1.3　水体污染与自净

1.3.1　天然水的杂质及其水体污染

水极易与各种物质混杂，溶解能力又较强，因此在自然循环中，任何天然水体都不同程度地含有多种多样的杂质，其中包括地球上各种化学过程和生物过程的产物，人类在生产、生活活动中形成的各种废弃物等。天然水中这些物质的固有含量就构成了这一水体的水质本底。因而天然水不是化学上的纯水，而是含有许多溶解性和非溶解性物质所组成的极其复杂的综合体。因而在评价水体污染情况时，不能只根据水体中某些成分的存在与否和含量的多寡而下结论，还要摸清本底。天然水中所含各种物质按溶质粒径的大小分为三类：悬浮物、胶体和溶解物。

表1.1指出天然水中通常可能含有的杂质及其对工业使用和人类健康的主要影响。

一般说来，地面水较浑浊，细菌较多，硬度较低，而地下水则较清，细菌较少，特别是深层井水，细菌更少，但硬度较高。

水体污染是指排入水体的污染物在数量上超过了该物质在水体中的本底含量和水体环境容量，从而导致水体的物理、化学及微生物特性发生变化，破坏了水中固有的生态系统，破坏了水体的功能及其在经济发展和人民生活中的作用。

水污染的发生取决于污染物、污染源及承受水体三方面的特征及其相互作用和关系。水污染可分为自然污染和人为污染两大类。所谓人为污染，是指人类在生产和生活中产生的“三废”对水体的污染。其中，工业废水是造成水体污染的主要污染源。人类活动造成的水质（淡水）污染首先从住宅区开始，并因人口增长而急剧增加。化学物质从地方到地区乃至全球，污染影响的范围不断扩大。

1.3.2　水体自净作用

污染物随污水排入水体后，经物理、化学和生物等方面的作用，使污染物的浓度或总量减少，经过一段时间后，受污染的水体将恢复到受污染前的状态，这一现象称为水体的自净作用。水体的自净能力是有限的，影响水体自净的因素主要有：河流、湖泊、海洋等水体的地形和水文条件；水中微生物的种类和数量；水温和复氧状况；污染物的性质和浓度等。

水体自净的机制可以分为以下几类。

1.物理过程

物理过程指污染物质由于稀释、混合、沉淀等作用而使水体污染物质浓度降低的过程。稀释、混合在概念上很简单，而在机理上却是复杂的。稀释除与分子扩散有关外，还受湍流扩散作用的影响。混合作用与温度、水团流量和搅动情况有关。通过沉降过程可降低水中不溶性悬浮物的浓度，由于同时发生的吸附作用，还能消除一部分可溶性污染物。

2.化学及物理化学过程

化学及物理化学过程指污染物质通过氧化、还原、吸附、凝聚、中和等反应使其浓度降低的过程。水体中含有大量的铝硅酸盐类物质和一些腐殖酸等胶体、悬浮颗粒。这些物质的表面大多含有电荷，当电荷相异时，会出现吸附和凝聚现象，沉淀到水底，达到净化目的。水中的某些金属离子，在水中溶解氧的氧化下，如铁、锰可生成难溶物Fe（OH）3等而沉淀至水底。

3.生物化学过程

排入水体中的污染物质经稀释和扩散后，其污染物的浓度已降低，但总量并没减少。水中的好氧微生物，在有溶解氧的情况下，可以氧化分解水中的有机物，最后的产物为H2O、CO2、NH3等无机物质，这一过程能使水体得到净化，同时，污染物质的量得以降低。由于水中微生物的代谢活动，污染物中的有机物质被分解氧化并转化为无害、稳定的无机物，从而使其浓度降低。

以河流的生化自净为例，当河流接纳有机废水后，河水的溶解氧含量就会发生变化，其变化情况如下。

受污染前，河水中的溶解氧一般是饱和的或略缺氧。在受到污染之后，开始时，河水中有机物大量增加，好氧分解剧烈，消耗大量溶解氧，同时河流又从水面上获得氧气（复氧），不过这时耗氧速度大于复氧速度，河水中的溶解氧迅速下降。随着有机物被分解而减少，耗氧速度减慢，在最缺氧点，耗氧速度等于复氧速度。接着耗氧速度小于复氧速度，河水的溶解氧逐渐回升。最后，河水溶解氧恢复或接近饱和状态。河流BOD与DO变化曲线如图1.12所示，这条曲线被称为氧垂曲线。

当有机物污染程度超过河流的自净能力时，河流将出现无氧河段。这时开始厌氧分解，产生硫化氢、甲烷等，使河水变黑，并有臭气产生。河流的氧垂曲线会发生中断现象。氧垂曲线反映了两点：

（1）废水排入河流后溶解氧的变化情况，间接表示河流的自净过程。

（2）最缺氧点距离受污点的位置及其溶解氧含量。

在微生物（细菌）分解有机物的同时，水体中水生生物群落结构也随水质的自净发生变化，所以亦可用生物群落判断水体自净状况和指标。