1.3　水体自净

污水排入水体后，对水体产生污染，但水体本身有一定的净化污水的能力，即经过水体的物理、化学与生物的作用，使污水中污染物的浓度得以降低，经过一段时间后，水体往往能恢复到受污染前的状态，并在微生物的作用下进行分解，从而使水体由不洁恢复为清洁，这一过程称为水体的自净过程。

水体自净的定义有广义与狭义两种：广义的定义指受污染的水体，经过水中物理、化学与生物作用，使污染物浓度降低，并基本恢复或完全恢复到污染前的水平；狭义的定义指水体中的微生物氧化分解有机物而使得水体得以净化的过程。

水体自净主要通过3个方面作用来实现，即物理作用、化学作用和生物作用。

物理作用包括可沉性固体逐渐下沉，悬浮物、胶体和溶解性污染物稀释混合，浓度逐渐降低。其中稀释作用是一项重要的物理净化过程。化学作用是指污染物质由于氧化、还原、酸碱反应、分解、化合、吸附和凝聚等作用使污染物质的存在形态发生变化和浓度降低。生物作用是指由于各种生物（藻类、微生物等）的活动特别是微生物对水中有机物的氧化分解作用使污染物降解。它在水体自净中起非常重要的作用。水体中的污染物的沉淀、稀释、混合等物理过程，氧化还原、分解化合、吸附凝聚等化学和物理化学过程以及生物化学过程等，往往是同时发生，相互影响，并且相互交织进行。一般说来，物理和生物化学过程在水体自净中占主要地位。

水体中有机物的自净过程一般分为3个阶段。第一阶段是易被氧化的有机物所进行的化学氧化分解。该阶段在污染物进入水体以后数小时之内即可完成。第二阶段是有机物在水中微生物作用下的生物化学氧化分解。该阶段持续时间的长短随水温、有机物浓度、微生物种类与数量等而不同。一般要延续数天，但被生物化学氧化的物质一般在5d内可全部完成。第三阶段是含氮有机物的硝化过程。这个过程最慢，一般要延续一个月左右。

有机物在生化分解过程中，需要消耗水中的氧。因此可以用两个相关的水质指标来描述水体的自净过程：一个是生化需氧量（BOD），该值越高说明有机物含量越多，水体受污染程度越严重；另一个是水中溶解氧（DO），它是维持水生物生态平衡和有机物能够进行生化分解的条件，DO越高说明水中有机污染物越少。正常情况下，清洁水中DO值接近饱和状态。水体中BOD值与DO值呈高低反差关系。在单一污染源的情况下，BOD与DO变化曲线如图1－1所示。

对图1－1中的曲线可以作以下分析：假设在污水排放口上游，水体中的BOD值低于最高允许量，DO接近于饱和，水体是清洁的；在排放口处BOD值急剧上升，DO被有机物降解所消耗，逐渐降低至允许含量以下，水质受到污染，随之BOD逐渐降低，DO值得到补充并回升，水质逐渐恢复，经过较长的历时流程，水体中的有机物和细菌经生物化学作用，恢复到原水体的生态平衡状态，水质又复洁净。通常将图中的DO曲线形象地称为氧垂曲线。

水体的自净能力是有限的，如果排入水体的污染物数量超过某一界限时，将造成水体的永久性污染，这一界限称为水体的自净容量或水环境容量。影响水体自净的因素很多，主要有受纳水体的地理条件、水文条件、微生物的种类与数量、水温、复氧能力以及水体和污染物的组成、污染物浓度等。

1.水文要素

流速、流量直接影响到移流强度和紊动扩散强度。流速和流量大，不仅水体中污染物浓度稀释扩散能力随之加强，而且水汽界面上的气体交换速度也随之增大。河流中流速和流量有明显的季节变化，洪水季节，流速和流量大，有利于自净；枯水季节，流速和流量小，对自净不利。

河流中含沙量的多少与水中某些污染物浓度有一定关系。例如，研究发现中国黄河含沙量与含砷量呈正相关关系。这是因为泥沙颗粒对砷有强烈的吸附作用。一旦河水澄清，含砷量就大为减少。

水温不仅直接影响到水体中污染物质的化学转化的速度，而且能通过影响水体中微生物的活动对生物化学降解速度产生影响，随着水温的增加，BOD的降低速度明显加快。但水温高却不利于水体富氧。

2.太阳辐射

太阳辐射对水体自净作用有直接影响和间接影响两个方面。直接影响指太阳辐射能使水中污染物产生光转化；间接影响指可以引起水温变化和促进浮游植物及水生植物进行光合作用。太阳辐射对水深小的河流的自净作用的影响比对水深大的河流大。

3.河床底质

河床底质能富集某些污染物质。河水与河床基岩和沉积物也有一定物质交换过程。这两方面都可能对河流的自净作用产生影响。例如，河底若有铬铁矿露头，则河水中含铬可能较高；又如汞易被吸附在泥沙上，随之沉淀而在底泥中累积，虽较稳定，但在水与底泥界面上存在十分缓慢的释放过程，使汞重新回到河水中，形成二次污染。此外，底质不同，底栖生物的种类和数量不同，对水体自净作用的影响也不同。

4.水生物和水中微生物

水中微生物对污染物有生物降解作用。某些水生物对污染物有富集作用，这两方面都能降低水中污染物的浓度。因此，若水体中能分解污染物质的微生物和能富集污染物质的水生物品种多、数量大，对水体自净过程较为有利。

5.污染物的性质和浓度

易于化学降解、光转化和生物降解的污染物显然最容易得以自净。例如，酚和氰，由于它们易挥发和氧化分解，并且又能为泥沙和底泥吸附，因此在水体中较易净化。难以化学降解、光转化和生物降解的污染物也难在水体中得以自净。例如，合成洗涤剂、有机农药等化学稳定性极高的合成有机化合物，在自然状态下需10年以上的时间才能完全分解，它们以水流作为载体，逐渐蔓延，不断积累，成为全球性污染的代表性物质。水体中某些重金属类污染物可能对微生物有害，从而降低了生物降解能力。