水污染及其治理 水是一种宝贵的自然资源,它是人类生存所必需的。水是一种可 以更新的自然资源,它可以通过复原更新和不断地循环利用。尽管地 球上的水资源很丰富,但淡水的资源却很有限,在地球上的分布也不 均匀,如果对水资源开发利用过度,不注意合理利用,就有可能产生 水资源危机。 第一节水污染现状 水体受到人类和自然因素的影响,使水的感观性状、物理化学性 能、化学成分、生物组成及底质情况产生了恶化,称为水污染。最突 出的是由于人类生产活动,使水质发生变化,以致损害水的某些有益 的利用价值,或水体本身不存在或含量极少的物质被人为活动带入水 体,而产生对人类、生物和环境不利的水质变化。上述水质的变化统 称为水污染或水体污染 对我国5.3万km的河段进行调查的结果,发现鱼虾绝迹,水质恶 化的“死水”河段,占45%;水质污染,不能灌溉的河段约占23.3%, 而水质符合饮用水标准的仅占14.1% 我国一些大型湖泊,如鄱阳湖、泂庭湖、青海湖等水质状况总的 来说是好的,但湖边水域也遭受了不同程度的污染,有的污染较为严 重,如太湖、巢湖。我国湖泊富营养化的危害,只限于局部地区较为 严重。湖水水质共性问题是有机物污染。调查资料总的表明,我国大 淡水湖存在着向富营养化发展的趋势,而水库水质比较好,基本上未 受到较大的污染,仅个别水库的水质在单项指标中表现出污染情况。 我国地下水污染也在发展。据对44个城市的调查,有41个城市的地 下水已不同程度受到污染,如北京、天津、沈阳、西安、太原等。 地下水污染的原因是:工业和生活污水不加处理直接渗入地下; 工业废渣的淋溶;农药化肥、污水灌溉,通过地表水渗入地下;大量 开采地下水使水动力条件发生变化,导致好水与污染水发生水力联系, 引起水质恶化;滨海地区地下水超采引起海水侵入。 现在,我国以淮河、辽河、海河、太湖、巢湖、滇池为重点,加 大治理水污染力度,做到达标排放,控制排放总量,逐渐提高我国的 水环境质量。 第二节水体中主要污染物的来源及其影响 水体中的污染物可以分为四大类,即“无机无毒物、无机有毒物
水污染及其治理 水是一种宝贵的自然资源，它是人类生存所必需的。水是一种可 以更新的自然资源，它可以通过复原更新和不断地循环利用。尽管地 球上的水资源很丰富，但淡水的资源却很有限，在地球上的分布也不 均匀，如果对水资源开发利用过度，不注意合理利用，就有可能产生 水资源危机。 第一节 水污染现状 水体受到人类和自然因素的影响，使水的感观性状、物理化学性 能、化学成分、生物组成及底质情况产生了恶化，称为水污染。最突 出的是由于人类生产活动，使水质发生变化，以致损害水的某些有益 的利用价值，或水体本身不存在或含量极少的物质被人为活动带入水 体，而产生对人类、生物和环境不利的水质变化。上述水质的变化统 称为水污染或水体污染。 对我国 5.3 万 km 的河段进行调查的结果，发现鱼虾绝迹，水质恶 化的“死水”河段，占 45%；水质污染，不能灌溉的河段约占 23.3%， 而水质符合饮用水标准的仅占 14.l%。 我国一些大型湖泊，如鄱阳湖、洞庭湖、青海湖等水质状况总的 来说是好的，但湖边水域也遭受了不同程度的污染，有的污染较为严 重，如太湖、巢湖。我国湖泊富营养化的危害，只限于局部地区较为 严重。湖水水质共性问题是有机物污染。调查资料总的表明，我国大 淡水湖存在着向富营养化发展的趋势，而水库水质比较好，基本上未 受到较大的污染，仅个别水库的水质在单项指标中表现出污染情况。 我国地下水污染也在发展。据对 44 个城市的调查，有 41 个城市的地 下水已不同程度受到污染，如北京、天津、沈阳、西安、太原等。 地下水污染的原因是：工业和生活污水不加处理直接渗入地下； 工业废渣的淋溶；农药化肥、污水灌溉，通过地表水渗入地下；大量 开采地下水使水动力条件发生变化，导致好水与污染水发生水力联系， 引起水质恶化；滨海地区地下水超采引起海水侵入。 现在，我国以淮河、辽河、海河、太湖、巢湖、滇池为重点，加 大治理水污染力度，做到达标排放，控制排放总量，逐渐提高我国的 水环境质量。 第二节 水体中主要污染物的来源及其影响 水体中的污染物可以分为四大类，即“无机无毒物、无机有毒物
有机无毒物和有机有毒物”。无机无毒物主要指酸、械及一些无机盐类 和氮、磷等植物营养物质。无机有毒物主要指各种重金属(汞、镉 砷、铬、铅等)和氰化物、氟化物等。有机无毒物主要指在水环境中 比较容易分解的有机化合物,如碳水化合物、蛋白质、脂肪和木质素 等。有机有毒物主要指苯酚、多环芳烃和各种人工合成的具有积累毒 性的稳定有机化合物,如农药等。有机物污染特征是耗氧,有毒物的 污染特征是生物毒性。 、需氧有机污染物 生活污水和某些工业废水中所含的碳水化合物包括碳水化合物、 蛋白质、脂肪和木质素等在微生物作用下易于分解,最终分解为简单 的无机物:二氧化碳和水。这些有机物在分解过程中需要消耗水中的 溶解氧,故称之为需氧有机物。水体中需氧有机物愈多,耗氧也愈多, 水质也愈差,水体污染也愈严重。 (一)需氧有机污染物的主要指标 由于水体中有机污染物的组成比较复杂,测定各类有机物含量既 费时又费力,又因为需氧有机污染物的主要危害是消耗水中溶解氧, 所以在实际工作中一般采用下列指标来表示水中需氧有机污染物的含 量 1.溶解氧(DO, dissolved oxy gen)水中的溶解氧是溶于水中的 自由状态氧分子的量。它是支配水生生物生存和有机污染物分解类型 及水体自净作用强弱的重要因素,因此是水体质量好坏的重要指标。 水体中溶解氧的来源有两个方面:一是由大气中的氧通过扩散方 式补给,这是水中溶解氧的主要来源;二是水生植物的光合作用也放 出氧。因此D0在一天中含量是变化的。早晨由于光合作用开始使水中 D0不断上升,过了中午在下午2时DO呈过饱和状态。夜间因光合作用 下降,故D含量亦下降。水体中溶解氧减少有三个方面:一是耗氧有 机污染物在降解时耗氧;二是还原性无机物质氧化时耗氧;三是生物 呼吸过程吸收氧。上述氧的补给与消耗的状态不同,使水质处于不同 的状态中,如: 氧补给=消耗:水体中D处于平衡,属正常状态 补给<消耗:水体缺氧,水质处于恶化状态 补给>消耗:水中DO呈饱和状态。 DO的含量直接影响水生动物的生长,例如鱼类生存需要一定量的 D0,其多少视鱼种、发育阶段、活动强度和温度的不同而不同。通常
有机无毒物和有机有毒物”。无机无毒物主要指酸、械及一些无机盐类 和氮、磷等植物营养物质。无机有毒物主要指各种重金属（汞、镉、 砷、铬、铅等）和氰化物、氟化物等。有机无毒物主要指在水环境中 比较容易分解的有机化合物，如碳水化合物、蛋白质、脂肪和木质素 等。有机有毒物主要指苯酚、多环芳烃和各种人工合成的具有积累毒 性的稳定有机化合物，如农药等。有机物污染特征是耗氧，有毒物的 污染特征是生物毒性。 一、需氧有机污染物 生活污水和某些工业废水中所含的碳水化合物包括碳水化合物、 蛋白质、脂肪和木质素等在微生物作用下易于分解，最终分解为简单 的无机物：二氧化碳和水。这些有机物在分解过程中需要消耗水中的 溶解氧，故称之为需氧有机物。水体中需氧有机物愈多，耗氧也愈多， 水质也愈差，水体污染也愈严重。 （－）需氧有机污染物的主要指标 由于水体中有机污染物的组成比较复杂，测定各类有机物含量既 费时又费力，又因为需氧有机污染物的主要危害是消耗水中溶解氧， 所以在实际工作中一般采用下列指标来表示水中需氧有机污染物的含 量。 1.溶解氧（DO， dissolved oxygen）水中的溶解氧是溶于水中的 自由状态氧分子的量。它是支配水生生物生存和有机污染物分解类型 及水体自净作用强弱的重要因素，因此是水体质量好坏的重要指标。 水体中溶解氧的来源有两个方面：一是由大气中的氧通过扩散方 式补给，这是水中溶解氧的主要来源；二是水生植物的光合作用也放 出氧。因此 DO 在一天中含量是变化的。早晨由于光合作用开始使水中 DO 不断上升，过了中午在下午 2 时 DO 呈过饱和状态。夜间因光合作用 下降，故 DO 含量亦下降。水体中溶解氧减少有三个方面：一是耗氧有 机污染物在降解时耗氧；二是还原性无机物质氧化时耗氧；三是生物 呼吸过程吸收氧。上述氧的补给与消耗的状态不同，使水质处于不同 的状态中，如： 氧补给=消耗：水体中 DO 处于平衡，属正常状态。 补给＜消耗：水体缺氧，水质处于恶化状态。 补给＞消耗：水中 DO 呈饱和状态。 DO 的含量直接影响水生动物的生长，例如鱼类生存需要一定量的 DO，其多少视鱼种、发育阶段、活动强度和温度的不同而不同。通常
暖水鱼群生活的水体,在每天的16小时内,D0至少保持5mg/L,在 每天8小时内不得小于3mg/L。如作为灌溉水引入农田,当D很低 时,会降低土壤溶液中含氧量,以致影响作物根系呼吸,导致品质下 降。生活污水和某些工业废水中含大量有机污染物,呈严重缺氧状态, 排入水体中,在其分解过程中消耗大量D0,使水体受到严重污染。 水体中DO含量还与温度有关,随着温度的升高,水中D0含量迅 速下降,如表5-4所示,水温从0℃到40℃,其D0从14.6mg/L下 降为6.6mg/L,这就说明了受污染的水体在温度高的季节,其恶臭味 愈严重的原因就是水体中DO含量太低。 2.生化需氧量(BOD, biological oxy gen demand)BD表示 水中有机污染物被微生物分解所需的氧量,可以间接地反映出有机污 染物的含量。BOD不表示有机污染物的含量,只是通过一定时间好气细 菌所氧化分解的有机污染物消耗的氧量,BOD愈高,表示水中需氧有机 污染物愈多。 有机污染物经微生物氧化分解过程,一般可分为两个阶段:第一阶 段,主要是有机物被转化为无机的二氧化碳、水和氨等;第二阶段 主要是氨被转化为亚硝酸盐 因为氨已是无机物,它的进一步氧化对环境卫生的影响较小所以废 水的生化需氧量,通常只指第一阶段有机生物化学氧化所需的氧量。 因为微生物的活动与温度有关,所以测定生化需氧量时须规定一个温 度,一般以20℃作为测定的标准温度。当温度为20℃时,一般生活污 水中的有机物,需20天左右才能基本上完成第一阶段的氧化分解过程 这就是说,要测定第一阶段的生物需氧量至少需要20天时间,这在实 际工作中是有困难的。所以目前都以5天作为测定生化需氧量的标准 时间,简称五日生化需氧量用BODs表示,几天生化需氧量可用BOD表 示。一般有机物的五日生化需氧量,约占第一阶段生化需氧量的70% 左右 水体中BOD3的高低,是表明水体中有机污染物被微生物降解数量 的多少。因此BOD过高表明水体中有机污染物含量多,水体污染严重。 水体BOD低,可以表明水体清洁,但也可以表明完全相反的情况,如 水体BOD3低而COD高,则表明水中易被微生物降解的有机物少,而难 降解的多。因此常同时测定COD值以进一步评价水质状况。 3.化学需氧量(COD, chemical oxygen demand)COD是指用 化学氧化剂氧化水中有机污染物时所需要的氧量。目前常用的氧化剂
暖水鱼群生活的水体，在每天的 16 小时内，DO 至少保持 5mg／L，在 每天 8 小时内不得小于 3 mg／L。如作为灌溉水引入农田，当 DO 很低 时，会降低土壤溶液中含氧量，以致影响作物根系呼吸，导致品质下 降。生活污水和某些工业废水中含大量有机污染物，呈严重缺氧状态， 排入水体中，在其分解过程中消耗大量 DO，使水体受到严重污染。 水体中 DO 含量还与温度有关，随着温度的升高，水中 DO 含量迅 速下降，如表 5－4 所示，水温从 0℃到 40℃，其 DO 从 14.6 mg／L 下 降为 6.6 mg／L，这就说明了受污染的水体在温度高的季节，其恶臭味 愈严重的原因就是水体中 DO 含量太低。 2.生化需氧量（BOD， biological oxygen demand） BOD 表示 水中有机污染物被微生物分解所需的氧量，可以间接地反映出有机污 染物的含量。BOD 不表示有机污染物的含量，只是通过一定时间好气细 菌所氧化分解的有机污染物消耗的氧量，BOD 愈高，表示水中需氧有机 污染物愈多。 有机污染物经微生物氧化分解过程，一般可分为两个阶段：第一阶 段，主要是有机物被转化为无机的二氧化碳、水和氨等；第二阶段， 主要是氨被转化为亚硝酸盐。 因为氨已是无机物，它的进一步氧化对环境卫生的影响较小所以废 水的生化需氧量，通常只指第一阶段有机生物化学氧化所需的氧量。 因为微生物的活动与温度有关，所以测定生化需氧量时须规定一个温 度，一般以 20℃作为测定的标准温度。当温度为 20℃时，一般生活污 水中的有机物，需20 天左右才能基本上完成第一阶段的氧化分解过程。 这就是说，要测定第一阶段的生物需氧量至少需要 20 天时间，这在实 际工作中是有困难的。所以目前都以 5 天作为测定生化需氧量的标准 时间，简称五日生化需氧量用 BOD5表示，几天生化需氧量可用 BODn表 示。一般有机物的五日生化需氧量，约占第一阶段生化需氧量的 70% 左右。 水体中 BOD5 的高低，是表明水体中有机污染物被微生物降解数量 的多少。因此 BOD5过高表明水体中有机污染物含量多，水体污染严重。 水体 BOD5 低，可以表明水体清洁，但也可以表明完全相反的情况，如 水体 BOD5低而 COD 高，则表明水中易被微生物降解的有机物少，而难 降解的多。因此常同时测定 COD 值以进一步评价水质状况。 3.化学需氧量（COD， chemical oxygen demand） COD 是指用 化学氧化剂氧化水中有机污染物时所需要的氧量。目前常用的氧化剂
主要是重铬酸钾或高锰酸钾。如果废水中有机质的组成相对稳定,那 么化学需氧量与生化需氧量之间应有一定的比例关系。一般地说,重 铬酸钾法αOcr>BOD2∞>BOD>高锰酸钾法COD。重铬酸钾法COD与 BOD20之差,可大致表示不能被微生物分解的有机物量。 被氧化的物质中大部分为有机污染物,极少部分为还原性的无机 物如Fe2、Mn2等,因此COD的测定是在短时间内求污染物数量的重要 指标。但因为它还包括少部分无机物所消耗的氧量故不能完全表示水 中有机污染物的真实耗氧量,常出现结果偏高。它的特点是速度快, 能及时了解水质状况,在一固定污染源,测定水体的BOD5和COD,求出 其相关模型,通过OD可以求算BOD3,CO会成为更有意义的水质污染 指标参数。 4.总有机碳(T0C, total organic carbon)和总需氧量(TOD, total oxygen demand)TOC为水中总有机碳的含量,它的测定方 法是在90℃下,以铂为催化剂,使水样气化燃烧,测定气体中的CO2 量,从而确定水样中的碳元素总量。这一测定法速度快,若通过实验 建立T0C与BOD、COD之间的关系,则可快速测定出TOC,从而推算其 它指标 TOD,有机物中除含有碳外,还含有氢、氮、硫等元素。当有机物 全部被氧化时,碳被氧化为2,氢、氮及硫等则被氧化为HO、N和 SO2等,此时的需氧量称为总需氧量。其测定方法是在特殊的燃烧器中, 以铂为催化剂在900℃温度下,使水全部气化,而有机物质全部燃烧, 然后测定气体中氧的减少量,作为有机物完全氧化所需要的氧量。测 定只需约3分钟可得结果,可以自动控制进行,比一般BOD、COD的测 定要快速简便。测定结果比CO更接近理论需氧量,故一般可以认为 是真正的有机物完全氧化总需氧量,但实际上,对于某些有机物,这 种条件仍不能达到完全氧化 植物营养物 这里所说的植物营养物主要是指氮和磷,从农作物生长角度看, 它们是重要的肥料,但过多的植物营养物进入水体将污染环境,危害 人类。 (一)水体中植物营养物的来源 在自然情况下,由于雨、雪对大气淋洗和径流对地表物质的淋溶 与冲刷,总会有一定量的植物营养物质被汇入水体中,但其数量极微, 在通气良好的地表水中,含氮化合物(N4,NO2,NO3-)的总量一般
主要是重铬酸钾或高锰酸钾。如果废水中有机质的组成相对稳定，那 么化学需氧量与生化需氧量之间应有一定的比例关系。一般地说，重 铬酸钾法 CODcr＞BOD20＞BOD5＞高锰酸钾法 CODMn。重铬酸钾法 COD 与 BOD20之差，可大致表示不能被微生物分解的有机物量。 被氧化的物质中大部分为有机污染物，极少部分为还原性的无机 物如 Fe2+、Mn2+等，因此 COD 的测定是在短时间内求污染物数量的重要 指标。但因为它还包括少部分无机物所消耗的氧量故不能完全表示水 中有机污染物的真实耗氧量，常出现结果偏高。它的特点是速度快， 能及时了解水质状况，在一固定污染源，测定水体的 BOD5和 COD，求出 其相关模型，通过 COD 可以求算 BOD5，COD 会成为更有意义的水质污染 指标参数。 4.总有机碳（TOC，total organic carbon）和总需氧量（TOD， total oxygen demand） TOC 为水中总有机碳的含量，它的测定方 法是在 90℃下，以铂为催化剂，使水样气化燃烧，测定气体中的 CO2 量，从而确定水样中的碳元素总量。这一测定法速度快，若通过实验 建立 TOC 与 BOD、COD 之间的关系，则可快速测定出 TOC，从而推算其 它指标。 TOD，有机物中除含有碳外，还含有氢、氮、硫等元素。当有机物 全部被氧化时，碳被氧化为 CO2，氢、氮及硫等则被氧化为 H2O、NO 和 SO2等，此时的需氧量称为总需氧量。其测定方法是在特殊的燃烧器中， 以铂为催化剂在 900℃温度下，使水全部气化，而有机物质全部燃烧， 然后测定气体中氧的减少量，作为有机物完全氧化所需要的氧量。测 定只需约 3 分钟可得结果，可以自动控制进行，比一般 BOD、COD 的测 定要快速简便。测定结果比 COD 更接近理论需氧量，故一般可以认为 是真正的有机物完全氧化总需氧量，但实际上，对于某些有机物，这 种条件仍不能达到完全氧化。 二、植物营养物 这里所说的植物营养物主要是指氮和磷，从农作物生长角度看， 它们是重要的肥料，但过多的植物营养物进入水体将污染环境，危害 人类。 （一）水体中植物营养物的来源 在自然情况下，由于雨、雪对大气淋洗和径流对地表物质的淋溶 与冲刷，总会有一定量的植物营养物质被汇入水体中，但其数量极微， 在通气良好的地表水中，含氮化合物（NH+ 4，NO2 －，NO3 －）的总量一般
不超过10-8~10-,含磷化合物(HLPO4,HPO等)的数值也大致在这 个范围内。天然水中过量的植物营养物质主要来自农田施肥、农业废 弃物、城市生活污水与某些工业废水。 (二)植物营养物污染的危害 “富营养化”是湖泊分类与演化方面的概念。湖沼学家一致认为 富营养化是水体衰老的一种表现。随着水体中植物营养物含量的增加, 将导致水生生物主要是各种藻类大量繁殖。藻类占据湖泊中越来越大 的空间,有时甚至有填满湖泊的危险,这样便使鱼类生活的空间越来 越缩小。随着水体富营养化的发展,藻类的种类数逐渐减少,而个体 数迅速增加,藻类过度旺盛的生长繁殖将造成水中溶解氧的急剧变化。 藻类的呼吸作用和死亡藻类的分解作用,耗氧能在一定时间内使水体 处于严重缺氧状态,从而严重影响鱼类的生存,问题严重时,常使鱼 类大量死亡 在自然界物质的正常循环过程中也有可能使某些湖泊由贫营养湖 发展为富营养湖,进一步发展为沼泽和干地。 水体富营养化现象除发生在湖泊、水库中,也发生在海湾内,在 水流急速的河流中发生较少。在人类工农业活动影响下过量植物营养 物排入水体将加速水体的富营养化过程。 水体中氮、磷含量的高低与水体富营养化程度有密切关系,据瑞 典46个湖的资料,总P和无机N分别为20ng/L和300mg/L,就可 以认为水体处于富营养状态 对发生富营养化作用来说,P的作用远大于N。P的含量不很高时 就可引起富营养化作用,但决不能忽视高浓度N的作用 三、油类物质 随着石油工业的发展,油类物质对水体的污染愈来愈严重。在各 类水体中以海洋受到的油污染最为严重。我国海岸线长达18000km 沿海海域面积辽阔,近年来许多海域也受到不同程度的石油污染。 (一)水体中油类污染物的来源 1.船舶带入目前石油总产量的60%经由水上(尤其是海上)运 输,全世界每年从含油废水排入各类水体的油量仍近百万吨 2.工业排入许多国家的大城市和工业区。 3.海底石油开采全球石油总储量估计3000亿t,其中近1/3 储藏于海底。海底油田的开发,特别是油井井喷,大量石油泄入海洋。 4.大气石油烃的降落全世界每年由工厂、船舶、车辆排人大气
不超过 10－8～10－7，含磷化合物（H2PO4 －，HPO4 －等）的数值也大致在这 个范围内。天然水中过量的植物营养物质主要来自农田施肥、农业废 弃物、城市生活污水与某些工业废水。 （二）植物营养物污染的危害 “富营养化”是湖泊分类与演化方面的概念。湖沼学家一致认为 富营养化是水体衰老的一种表现。随着水体中植物营养物含量的增加， 将导致水生生物主要是各种藻类大量繁殖。藻类占据湖泊中越来越大 的空间，有时甚至有填满湖泊的危险，这样便使鱼类生活的空间越来 越缩小。随着水体富营养化的发展，藻类的种类数逐渐减少，而个体 数迅速增加，藻类过度旺盛的生长繁殖将造成水中溶解氧的急剧变化。 藻类的呼吸作用和死亡藻类的分解作用，耗氧能在一定时间内使水体 处于严重缺氧状态，从而严重影响鱼类的生存，问题严重时，常使鱼 类大量死亡。 在自然界物质的正常循环过程中也有可能使某些湖泊由贫营养湖 发展为富营养湖，进一步发展为沼泽和干地。 水体富营养化现象除发生在湖泊、水库中，也发生在海湾内，在 水流急速的河流中发生较少。在人类工农业活动影响下过量植物营养 物排入水体将加速水体的富营养化过程。 水体中氮、磷含量的高低与水体富营养化程度有密切关系，据瑞 典 46 个湖的资料，总 P 和无机 N 分别为 20 mg／L 和 300 mg／L，就可 以认为水体处于富营养状态。 对发生富营养化作用来说，P 的作用远大于 N。P 的含量不很高时， 就可引起富营养化作用，但决不能忽视高浓度 N 的作用。 三、油类物质 随着石油工业的发展，油类物质对水体的污染愈来愈严重。在各 类水体中以海洋受到的油污染最为严重。我国海岸线长达 18000 km， 沿海海域面积辽阔，近年来许多海域也受到不同程度的石油污染。 （－）水体中油类污染物的来源 1.船舶带入 目前石油总产量的 60%经由水上（尤其是海上）运 输，全世界每年从含油废水排入各类水体的油量仍近百万吨。 2.工业排入 许多国家的大城市和工业区。 3.海底石油开采 全球石油总储量估计 3000 亿 t，其中近 1／3 储藏于海底。海底油田的开发，特别是油井井喷，大量石油泄入海洋。 4.大气石油烃的降落 全世界每年由工厂、船舶、车辆排人大气