是多种杂质和若干项指标的综合体系，构成最复杂的水质系统。农业退水农业用水量比工业用水量大，并且是非重复用水，除了施肥、喷撒农药及光合作用可为植物吸收和吸附外，其余80—90%的灌溉水等通过土壤或排灌渠进入地表水和地下水，故称这排水方式为农业退水。由于农药、化肥等日益扩大使用量，而使用的农药和化肥只有少量附着或施用于作物上，其余绝大部分残留在土壤和飘浮在大气中，通过降雨，经过地表径流的冲刷携带进入地表水和渗入地下水，形成污染，成为典型的面状污染源。是造成天然水体农药污染及水体富营养化作用的来源。同时，随着现代化农业和畜牧业的发展，特别是大型饲养场的增加，各种废弃物的排放，无疑会使接受废水的溪、河水体污染严重。二、水体污染的主要污染物影响水体污染的主要污染物大体可区分为：无机无毒物、无机有毒物、有机无毒物、有机有毒物、放射性物质和生物污染物等。在上述各类污染物中，有一些污染物仅表现为对水体的污染；另一些不仅污染水体，而且污染大气、土壤、生物体和人体。下面分别介绍各污染物的性质。（一）无机无毒物质无机无毒物质主要是指排入水体中的酸、碱及一般无机盐类。水体中的酸主要来源于矿山排水及许多工业废水；碱性废水主要来自碱法造纸、化学纤维制造、制碱、制革等工业废水；酸性废水和碱性废水可以相互中和产生各种盐类，它们与地表物质相互作用，也生成无机盐类。所以酸和碱的污染必然伴随着无机盐的污染。酸、碱废水的污染，破坏了水体的自然缓冲作用，抑制着细菌及微生物的生长，妨碍水体自净，腐蚀管道和船舶；同时酸、碱污染还会改变水体的pH，增加水中的一般无机盐类，增加水的硬度。（二）无机有毒物这类污染物具有强烈的生物毒性，它们排入天然水体或进行农业灌溉，常会影响鱼类、水生生物、农作物生长及生存，并可通过食物链危害人体健康，具有明显地累积性。无机有毒物质可以重金属为代表（原子序数在21以上到83以下范围内的过渡元素）。同时，在这一范围内的元素还包括砷、硒、溴、碘等非金属元素，但它们也有程度不同的毒性。1.汞[Hg（II）]：含汞的工业废水种类甚多，主要有电器、电解、涂料、农药、催化剂、造纸、医药、冶金等工业废水。此外，农业中应用有机汞杀菌剂的用量很大，多年应用也会造成环境污染，由土壤也可转入水体中。无机有毒物（续）2.镉[Cd（II）]：镉的主要来源是锌、铜、铅的矿山和冶炼厂废水，还有电镀、电池、颜料等工业废水。3.铅[Pb（II）]：铅在水体中的主要来源是工业废水，矿山冶炼厂、蓄电池、油漆、颜料等工业废水都可含铅。另外，含铅汽油使用后污染空气也会进入水体。4.铬[Cr（VI）]：铬主要来源于电镀、染色、制革、照相材料、颜料等工业废水5.砷（As）和硒（Se）：砷是传统的剧毒物，俗称砒霜，即三氧化二砷。砷污染主要存在于冶炼、农药、氮肥、制革、染色、涂料等多种工业废水中6.氰化物：水体中的氰化物主要来源于工业企业排放的含氰废水。如电镀废水、焦炉和高炉的煤气洗涤与冷却水、合成氨、有色金属选矿、冶炼、化学纤维制造、制药等各种工业废水中，有时含量尚大。（三）耗氧有机物天然水中的有机物一般是腐殖物质。水生生物的生命活动产物以及生活污水和工业废水的污染物等皆为耗氧有机物。有机物的共同特点是这些物质直接排入水体后，在微生物作用下最终分解为简单的无机物质。进行生物氧化分解需要消耗水中溶解氧，而在缺氧条件下就发生腐败分解、恶化水质、破坏水体，故常称这些有机物质为耗氧有机物。水中有机物多必使细菌繁生，这就为病菌的传播提供了可能性。在卫生方面是十分危险的。所以有机物是水体污染的主要内容之一。（三）耗氧有机物（续）有机物的种类繁多，组成复杂，很难一一分辩，逐种进行测定。在实际工作中一般采用下列指标来表示水中耗氧有机物的含量：生物化学需氧量（Bio-ChemicalOxygenDemand，简称BOD）化学需氧量（ChemicalOxygenDemand，简称COD）总有机碳（TotalOrganicCarbon，简称TOC）总需氧量（TotalOxygenDemand，简称TOD）等。（四）有机有毒物质1.酚类化合物：水体中酚的污染主要来源于煤气、焦化、石油化工、木材加工、有机合成、农药、制药、油漆等多种工业废水中。酚在天然水体中可以通过一系列复杂的氧化过程转化为简单的无机化合物。特别是挥发酚，易经生物化学氧化分解成无机化合物，使受酚污染的水体得以自净。2有机农药：农业和林业用来防治病虫害、除草，调节植物生长所施加的药剂，除经生产农药工业废水排入水体外，由地面土壤被水冲刷也可进入水体，特别是一些不易分解而残留毒性大的农药有较强的污染性。有机农药主要包括杀虫剂、杀菌剂、除草剂等。（四）有机有毒物质（续）3.取代苯类化合物：芳香族化合物的苯环上的氢被卤素、硝基、胺基取代以后生成芳族卤化物、芳族硝基化合物、芳族胺类化合物以及稠环、联苯等多苯环的取代物，它们的种类很多，其中有许多是有毒的。这些类化合物大多是农药、染料、炸药、医药、塑料、合成橡胶等工业的原料、中间物和产品，广泛存在于这些工业的废水中。（四）有机有毒物质（续）4.聚氯联苯和稠环芳烃：这两类是近年来新提出的有机有毒物质，已受到环境保护界的普遍重视。聚氯联苯是氯取代的联苯化合物，也是一种与农药类似的有机氯化合物，是自然界原来不存在的化合物，是由人工合成创造出来的。它具有较强的稳定性，很难由微生物分解，并具有不燃性、绝缘性等特点，所以广泛用来作为各种材料和添加料。例如，可以做为绝缘油用于变压器、电容器和各种电器；作为润滑油用于各种机械；作为热煤用于各种冷却和加热设备；作为添加材料可加入各种塑料、树脂、涂料、油墨、复写纸、粘结剂等，同样也存在于这些制造工业的废水中。（五）放射性物质天然的地下水或地表水中可以含有某些放射性同位素，如238U、226Ra、232Th等，但一般放射性都很微弱，只有约10-6—10-7微居里（μc）每升，对生物没有什么危害。人工的放射性污染主要来源于天然铀矿开采和选矿、精炼厂的废水、原子能工业和反应堆设施的废水，核武器制造和核试验的污染、放射性同位素应用时产生的废水等，各种放射性废物未经完善处理，通过水流冲刷同样可进入水体。（六）生物污染物质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。它们主要是动物和人排泄的粪便含有细菌、病菌及寄生虫类等污染水体，能引起各种疾病的传染。这类污水往往与耗氧有机物混合在一起，耗氧有机物能提供病原微生物生存所需的营养。（七）热污染水体热污染指天然水体接受“热流出物”而使水温升高的现象。目前火力发电站和核电站的冷却水、钢铁、炼油等使用的冷却水是产生水体热污染的主要污染源。它的影响表现为：一是水温升高降低了水的冷却效率，使工业运转率下降；二是水温升高，降低水中的溶解氧含量。此外，温度增加将加速有机污染物的分解，增大耗氧作用，也使水中溶解氧含量降低；三是水温升高能改变水生生物的群落，使原来的鱼类不适应升高的温度而死亡。第三节水体的富营养化“富营养化”（Eutrophication）是一种生物营养物质过多积蓄而引起的水质污染现象。近代湖沼学也把这一现象当作湖泊演化过程中逐渐衰亡的一种标志。在湖泊的演化过程中，逐渐积累起来的淤泥、有机质使湖泊演变成沼泽地，然后由沼泽地演变成平地。例如：一个冰川后退时期形成幼年湖，它的特点是营养物质少，称为贫营养湖（oligotrophic)。湖从其流域内的径流及河流中逐渐获得养分，促进了水中各种生物的生长，其结果是有机物的渣逐渐在淤泥中堆积起来，湖泊变浅，水温升高，更多的植物在湖底生长起来，水体生物发生了变化，湖泊演变成沼泽地，然后由沼泽地演变成平地。一、水体中植物营养物质的来源造成水体富营养化的植物营养物质的来源可分为两个方面：一方面是点源（pointsources）污染源，主要是一些位置固定的人为污染源，包括城市生活污水和某些工业废水，所有这些废物含有丰富的植物营养物氮和磷。第二方面是非点源（nonpointsou