第六章：水環(huán)境

第一節(jié)水循環(huán)及水資源保護(hù)利用

一、水循環(huán)

1、概述

水是地球上最豐富的化合物，約占地球外層五公里地殼中的50%，覆蓋著地球71%的表面積，其平均深度達(dá)到3.8km，總量約有1.36×109km3，地球上水資源及其存在狀態(tài)分布。

2、世界的水資源及其特點(diǎn)

不能被直接利用的海水占總水量的97.2%；人類可以利用的河水、淡水湖及淺層地下水，大約為總水量的0.2%，約為3×106km3；由于世界各地的水文、氣象條件的差異，地區(qū)和季節(jié)的不同，水的分布也極不均衡，這造成一些地區(qū)嚴(yán)重缺水。

3、水循環(huán)

（1）自然循環(huán)

傳統(tǒng)意義上的水循環(huán)即水的自然循環(huán)，它是指地球上各種形態(tài)的水在太陽輻射和重力作用下，通過蒸發(fā)、水汽輸送、凝結(jié)降水、下滲、徑流等環(huán)節(jié)，不斷發(fā)生相態(tài)轉(zhuǎn)換的周而復(fù)始的運(yùn)動過程。從全球范圍看，典型的水的自然循環(huán)過程可表達(dá)為：從海洋的蒸發(fā)開始，蒸發(fā)形成的水汽大部分留在海洋上空，少部分被氣流輸送至大陸上空，在適當(dāng)?shù)臈l件下這些水汽凝結(jié)成降水。海洋上空的降水回落到海洋，陸地上空的降水則降落至地面，一部分形成地表徑流補(bǔ)給河流和湖泊，一部分滲入土壤與巖石空隙，形成地下徑流，地表徑流和地下徑流最后都匯入海洋。由此構(gòu)成全球性的連續(xù)有序的水循環(huán)系統(tǒng)（圖1-1）。

圖1-1水的自然循環(huán)過程示意圖

水循環(huán)的基本動力是太陽輻射和重力作用。在地表溫度、壓力下水可以發(fā)生氣、液、固三態(tài)轉(zhuǎn)換，這是水循環(huán)過程得以進(jìn)行的必要條件。水循環(huán)服從質(zhì)量守恒定律，地球的水循環(huán)可視為是閉合系統(tǒng)，而局部地區(qū)的水循環(huán)則通常是既有水輸入又有水輸出的開放系統(tǒng)。局部地區(qū)水循環(huán)在空間和時間上的不均勻，可能導(dǎo)致某些時段及地區(qū)嚴(yán)重旱災(zāi)，而另一些時段及地區(qū)則嚴(yán)重洪澇的情況。

由于水循環(huán)的存在，可使地球上的水不斷得到更新，成為一種可再生的資源。不同水體在循環(huán)過程中被全部更換一次所需的時間（更替周期）各不相同，河流、湖泊的更替周期較短，海洋更替周期較長，而極地冰川的更新速度則更為緩慢，更替周期可長達(dá)萬年（表1-1）。水的更替周期是反映水循環(huán)強(qiáng)度的重要指標(biāo)，也是水體水資源可利用率的基本參數(shù)，從水資源可持續(xù)利用的角度看，各種水體的儲水量并非全部都適宜利用，一般僅將一定時間內(nèi)能迅速得到補(bǔ)充的那部分水量計作可利用的水資源量。

表1-1地球各種水體的循環(huán)更替周期

水體類型更替周期水體類型更替周期海洋2500年湖泊17年深層地下水1400年沼澤5年極地冰川9700年土壤水1年永久積雪和高山冰川1600年河川水16天永凍帶底冰10000年大氣水8天

生物水幾小時（2）水的社會循環(huán)

水是關(guān)系人類生存發(fā)展的一項(xiàng)重要資源，人類社會為了滿足生活、生產(chǎn)的需要，從各種天然水體中取用大量的水，經(jīng)過使用后的水被排放出來，最終又流入天然水體的過程，構(gòu)成了一個局部的循環(huán)體系。人類社會為了生產(chǎn)、生活的需要，抽取附近河流、湖泊等水體，通過給水系統(tǒng)用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活，這此過程中，部分水被消耗性使用掉，而其他用過的水則成為污廢水，需要通過排水系統(tǒng)妥善處理和排放。

給水系統(tǒng)的水源和排水系統(tǒng)的受納水體大多是鄰近的河流、湖泊或海洋，取之于附件水體，還之于附近水體，形成另一種受人類社會活動作用的水循環(huán)，這一過程與水的自然循環(huán)相對而言，稱之為水的社會循環(huán)，之所以稱之為“循環(huán)”，是從天然水的資源效能角度而言的，它使附件水體中的水多次更換，多次使用，在一定的空間和一定的時間尺度上影響著水的自然循環(huán)。

二、水資源保護(hù)

1、水資源

（1）水資源含義

地球表層的水有大氣中的水汽和水滴，海洋、湖泊、水庫、河流、土壤、含水層和生物體中的液態(tài)水，冰川、積雪和永久凍土中的固態(tài)水，以及巖石中的結(jié)晶水等。人類可大量直接利用的是大氣降水，江河、湖泊、水庫、土壤和淺層地下水的淡水（含鹽量<0.1%），冰川和積雪只在融化為液態(tài)水后，才容易被利用，海水和其他水體中的咸水被直接利用的數(shù)量很小，兩極冰蓋和永久凍土中的水被直接利用的機(jī)會極少，巖石中的結(jié)晶水則很難為人類利用。由此可見，天然水量并不等于可利用水量，水資源則一般僅指地球表層中可供人類利用并逐年得到更新的那部分水量資源，據(jù)估計，地球上可為人類直接利用的水資源總量約1

105km3，僅占地球總水量的0.007%。隨著社會發(fā)展和科技進(jìn)步，人類可通過海水淡化、人工降水、極地冰塊的利用等手段，逐步擴(kuò)大水資源的開發(fā)范圍。

（2）水資源特點(diǎn)

水資源與其他自然資源相比，具有如下一些明顯的特點(diǎn)：

作用上的重要性

水資源在維持人類生命、發(fā)展工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、維護(hù)生態(tài)環(huán)境等方面具有重要和不可替代的作用。

補(bǔ)給上的有限性

水資源屬于可再生資源，地球上各種形態(tài)的水一般均可通過水的自然循環(huán)實(shí)現(xiàn)動態(tài)平衡。但隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類對水資源的需求越來越大，而可供人類利用的水資源量卻不會有大的增加，甚至?xí)蛉藶榈奈廴镜纫蛩囟官|(zhì)量變差，導(dǎo)致水質(zhì)性水資源減少。因此水的自然循環(huán)所保證的水資源量是有限的，并非“取之不盡、用之不竭”。

時空上的多變性

水是自然地理環(huán)境中較活躍的因素，其數(shù)量和質(zhì)量受自然地理因素和人類活動影響。在不同地區(qū)水資源的數(shù)量差別很大，同一地區(qū)也多有年內(nèi)和年際的較大變化。這是水資源時空分布的一個重要特點(diǎn)，也是人類對水資源進(jìn)行開發(fā)利用所應(yīng)考慮的一個重要因素。

利用上的多用性

即水資源具有“一水多用”的多功能特點(diǎn)。水資源的利用方式各不相同，有的需消耗水量（如農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水和城市供水），有的僅利用水能（如水力發(fā)電），有的則主要利用水體環(huán)境而不消耗水量（如航運(yùn)、漁業(yè)等）。各種利用方式對水資源的質(zhì)量要求也有很大差異，有的質(zhì)量要求較高（如城市供水、漁業(yè)），而有的質(zhì)量要求則較低（如航運(yùn)）。因此對水資源應(yīng)進(jìn)行綜合開發(fā)、綜合利用、水盡其用，以同時滿足不同用水部門的需要。

（3）水資源短缺

多少世紀(jì)來，人類普遍認(rèn)為水是大自然賦予人類的取之不盡、用之不竭的天然源泉，因而未加愛惜，恣意污染和浪費(fèi)。但近年來，越來越多的人們警覺到，水資源并不像想象的那么豐富，目前這種不可持續(xù)的水資源利用方式已經(jīng)對許多地區(qū)的人類生活、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的不利影響。

世界水資源研究所提出用四級水平來評估人均占有水資源量的多少：人均占有水量小于1000m3為最低水平，嚴(yán)重缺水；1000~5000m3為低水平，缺水；5000~10000m3為中等水平，不缺水；>10000m3為高水平，水資源豐富。此外，聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展委員會將人均水資源量1750m3確定為缺水警告數(shù)字。

按照這個標(biāo)準(zhǔn)，我國人均水資源量處于缺水上下限（1000-5000立方米/人）的中低值，總體缺水。而且我國的水資源分布也極不均衡。北方人均水資源量僅988m3/人，低于1000m3的重度缺水標(biāo)準(zhǔn)，黃河、淮河、海河流域及內(nèi)陸河流域共有11個省、市、區(qū)的人均水資源擁有量低于1750m3的缺水緊張線，其中山東為380m3，河北為330m3，北京不足300m3，天津僅為150m3，成為世界上最缺水的地區(qū)之一。更為嚴(yán)峻的，部分地區(qū)嚴(yán)重的水污染，造成合格水源減少，水質(zhì)性缺水已威脅到我國業(yè)已不足的水資源供給。例如，上海的水資源總量豐富，但由于受污染影響，人均水資源擁有量僅為全國平均水平的40%，實(shí)際可供飲用的水僅占地表水資源的20%。為此，聯(lián)合國已將我國列為全球13個最缺水的國家之一。

農(nóng)業(yè)缺水、城市缺水及生態(tài)環(huán)境缺水是我國水資源短缺的三大主要問題。

由于中國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)用水占全國用水總量的絕大部分。目前有效灌溉面積約為0.481

108hm2，約占全國耕地面積的51.2%，近一半的耕地得不到有效灌溉，其中位于北方的無灌溉耕地約占72%。河北、山東和河南三省缺水最多；西北地區(qū)缺水量也不少，而且區(qū)內(nèi)大部分地區(qū)為黃土高原，人煙稀少，改善灌溉系統(tǒng)的難度較大；寧夏、內(nèi)蒙古的沿黃灌區(qū)以及漢中盆地、河西走廊一帶，也亟需擴(kuò)大農(nóng)田的灌溉面積。隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，由于受到工業(yè)用水及城市生活用水的擠占，農(nóng)業(yè)缺水的形勢將更加嚴(yán)峻。

城市是人口和工業(yè)、商業(yè)密集的地區(qū)，城市缺水在中國表現(xiàn)得十分尖銳。據(jù)統(tǒng)計，在中國668個建制城市中，約有400余座城市缺水，其中嚴(yán)重缺水的城市有108個，北方城市更為嚴(yán)重，如天津、哈爾濱、長春、青島、唐山和煙臺等地水資源已全面告急，而大多數(shù)南方城市則陷入水質(zhì)性缺水的困境。據(jù)專家估計，2000年我國城市缺水量達(dá)400億m3，因缺水影響的國民生產(chǎn)總值達(dá)2400億元。

缺水不但給人民生產(chǎn)、生活帶來嚴(yán)重影響，而且威脅到生態(tài)環(huán)境的安全。目前，我國荒漠化面積達(dá)188萬km2，接近國土總面積的1/4；由于地下水超采，我國北方黃淮海地區(qū)近年來地下水位不斷下降，地下水降落漏斗面積及漏斗中心水位埋深在不斷增大；河北、河南豫北地區(qū)和山東西北地區(qū)的地下水降落漏斗已連成一片，形成包括北京和天津在內(nèi)的華北平原地下水漏斗區(qū)，面積超過4萬km2。據(jù)有關(guān)專家估計，我國生態(tài)環(huán)境用水的總量尚有110多億m3的缺口，主要分布在黃淮海流域和內(nèi)陸河流域，需從區(qū)外調(diào)水補(bǔ)充。生態(tài)缺水將直接加劇生態(tài)環(huán)境的惡化，制約我國整體的可持續(xù)發(fā)展。

據(jù)有關(guān)研究報告，到本世紀(jì)中葉我國人口總量將達(dá)到15~16億高峰，人均水資源量將減少到1760m3，十分接近聯(lián)合國的人均用水警告線。我國未來水資源形勢嚴(yán)峻。

2、水資源保護(hù)

水資源保護(hù)（waterresourcesprotection）是指為防止因水資源不恰當(dāng)利用造成的水源污染和破壞，而采取的法律、行政、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、教育等措施的總和。

水資源保護(hù)工作應(yīng)貫穿在人與水的各個環(huán)節(jié)中。從更廣泛地意義上講，正確客觀地調(diào)查、評價水資源，合理地規(guī)劃和管理水資源，都是水資源保護(hù)的重要手段，因?yàn)檫@些工作是水資源保護(hù)的基礎(chǔ)。從管理的角度來看，水資源保護(hù)主要是“開源節(jié)流”、防治和控制水源污染。它一方面涉及水資源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境三者平衡與協(xié)調(diào)發(fā)展的問題，另一方面還涉及各地區(qū)、各部門、集體和個人用水利益的分配與調(diào)整。這里面既有工程技術(shù)問題，也有經(jīng)濟(jì)學(xué)和社會學(xué)問題。同時，還要廣大群眾積極響應(yīng)，共同參與，就這一點(diǎn)來說，水資源保護(hù)也是一項(xiàng)社會性的公益事業(yè)。

通過各種措施和途徑，使水資源在使用上不致浪費(fèi)，使水質(zhì)不致污染，以促進(jìn)合理利用水資源。主要保護(hù)措施有：農(nóng)業(yè)措施、林業(yè)措施、水土保持和工程措施。

首先，國家要加強(qiáng)立法，將水資源的污染和治理寫入法律。要強(qiáng)化監(jiān)督和執(zhí)法，以法律老控制污染，最終保護(hù)我們的水資源，保障水資源的可持續(xù)利用。進(jìn)行水污染控制，要注意防治結(jié)合，運(yùn)用法律、行政、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和教育的手段，對各行業(yè)進(jìn)行污染監(jiān)督，預(yù)防新的污染產(chǎn)生。加強(qiáng)對經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃和建設(shè)項(xiàng)目的環(huán)境影響評價，還應(yīng)包括重要建設(shè)政策的評價，防患于未然，對危害環(huán)境的策略不得予以通過，不進(jìn)行危害環(huán)境與資源的項(xiàng)目建設(shè)。通過科學(xué)的評估，積極監(jiān)督水污染的發(fā)生，科學(xué)開展治理活動，加強(qiáng)國家的生態(tài)保護(hù)。

其次，我們要大力推行清潔生產(chǎn)，要預(yù)防污染。首先要對工業(yè)污染的源頭進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對資源的合理利用，而不是著眼于廢水濃度的達(dá)標(biāo)排放。在水污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)制定上面，由單一的濃度和污染指標(biāo)的控制轉(zhuǎn)向污染總量控制和各項(xiàng)污染指標(biāo)嚴(yán)格控制相結(jié)合。由于我國的工業(yè)經(jīng)濟(jì)還是比較落后的，要根據(jù)我國的實(shí)際情況，走可持續(xù)發(fā)展的道路，走出一條以保護(hù)資源與環(huán)境為目標(biāo)的全新的發(fā)展道路來。

我們還要大力倡導(dǎo)節(jié)水型產(chǎn)業(yè)，提高水資源利用率。由于環(huán)境的承載力是有限的，國家管理機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)建立水域安全利用指標(biāo)，對水資源的使用量要加以限定，我們應(yīng)鼓勵企業(yè)創(chuàng)新技術(shù)，加大水資源的利用率，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，節(jié)約用水。加快建設(shè)城市廢水處理廠，城市的廢水要在處理的過程中實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，在缺水地區(qū)更應(yīng)大力實(shí)現(xiàn)廢水的資源化，利用處理后的廢水拿來開展市政建設(shè)，城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等，緩解水資源的矛盾。

第二節(jié)水污染及水體自凈

一、水污染狀況

(1)全球水污染現(xiàn)狀

目前，全世界每年約有4200多億m3的污水排入江河湖海，污染了5.5萬億m3的淡水，這相當(dāng)于全球徑流總量的14%以上。

第四屆世界水論壇提供的聯(lián)合國水資源世界評估報告顯示，全世界每天約有數(shù)百萬噸垃圾倒進(jìn)河流、湖泊和小溪，每升廢水會污染8L淡水；所有流經(jīng)亞洲城市的河流均被污染；美國40%的水資源流域被加工食品廢料、金屬、肥料和殺蟲劑污染；歐洲55條河流中僅有5條水質(zhì)勉強(qiáng)能用。

水污染對人類健康造成很大危害。發(fā)展中國家約有10億人喝不清潔水，每年約有2500多萬人死于飲用不潔水，全世界平均每天5000名兒童死于飲用不潔水，約1.7億人飲用被有機(jī)物污染的水，3億城市居民面臨水污染。在肝癌高發(fā)區(qū)流行病的調(diào)查表明，飲用藻茵類毒素污染的水是肝癌的主要原因。

世界各地水污染的嚴(yán)重程度主要取決于人口密度、工業(yè)和農(nóng)業(yè)發(fā)展的類型和數(shù)量以及所使用的三廢處理系統(tǒng)的數(shù)量和效率。近年3月21日的世界水日，聯(lián)合國發(fā)布的資料表明：目前全球有11億人缺乏安全飲用水，每年有500多萬人死于同水有關(guān)的疾病。據(jù)聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署預(yù)計，今天世界上將有1200萬人死于水污染和水資源短缺。如果人類改變目前的消費(fèi)方式，到2025年全球?qū)⒂?0億人生活在用水難以完全滿足的地區(qū)，其中25億人將面臨用水短缺。由于人們飲用了被污染的水，這正是人得病，甚至傳染的主要起因之一。據(jù)有關(guān)報道，發(fā)展中國家中估計有半數(shù)人，不是由于飲用被污染的水或食物直接受感染，就是由于帶菌生物(帶病煤)如水中孳生的蚊子間接感染，而罹患與水和食品關(guān)聯(lián)的疾病。這些疾病中最普遍且對人類健康狀況造成影響最大的疾病是腹瀉病、瘧疾、血吸蟲病、登革熱、腸內(nèi)寄生蟲感染和河盲病(盤尾絲蟲病)。聯(lián)合國教科文組織發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，大約80%的類疾病是由質(zhì)量低劣的飲用水造成的。今天“世界環(huán)境日”聯(lián)合國秘書長安南宣讀的聲明說，全球每6人中有1人在生活中無法固定獲得干凈的水源。世界衛(wèi)生組織估計，僅僅飲用了不安全的水以及缺乏衛(wèi)生用水而得的疾病，每年死亡的總?cè)藬?shù)在500萬人以上亞洲開發(fā)銀行認(rèn)為，亞洲人口的壽命縮短的年數(shù)約有42%是由于水源污染和衛(wèi)生條件差引起的。

由于在水資源保護(hù)方面投入不足，印度每天有200多萬噸工業(yè)廢水直接排入河流、湖泊及地下，造成地下水大面積污染，所含各項(xiàng)化學(xué)物質(zhì)指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo)，其中，鉛含量比廢水處理較好的工業(yè)化國家高20倍。此外，未經(jīng)處理的生活污水的直接排放也加劇了水污染程度。流經(jīng)印度北方的主要河流——恒河已被列入世界污染最嚴(yán)重的河流之列。當(dāng)?shù)鼐用耧嬘煤驮谂腼儠r使用受污染的地下水已經(jīng)導(dǎo)致了許多健康問題，例如腹瀉、肝炎、傷害和霍亂等。在印度首都新德里，有條件的家庭都給自家的自來水設(shè)施安裝了凈水器，桶裝純凈水也日益受到人們的青睞。由于地下水污染嚴(yán)重，目前在印度市場上銷售的12種軟飲料，有害殘留物含量超標(biāo)。有些軟飲料中殺蟲劑殘留物含量超過歐洲標(biāo)準(zhǔn)10倍至70倍。

世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計，世界上許多國家正面臨水污染和資源危機(jī)：每年有300萬～400萬人死于和水污染有關(guān)的疾病。在發(fā)展中國家，各類疾病有80%是因?yàn)轱嬘昧瞬恍l(wèi)生的水而傳播的。初步調(diào)查表明，我國農(nóng)村有3億多人飲水不安全，其中約有6300多萬人飲用高氟水，200萬人飲用高砷水，3800多萬人飲用苦咸水，1.9億人飲用水有害物質(zhì)含量超標(biāo)，血吸蟲病地區(qū)約1100多萬人飲水不安全。

統(tǒng)計顯示，每年全世界有12億人因飲用污染水而患病，1500萬5歲以下兒童死于不潔水引發(fā)的疾病，而每年死于霍亂、痢疾和瘧疾等因水污染引發(fā)的疾病的人數(shù)超過500萬。

全球每天有多達(dá)6000名少年兒童因飲用水衛(wèi)生狀況惡劣而死亡。在發(fā)展中國家，每年約有6000萬人死于腹瀉，其中大部分是兒童。

在19世紀(jì)20世紀(jì)曾發(fā)生好多起嚴(yán)重事件。如1832～1886年英國太晤士河因水質(zhì)為病菌污染，使倫敦流行過4次大霍亂，1849年一次死亡在14000人以上，1892年德國漢堡飲水受傳染病菌污染，使16000人生病，7500人死亡。1965年春天，美國加利福尼亞的一個小鎮(zhèn)，因飲水受病菌污染，發(fā)生18000多人患病，5人死亡的流行病。

（2）我國水污染現(xiàn)狀

經(jīng)過多年的建設(shè)，我國水污染防治工作取得了顯著的成績，但水污染形勢仍然十分嚴(yán)峻。2005年，全國廢水排放總量為524.5億t，工業(yè)廢水排放達(dá)標(biāo)率為，城市污水處理率僅為149.8萬t。其中工業(yè)廢水占39%~35%，城市污水占61%~65%，城市污水已經(jīng)成為主要的污染源。

根據(jù)國家環(huán)保局發(fā)布的中國環(huán)境質(zhì)量公告，全國七大水系中，珠江、長江水質(zhì)較好，遼河、淮河、黃河、松花江水質(zhì)較差，海河污染嚴(yán)重。411個地表水檢測斷面中，Ⅰ~Ⅲ類的斷面僅占41%，Ⅳ~Ⅴ類的斷面占32%，劣Ⅴ類水質(zhì)的斷面達(dá)27%，說明已有59%的河段不適宜作為飲用水水源。與河流相比，湖泊、水庫的污染更加嚴(yán)重。2005年，28個國控重點(diǎn)湖泊及水庫中，滿足Ⅱ類水質(zhì)的僅有2個，滿足Ⅲ類水質(zhì)的只有6個;Ⅳ~Ⅴ水質(zhì)的8個，劣Ⅴ類的竟達(dá)12個，即72%的湖泊和水庫已不宜作為飲用水水源，43%的湖泊和水庫失去了使用功能。目前全國有25%的地下水體遭到污染，35%的地下水源不合格;平原地區(qū)約有54%的地下水不符合生活用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)全國118個城市淺層地下水調(diào)查，的城市地下水受到不同程度污染。一半以上的城市市區(qū)地下水嚴(yán)重污染。2005年，全國主要城市地下水污染存在加重趨勢的城市有21個，污染趨勢減輕的城市14個，地下水水質(zhì)基本穩(wěn)定的城市123個，說明地下水的污染應(yīng)當(dāng)引起重視。

河流、湖泊及地下水所遭受的污染直接影響到飲用水源，來自國家環(huán)?？偩值囊唤M最新數(shù)據(jù)顯示，我們的飲用水，50%以上是不安全的。目前我國農(nóng)村約有1.9億人的飲用水有害物質(zhì)含量超標(biāo)，城市中污水的集中排放，嚴(yán)重超出水體自凈能力，許多城市存在水質(zhì)型缺水問題。從2001年到2004年，全國共發(fā)生水污染事故3988起，平均每年近1000起。2005年發(fā)生了松花江水污染事件、珠江北江鎘污染事件，沱江污染事件等重大污染事件，在全國乃至國際上造成十分嚴(yán)重的影響。

2005年，遠(yuǎn)海海域水質(zhì)保持良好，局部近海域污染嚴(yán)重，Ⅳ類和劣Ⅳ類海水占。膠州灣和閩江口中度污染，劣Ⅳ類海水占50%;珠江口、遼東灣、渤海灣污染較重，Ⅳ類、劣Ⅳ類海水比例在60%~80%之間；長江口、杭州灣污染嚴(yán)重，以劣Ⅳ類海水為主。

2005年全海域共發(fā)現(xiàn)赤潮82次，累計發(fā)生面積約27070km2，其中有毒藻類引發(fā)的赤潮次數(shù)和面積大幅增加。大面積赤潮集中在浙江中部海域、長江口海域、渤海灣和海州灣等，東海仍為赤潮的重災(zāi)區(qū)。海洋的污染對海洋漁業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)造成巨大損失，并間接危害人類健康。赤潮主要對沿岸魚類和藻類養(yǎng)殖造成影響，因赤潮造成的直接經(jīng)濟(jì)損失逾6900萬元。

中國預(yù)防醫(yī)學(xué)科學(xué)院環(huán)境衛(wèi)生監(jiān)測所進(jìn)行的飲用水監(jiān)測顯示，水質(zhì)量問題已經(jīng)非常嚴(yán)重。全國26個省、區(qū)的180個縣市，有43.3%的人在喝著不安全的水。近來關(guān)于水污染的報道越來越多，愈來愈嚴(yán)重。

二、水污染來源

水污染源可分為自然污染源和人為污染源兩大類：自然污染源是指自然界自發(fā)向環(huán)境排放有害物質(zhì)、造成有害影響的場所，人為污染源則是指人類社會經(jīng)濟(jì)活動所形成的污染源。水污染最初主要是自然因素造成的，如地表水滲漏和地下水流動將地層中某些礦物質(zhì)溶解，使水中鹽分、微量元素或放射性物質(zhì)濃度偏高，導(dǎo)致水質(zhì)惡化，但自然污染源一般只發(fā)生在局部地區(qū)，其危害往往也具有地區(qū)性。隨著人類活動范圍和強(qiáng)度的加大，人類生產(chǎn)、生活活動逐步成為水污染的主要原因。按污染物進(jìn)入水環(huán)境的空間分布方式，人為污染源又可分為點(diǎn)污染源和面污染源。

1.點(diǎn)污染源

點(diǎn)污染源的排污形式為集中在一點(diǎn)或一個可當(dāng)作一點(diǎn)的小范圍，實(shí)際上多由管道收集后進(jìn)行集中排放。最主要的點(diǎn)污染源有工業(yè)廢水和生活污水，由于產(chǎn)生污染的過程不同，這些污廢水的成分和性質(zhì)也存在很大差異。

（1）工業(yè)廢水

長期以來，工業(yè)廢水是造成水體污染最重要的污染源。根據(jù)廢水的發(fā)生來源，工業(yè)廢水可分為工藝廢水、設(shè)備冷卻水、洗滌廢水以及場地沖洗水等；根據(jù)廢水中所含污染物的性質(zhì)，工業(yè)廢水可分為有機(jī)廢水、無機(jī)廢水、重金屬廢水、放射性廢水、熱污染廢水、酸堿廢水以及混合廢水等；根據(jù)產(chǎn)生廢水的行業(yè)性質(zhì)，又可分為造紙廢水、石化廢水、農(nóng)藥廢水、印染廢水、制革廢水、電鍍廢水等等。一般來說，工業(yè)廢水具有以下幾個特點(diǎn)：

污染量大

工業(yè)行業(yè)用水量大，其中70%以上轉(zhuǎn)變?yōu)楣I(yè)廢水排入環(huán)境，廢水中污染物濃度一般也很高，如造紙和食品等行業(yè)的工業(yè)廢水中，有機(jī)物含量很高，BOD5（生化耗氧量，即微生物分解有機(jī)物所耗費(fèi)的氧）常超過2000mg/L，有的甚至高達(dá)30000mg/L以上。

成分復(fù)雜

工業(yè)污染物成分復(fù)雜、形態(tài)多樣，包括有機(jī)物、無機(jī)物、重金屬、放射性物質(zhì)等有毒有害污染物。特別是隨著合成化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，世界上已有數(shù)千萬種合成品，每周又有數(shù)百種新的化學(xué)品問世，在生產(chǎn)過程中這些化學(xué)品（如多氯聯(lián)苯）不可避免地會進(jìn)入廢水當(dāng)中。污染物質(zhì)的多樣性極大地增加了工業(yè)廢水處理的難度。

感官不佳

工業(yè)廢水常帶有令人不悅的顏色或異味，如造紙廢水的濃黑液，呈黑褐色，易產(chǎn)生泡沫，具有令人生厭的刺激性氣味等。

水質(zhì)水量多變

工業(yè)廢水的水量和水質(zhì)隨生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)方式、設(shè)備狀況、管理水平、生產(chǎn)時段等的不同而有很大差異，即使是同一工業(yè)的同一生產(chǎn)工序，生產(chǎn)過程中水質(zhì)也會有很大變化。

每個工業(yè)部門廢水中都有其獨(dú)特的組合污染物，表現(xiàn)出不同的水質(zhì)特點(diǎn)（表1-2）。

表1-2工業(yè)廢水的水質(zhì)特點(diǎn)

工業(yè)部門工業(yè)企業(yè)性質(zhì)廢水特點(diǎn)化工業(yè)化肥、纖維、橡膠、染料、塑料、農(nóng)藥、油漆、洗滌劑、樹脂有機(jī)物含量高，pH變化大，含鹽量高，成分復(fù)雜，難生物降解，毒性強(qiáng)石油化工業(yè)煉油、蒸餾、裂解、催化、合成有機(jī)物含量高，成分復(fù)雜，水量大，毒性較強(qiáng)冶金業(yè)選礦、采礦、燒結(jié)、煉焦、冶煉、電解、精煉、淬滅有機(jī)物含量高，酸性強(qiáng)，水量大，有放射性，有毒性紡織業(yè)棉毛加工、漂洗、紡織印染帶色，pH變化大，有毒性制革業(yè)洗皮、鞣革、人造革有機(jī)物含量高，含鹽量高，水量大，有惡臭造紙業(yè)制漿、造紙堿性強(qiáng)，有機(jī)物含量高，水量大，有惡臭食品業(yè)屠宰、肉類加工、油品加工、乳制品加工、水果加工、蔬菜加工等有機(jī)物含量高，致病菌多，水量大，有惡臭動力業(yè)火力發(fā)電、核電高溫，酸性，懸浮物多，水量大，有放射性（2）生活污水

生活污水主要來自家庭、商業(yè)、學(xué)校、旅游、服務(wù)行業(yè)及其他城市公用設(shè)施，包括廁所沖洗水、廚房排水、洗滌排水、沐浴排水及其他排水。不同城市的生活污水，其組成有一定差異。一般而言，生活污水中99.9%是水，固形物不到0.1%，雖也含有微量金屬如鋅、銅、鉻、錳、鎳和鉛等，但污染物質(zhì)以懸浮態(tài)或溶解態(tài)的有機(jī)物（如氮、硫、磷等鹽類）、無機(jī)物（如纖維素、淀粉、脂肪、蛋白質(zhì)及合成洗滌劑等）為主，其中的有機(jī)物質(zhì)大多較易降解，在厭氧條件下易生成惡臭。此外，生活污水中還含有多種致病菌、病毒和寄生蟲卵等。

生活污水中懸浮固體的含量一般在200~400mg/L之間，BOD5在100~700mg/L之間。隨著城市的發(fā)展和生活水平的提高，生活污水量及污染物總量都在不斷增加，部分污染物指標(biāo)（如BOD5）甚至超過工業(yè)廢水成為水環(huán)境污染的主要來源。

2.面污染源

面污染源又稱非點(diǎn)污染源，污染物排放一般分散在一個較大的區(qū)域范圍，通常表現(xiàn)為無組織性。面污染源主要指雨水的地表徑流、含有農(nóng)藥化肥的農(nóng)田排水、畜禽養(yǎng)殖廢水以及水土流失等。農(nóng)村中分散排放的生活污水及鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)廢水，由于其進(jìn)入水體的方式往往是無組織的，通常也列入面污染源。

農(nóng)村面源

由于過量地施加化肥和農(nóng)藥，農(nóng)田地表徑流中含有大量的氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)和有毒的農(nóng)藥。此外，不合理的施用化肥和農(nóng)藥還會改變土壤的物理特性，降低土壤的持水能力，產(chǎn)生更多的農(nóng)田徑流并加速土壤的侵蝕。農(nóng)田徑流中氮的濃度為1~70mg/L，磷的濃度為0.05~1.1mg/L，在農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)的地區(qū)，已對水環(huán)境構(gòu)成危害。由于農(nóng)業(yè)對化肥的依賴性增加，畜禽養(yǎng)殖業(yè)的動物糞便已從一種傳統(tǒng)的植物營養(yǎng)物變成了一種必須加以處置的污染物，畜禽養(yǎng)殖廢水常含有很高的有機(jī)物濃度，如豬圈排水中BOD5為1200~1300mg/L，牛圈排水中BOD5可達(dá)4300mg/L，這些有機(jī)物易被微生物分解，其中含氮有機(jī)物經(jīng)過氨化作用形成氨，再被亞硝酸和硝酸菌作用，轉(zhuǎn)化為亞硝酸和硝酸，常引起地下水污染。目前，農(nóng)業(yè)已成為大多數(shù)國家水環(huán)境最大的面污染源。

此外，粗放發(fā)展的鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)所排廢水，在部分地區(qū)常成為當(dāng)?shù)厮h(huán)境重要的污染源。據(jù)統(tǒng)計，1995年我國鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)廢水排放量59.1億t，占全國工業(yè)廢水排放總量的21.0%；廢水中化學(xué)需氧量排放量力611.3萬t，占全國工業(yè)化學(xué)需氧量排放總量的44.3%；氰化物排放量438.3t，占14.9%；揮發(fā)酚排放量11958.5t，占65.4%；石油類排放量10003.9t，占13.5%；懸浮物排放量749.5萬t，占47.9%；重金屬（鉛、汞、鉻、銅）排放量1321.4t，占42.4%；砷排放量1875.3t，占63.3%。散亂排放的鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)廢水己成為水環(huán)境保護(hù)的突出問題和影響人體健康的重要因素。

城市徑流

在城市地區(qū)，大部分土地為屋頂、道路、廣場所覆蓋，地面滲透性很差。雨水降落并流過鋪砌的地面，常夾帶有大量的城市污染物，如汽車廢氣中的重金屬、輪胎的磨損物、建筑材料的腐蝕物、路面的砂礫、建筑工地的淤泥和沉淀物、動植物的有機(jī)廢棄物、動物排泄排遺物中的細(xì)菌、城市草地和公園噴灑的農(nóng)藥、潤滑油、石油、阻凍液以及融雪撒的路鹽等等。城市地區(qū)的雨水一般排入雨水下水道，直接排入附近水體，通常并不經(jīng)過任何處理。城市徑流對受納溪流、河流或湖泊有較嚴(yán)重的不利影響。研究發(fā)現(xiàn)，城市徑流中所含的重金屬（如銅、鉛、鋅等）、氯化有機(jī)物、懸浮物，對許多種魚類和無脊椎水生動物具有潛在的致命影響。

此外，大氣中含有的污染物隨降雨進(jìn)入地表水體，也可以歸入面污染源。例如，酸雨降低了水體中的pH值，影響幼魚和其他水生動物種群的生存，并可使幸存的成年魚類喪失生殖能力。

由于面污染源量大、面廣、情況復(fù)雜，故其控制要比點(diǎn)污染源難得多。并且隨著對點(diǎn)污染源的管制的加強(qiáng)，面污染源在水環(huán)境污染中所占的比重在不斷增加。據(jù)調(diào)查，損害美國地表水的污染源中，面源所作的貢獻(xiàn)已分別達(dá)到65%（河流）和75%（湖泊）。

三、水污染物類型及特征

造成水體污染的來源具有多樣性，不同污染源所排放的污染物也具有多樣性，這些污染物質(zhì)的種類和環(huán)境效應(yīng)可概括如下：

懸浮物

懸浮物是指懸浮在水中的細(xì)小固體或膠體物質(zhì)，主要來自水力沖灰、礦石處理、建筑、冶金、化肥、化工、紙漿和造紙、食品加工等工業(yè)廢水和生活污水。懸浮物除了使水體渾濁，從而影響水生植物的光合作用外，懸浮物的沉積還會窒息水底棲息生物，破壞魚類產(chǎn)卵區(qū)，淤塞河流或湖庫。此外，懸浮物中的無機(jī)和膠體物較容易吸附營養(yǎng)物、有機(jī)毒物、重金屬、農(nóng)藥等，形成危害更大的復(fù)合污染物。

耗氧有機(jī)物

生活污水和食品、造紙、制革、印染、石化等工業(yè)廢水中含有糖類、蛋白質(zhì)、油脂、氨基酸、脂肪酸、酯類等有機(jī)物質(zhì)，這些物質(zhì)以懸浮態(tài)或溶解態(tài)存在于污廢水中，排入水體后能在微生物作用下最終分解為簡單的無機(jī)物，并消耗大量的氧，使水中溶解氧降低，因而被稱為耗氧有機(jī)物。在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，水中溶解氧約9mg/L，當(dāng)溶解氧降至4mg/L以下時，將嚴(yán)重影響魚類和水生生物的生存；當(dāng)溶解氧降低到1mg/L時，大部分魚類會窒息死亡；當(dāng)溶解氧降至零時，水中厭氧微生物占據(jù)優(yōu)勢，有機(jī)物將進(jìn)行厭氧分解，產(chǎn)生甲烷、硫化氫、氨和硫醇等難聞、有毒氣體，造成水體發(fā)黑發(fā)臭，影響城市供水及工農(nóng)業(yè)用水、景觀用水。耗氧有機(jī)物是當(dāng)前全球最普遍的一種水污染物，清潔水體中BOD5含量應(yīng)低于3mg/L，BOD5超過10mg/L則表明水體已受到嚴(yán)重污染。由于有機(jī)物成分復(fù)雜、種類繁多，一般常用綜合指標(biāo)如生化需氧量（BOD）、化學(xué)需氧量（COD）、總需氧量（TOD）或總有機(jī)碳（TOC）等表示耗氧有機(jī)物的含量。

植物營養(yǎng)物

植物營養(yǎng)物重點(diǎn)指含氮、磷的無機(jī)物或有機(jī)物，主要來自生活污水、部分工業(yè)廢水和農(nóng)業(yè)面源。適量的氮、磷為植物生長所必需，但過多的營養(yǎng)物排入水體，則有可能刺激水中藻類及其他浮游生物大量繁殖，導(dǎo)致水中溶解氧下降，水質(zhì)惡化，魚類和其他水生生物大量死亡，稱為水體的富營養(yǎng)化。當(dāng)水體出現(xiàn)富營養(yǎng)化時，大量繁殖的浮游生物往往使水面呈現(xiàn)紅色、棕色、藍(lán)色等顏色，這種現(xiàn)象發(fā)生在海域稱為“赤潮”，發(fā)生在江河湖泊則叫做“水華”。水體富營養(yǎng)化一般都發(fā)生在池塘、湖泊、水庫、河口、河灣和內(nèi)海等水流緩慢、營養(yǎng)物容易聚積的封閉或半封閉水域，對流速較大的水體如河流一般影響不大。

重金屬

作為水污染物的重金屬，主要是指汞、鎘、鉛、鉻以及類金屬砷等生物毒性顯著的元素，也包括具有一定毒性的一般重金屬如鋅、鎳、鈷、錫等。從重金屬對生物與人體的毒性危害來看，重金屬污染的特點(diǎn)表現(xiàn)為：重金屬的毒性通常由微量所致，一般重金屬產(chǎn)生毒性的濃度范圍在1mg/L~10mg/L之間，毒性較強(qiáng)的金屬汞、鎘等為0.01mg/L~0.001mg/L；重金屬及其化合物的毒性幾乎都通過與機(jī)體結(jié)合而發(fā)揮作用，某些重金屬可在生物體內(nèi)轉(zhuǎn)化為毒性更強(qiáng)的有機(jī)化合物，如著名的日本水俁病就是由汞的甲基化作用形成甲基汞，破壞人的神經(jīng)系統(tǒng)所致；重金屬不能被生物降解，生物從環(huán)境中攝取的重金屬可通過食物鏈發(fā)生生物放大、富集，在人體內(nèi)不斷積蓄造成慢性中毒，例如淡水浮游植物能富集汞1000倍，魚能富集1000倍，而淡水無脊椎動物的富集作用可高達(dá)10000倍；重金屬的毒性與金屬的形態(tài)有關(guān)，例如六價鉻的毒性是三價鉻的10倍。作為具有潛在危害的重要污染物質(zhì)，重金屬污染已引起人們的高度重視。

難降解有機(jī)物

難降解有機(jī)物是指那些難以被自然降解的有機(jī)物，它們大多為人工合成化學(xué)品，例如有機(jī)氯化合物、有機(jī)芳香胺類化合物、有機(jī)重金屬化合物以及多環(huán)有機(jī)物等等。它們的特點(diǎn)是能在水中長期穩(wěn)定地存留，并在食物鏈中進(jìn)行生化積累，其中一部分化合物即使在十分低的含量下仍具有致癌、致畸、致突變作用，對人類的健康構(gòu)成極大的威脅。目前，人類僅對不足2%的人工化學(xué)品進(jìn)行了充分的檢測和評估，對超過70%的化學(xué)品都缺乏健康影響信息的了解，而對這些化學(xué)品的累積或協(xié)同作用的研究則更加缺乏。

石油類

水體中石油類污染物質(zhì)主要來源于船舶排水、工業(yè)廢水、海上石油開采及大氣石油烴沉降。水體中油污染的危害是多方面的：含有石油類的廢水排入水體后形成油膜，阻止大氣對水的復(fù)氧，并妨礙水生植物的光合作用；石油類經(jīng)微生物降解需要消耗氧氣，造成水體缺氧；石油類粘附在魚鰓及藻類、浮游生物上，可致其死亡；石油類還可抑制水鳥產(chǎn)卵和孵化。此外，石油類的組成成分中含有多種有毒物質(zhì)，食用受石油類污染的魚類等水產(chǎn)品，會危及人體健康。

酸堿

水中的酸堿主要來自礦山排水、多種工業(yè)廢水或酸雨。酸堿污染會使水體pH值發(fā)生變化，破壞水的自然緩沖作用和水生生態(tài)系統(tǒng)的平衡。例如，當(dāng)pH小于6.5或大于8.5時，水中微生物的生長就會受到抑制。酸堿污染會使水的含鹽量增加，對工業(yè)、農(nóng)業(yè)、漁業(yè)和生活用水都會產(chǎn)生不良的影響。嚴(yán)重的酸堿污染還會腐蝕船只、橋梁及其他水上建筑。

病原體

生活污水、醫(yī)院污水和屠宰、制革、洗毛、生物制品等工業(yè)行業(yè)廢水，常含有各種病原體，如病毒、病菌、寄生蟲，傳播霍亂、傷寒、胃炎、腸炎、痢疾及其他多種病毒傳染疾病和寄生蟲病。1848年、1854年英國兩次霍亂流行，各死亡萬余人，1892年德國漢堡霍亂流行，死亡7500余人，都是由水中病原體引起的。

熱污染

由工礦企業(yè)排放高溫廢水引起水體的溫度升高，稱為熱污染。水溫升高使水中溶解氧減少，同時加快了水中化學(xué)反應(yīng)和生化反應(yīng)的速度，改變了水生生態(tài)系統(tǒng)的生存條件，破壞生態(tài)功能平衡。

放射性物質(zhì)

放射性物質(zhì)主要來自核工業(yè)部門和使用放射性物質(zhì)的民用部門。放射性物質(zhì)污染地表水和地下水，影響飲水水質(zhì)，并且通過食物鏈對人體產(chǎn)生內(nèi)照射，可能出現(xiàn)頭痛、頭暈、食欲下降等癥狀，繼而出現(xiàn)白細(xì)胞和血小板減少，超劑量的長期作用可導(dǎo)致腫瘤、白血病和遺傳障礙等。

四、水體自凈

污染物投入水體后，使水環(huán)境受到污染。污水排入水體后，一方面對水體產(chǎn)生污染，另一方面水體本身有一定的凈化污水的能力，即經(jīng)過水體的物理、化學(xué)與生物的作用，使污水中污染物的濃度得以降低，經(jīng)過一段時間后，水體往往能恢復(fù)到受污染前的狀態(tài)，并在微生物的作用下進(jìn)行分解，從而使水體由不潔恢復(fù)為清潔，這一過程稱為水體的自凈過程(Self-PurificationofWaterBody)。

1.水體自凈機(jī)理

物理作用

物理作用包括可沉性固體逐漸下沉，懸浮物、膠體和溶解性污染物稀釋混合，濃度逐漸降低。其中稀釋作用是一項(xiàng)重要的物理凈化過程。

化學(xué)作用

污染物質(zhì)由于氧化、還原、酸堿反應(yīng)、分解、化合、吸附和凝聚等作用而使污染物質(zhì)的存在形態(tài)發(fā)生變化和濃度降低。

生物作用

由于各種生物（藻類、微生物等）的活動特別是微生物對水中有機(jī)物的氧化分解作用使污染物降解。它在水體自凈中起非常重要的作用。

水體中的污染物的沉淀、稀釋、混合等物理過程，氧化還原、分解化合、吸附凝聚等化學(xué)和物理化學(xué)過程以及生物化學(xué)過程等，往往是同時發(fā)生，相互影響，并相互交織進(jìn)行。一般說來，物理和生物化學(xué)過程在水體自凈中占主要地位。

2.水體自凈過程

廢水或污染物一旦進(jìn)入水體后，就開始了自凈過程。該過程由弱到強(qiáng)，直到趨于恒定，使水質(zhì)逐漸恢復(fù)到正常水平。全過程的特征是：

1）進(jìn)入水體中的污染物，在連續(xù)的自凈過程中，總的趨勢是濃度逐漸下降。

2）大多數(shù)有毒污染物經(jīng)各種物理、化學(xué)和生物作用，轉(zhuǎn)變?yōu)榈投净驘o毒化合物。

3）重金屬一類污染物，從溶解狀態(tài)被吸附或轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗苄曰衔?，沉淀后進(jìn)入底泥。

4）復(fù)雜的有機(jī)物，如碳水化合物，脂肪和蛋白質(zhì)等，不論在溶解氧富?；蛉毖鯒l件下，都能被微生物利用和分解。先降解為較簡單的有機(jī)物，再進(jìn)一步分解為二氧化碳和水。

5）不穩(wěn)定的污染物在自凈過程中轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的化合物。如氨轉(zhuǎn)變?yōu)閬喯跛猁}，再氧化為硝酸鹽。

6）在自凈過程的初期，水中溶解氧數(shù)量急劇下降，到達(dá)最低點(diǎn)后又緩慢上升，逐漸恢復(fù)到正常水平。

7）進(jìn)入水體的大量污染物，如果是有毒的，則生物不能棲息，如不逃避就要死亡，水中生物種類和個體數(shù)量就要隨之大量減少。隨著自凈過程的進(jìn)行，有毒物質(zhì)濃度或數(shù)量下降，生物種類和個體數(shù)量也逐漸隨之回升，最終趨于正常的生物分布。進(jìn)入水體的大量污染物中，如果含有機(jī)物過高，那么微生物就可以利用豐富的有機(jī)物為食料而迅速的繁殖，溶解氧隨之減少。隨著自凈過程的進(jìn)行，使纖毛蟲之類的原生動物有條件取食于細(xì)菌，則細(xì)菌數(shù)量又隨之減少；而纖毛蟲又被輪蟲、甲殼類吞食，使后者成為優(yōu)勢種群。有機(jī)物分解所生成的大量無機(jī)營養(yǎng)成分，如氮、磷等，使藻類生長旺盛，藻類旺盛又使魚、貝類動物隨之繁殖起來。

但是，水體自凈是有一個限量的，如果我們?nèi)藶榈叵蛩信湃脒^多的污染物并超過了水環(huán)境容量，就會造成水體嚴(yán)重污染，這種狀況得不到及時和有效改變，那么就會導(dǎo)致惡性循環(huán)，出現(xiàn)“死水”現(xiàn)象。

因此，控制污染物排入水體是保護(hù)水體環(huán)境的首要措施，只有這樣才能發(fā)揮水體的自我凈化能力，更而使水體環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)向一個良性、健康、可持續(xù)發(fā)展的方向發(fā)展。

五、水環(huán)境容量

水質(zhì)的好與不好是相對的，凡是達(dá)到水功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)的，即為達(dá)標(biāo)，認(rèn)為水質(zhì)是好的；凡是污染程度超過功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)的，即為超標(biāo)，認(rèn)為水質(zhì)是不好的。所以在河道整治規(guī)劃過程中，首先要明確規(guī)劃河段的水功能區(qū)劃。我國水功能區(qū)劃分采用兩級體系，即一級區(qū)劃和二級區(qū)劃。水功能一級區(qū)劃分保護(hù)區(qū)、緩沖區(qū)、開發(fā)利用區(qū)、保留區(qū)四類；水功能二級區(qū)劃在一級區(qū)劃的開發(fā)利用區(qū)內(nèi)進(jìn)行，分為飲用水源區(qū)、工業(yè)用水區(qū)、農(nóng)業(yè)用水區(qū)、漁業(yè)用水區(qū)、景觀娛樂用水區(qū)、過渡區(qū)、排污控制區(qū)七類。一級區(qū)劃宏觀上解決水資源開發(fā)利用與保護(hù)的問題，主要協(xié)調(diào)地區(qū)間關(guān)系，并考慮可持續(xù)發(fā)展的需求；二級區(qū)劃主要協(xié)調(diào)用水部門之間的關(guān)系。區(qū)劃中確定了各水域的主導(dǎo)功能及功能順序，制定了水域功能不遭破壞的水資源保護(hù)目標(biāo)，將水資源保護(hù)和管理的目標(biāo)分解到各功能區(qū)單元，從而使管理和保護(hù)更有針對性，通過各功能區(qū)水資源保護(hù)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，保障水資源的可持續(xù)利用。水功能區(qū)劃是全面貫徹水法，加強(qiáng)水資源保護(hù)的重要舉措，是水資源保護(hù)措施實(shí)施和監(jiān)督管理的依據(jù)。

水環(huán)境容量或納污能力是滿足水功能區(qū)劃確定的水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求的最大允許污染負(fù)荷量。水環(huán)境承載能力系指在一定的水域，其水體能夠被繼續(xù)使用并仍保持良好生態(tài)系統(tǒng)時，所能容納的污水及污染物的最大能力。影響水環(huán)境承載能力的因子有：由水量和流動特性確定的水體自凈稀釋能力、由水功能區(qū)劃確定的水環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)、水體污染物背景濃度（現(xiàn)狀水質(zhì)）和污染源的類型和位置。

圖1-2水環(huán)境氧垂曲線

在規(guī)劃過程中遇到的主要問題是：

（1）難以得到現(xiàn)狀水質(zhì)，即水體污染物背景濃度的資料。由于條塊分割，水質(zhì)、水環(huán)境、污染物排放等屬于環(huán)保部門的管轄范圍，跨行業(yè)部門收集水質(zhì)資料難度很大。水利部門雖然也設(shè)立了一些水質(zhì)監(jiān)測斷面，但數(shù)量及其有限，只能反映我省水質(zhì)的總體情況，很難作為具體河段現(xiàn)狀分析計算的依據(jù)。

（2）水環(huán)境容量的合理分配問題。水環(huán)境容量是一種有價值的環(huán)境資源，如果上游河道水體被污染，同會導(dǎo)致下游某河段水質(zhì)超標(biāo)，理論上，下游河段就沒有可以受納污染物的水環(huán)境容量了。那么，是不是該河段沿岸就不允許排污了呢？人們要生活、社會經(jīng)濟(jì)要發(fā)展，排污是不可避免的，更何況不能因?yàn)樯嫌挝廴径辉试S下游的發(fā)展。因此，應(yīng)分析計算各地的水環(huán)境容量，明確責(zé)任和權(quán)利，協(xié)調(diào)各地經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)之間的關(guān)系。

某河段的水環(huán)境容量計算可以采用箱式模型進(jìn)行近似計算，這一模型的理論基礎(chǔ)是物質(zhì)守恒定律：

（Q1C1+∑qici）-Q2C2=K（Q1C1+∑qici）（1-1）

據(jù)此可以推導(dǎo)出規(guī)劃水體的水環(huán)境容量：

W=Cs(Q1+∑qi)/(1-K)-Q1C1（1-2）

式中Q1、C1、Q2、C2分別是計算河段上、下斷面的水質(zhì)和污染物濃度；K為污染物在水中的降解系數(shù)，可以采用分析借用、實(shí)測水質(zhì)指標(biāo)反淹推算、經(jīng)驗(yàn)公式等方法取得，l/d；qi、ci分別是河段內(nèi)排入污水的流量和濃度，mg/l。從式（2）可以看出，上游斷面的背景濃度越大，河段的水環(huán)境容量越小。

污染物的傳播擴(kuò)散可以采用一維水質(zhì)模型表模擬：

C(x)=C0exp(-kt)（1-3）

式中：t=x/86400u，為傳播時間，以日計；x-為分析斷面距參照斷面的距離，m；u-為河流水體平均流速，若河面較寬，則為污染帶的水流平均流速，m/s；k-為降解系數(shù)，l/d；C(x)-為分析斷面的水質(zhì)指標(biāo)，mg/l；C0－參照斷面水質(zhì)指標(biāo)，mg/l。

由于污染源比較復(fù)雜，為了計算某河段的納污能力，往往需要同時采用上述兩種方法進(jìn)行計算分析。計算所得的水環(huán)境容量作為區(qū)域總量控制的數(shù)值依據(jù)。

第三節(jié)

水污染控制原理及技術(shù)

水環(huán)境污染是當(dāng)今世界各國面臨的共同問題。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人口的遞增和城市化進(jìn)程的加快，全球水污染負(fù)荷還有日益加重的趨勢，另一方面由于人們生活水平的提高，又對水環(huán)境質(zhì)量提出了更高的要求。因此，科學(xué)、經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行水污染的控制，保證水環(huán)境的可持續(xù)利用，已成為世界各國特別是發(fā)展中國家最緊迫的任務(wù)之一。

一、水污染控制原則

工業(yè)水污染的防治必須采取綜合性對策，從宏觀控制、技術(shù)控制及管理控制三個方面著手，也就是“防”、“治”、“管”三者結(jié)合起來，形成一個高效的綜合紡織體系，才能起到有效的整治效果。

1、防

“防”是指對污染源的控制，通過有效控制使污染源排放的污染物量減少到最小。如對工業(yè)污染源，最有效的控制方法是推行清潔生產(chǎn)。清潔生產(chǎn)是指原料與能源利用率最高、廢物產(chǎn)生量和排放量最低、對環(huán)境危害最小的生產(chǎn)方式與過程。它著眼于在工業(yè)生產(chǎn)全過程中減少污染物產(chǎn)生量，并要求污染物最大限度資源化。清潔生產(chǎn)采用的主要技術(shù)路線有改革原料選擇及產(chǎn)品設(shè)計，以無毒無害的原料和產(chǎn)品代替有毒有害的原料和產(chǎn)品；改革生產(chǎn)工藝，減少對原料、水及能源的消耗；采用循環(huán)用水系統(tǒng)，減少廢水排放量；回收利用廢水中的有用成分，使廢水濃度降低等。

對生活污染源，也是可以通過有效措施減少其排放量。如推廣使用節(jié)水用具，提高民眾節(jié)水意識，可以降低用水量，從而減少生活廢水排放量。

為了有效地控制面污染源，更必須從“防”做起。提倡農(nóng)田的科學(xué)施肥和農(nóng)藥的合理使用，可以大大減少農(nóng)田中殘留的化肥和農(nóng)藥，進(jìn)而減少農(nóng)田徑流中所含氮、磷和農(nóng)藥的量。

2、治

“治”是水污染防治中不可缺少的一環(huán)。通過各種預(yù)防措施，污染源可以得到一定程度的控制，但要實(shí)現(xiàn)“零排放”是很困難的，或者幾乎是不可能的，如生活廢水的排放就不可避免。因此，必須對廢水進(jìn)行妥善處理，確保其在排入水體前達(dá)到國家或地方規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。

應(yīng)特別注意工業(yè)廢水處理與城市廢水處理的關(guān)系。工業(yè)廢水中常含有酸、堿、有毒、有害物質(zhì)、重金屬或其他污染物等。而且在不同工業(yè)廢水中所含的污染物的性質(zhì)各不相同。對于這些特殊性質(zhì)的廢水，應(yīng)在工廠內(nèi)或車間內(nèi)就地進(jìn)行局部處理，這在技術(shù)上是容易辦到的，在經(jīng)濟(jì)上也是比較合理的。而對于與城市廢水相近的工業(yè)廢水，或經(jīng)局部處理后不致對城市下水道及城市廢水的生物處理過程產(chǎn)生危害的工業(yè)廢水，單獨(dú)設(shè)置廢水處理設(shè)施是不必要的，也是不經(jīng)濟(jì)的，應(yīng)該優(yōu)先考慮排人城市下水道與城市廢水共同處理，這樣做既節(jié)約費(fèi)用，又提高了處理效果。污染源頭控制

3、管

“管”是指對污染源、水體及處理設(shè)施的管理?！肮堋痹谒廴痉乐沃幸舱紦?jù)十分重要的地位。科學(xué)的管理包括對污染源的經(jīng)常監(jiān)測和管理，對廢水處理廠的監(jiān)測和管理，以及對水體衛(wèi)生特征的監(jiān)測和管理。應(yīng)建立統(tǒng)一的管理機(jī)構(gòu)，頒布有關(guān)法規(guī)，并按照經(jīng)濟(jì)規(guī)律辦事。應(yīng)分別制訂出工業(yè)廢水排人城市下水道的排放標(biāo)準(zhǔn)及城市廢水、工業(yè)廢水排入水體的排放標(biāo)準(zhǔn)。在國家標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，對不同地區(qū)，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r使標(biāo)準(zhǔn)不斷完善化。對于“管”除應(yīng)注意其科學(xué)性外，在當(dāng)前中國的現(xiàn)實(shí)狀況下，更應(yīng)注要做到“有法可依，有法必依；執(zhí)法必嚴(yán)，違法必究”，加大執(zhí)法力度。三級控制模式按水污染控制的工作程序、污水處理的實(shí)際程度，水污染控制可概括為系統(tǒng)整合、全過程的“三級控制”模式（圖1-3）。

圖1-3水污染“三級控制”模式

污水集中處理尾水最終處理環(huán)境水體或回用------------------------------------------------------------------------------一三二上游段中游段下游段

第一級，污染源頭控制（上游段）。源頭控制主要是利用法律、管理、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、宣傳教育等手段，對生活污水、工業(yè)廢水、農(nóng)村面源和城市徑流等進(jìn)行綜合控制，防止污染發(fā)生，削減污染排放。控源的重點(diǎn)是工業(yè)污染源和農(nóng)村面源，進(jìn)入城市污水截流管網(wǎng)的工業(yè)廢水水質(zhì)應(yīng)滿足規(guī)定的接管標(biāo)準(zhǔn)。

第二級，污水集中處理（中游段）。對于人類活動高度密集的城市區(qū)域，除了必要的分散控源外，應(yīng)有計劃、有步驟地重點(diǎn)建設(shè)城市污水處理廠，進(jìn)行污水的大規(guī)模集中處理。污水處理廠的建設(shè)較為普遍，其特點(diǎn)是技術(shù)成熟，占地少，凈化效果好，但工程投資甚大。同時應(yīng)重視城市污水截流管網(wǎng)的規(guī)劃及配套建設(shè)，適當(dāng)改造已有的雨水/污水合流系統(tǒng)，努力實(shí)現(xiàn)雨污分流。

第三級，尾水最終處理（下游段）。城市尾水是指雖經(jīng)處理但尚未達(dá)到環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的混合污水。一般而言，城市污水處理廠對去除常規(guī)有機(jī)物具有優(yōu)勢，但對引起水體富營養(yǎng)化的氮、磷和其他微量有毒難降解化學(xué)品的去除效果不佳。尾水并不等于清水（例如尾水中氮、磷負(fù)荷一般占原污水的60%~80%），直接排入與人類關(guān)系密切的清水水域，仍然存在極大的危險性，在發(fā)達(dá)國家日益受到重視的微量有毒污染問題，就是例證。此外，城市污水處理廠基建投資和運(yùn)行成本甚高，在經(jīng)濟(jì)較為落后的發(fā)展中國家，大規(guī)模地普建污水處理廠存在困難，城市尾水中實(shí)際上含有大量未經(jīng)任何處理的污水（例如我國目前城市污水集中處理率僅13.65%）。因此，在排入清水環(huán)境前，加強(qiáng)對污水處理廠出水為主的城市尾水的處置，無論是對削減常規(guī)有機(jī)污染或是微量有毒污染而言，都殊為重要。三級深度處理可進(jìn)一步解決城市尾水的處置問題，但因費(fèi)用高昂，一般難以推廣。國內(nèi)外的研究及實(shí)踐表明，以土壤或水生植物為基礎(chǔ)的污水生態(tài)工程是較理想的尾水處理技術(shù)，甚至可作為一般城市污水集中處理重要的技術(shù)選擇。此外，利用水體自凈能力的尾水江河湖海處置工程也較為普遍，而污水的重復(fù)利用也是一個重要的發(fā)展方向。

“三級控制”是一個從污染發(fā)生源頭到污染最終消除的完整的水污染控制鏈，在控制過程中，實(shí)行清污分流，污水禁排清水水域，以保障區(qū)域水環(huán)境的長治久安。

二、水處理技術(shù)單元分類

污水處理一般來說包含以下三級處理：一級處理是它通過機(jī)械處理，如格柵、沉淀或氣浮，去除污水中所含的石塊、砂石和脂肪、鐵離子、錳離子、油脂等。二級處理是生物處理，污水中的污染物在微生物的作用下被降解和轉(zhuǎn)化為污泥。三級處理是污水的深度處理，它包括營養(yǎng)物的去除和通過加氯、紫外輻射或臭氧技術(shù)對污水進(jìn)行消毒。可能根據(jù)處理的目標(biāo)和水質(zhì)的不同，有的污水處理過程并不是包含上述所有過程。

1機(jī)械處理工段

機(jī)械(一級)處理工段包括格柵、沉砂池、初沉池等構(gòu)筑物，以去除粗大顆粒和懸浮物為目的，處理的原理在于通過物理法實(shí)現(xiàn)固液分離，將污染物從污水中分離，這是普遍采用的污水處理方式。機(jī)械(一級)處理是所有污水處理工藝流程必備工程(盡管有時有些工藝流程省去初沉池)，城市污水一級處理BOD5和SS的典型去除率分別為25％和50％。在生物除磷脫氮型污水處理廠，一般不推薦曝氣沉砂池，以避免快速降解有機(jī)物的去除；在原污水水質(zhì)特性不利于除磷脫氮的情況下，初沉的設(shè)置與否以及設(shè)置方式需要根據(jù)水質(zhì)特注的后續(xù)工藝加以仔細(xì)分析和考慮，以保證和改善除磷除脫氮等后續(xù)工藝的進(jìn)水水質(zhì)。

2污水生化處理

污水生化處理屬于二級處理，以去除不可沉懸浮物和溶解性可生物降解有機(jī)物為主要目的，其工藝構(gòu)成多種多樣，可分成活性污泥法、AB法、A/O法、A2／Ｏ法、SBR法、氧化溝法、穩(wěn)定塘法、土地處理法等多種處理方法。日前大多數(shù)城市污水處理廠都采用活性污泥法。生物處理的原理是通過生物作用，尤其是微生物的作用，完成有機(jī)物的分解和生物體的合成，將有機(jī)污染物轉(zhuǎn)變成無害的氣體產(chǎn)物(CO2)、液體產(chǎn)物(水)以及富含有機(jī)物的固體產(chǎn)物(微生物群體或稱生物污泥)；多余的生物污泥在沉淀池中經(jīng)沉淀池固液分離，從凈化后的污水中除去。

在污水生化處理過程中，影響微生物活性的因素可分為基質(zhì)類和環(huán)境類兩大類：

（一）基質(zhì)類

基質(zhì)類包括營養(yǎng)物質(zhì)，如以碳元素為主的有機(jī)化合物即碳源物質(zhì)、氮源、磷源等營養(yǎng)物質(zhì)、以及鐵、鋅、錳等微量元素；另外，還包括一些有毒有害化學(xué)物質(zhì)如酚類、苯類等化合物、也包括一些重金屬離子如銅、鎘、鉛離子等。

（二）環(huán)境類

(1)溫度

溫度對微生物的影響是很廣泛的，盡管在高溫環(huán)境(50℃～70℃)和低溫環(huán)境(-5～0℃)中也活躍著某些類的細(xì)菌，但污水處理中絕大部分微生物最適宜生長的溫度范圍是20-30℃。在適宜的溫度范圍內(nèi)，微生物的生理活動旺盛，其活性隨溫度的增高而增強(qiáng)，處理效果也越好。超出此范圍，微生物的活性變差，生物反應(yīng)過程就會受影響。一般的，控制反應(yīng)進(jìn)程的最高和最低限值分別為35℃和10℃。

(2)PH值

活性污泥系統(tǒng)微生物最適宜的PH值范圍是6.5-8.5，酸性或堿性過強(qiáng)的環(huán)境均不利于微生物的生存和生長，嚴(yán)重時會使污泥絮體遭到破壞，菌膠團(tuán)解體，處理效果急劇惡化。

(3)溶解氧

對好氧生物反應(yīng)來說，保持混合液中一定濃度的溶解氧至關(guān)重要。當(dāng)環(huán)境中的溶解氧高于0.3mg/l時，兼性菌和好氧菌都進(jìn)行好氧呼吸；當(dāng)溶解氧低于0.2-0.3mg/l接近于零時，兼性菌則轉(zhuǎn)入?yún)捬鹾粑^大部分好氧菌基本停止呼吸，而有部分好氧菌(多數(shù)為絲狀菌)還可能生長良好，在系統(tǒng)中占據(jù)優(yōu)勢后常導(dǎo)致污泥膨脹。一般的，曝氣池出口處的溶解氧以保持2mg/l左右為宜，過高則增加能耗，經(jīng)濟(jì)上不合算。

在所有影響因素中，基質(zhì)類因素和PH值決定于進(jìn)水水質(zhì)，對這些因素的控制，主要靠日常的監(jiān)測和有關(guān)條例、法規(guī)的嚴(yán)格執(zhí)行。對一般城市污水而言，這些因素大都不會構(gòu)成太大的影響，各參數(shù)基本能維持在適當(dāng)范圍內(nèi)。溫度的變化與氣候有關(guān)，對于萬噸級的城市污水處理廠，特別是采用活性污泥工藝時，對溫度的控制難以實(shí)施，在經(jīng)濟(jì)上和工程上都不是十分可行的。因此，一般是通過設(shè)計參數(shù)的適當(dāng)選取來滿足不同溫度變化的處理要求，以達(dá)到處理目標(biāo)。因此，工藝控制的主要目標(biāo)就落在活性污泥本身以及可通過調(diào)控手段來改變的環(huán)境因素上，控制的主要任務(wù)就是采取合適的措施，克服外界因素對活性污泥系統(tǒng)的影響，使其能持續(xù)穩(wěn)定地發(fā)揮作用。

實(shí)現(xiàn)對生物反應(yīng)系統(tǒng)的過程控制關(guān)鍵在于控制對象或控制參數(shù)的選取，而這又與處理工藝或處理目標(biāo)密切相關(guān)。

前已述及溶解氧是生物反應(yīng)類型和過程中一個非常重要的指示參數(shù)，它能直觀且比較迅速地反映出整個系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，運(yùn)行管理方便，儀器、儀表的安裝及維護(hù)也較簡單，這也是近十年我國新建的污水處理廠基本都實(shí)現(xiàn)了溶解氧現(xiàn)場和在線監(jiān)測的原因。

3、深度處理

深度處理，又稱三級處理，是對水生化處理后的出水進(jìn)行的深度處理，現(xiàn)在的我國的污水處理廠投入實(shí)際應(yīng)用的并不多。它將經(jīng)過二級處理的水進(jìn)行脫氮、脫磷處理，用活性炭吸附法或反滲透法等去除水中的剩余污染物，并用臭氧或氯消毒殺滅細(xì)菌和病毒,然后將處理水送入中水道，作為沖洗廁所、噴灑街道、澆灌綠化帶、工業(yè)用水、防火等水源。

由此可見，污水處理工藝的作用僅僅是通過生物降解轉(zhuǎn)化作用和固液分離，在使污水得到凈化的同時將污染物富集到污泥中，包括一級處理工段產(chǎn)生的初沉污泥、二級處理工段產(chǎn)生的剩余活性污泥以及三級處理產(chǎn)生的化學(xué)污泥。由于這些污泥含有大量的有機(jī)物和病原體，而且極易腐敗發(fā)臭，很容易造成二次污染，消除污染的任務(wù)尚未完成。污泥必須經(jīng)過一定的減容、減量和穩(wěn)定化無害化處理井妥善處置。污泥處理處置的成功與否對污水廠有重要的影響，必須重視。如果污泥不進(jìn)行處理，污泥將不得不隨處理后的出水排放，污水廠的凈化效果也就會被抵消掉。所以在實(shí)際的應(yīng)用過程中，污水處理過程中的污泥處理也是相當(dāng)關(guān)鍵的。

三、常用物化水處理技術(shù)

常用的水處理方法有：沉淀物過濾法、硬水軟化法、活性炭吸附法、去離子法、逆滲透法、超過濾法、蒸餾法、紫外線消毒法等。

1、沉淀物過濾法

沉淀物過濾法的目的是將水源內(nèi)之懸浮顆粒物質(zhì)或膠體物質(zhì)清除乾凈。這些顆粒物質(zhì)如果沒有清除，會對透析用水其他精密的過濾膜造成破壞或甚至水路的阻塞。這是最古老且最簡單的凈水法，所以這個步驟常用在水純化的初步處理，或有必要時，在管路中也會多加入幾個濾器(filter)以清除體積較大的雜質(zhì)。濾過懸浮的顆粒物質(zhì)所使用的濾器種類很多，例如網(wǎng)狀濾器，沙狀濾器(如石英沙等)或膜狀濾器等。只要顆粒大小大于這些孔洞之大小，就會被阻擋下來。對于溶解于水中的離子，就無法阻攔下來。如果濾器太久沒有更換或清洗，堆積在濾器上的顆粒物質(zhì)會愈來愈多，則水流量及水壓會逐漸減少。人們就是利用入水壓與出水壓差來判斷濾器被阻塞的程度。因此濾器要定時逆沖以排除堆積其上的雜質(zhì)，同時也要在固定時間內(nèi)更換濾器。

沉淀物過濾法還有一個問題值得注意，因?yàn)轭w粒物質(zhì)不斷被阻攔而堆積下來，這些物質(zhì)

面或許有細(xì)菌在此繁殖，并釋放毒性物質(zhì)通過濾器，造成熱原反應(yīng)，所以要經(jīng)常更換濾器，原則上進(jìn)水與出水的壓力落差升高達(dá)到原先的五倍時，就需要換掉濾器。

2、硬水軟化法

硬水的軟化需使用離子交換法，它的目的是利用陽離子交換樹脂以鈉離子來交換硬水中的鈣與鎂離子，以此來降低水源內(nèi)之鈣鎂離子的濃度。其軟化的反應(yīng)式如下：

Ca2++2Na-EX→Ca-EX2+2Na+

Mg2++2Na-EX→Mg-EX2+2Na+

式中的EX表示離子交換樹脂，這些離子交換樹脂結(jié)合了Ca2+及Mg2+之后，將原本含在其內(nèi)的Na+離子釋放出來。

現(xiàn)在市面上出售的離子交換樹脂為球狀的合成有機(jī)物高分子電解質(zhì)。樹脂基質(zhì)(resinmatrix)內(nèi)藏氯化鈉，在硬水軟化的過程中，鈉離子會逐漸被使用耗盡，則交換樹脂的軟化效果也會逐漸降低，這時需要作還原(regeneration)的工作，也就是每隔固定時間加入特定濃度的鹽水，一般是10%，其反應(yīng)方式如下：

Ca-EX2+2Na+

(濃鹽水)→

2Na-EX+Ca2+

Mg-EX2+2Na+

(濃鹽水)→

2Na-EX+Mg2+

如果水處理的過程中沒有陽離子的軟化，不只是逆滲透膜上會有鈣鎂體的沉積以致降低功效甚至破壞逆滲透膜，同時病人也容易得到硬水癥候群。硬水軟化器也會引起細(xì)菌繁殖的問題，所以設(shè)備上需要有逆沖的功能，一段時間后就要逆沖一次以防止太多雜質(zhì)吸附其上。另一個值得注意問題的是高血鈉癥，因?yàn)橥肝鲇盟能浕c再還原過程是*計時器來控制，正常情況還原作用大多發(fā)生在半夜，這是*閥門在控制，如果發(fā)生故障，大量鹽水就會涌進(jìn)水源，進(jìn)而造成病人的高血鈉癥。

3、活性碳

活性碳是由木頭，殘木屑，水果核，椰子殼，煤炭或石油底渣等物質(zhì)在高溫下干餾炭化而成，制成后還需以熱空氣或水蒸氣加以活化。它的主要作用是清除氯與氯氨以及其他分子量在60到300道爾頓的溶解性有機(jī)物質(zhì)?；钚蕴嫉谋砻娉暑w粒狀，內(nèi)部是多孔的，孔內(nèi)有許多約10nm~lA大小的毛細(xì)管，1g的活性碳內(nèi)部表面積高達(dá)700-1400m2，而這些毛細(xì)管內(nèi)表面及顆粒表面就是吸附作用之所在。影響活性碳清除有機(jī)物能力的因素有活性碳本身的面積，孔洞大小以及被清除有機(jī)物的分子量及其極性(Polarity)，它主要靠物理的吸附能力來排除雜物，當(dāng)吸附能力達(dá)飽和之后，吸附過多的雜質(zhì)就會掉落下來污染下游的水質(zhì)，所以必須定時利用逆沖的方式來清除吸附其上的雜質(zhì)。

這種活性碳濾器如果吸附能力明顯下降，必須更新。測定進(jìn)水及出水的TOC濃度差(或細(xì)菌數(shù)量差)是考量更換活性碳的依據(jù)之一。有些逆滲透膜對氯的耐受性不佳，所以在逆滲透之前要有活性碳的處理，使氯能夠有效的被活性炭吸附，但是活性碳上的孔洞吸附的細(xì)菌容易繁殖滋長，同時對于分子較大有機(jī)物的清除，活性碳的功效有限，所以必須逆滲透膜在后面補(bǔ)強(qiáng)。

4、去離子法

去離子法的目的是將溶解于水中的無機(jī)離子排除，與硬水軟化器一樣，也是利用離子交換樹脂的原理。在這使用兩種樹脂-陽離子交換樹脂與陰離子交換樹脂。陽離子交換樹脂利用氫離子(H+)來交換陽離子；而陰離子交換樹脂則利用氫氧根離子(OH-)來交換陰離子，氫離子與氫氧根離子互相結(jié)合成中性水，其反應(yīng)方程式如下：

M+x+xH-Re→M-M-Rex+xH+

A-z+zOH-Re→A-Rez+zOH-

上式中的M+x表陽離子，x表電價數(shù)，M+x陽離子與陽離子樹脂上H-Re的氫離子交換，A-z則表陰離子，z表電價數(shù)，A-z與陰離子交換樹脂結(jié)合后，釋放出OH-離子。H+離子與OH-離子結(jié)合后即成中性的水。

這些樹脂之吸附能力耗盡之后也需要再還原，陽離子交換樹脂需要強(qiáng)酸來還原；相反的，陰離子則需要強(qiáng)鹼來還原。陽離子交換樹脂對各種陽離子的吸附力有所差異，它們的強(qiáng)弱程度及相對關(guān)系如下：

Ba2+>Pb2+>Sr2+>Ca2+>Ni2+>Cd2+>Cu2+>Co2+>Zn2+>Mg2+>Ag+>Cs+>K+>NH4+>Na+>H+

陰離子交換樹脂與各陰離子的親合力強(qiáng)度如下：

>I->->>Cl->>OH->F-

如果陰離子交換樹脂消耗殆盡而沒有還原，則吸附力最弱的氟就會逐漸出現(xiàn)在透析用水中，造成軟骨病，骨質(zhì)疏松癥及其他骨病變;如果陽離子交換樹脂消耗盡了，氫離子也會出現(xiàn)在透析用水之中，造成水質(zhì)酸性的增加，所以去離子功能是否有效，需要時常監(jiān)視。一般是水質(zhì)的電阻系數(shù)(Resistivity)或傳導(dǎo)度(Conductivity)來判斷。去離子法所使用的離子交換樹脂同樣也會造成細(xì)菌的繁殖引起菌血癥，這是值得注意的一點(diǎn)。

5、逆滲透法

逆滲透法可以有效的清除溶解于水中的無機(jī)物，有機(jī)物，細(xì)菌，熱原及其他顆粒等，是透析用水之處理中最重要的一環(huán)。要了解“逆滲透”原理之前，要先解釋滲透(Osmosis)的觀念。所謂滲透是指以半透膜隔開兩種不同濃度的溶液，其中溶質(zhì)不能透過半透膜，則濃度較低的一方水分子會通過半透膜到達(dá)濃度較高的另一方，直到兩側(cè)的濃度相等為止。在還沒達(dá)到平衡之前，可以在濃度較高的一方逐漸施加壓力，則前述之水分子移動狀態(tài)會暫時停止，此時所需的壓力叫作滲透壓(OsmoticPressure)，如果施加的力量大于滲透壓時，則水分的移動會反方向而行，也就是從高濃度的一例流向低濃度的一方，這種現(xiàn)象就叫作“逆滲透”。逆滲透的純化效果可以達(dá)到離子的層面，對于單價離子(MonovalentIons)的排除率(Rejection

Rate)可達(dá)90%-98%，而雙價離子(DivalentIons)可達(dá)95%-99%左右(可以防止分子量大于200道爾敦的物質(zhì)通過)。

逆滲透水處理常用的半透膜材質(zhì)有纖維質(zhì)膜(Cellulosic)，芳香族聚酯胺類(AromaticPolyamides)，Polyimide或Polyfuranes等，至于它的結(jié)構(gòu)形狀有螺旋型(spiralwound)，空心纖維型(hollowfiber)及管狀型(tubular)等。至于這些材質(zhì)中纖維素膜的優(yōu)點(diǎn)是耐氯性高，但在堿性條件下(pH≥8.0)或細(xì)菌存在的狀況下，使用壽命會縮短。Polyamide的缺點(diǎn)是對氯及氯氨耐受性差。至于采用那一種材質(zhì)較好，則目前還沒有定論。

如果逆滲透前沒有作好前置處理則滲透膜上容易有污物堆積，例如鈣，鎂，鐵等離子，造成逆滲透功能的下降；有些膜(如polyamide)容易被氯與氯氨所破壞，因此在逆滲透膜之前要有活性碳及軟化器等前置處理。逆滲透雖然價錢較高，因?yàn)橐话隳鏉B透膜的孔徑約在l0A以下，它可以排除細(xì)菌，病毒及熱原甚至各種溶解性離子等，所以在準(zhǔn)備血液透析用水最好準(zhǔn)備這一道步驟。

6、超過濾法

超過濾法與逆滲透法類似，也是使用半透膜，但它無法控制離子的清除，因?yàn)槟ぶ讖捷^大，約10-200A之間。只能排除細(xì)菌，病毒，熱原及顆粒狀物等，對水溶性離子則無法濾過。超過濾法主要的作用是充當(dāng)逆滲透法的前置處理以防止逆滲透膜被細(xì)菌污染。它也可用在水處理的最后步驟以防止上游的水在管路中被細(xì)菌污染。一般是利用進(jìn)水壓與出水壓差來判斷超濾膜是否有效，與活性碳類似，平時是以逆沖法來清除附著其上的雜質(zhì)。

7、蒸餾法

蒸餾法是古老卻也是有效的水處理法，它可以清除任何不可揮發(fā)性的雜質(zhì)，但是無法排除可揮發(fā)性的污染物，它需要很大的儲水槽來存放，這個儲水槽與輸送管卻是造成污染的重要原因，目前血液透析用水不用這種方式來處理。

8、紫外線消毒法

紫外線消毒法是目前常使用的方法之一，它的殺菌機(jī)理是破壞細(xì)菌核酸的生命遺傳物質(zhì)，使其無法繁殖，其中最重大的反應(yīng)是核酸分子內(nèi)的Pyrimidine鹽基變成雙合體(Dimer)。一般是使用低壓水銀放電燈（殺菌燈）的人工253.7nm波長的紫外線能量。紫外線殺菌燈的原理與日光燈相同，只是燈管內(nèi)部不涂螢光物質(zhì)，燈管的材質(zhì)是采用紫外線穿透率高的石英玻璃。一般紫外線裝置依用途分照射型，浸泡型及流水型。

在血液透析稀釋用水所使用的紫外線是安放在儲水槽到透析機(jī)器之間的管路上，也就是所有的透析用水在使用之前都要接受一次紫外線的照射，以達(dá)到徹底殺菌的效果。對紫外線的感受性最大的是綠膿菌、大腸菌；相反的，耐受性較大的則是枯草菌芽胞體。因?yàn)樽贤饩€消毒法安全，經(jīng)濟(jì)，對菌種的選擇性少，水質(zhì)也不會改變，所以近年已廣泛使用這種方法，例如船上的飲用水就常使用這種消毒法。水中依哥拉菌、巴斯拉菌、沙門氏菌等等全殺光，能潛入水中心360度殺菌，功效等于水面殺菌燈的三倍。能消除水中祿藻，效果顯著，使用方便，紫外線殺菌燈適用于：各種大小漁場過濾，水處理，大小型水池，游泳場、溫泉。殺菌效率可達(dá)99％－99.99％。

常用生物水處理技術(shù)

1、曝氣生物濾池

曝氣生物濾池

(BiologicalAerationFiltration)，就是在生物濾池處理裝置中設(shè)置填料，通過人為供氧，使填料上生長大量的微生物。曝氣生物濾池由濾床、布?xì)庋b置、布水裝置、排水裝置等組成。曝氣裝置采用配套專用曝氣頭，產(chǎn)生的中小氣泡經(jīng)填料反復(fù)切割，達(dá)到接近微控曝氣的效果。由于反應(yīng)池內(nèi)污泥濃度高，處理設(shè)施緊湊，可大大節(jié)省占地面積，減少反應(yīng)時間。

主要特點(diǎn)有：

①克服了污泥膨脹，處理效果穩(wěn)定，運(yùn)行管理簡單。

②改變了傳統(tǒng)的高負(fù)荷生物濾池自然通風(fēng)的供氣方式，人為供氧，強(qiáng)化處理效果，