.,水環境與污染,.,主要內容,一、水環境二、水污染三、污染源四、污染物,.,一、水環境水是地球上分布最廣和最重要的物質，是參與生命的形成和地表物質能量轉化的重要因素。水也是人類社會賴以生存和發展的自然資源。地球上的水以汽態、液態和固態三種形式存在于空中、地表與地下，成為大氣水、海水、陸地水(包括河水、湖水、沼澤水、冰雪水、土壤水、地下水)，以及存在于生物體內的生物水，這些水不停運動和相互聯系著構成水圈。,.,地球上水的總儲量約為1.38109km3，其中海洋占97.41，覆蓋了地球表面積的71。淡水僅占地球總水量的2.59，而其中又大約有70以上屬固態水冰，儲存在極地和高山上。只有不到30%的淡水存在于地下、湖泊、土壤、河流、大氣等之中(見圖)。,.,環境科學大辭典的解釋是：“水環境是地球上分布的各種水體以及與其密切相連的諸環境要素如河床、海岸、植被、土壤等?！彼莫毺睾x是：“水環境是構成環境的基本要素之一，是人類賴以生存和發展的重要場所，也是受人類干擾和破壞最嚴重的地區。”,.,水環境可根據其范圍的大小分為區域水環境（如流域水環境、城市水環境等）、全球水環境。對某個特定的地區而言，該區域內的各種水體如湖泊、水庫、河流和地下水等，應視為該水環境的重要組成部分，因此，水環境又可分為地表水環境和地下水環境。地表水環境包括河流、湖泊、水庫、池塘、沼澤等；地下水環境包括泉水、淺層地下水和深層地下水等。,.,二、水污染當前對水體污染的概念有幾種，一種意見是水體受人類活動或自然因素的影響，使水的感官性狀、物理化學性能、化學成分、生物組成以及底質情況等方面產生了惡化，稱為“水污染”。第二種意見是：排入水體的工業廢水、生活污水及農業徑流等的污染物質，超過了該水體的自凈能力，引起的水質惡化稱為“水污染”。第三種意見是：污染物質大量進入水體，使水體原有的用途遭到破壞謂之水污染。,.,以上幾種意見各有長處，但都不夠全面或不夠確切。從天然水的性質可知，各種水體中的水均為一種成分復雜的溶液，其中含有各類溶解物質，而并非純的H2O。因此，對水污染的定義，不能僅從其含有什么物質及其含量來界定。其次，我們研究水污染的目的是為了保護水源，以便更好地利用水資源，因此，水污染定義又必須與水的使用價值聯系起來。,.,由于排入水體中的污染物種類繁雜，所以它們對水體的污染作用也是千差萬別的。因此，在水體污染研究和水污染防治上，都需對水體污染進行分類，以便確定各種污染類型的特點與危害。,.,（一）感官性狀污染1色澤變化天然水是無色透明的。水體受污染后可使水色發生變化，從而影響感官。如印染廢水污染往往使水色變紅，煉油廢水污染可使水色黑褐等等。水色變化，不僅影響感官，破壞風景，有時還很難處理。,2濁度變化水體中含有泥沙、有機質、微生物以及無機物質的懸浮物和膠體物，產生混濁現象，以致降低水的透明度，而影響感官甚至影響水生生物的生活。,.,3泡狀物許多污染物排入水中會產生泡沫，如洗滌劑等。漂浮于水面的泡沫，不僅影響觀感，還可在其孔隙中棲存細菌，并造成生活用水污染。,4臭味水體發生臭味是一種常見的污染現象。水體惡臭多屬有機質在嫌氣狀態腐敗發臭，屬綜合性惡臭，有明顯的陰溝臭。惡臭的危害是使人憋氣、惡心、水產品無法食用、水體失去旅游功能等。,.,（二）有機污染主要指由城市污水、食品工業和造紙工業等排放含有大量有機物的廢水所造成的污染。這些污染物在水中進行生物氧化分解過程中，需消耗大量溶解氧，一旦水體中氧氣供應不足，則使氧化作用停止，并引起有機物的厭氧發酵，分解出CH4、H2S、NH3等氣體，散發出惡臭，污染環境，毒害水生生物。,.,（三）無機污染酸、堿和無機鹽類對水體的污染，首先是使水的pH值發生變化，破壞其自然緩沖作用，抑制微生物生長，阻礙水體自凈作用。同時，還會增大水中無機鹽類和水的硬度，給工業和生活用水帶來不利影響。酸堿污染來源工業生產。堿性廢水主要來自造紙、制革、煉油、化纖、制堿和金屬加工等工業；酸性廢水來自硫酸和硝酸制造及礦山排水。酸雨是水體酸化的重要原因。,.,（四）有毒物質污染各類有毒物質，如酚類、氰化物、Hg、Cd、As、有機農藥等，進入水體后，在高濃度時，會殺死水中生物；在低濃度時，可在生物體內富集，并通過食物鏈逐級濃縮，最后影響到人體。水中有機毒物，主要有酚類、多氯聯苯（PCB）和農藥等有機物。,.,水中酚主要來自焦化廠、煤氣廠和某些化工廠。多氯聯苯（PCB）是一種全球性污染物，廣泛用作防燃添加劑、介電液體和液壓流體等。PCB為難降解污染物，可以在水體中長期保留，故又稱持久性污染物。重金屬可通過食物鏈逐級富集起來。重金屬進入人體后往往蓄積在某些器官中，造成慢性累積中毒。水中的重金屬主要來自金屬礦開采、冶金、電鍍等工業排放的廢水和廢渣。非金屬無機毒物，主要有氰化物、氟化物等。水體中氰化物來自電鍍、礦石浮選、化工、煉焦及高爐煤氣等工業排放的生產廢水。,.,各類有毒物質、如酚類、氰化物、Hg、As、有機農藥等進入水體后，在高濃度時會殺死水中生物；在低濃度時，可在生物體內富集，并通過食物鏈逐級濃縮，最后影響到人體。（五）富營養化污染含植物營養物質的廢水進入水體后，會造成水體富營養化，使藻類大量繁殖，并大量消耗水中的溶解氧，從而導致魚類等窒息和死亡。其次，水中大量的NO3-、NO2-若經食物鏈進入人體，將危害人體健康，或有致癌作用。,.,（六）油污染沿海及河口石油的開發、油輪運輸、煉油工業廢水的排放等，會使水體受到油污染。油的污染不僅不利于水的利用，而且當油在水面形成油膜后，影響氧氣進入水體，對生物造成危害。此外，油污染還破壞海灘休養地、風景區的景觀與鳥類的生存。（七）熱污染熱電廠等的冷卻水是熱污染的主要來源。這種廢水直接排入天然水體，可引起水溫升高，造成水中溶解氧減少，還會使水中某些毒物的毒性升高。水溫升高對魚類的影響最大，可引起魚類的種群改變與死亡。,.,（八）病原微生物污染生活污水、醫院污水以及屠宰肉類加工等污水，含有各類病毒、細菌、寄生蟲等病原微生物，流入水體會傳播各種疾病。,.,三、污染源水體污染源是指造成水體污染的污染物的發生源。通常是指向水體排入污染物或對水體產生有害影響的場所、設備和裝置。按污染物的來源可分為天然污染源和人為污染源兩大類。,.,水體人為污染源是指由人類活動形成的污染源，是環境保護研究和水污染防治的主要對象。人為污染源體系很復雜，按人類活動方式可分為工業、農業、交通、生活等污染源；按排放污染物種類不同，可分為有機、無機、熱放射性、重金屬、病源體等污染源，以及同時排放多種污染物的混合污染源；按排放污染物空間分布方式，可以分為點源和非點源。,.,水體天然污染源是指自然界自行向水體排放有害物質或造成有害影響的場所。諸如巖石和礦物的風化和水解、火山噴發、水流沖蝕地表、大氣降塵的降水淋洗、生物(主要是綠色植物)在地球化學循環中釋放物質都屬于天然污染物的來源。例如，在含有螢石、氟磷灰石等礦區，可能引起地下水或地表水中氟含量增高，造成水體的氟污染。長期飲用此種水可能出現氟中毒。,.,這樣，水體污染可以定義為：“污染物進入河流、海洋、湖泊或地下水等水體后，使水體的水質和水體沉積物的物理、化學性質或生物群落組成發生變化，從而降低了水體的使用價值和使用功能的現象?！边@樣就同我們的用水要求聯系起來了，也使我們保護水體有一定的目的，即不使其失去使用價值。,.,水污染點源是指以點狀形式排放而使水體造成污染的發生源。一般工業污染源和生活污染源產生的工業廢水和城市生活污水，經城市污水處理廠或經管渠輸送到水體排放口，作為重要污染點源向水體排放。這種點源含污染物多，成分復雜，其變化規律依據工業廢水和生活污水的排放規律，即有季節性和隨機性。,.,水污染非點源，在我國多稱為水污染面源，是以面積形式分布和排放污染物而造成水體污染的發生源。坡面徑流帶來的污染物和農田灌溉水是水體污染的重要來源。目前造成湖泊等水體的富營養化，主要是由面源帶來的大量氮、磷等所造成。,.,（一）生活污染源是指由人類消費活動產生的污水，城市和人口密集的居住區是主要的生活污染源。人們生活中產生的污水，包括由廚房、浴室、廁所等場所排出的污水和污物。生活污水中的污染物，按其形態可分為：不溶物質，這部分約占污染物總量的40%，它們或沉積到水底，或懸浮在水中。膠態物質，約占污染物總量的10%。,.,溶解質，約占污染物總量的50%。這些物質多為無毒的含無機鹽類氯化物、硫酸鹽、磷酸和鈉、鉀、鈣、鎂等重碳酸鹽。有機物質有纖維素、淀粉、糖類、脂肪、蛋白質和尿素等。此外，還含有各種微量金屬（如Zn、Cu、Cr、Mn、Ni、Pb等）和各種洗滌劑、多種微生物。一般家庭生活污水相當渾濁，其中有機物約占60%，pH值多大于7，BOD5為100-700mg/L。,.,（二）工業污染源工業污水是目前造成水體污染的主要來源和環境保護的主要防治對象。在工業生產過程中排出的廢水、污水、廢液等統稱工業廢水。廢水主要指工業用冷卻水；污水是指與產品直接接觸、受污染較嚴重的排水；廢液是指在生產工藝中流出的廢液。工業廢水由于受產品、原料、藥劑、工藝流程、設備構造、操作條件等多種因素的綜合影響，所含的污染物質成分極為復雜，而且，在不同時間里水質也會有很大差異。,.,工業污染源如按工業的行業來分，則有冶金工業廢水、電鍍廢水、造紙廢水、無機化工廢水、有機合成化工廢水、煉焦煤氣廢水、金屬酸洗廢水、石油煉制廢水、石油化工廢水、化學肥料廢水、制藥廢水、炸藥廢水、紡織印染廢水、染料廢水、制革廢水、農藥廢水、制糖廢水、食品加工廢水、電站廢水等。各類廢水都有其獨特的特點。,.,（三）農業污染源是指由于農業生產而產生的水污染源，如降水所形成的徑流和滲流把土壤中的氮、磷和農藥帶入水體；由牧場、養殖場、農副產品加工廠的有機廢物排入水體，它們都可使水體水質惡化，造成河流、水庫、湖泊等水體污染甚至富營養化。農業污染源的特點是：面廣、分散、難于治理。,.,四、污染物造成水體的水質、底質、生物質等的質量惡化或形成水體污染的各種物質或能量均可能成為水體污染物。從環境保護角度出發，可以認為任何物質若以不恰當的數量、濃度、速率、排放方式排入水體，均可造成水體污染，因而就可能成為水體污染物。所以水體污染物包括的范圍非常廣泛。另一方面，在自然物質和人工合成物質中，都有一些對人體或生物體有毒、有害的物質，如Hg、Cr、As、Cd和酚、氰化物等，均為已確認的水體污染物。,.,從環境保護的角度，根據污染物的物理、化學、生物學性質及其污染特性，可將水體污染物分為以下幾種類型。（一）無機無毒物質無機無毒物質主要指排入水體中的酸、堿及一般的無機鹽類。酸主要來源于礦山排水及許多工業廢水，如化肥、農藥、粘膠纖維、酸法造紙等工業的廢水。堿性廢水主要來自堿法造紙、化學纖維制造、制堿、制革等工業的廢水。,.,酸性廢水和堿性廢水可相互中和產生各種鹽類；酸性、堿性廢水亦可與地表物質相互作用，也生成無機鹽類。所以，酸性或堿性污水造成的水體污染必然伴隨著無機鹽的污染。酸性和堿性廢水的污染，破壞了水體的自然緩沖作用，抑制著細菌及微生物的生長，妨礙著水體自凈，腐蝕著管道、水工建筑物和船舶。同時，還因其改變了水體的pH值，增加了水中的一般無機鹽類和水的硬度等。,.,（二）無機有毒物質這類物質具有強烈的生物毒性，它們排入天然水體，常會影響水中生物，并可通過食物鏈危害人體健康。這類污染物都具有明顯的累積性，可使污染影響持久和擴大。最典型的無機有毒物質是重金屬，但也包括As、Se等非金屬元素，它們都有程度不同的毒性。,.,密度在5g/cm3以上的金屬統稱為重金屬，從環境污染方面所說的重金屬，主要是指汞、鎘、鉛、鉻以及類金屬砷等生物毒性顯著的重金屬，也指具有一定毒性的一般重金屬如鋅、銅、鈷、鎳、錫等。目前最引起人們注意的是汞、鎘、鉻等。重金屬隨廢水排出時，即使濃度很小，也可能造成危害。由重金屬造成的環境污染稱為重金屬污染。重金屬污染的特點表現在以下幾方面：（1）水體中的某些重金屬可在微生物作用下轉化為毒性更強的金屬化合物，如汞的甲基化作用就是其中典型例子；,.,（2）生物從環境中攝取重金屬可以經過食物鏈的生物放大作用，在較高級生物體內成千萬倍地富集起來，然后通過食物進入人體，在人體的某些器官中積蓄起來造成慢性中毒，危害人體健康；（3）在天然水體中只要有微量重金屬即可產生毒性效應，一般重金屬產生毒性的范圍大約在110mg/L之間，毒性較強的金屬如汞、鎘等，產生毒性的質量濃度范圍在0.0l0.001mg/L之間。重金屬的污染有時會造成很大的危害。例如，日本發生的水俁?。ü廴荆┖凸峭床。ㄦk污染）等公害病，都是由重金屬污染引起的。,.,1汞Hg（）汞的毒性很強，而有機汞化合物的毒性又超過無機汞。無機汞化合物如HgCl2、HgO等不易溶解，因而不易進入生物組織；有機汞化合物如烷基汞（CH3Hg一、C2H5Hg一）、苯基汞（C6H5Hg一）等，有很強的脂溶性，易進入生物組織，并有很高的蓄積作用。,.,無機汞在水體中易沉積于底層沉積物中，在微生物作用下可轉化為有機汞而進入生物體內，再通過食物鏈作用逐漸濃集，最后影響到人體。汞在無脊椎動物體中的富集可達10萬倍，日本的水俁病就是人長期吃富集甲基汞的魚而造成的。,.,2、鎘Cd（）鎘的化合物毒性很大，蓄積性也很強，動物吸收的鎘很少能排出體外。受鎘污染的河水用作灌溉農田，可引起土壤鎘污染，進而污染農作物，最后影響到人體。日本的痛痛病就是吃了被含鎘污水生產的稻米所致。鎘進入人體后，主要貯存在肝、腎組織中不易排出。鎘的慢性毒性主要使腎臟吸收能力不全，降低機體免疫能力及導致骨質疏松、軟化，如骨痛病所出現的骨萎縮、變形、骨折等。,.,3、鉻Cr（）無機化合物有二價、三價、六價三種，六價鉻化合物毒性最大。六價鉻具強氧化性，對皮膚、粘膜有強烈腐蝕性。在慢性影響上，六價鉻有致畸、致突變與致癌等作用。,.,4、砷（As）砷是傳統的劇毒物，As2O3即砒霜，對人體有很大毒性。長期飲用含砷的水會慢性中毒，主要表現是神經衰弱、腹痛、嘔吐、肝痛、肝大等消化系統障礙。并常伴有皮膚癌、肝癌、腎癌、肺癌等發病率增高現象。,.,5、氰化物無機氰化物主要來源于游離的氫氰酸（HCN），CN-在酸性溶液中就可生成HCN而揮發出來。各種氰化物分離出CN-及HCN的難易程度不同，因而毒性也不相同。氰的毒性主要表現在破壞血液，影響運送氧和氫的機能而致死亡。,.,（三）有機無毒物有機無毒物主要指耗氧有機物。天然水中的有機物一般是水中生物生命活動產物。人類排放的生活污水和大部分工業廢水中都含有大量有機物質，其中主要是耗氧有機物如碳水化合物、蛋白質、脂肪等。,.,這些物質的共同特點是，沒有毒性，進入水體后，在微生物的作用下，最終分解為簡單的無機物質，并在生物氧化分解過程中消耗水中的溶解氧。因此，這些物質過多地進入水體，會造成水體中溶解氧嚴重不足甚至耗盡，從而惡化水質，并對水中生物的生存產生影響和危害。,.,耗氧有機物種類繁多，組成復雜，因而難以分別對其進行定量、定性分析。因此，一般不對它們進行單項定量測定，而是利用其共性，如它們比較易于氧化，故可用某種指標間接地反映其總量或分類含量。,.,氧化方式有化學氧化、生物氧化和燃燒氧化等，都是以有機物在氧化過程中所消耗的氧或氧化劑的數量來代表有機物的數量。在實際工作中，常用下列指標來表示水中有機物的含量，即化學需氧量（COD）、生物化學需氧量（即生化需氧量BOD）、總有機碳量（TOC）、總需氧量（TOD）等。,.,1、化學需氧量（COD）指用化學氧化劑氧化水中有機污染物時所需的氧量，以每升水消耗氧的毫克數表示（mg/L）。COD值越高，表示水中有機污染物污染越重。目前常用的氧化劑主要是高錳酸鉀和重鉻酸鉀。高錳酸鉀法（簡記CODMn），適用于測定一般地表水，如海水。重鉻酸鉀法（簡記CODCr）對有機物反應較完全，適用于分析污染較嚴重的水樣。目前，國際標準化組織（ISO）規定，化學需氧量指CODCr，而CODMn為高錳酸鹽指數。,.,2、生化需氧量（BOD）在人工控制的條件下、使水樣中的有機物在微生物作用下進行生物氧化，在一定時間內所消耗的溶解氧的數量，可以間接地反映出有機物的含量，這種水質指標稱為生物化學需氧量。以每升水消耗氧的毫克數表示（mg/L）。生化需氧量越高，表示水中耗氧有機污染越重。,.,由于微生物分解有機物是一個緩慢的過程，通常微生物將耗氧有機物全部分解需20天以上，并與環境溫度有關。生化需氧量的測定常采用經驗方法，目前國內外普遍采用在20條件下培養5天的生物化學過程需要氧的量為指標，記為BOD5。生物氧化不如化學氧化進行得徹底，而五日生物化學氧化又只是一部分生化需氧量，它大約只占最終生化需氧量的65%80%。所以BOD5比COD值要低得多，只能相對反映可氧化有機物的含量。,.,3、總有機碳量（TOC）這是近年來發展起來的一種快速測定方法，它包含了水體中所有有機物的含碳量。測定方法是在特殊的燃燒器中，以鉑為催化劑，在900溫度下，使水樣氣化燃燒，燃后測定氣體中CO2含量，從而確定水樣中的碳元素總量。在此總量中減去無機碳元素含量，即可得總有機碳量。是評價水體需氧有機物的一個綜合指標。TOC雖可以總有機碳元素量來反映有機物總量，但因排除了其他元素，仍不能直接反映有機物的真正濃度。,.,3、總需氧量（TOD）水中有機物中除含有機碳外，尚含有H、N、S等元素。當有機物全部被氧化時，C被氧化為CO2，而H、N、S則被氧化為H2O、NO和SO2等。此時氧化所需的氧量稱為總需氧量。在水質狀況基本相同的情況下，BOD5和TOC或TOD之間存在一定的相關關系。特別是TOC和TOD與BOD之間，通過實驗建立相關，則可