第四章水体污染及其保护

第四章水体污染及其保护 第四章水体污染及其保护学习目的与要求 1.了解水资源分布概况、自然循环与社会循环、现阶段我国水体污染状况； 2.掌握水体中污染物的迁移转化规律； 3.理解水体污染定义及污染分类，熟悉水体自净的机理； 4.熟练划分水体主要污染源，掌握水体主要污染物产生的环境效应； 5.掌握水体污染管理及防治对策，掌握废水处理的主要方法及水体富营养化治理办法。

第四章水体污染及其保护 第一节水资源概述一、水资源分布与分类（一）水资源的分布地球水圈中各个环节和各种形态的水都称为水资源。地球上水的总储量估计为13.9亿立方千米，其中海水占97.4%、淡水占2.6%。淡水所占比例很小，大部分是以冰的形式存在于冰盖、冰川中，可开发利用的水仅是地下水、土壤水、湖泊水等，这仅占淡水资源的22.8%，总共约0.36亿立方千米，占地球总水量的0.3%。能参与全球循环得到再生的淡水资源只有120万立方千米，不到地球总水量的百万分之一。地球上的水量分布见表4-1。

第四章水体污染及其保护 表2-1 地球上的水量分布比（二）水资源的类型按水体的类型，可将水体分为海洋水体和陆地水体两种。陆地水体进一步可以分成地表水水体、地下水水体和降水三大类型。地表水存在于地壳表面，暴露于大气，亦称“陆地水”，通常包括江河水、湖库水、海水、水塘水。地下水存在于地壳岩石裂缝或土壤空隙中，可分为浅层水、深层水和泉水。降水是地面从大气中获得的水汽凝结物，包括水平降水和垂直降水。

第四章水体污染及其保护 二、水体在环境中的循环（一）自然循环地球表面的水在太阳辐射能和地心引力的相互作用下不断地蒸发和蒸腾，并汽化为水蒸气，上升到空中形成云，又在大气环流的作用下传播到各处,遇到适当的条件时即成为雨或雪而降落到海洋和陆地。这些降落下来的水分，一部分渗入地下，成为土壤水或地下水；一部分经植物吸收后再经枝叶蒸腾进入大气层；一部分可直接从地面蒸发而发散；一部分可能顺地表径流汇入江、河、湖泊，流入海洋，再经水面蒸发进入大气圈。这种过程循环往复、永无止境,称作自然界的水分循环。

第四章水体污染及其保护 海水被蒸发后，又以大气降水形式回归海洋的，称为局部的海洋水分循环；陆地水自地表蒸发到大气中，又以降水形式回到陆地的称为局部的内陆水分循环。如海水蒸发后的水汽被吹到陆地上空，又以大气降水的形式落到陆地表面，其中一部分又可能在地表重新蒸发再被气流带进更远的内陆，然后降落到地表，再经河川或地下径流形式回到海洋，形成比较复杂的水分循环，称为全球水分循环。通过水的循环，包括蒸发、降水、渗透及径流，地球上的水不断循环往复，在全球范围内蒸发与降水的总量是平衡的。

第四章水体污染及其保护 （二）社会循环水的社会循环是指人类为了满足生活和生产需要，而不断取用天然水体中的水，使用后一部分被消耗，但大部分变成生活污水或生产废水排放，重新进入天然水体，再被人类利用，如此循环往复。由于水的社会循环，生活、生产废水的排放是形成水污染的主要根源，也是防治水污染的主要对象。目前世界各国每年所消耗的淡水约2088km3，连同可以循环使用的水，总量约为3300km3/a，约占全球全年总径流量的90%，其余10%的淡水流到海洋中。因而从全球角度来看，水资源是丰富的。但是，水资源供应不足是世界各国所面临的严重问题，表4-2所示为世界供水和被污染水量概况。

第四章水体污染及其保护 表4-2 世界供水和被污染水量概况单位：108m3

第四章水体污染及其保护 三、污染物在水体中的迁移转化污染物排入河流后，在随河水往下游流动的过程中受到稀释、扩散和降解等作用，污染物浓度逐步减小。污染物在河流中的扩散和分解受到河流的流量、流速、水深等因素的影响。湖泊、水库的贮水量大，但水流一般比较慢，对污染物的稀释、扩散能力较弱，污染物不能很快地和湖、库的水混合，易在局部形成污染。海洋虽有巨大的自净能力，但是海湾或海域局部的纳污和自净能力差别很大。地下水埋藏在地质介质中，其污染是一个缓慢的过程。

第四章水体污染及其保护 四、我国水污染状况（一）河流污染联合国规定，地区年人均水资源量小于1700m3，称为资源型缺水。我国人均水资源已不足世界人均水平的1/4，是一个资源型缺水的国家。同时，因为水源的水质达不到国家规定的饮用水水质标准，我国还是一个水质型缺水的国家。根据水利部1997年的统计，全国河流中污染河长已占总河长65405km的42.7%。完全污染、失去水的使用价值的劣Ⅴ类河流占总河长的5%。而辽河、黄河、海河、淮河的污染河长竟达到65%～80%。总体上看，我国流域污染状况是干流水质好于支流，一般河段强于城市河段，污染从下游地区逐步向上游转移。

第四章水体污染及其保护 （二）湖泊、水库污染我国湖泊普遍遭到污染，尤其是重金属污染和富营养化问题十分突出。多数湖泊的水体以富营养化为特征，主要污染指标为总磷、总氮、化学需氧量和高锰酸盐指数。（三）地下水污染全国195个城市监测结果表明，97%的城市地下水受到不同程度污染，40%的城市地下水污染有逐年加重趋势。（四）海洋污染全国近岸海域水质总体为轻度污染。近海大部分海域为清洁海域；远海海域水质保持良好。据不完全统计，我国沿海自1980年以来，共发生赤潮300多次，其中1989年发生的一次持续72天的赤潮，造成经济损失4亿元。

第四章水体污染及其保护 第二节水体污染与水体自净水环境学中把水体当作包括水中悬浮物、溶解物质、底泥和水生生物等的完整生态系统或自然综合体。一、水体污染由于人类活动而排放的污水、废水、各种废弃物等污染物质进入水域，超出了水体的自净和纳污能力，从而导致水体及其底泥的物理、化学性质和生物群落组成发生了很大变化，破坏了水中固有的生态系统和水体的功能，从而降低水体使用价值的现象，称为水体污染。造成水体污染的因素是多方面的。

第四章水体污染及其保护 二、水体自净通常情况下，污水排入水体后，一方面对水体产生污染，另一方面水体本身有一定的净化污水的能力，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，从而使水体由不洁净恢复为清洁，这一过程称为水体自净。广义的水体自净是指受污染的水体，经过水中物理、化学与生物作用，使污染物浓度降低，并恢复到污染前的水平；狭义的水体自净是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。水体自净包括沉淀、稀释、混合等物理过程，氧化还原、分解化合、吸附凝聚等化学过程以及生物过程。

第四章水体污染及其保护 （一）物理净化物理净化是指污染物质由于稀释、扩散、混合和沉淀等过程而降低浓度。（二）化学净化化学净化是指污染物由于氧化还原、酸碱反应、分解化合和吸附凝聚等化学或物理化学作用而降低浓度。（三）生物净化生物净化又称生物化学净化，是指生物活动尤其是微生物对有机物的氧化分解使污染物质的浓度降低。水体自净能力除与水体本身的因素有关外，还与有机污染物的数量和性质有关。

第四章水体污染及其保护 第三节水体主要污染源及污染物的环境效应水体污染源指的是向水体排放污染物的场所、设备和装置等。通常也包括污染物进入水体的途径。一、水体污染物质的来源（一）天然水体污染源天然水是指自然界天然水体所构成的整体。天然水在水循环过程中与岩石、气体之间由于环境条件的变化，水中溶解的和非溶解的物质会产生沉淀，同时也会有新的物质进入水中，从而使天然水中的主要化学组分可以是固态的和液态的，也可以是气态的；进入水中的物质可以呈均匀状态，也可以呈非均匀状态。电解质在水中多呈离子状态，弱电解质和非电解质在水中多呈分子状态，由于水是极性分子，这些分子、离子与水分子相互作用，使水中溶质处于极度分散状态。

第四章水体污染及其保护 （二）工业废水污染源各种工业企业在生产过程中排出的废水，包括工艺过程用水、机械设备冷却水、烟气洗涤水、设备和场地清洗水及生产废液等。废水中所含的杂质包括生产废液、残渣以及部分原料、半成品、副产品等。成分极其复杂，污染物含量变化也很大。对工业废水的严格分类是很困难的，因为同一种工业类型可同时排出数种不同性质的污水，而一种污水又可有不同的物质和不同的污染效应。可将工业废水按成分分为三大类：（1）含无机物的废水，包括冶金、建材、化工废水等；（2）含有机物的废水，包括食品工业、石油化工、炼油、焦化、煤气、农药、塑料、染料等工厂排水；（3）含有生物的废水，包括医院、屠宰场、生物制药厂等排放的废水。

第四章水体污染及其保护 （三）生活污水污染源生活污水是人们日常生活中产生的各种污水的混合液，包括厨房、洗涤室、浴室等排出的污水和厕所排出的含粪便污水等。其来源除家庭生活污水外，还有各种集体单位和公用事业等排出的污水。所谓城市污水，是指排入城市污水管网的各种污水的集合，有生活污水，也有一定量的各种工业废水，还有地面的降雨、融雪水，并夹杂各种垃圾、废物、污泥等，是一种成分极为复杂的混合废水。生活污水中的杂质很多，但其总量只占0.1%～1%，其余都是水分。杂质的浓度与用水量有关。生活污水一般也不能直接用于农业灌溉，需经处理。

第四章水体污染及其保护 （四）农业退水污染源农业生产用水量大，并且是非重复用水。农作物栽培、牲畜饲养、食品加工等过程中排出的污水和液态废物称为农业退水。农药是农业污染的主要方面。滥施化肥也是造成水体严重污染的一个来源。我国农药总产量和生产品种逐年提高，农药对水体的污染主要来自于：①直接向水体施药；②农田使用的农药随雨水或灌溉水向水体迁移；③农药生产、加工企业废水的排放；④大气中的残留农药随降雨进入水体；⑤农药使用过程中，雾滴或粉尘微粒随风飘移沉降进入水体以及施药工具和器械的清洗等。农业退水是造成水体污染的面源，它覆盖面广、分散，并通过各种渠道影响地面水体。

第四章水体污染及其保护 二、水体主要污染物的环境效应（一）物理方面 1.颜色纯净的水是无色透明的。天然水中存在腐殖质、泥土、浮游生物和无机矿物质，使其呈现一定的颜色。工业废水含有染料、生物色素、有色悬浮物等，是环境水体着色的主要来源。有颜色的水可减弱水体的透光性，影响水生生物生长。

第四章水体污染及其保护 2.浊度浊度是水中悬浮物对光线透射时所发生阻碍程度的一种衡量指标。水的浊度不仅与水中悬浮物质的含量有关，还与它们的大小、形状及折射系数等有关。浊度主要由胶体或细小的悬浮物所引起。由生活污水中铁和锰的氢氧化物引起的浊度是十分有害的，必须用特殊方法才能除去。 3.温度因能源的消耗而引起环境增温效应的污染称为热污染。高温废水会加快水中的化学反应，使氰化物和重金属离子的毒性增强。此外，适当的水温升高可使一些藻类繁殖增快，加速水体“富营养化”的过程，也使水中溶解氧下降，破坏水体的生态平衡和影响水体的使用价值。

第四章水体污染及其保护 4.悬浮固体悬浮物是污水中呈固状的不溶解物质。悬浮固体物会降低水质，增加净化水的难度和成本。 5.臭臭也是一种普遍的污染危害。恶臭使人憋气，妨碍正常的呼吸功能；可使人厌食、恶心呕吐，使消化功能减退；可使人精神萎靡不振，降低工作效率和记忆力；严重时造成嗅觉障碍，损坏中枢神经以及大脑皮层的兴奋和调节功能。 6.放射性水中杂质所含有的放射性元素构成一种特殊的污染性，它们总称为放射性污染。天然的地下水或地表水中可以含有某些放射性同位素，但放射性都很微弱，对生物没有危害。人工放射性污染主要来源于天然铀矿开采和选矿、精炼厂的废水。

第四章水体污染及其保护 （二）化学方面 1.无机无毒物质无机无毒物质指排入水体中的酸、碱及一般的无机盐类。这些盐类能使淡水资源的矿化度增高，影响各种用水水质。 2.无机有毒物质（1）重金属：重金属污染物排入水体环境中不易消失，通过食物链的富集进入人体，再经较长时间积累可能促进慢性疾病的发作。（2）氰化物:氰化物是指含有氰基(CN-)的化合物,它是剧毒物质。（3）氟化物:电镀加工含氟废水和含氟废气洗涤水排入水体后会造成水污染。氟化物对许多生物具有明显毒性。水体含氟量低时对人体有益。

第四章水体污染及其保护 3.耗氧有机物天然水中的有机物一般指天然的腐殖物质及水生生物的生命活动产物。有机物的共同特点是这些物质直接进入水体后,通过微生物的生物化学作用而分解为简单的无机物质——二氧化碳和水,在分解过程中需要消耗水中的溶解氧,在缺氧条件下就发生腐败分解、恶化水质,故常称这些有机物为耗氧有机物。（1）常用的有机物污染指标有机物的种类繁多,组成复杂,很难一一分辨,逐类进行测定。（2）耗氧有机物的存在耗氧有机物常出现在生活污水及部分工业废水中。 4.有机有毒物质（1）酚类化合物；（2）有机农药；（3）多环芳烃(PAH)；（4）多氯联苯(PCB；（5）洗涤剂。

第四章水体污染及其保护 （三）生物方面城市生活污水、医院污水或污水处理厂排水排入地表水后,引起病原微生物污染。排放的污水中常包含有细菌、病毒、原生动物、寄生蠕虫等。常见的致病菌是肠道传染病菌,如霍乱、伤寒和痢疾等病菌；常见的蠕虫有线虫、绦虫等,可引起相应的寄生虫病；常见的病毒是肠道病毒和肝炎病毒等。 1.细菌总数细菌总数可作为评价水质清洁程度和净化、消毒效果的指标。细菌总数增多说明水被污染，但不能说明污染来源，必须结合总大肠菌群来判断水质污染的来源和安全程度。 2.大肠菌群数由于水致传染病的病原菌和病毒检测困难，所以用大肠菌群作为间接指标。

第四章水体污染及其保护 第四节水体污染管理及治理对策一、水体污染管理世界各国都十分重视水环境质量标准的制定，普遍认识到它是控制水体污染的重要措施之一。但对于天然水体应保持什么样的水质标准，认识并不完全一致。水环境质量标准是指为了保障人体健康，维护生态平衡，保护水资源，控制水污染，在综合水体自然环境特征、控制水环境污染的技术水平及经济条件的基础上，所规定的水环境中污染物的容许含量、污染源排放污染物的数量和浓度等的技术规范。

第四章水体污染及其保护 我国水资源保护和水体污染控制要从两方面着手：一方面制订水体的环境质量标准，保证水体质量和水域使用目的；另一方面要制订污水排放标准，对必须排放的工业废水和生活污水进行必要而适当的处理。按照水体的类型，水环境质标准可分为地面水水质标准、海水水质标准和地下水水质标准；按照水的用途，水环境质量标准又可区分为生活饮用水水质标准、渔业用水水质标准、农业灌溉水水质标准、娱乐用水水质标准和工业用水水质标准等。由于各种标准制定的目的、适用范围和要求不同，同一污染物在不同标准中所规定的数值也不同。

第四章水体污染及其保护 （一）地表水环境质量标准对水质要求最基本的是《地表水环境质量标准》，由国家环保总局发布。依照《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）中规定，我国地表水分五大类： Ⅰ类——主要适用于源头水、国家自然保护区； Ⅱ类——主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一级保护区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产卵场、仔稚幼鱼的索饵场等； Ⅲ类 ——主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区、鱼虾类越冬场、洄游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区； Ⅳ类—— 主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区； Ⅴ类—— 主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。

第四章水体污染及其保护 （二）地下水质量标准《地下水质量标准》（GB/T 14848—93）依据我国地下水水质现状、人体健康基准值及地下水质量保护目标，并参照了生活饮用水，工业、农业用水水质最低要求，将地下水质量划分为： Ⅰ类——主要反映地下水化学组分的天然低背景含量。适用于各种用途。 Ⅱ类——主要反映地下水化学组分的天然背景含量。适用于各种用途。 Ⅲ类——以人体健康基准值为依据。主要适用于集中式生活饮用水水源及工、农业用水。 Ⅳ类——以农业和工业用水要求为依据。除适用于农业和部分工业用水外，适当处理后可作生活饮用水。 Ⅴ类——不宜饮用，其他用水可根据使用目的选用。

第四章水体污染及其保护 （三）生活饮用水卫生标准 2007年7月1日，由国家标准委和卫生部联合发布《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2006）强制性国家标准和13项生活饮用水卫生检验国家标准。水质标准卫生规范明确规定：生活饮用水是由集中式供水单位直接供给居民作为饮水和生活用水。就是说，不只是饮水应达到这个水质，生活用水就可以降低到另个水质，而是生活用水也要求达到这个水质。生活用水中除了冲马桶，拖地，浇灌花草外，像淋浴、洗漱、洗衣也应高要求，因皮肤能吸收水中的有毒有害物质。水质标准共96项，分为常规检验项目和非常规检验项目。该标准一是加强了对水质有机物、微生物和水质消毒等方面的要求。二是统一了城镇和农村饮用水卫生标准。三是实现饮用水标准与国际接轨。

第四章水体污染及其保护 （四）城镇污水处理厂污染物排放标准针对污水排放，国家环保总局制订了《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）。国家环境保护总局科技标准司于2001 年提出了《城镇污水处理厂污染物排放标准》，并于2002年12月27日由国家环境保护总局和国家技术监督检验总局批准发布，2003年7 月1日实施。《城镇污水处理厂污染物排放标准》的适用范围明确规定为：专门针对城镇污水处理厂污水、废气、污泥污染物排放制定的国家专业污染物排放标准，适用于城镇污水处理厂污水排放、废气的排放和污泥处置的排放与控制管理。根据国家综合排放标准与国家专业排放标准不交叉执行的原则，本标准实施后，城镇污水处理厂污水、废气和污泥的排放不再执行《污水综合排放标准》。污水处理厂噪音控制仍执行国家或地方的噪音控制标准。

第四章水体污染及其保护 二、水体污染治理对策 (一) 城市污水的治理方法及对策 1.城市污水处理分级城市污水成分的99.9%是水，固体物质仅占0.03%～0.06%。城市污水的生化需氧量(BOD5 ) 一般为75～300mg/ L。根据对污水的不同净化要求，污水处理的各种步骤可划分为一级、二级和三级处理。 2.城市污水处理方法城市污水处理的目的就是对污水中的污染物以某种方法分离出来，或者将其分解转化为无害稳定物质，从而使污水得到净化。废水处理方法分为好氧生物处理法和厌氧生物处理法两大类。

第四章水体污染及其保护 有机物的厌氧分解（又称厌氧消化）过程在微生物学上可分为两个阶段——酸性消化（或酸性发酵）阶段和碱性消化（或碱性发酵）阶段，分别由两类微生物群体完成，见图4-1。图4-1 有机物厌氧分解过程的两个阶段

第四章水体污染及其保护 常见的厌氧处理工艺有升流式厌氧污泥床（UASB）等，其工艺构造见图4-2。活性污泥法是在人工充氧条件下，对污水和各种微生物群体进行连续混合培养形成活性污泥，利用活性污泥的生物凝聚、吸附和氧化作用，以分解去除污水中的有机污染物，然后使污泥与水分离，大部分污泥再回流到曝气池，多余部分则排出活性污泥系统的方法，如图4-3所示。图4-2 升流式厌氧污泥床工艺构造示意图图4-3 活性污泥法的基本流程

第四章水体污染及其保护 我国从20世纪50年代初就开展了应用生物塘处理城市污水和工业废水的探索性研究。据有关材料显示，截至1984年，我国就有38座生物塘。生物塘进水口布置图见图4-4。图4-4 生物塘进水口布置图

第四章水体污染及其保护 3.城市污水治理对策（1）减少耗水量（2）技术改造。（3）清污分流。（4）建立城市污水处理系统。（5）调整工业布局。（6）加强水资源的规划管理。（7）总量控制。

第四章水体污染及其保护 （二）水体富营养化及其防治对策 1.水体富营养化的机理水体富营养化（Eutrophication）是指在人类活动的影响下，生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。水体出现富营养化现象时，浮游藻类大量繁殖，形成水华。

第四章水体污染及其保护 因占优势的浮游藻类的颜色不同，水面往往呈现蓝色、红色、棕色、乳白色等，这种现象在海洋中叫作赤潮。目前，大多数水体的富营养化主要是由于人类活动产生的大量含氮、磷的生活污水，工业废水以及农田排水进入水体中，致使水体中营养物质严重高于自然状态，促使自养性生物（浮游藻类）旺盛生长所引起的。

第四章水体污染及其保护 2.水体富营养化的危害水体富营养化的危害主要表现在四个方面：一是富营养化的水体表面生长着一层以蓝藻、绿藻为优势种的大量水藻，形成一层“绿色浮渣”，造成景观视觉污染，阻碍水上运输工具通行。二是富营养化造成水的透明度降低，阳光难以穿透水层，阻碍大气复氧，造成局部亏氧，从而影响水中植物的光合作用和氧气的释放。同时浮游生物的大量繁殖，消耗了水中大量的氧，使水中溶解氧严重不足，而水面植物的光合作用，则可能造成局部溶解氧的过饱和。溶解氧过饱和以及水中溶解氧少，都对水生动物有害，造成鱼类大量死亡。三是富营养化水体底层堆积的有机物质在厌氧条件下分解产生的有害气体，以及一些浮游生物产生的生物毒素也会伤害水生动物。四是富营养化水中含有亚硝酸盐和硝酸盐，人畜长期饮用这些物质含量超过一定标准的水，会中毒致病，后果严重。

第四章水体污染及其保护 3.富营养化的防治对策（1）控制外源性营养物质输入。绝大多数水体富营养化主要是外界输入的营养物质在水体中富集造成的。为此，科学地制订营养物质排放标准和相应的水质标准，从控制污染源着手，调查水体营养物质的主要排放源，在线监测排入水体中的氮、磷浓度，再根据水环境实施总量控制，为实施控制外源性营养物质的措施提供可靠的科学依据。（2）减少内源性营养物质负荷。输入到水体的营养物质在时空分布上是非常复杂的。减少内源性营养物负荷，必须有效地控制湖泊内部磷富集。应视不同情况采取不同的方法： ①工程性措施。②化学方法。③生物性措施。

第四章水体污染及其保护 本章小结通过本章学习，了解水资源的分布与分类，了解水在环境中的自然循环与社会循环，了解污染物在水体中的迁移与转化；熟悉划分水体主要污染源，掌握水体主要污染物产生的环境效应；掌握水体污染管理及防治对策，掌握废水处理、城市污水处理的基本方法及水体富营养化治理办法，使学生对水体污染及治理办法有初步的了解，对今后污水处理技术、环境监测技术、水环境影响评价等专业课程的学习起到指导作用。

第四章水体污染及其保护 复习思考题 1.水体在自然界和人类社会是如何循环的？ 2.污染物在水体中迁移转化的规律是什么？ 3.我国的水体污染主要有哪几方面？各自的污染状况是怎样的？ 4.水体污染与水体自净的定义是什么？ 5.水体污染主要分为几种类型？各类型中包括的污染指标是什么？ 6.水体污染源分为几类？简要回答各自的污染类型。 7.《地表水环境质量标准》是如何划分水质的？ 8.简要回答废水处理方法的种类及其处理技术。 9.水体富营养化的机理是什么？ 10.水体富营养化的危害及其防治对策是什么？

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