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1、水体地球化学环境 污染与防治,水是人类生产与生活不可缺少的环境要素，是一种宝贵的资源。但随着世界人口的增加，工农业生产的迅猛发展，生活和生产用水与日俱增，进入到水体中的工业废水、生活污水等大大增加，造成了对水体的污染，从而影响，甚至危及人类的生存与发展。,第一节 水体污染物与水体污染源,水体是指河流、湖泊、池塘、水库、沼泽、海洋以及地下水等水的聚集体。在环境学中，水体不仅包括水本身，还包括了水中的悬浮物、溶解物质、胶体物质、底质(泥)和水生生物等。,1984年颁布的中华人民共和国水污染防治法中为“水污染”下了明确的定义，即水体因某种物质的介入，而导致其化学、物理、生物或者放射性等方面特征的改变
2、，从而影响水的有效利用，危害人体健康或者破坏生态环境，造成水质恶化的现象称为水污染。 含义：所谓水体污染是指排入水体的污染物含量超过了水体的自净能力，使水体的水质和水体底质的物理、化学性质或生物群落组成发生变化，从而降低了水体的使用价值和使用功能的现象。,水污染的分类,水的污染有两类：一类是自然污染；另一类是人为污染。当前对水体危害较大的是人为污染。 水污染可根据污染杂质的不同而主要分为化学性污染、物理性污染和生物性污染三大类。 根据污染的水体可分为：海水污染、地表水污染、地下水污染,自然污染源是自然界本身的地球化学异常所释放的物质给水体造成的污染，如高矿化度的地下水对河水的污染，矿床周围的矿
3、化水对河水的污染等。这种污染源具有持久性和长期作用的特点，一般多发生在有限的区域内。 当前造成水体污染危害严重的是由于人类活动产生的污染物给水体造成的污染。水体污染的严重后果不仅在于危及人类身体健康，同时也对工农业生产造成危害。,化学性污染： 污染杂质为化学物品而造成的水体污染。化学性污染根据具体污染杂质可分为6类：无机污染物质、无机有毒物质、有机有毒物质、需氧污染物质、植物营养物质、油类污染物质。 物理性污染包括：悬浮物质污染、热污染和放射性污染。 生物性污染：生活污水，特别是医院污水和某些工业废水污染水体后，往往可以带入一些病原微生物。防止病原微生物对水体的污染也是保护环境，保障人体健康的
4、一大课题。,一、 水体污染物种类,1耗氧污染物(需氧污染物) 生活污水和某些工业废水(如食品加工、造纸等)中，含有碳水化合物、蛋白质、油脂、木质素、脂肪等有机化合物，这些物质以悬浮或溶解状态存在于污水中，可在微生物作用下分解为简单的无机物质。在其分解过程中，需要消耗水体中的大量溶解氧。亚硫酸盐、亚硝酸盐和硫化物等无机还原性物质排入水体同样也要消耗氧，这些物质被称为耗氧污染物。 耗氧污染物排入水体主要是使水中的溶解氧减少，影响鱼类和其它水生生物的生长。当水中溶解氧耗尽后，有机质将发生厌氧分解，产生硫化氢、氨和硫醇等难闻气味，使水质进一步恶化。,溶解氧(DO)是水质的重要参数之一，也是鱼类等水生生
5、物生存的必要条件。水中DO含量变化很大，主要影响因素有：再充气过程、光合作用、呼吸作用和有机废物的氧化作用。当DO含量与水中氧的溶解差距越大时，氧从空气进入水体的量也越多。水中植物的光合作用在白昼进行并产生氧，也会使水中的DO增加。水生物的呼吸作用是全天不分昼夜的连续进行，并不断地从水中耗用氧而使DO减少。,12 6 12 6 12 子夜 早晨 中午 傍晚 子夜,溶解氧含量,呼吸作用(全日进行、使DO减少),光合作用(白昼进行、使DO增加),再充气作用(使DO增加，但午后不久因超过了溶解度而发生逆转，又使水中DO下降),水中DO随呼吸、光合和再充气作用而变化的情况,耗氧物质的氧化作用是影响水中
6、DO的一项主要因素，当这些物质排入水体中时，由于微生物的分解作用使水中的DO值降低，同时污染物的量也减少；而另一方面，DO含量也越来越低于氧在水中的溶解度，发生再充氧过程，空气中的氧进入水体，当这两种相反的作用达到平衡时，DO不再下降。此后由于污染物的量越来越少，充氧速率大于耗氧速率，DO反而上升，直至恢复正常。下图为水中的氧垂曲线(OSB)，它说明了耗氧有机污染物的自净化过程。,废物加入点,废物加入点下游的距离,为有机废物的氧化作用和DO含量的关系。当水体污染程度较低时，好氧性细菌使有机废物发生分解而逐渐消失，因此DO减少到一定含量后而不再下降。但如污染比较严重，超过水体自净化的能力，则水中
7、DO耗尽，从而发生厌氧性细菌的分解作用，同时水面常会出现粘稠的絮状物使与空气隔开，妨碍再充氧过程的进行。此时水中DO不足，可能会引起鱼类等水生生物的死亡。,溶解氧 溶解氧,耗氧量 剩余溶解氧 有机废物含量 ( 低污染水体) 下 游,污水排放口,溶解氧 不足,耗氧量 有机废物含量 (高污染水体) 下 游,污水排放口,水体中有机废物与溶解氧含量的关系,2植物营养物 植物营养物主要是指氮、磷、钾以及硫及其化合物，它们是植物生长发育所需要的养料，但过多的营养物质进入水体，将恶化水体质量，影响鱼类的生长和危害人体健康。 水体中的营养物主要来自三种途径： 化肥 为了增加农业生产，大量地施用化肥是一项有效的
8、措施，但施入农田的化肥只有一部分被农作物吸收，其余的化肥均随农田排水和地表径流带至地下水和地表水中。 工业废水和生活污水 来自生活污水的粪便和含磷洗涤剂及工业废水的磷是污水中磷的又一主要来源。, 由于雨、雪对大气的洗淋和对磷灰石、硝石、鸟粪层的冲刷，也使一定量的植物营养物质进入水体。 水体中营养物质含量增加，将导致水生生物，主要是各种藻类大量繁殖。藻类过度旺盛的生长繁殖将造成水中的溶解氧急剧变化，使水体处于严重缺氧，而造成鱼类大量死亡。硝酸盐超过一定量时也有毒性，亚硝酸盐能在人体内与仲胺合成亚硝胺，有使人得癌、致畸和影响遗传等危险。,3重金属 这里的重金属主要是指汞、镉、铅、铬，以及类金属砷及
9、其化合物，也包括具有毒性的锌、铜、钴、镍、锡等。重金属以汞毒性最大，镉次之，铅、铬、砷也有相当的毒性，被人们称为“五毒”。 重金属污染物最重要的特性是：在水体中不易被微生物降解，而由于价态的变化，常发生各种化学反应，以及分散和富集的过程。它们进入人体的主要危害是抑制酶的活性，破坏人体酶的正常活动。尤以汞、镉和铅的危害最大。 采矿和冶炼是向环境中释放重金属的最主要污染源，此外不少工业部门也通过“三废”向环境中排放重金属。,4酚和氰类化合物 水体中的酚主要来源于焦化、冶金、炼油、塑料、农药及绝缘材料等工业废水的排放。另外，粪便和含氮有机物的分解过程也会生产少量酚类化合物。因此，酚是当前水体污染中极
10、为普遍的一种污染物质，在被污染的地面水体中几乎都可以检出酚，城市地下水酚的污染也较普遍。酚类具有较高毒性，它们主要是破坏细胞原浆，低浓度酚使蛋白质变质，高浓度酚使蛋白质沉淀，对各种细胞有直接损害；对皮肤和粘膜有强烈的腐蚀作用。长期饮用受酚污染的水，可引起头昏、出疹、骚痒、贫血和各种神经系统症状。,氰类化合物主要来自化学、电镀、煤气、焦化、化纤、塑料、农药高炉等工业污水的排放，无机氰化物主要有氢氰酸和氰酸盐(如氰化钾、氰化钠、亚铁氰化钠等)。有机氰化物称为腈，是化工产品的原料，如乙腈(CH3CN)是制造药物和香料的原料，丙烯腈(C2H3CN)是制造合成纤维的基本原料，少量腈化物在水中能分解生成氰
11、离子(CN-)和氰化氢(HCN)，因而与无机氰化物毒性一样强。,大多数氰的衍生物毒性更强，因为它们在肌体内产生氰化氢，使细胞呼吸受到麻痹，引起窒息和死亡。但氰化物不是累积性毒物，且人体对它有一定的代谢作用，在一定的剂量范围内是不会中毒的。 水体对氰化物有较强的自净作用，天然水体中氰化物的净化过程主要有两个途径：一个是挥发排出，另一过程是氧化分解。,5.石油 石油污染主要发生在河口和近海水，近年来这种污染十分突出。 石油进入水体后，不仅影响水生生物的生长，降低水体环境的使用价值，还可能影响局部地区的水文气象条件和降低水体的自净能力。 石油飘浮水面，迅速扩散成油膜，阻碍水面从空气中摄取氧气，抑制水
12、中浮游植物的光合作用，造成水体溶解氧减少。油膜还容易阻塞鱼的鳃部，使鱼呼吸困难，甚至引起窒息死亡。飘浮在水面的油层由于水流和风的影响，可扩散很远， 河口和沿海海岸油污染的结果，使海滩变坏，风景区破坏，鸟类生活受到危害。石油及其制品都含有多种致癌作用的稠环芳香烃，它们可通过水生生物的富集最后进入人体，对人体健康造成危害。,石油进入海洋，会阻止海水蒸发，影响大气和海洋的热交换，改变海面的反射率和减少进入海洋表层的日光辐射，对局部地区的水文气象条件可能产生一定的影响。 大面积的油膜长期存在，将减少进入海水中的溶解氧含量，从而降低海洋的自净能力。 海洋石油污染的最大危害是对海洋生物的影响。 海洋石油污
13、染短时期内对成鱼危害并不明显，但石油对水域的慢性污染还会使渔业受到较大的危害。同时，海洋石油污染还能使鱼虾类产生石油臭味，降低海产品的食用价值。,6.农药 农药的使用不仅增产粮食和其它农作物产量，同时也大大减少了病原菌的污染。但是，随着农药的使用，又会造成环境污染。这是因为有些农药在自然界和生物体内比较稳定，不易分解，许多农药水溶性差，脂溶性强。例如DDT在水中溶解度仅为0.002mg/L，而在脂肪中溶解度为100g/kg，两者相差5000万倍，这样使农药很容易在生物体的脂肪内累积起来，通过食物链构成对人体的危害。,农药是引起水体污染的主要物质，农药的种类很多，大致可分为杀虫剂、杀菌剂、除草剂
14、、植物生长促进剂、落果防止剂等。而按成分又可分为：含铜、硫、汞、卤素、氮、砷、磷化合物以及植物生长激素。目前使用的农药几乎都是人工合成化合物，在自然界是不存在的，其地球化学行为和在自然界的变化还不清楚。但因大多数农药的脂溶性强，即使是微量的，对生物体也有影响，因此，农药污染饮用水后，对人体的危害是非常大的。农药被食物摄取后往往会发生富集，这是农药污染的重要特征。,7.酸碱及无机盐类 污染水体中的酸主要来自矿山排水及冶金、金属加工的酸洗工序、硫酸和酸法造纸等工厂排出的含酸废水等许多工业废水、雨水淋洗含二氧化硫等的空气后(即酸雨)流入水体也是造成酸污染的因素之一。 矿山排水中的酸由硫化矿物的氧化作
15、用而产生。水体中的碱主要来源于碱法造纸、人造纤维、制碱、制革以及炼油等工业废水。,天然水体对排入的酸、碱有较强的净化能力，它们可以和水体固相中的各种矿物相互作用，如酸和长石反应： 2(Na,K)AlSi3O8+4H2SO4 (Na,K) 2SO4 +Al2 (SO4) 3+6SiO2+4H2O 酸与粘土矿物和其它硅酸盐也能起类似的反应，如酸与石灰石的反应是： (Ca,Mg)CO 3+ H2SO4 (Ca,Mg)SO4 + H2O + CO 2 碱与硅石和游离碳酸的反应，如： 2(Na,K)OH+SiO2 (Na,K) SiO2+ H2O,8.放射性物质 人工放射性污染主要来源于天然铀矿开采和选
16、矿、精炼矿的废水；原子能工业和反应堆的废水、核武器制造和核试验的污染；放射性同位素应用产生的废水对水体的污染；各种放射性废物堆放泄漏均可进入水体造成污染；放射性废水经浓缩后，将含放射性物质的废物用水泥、沥青等固化，装入容器，投入海中 ，由于容器破损，放射性污染物泄漏造成对水体的污染等。,污染水体最危险的放射性物质是90Sr、137Cs、131I、60Co等。这些物质半衰期长，化学性质与组成人体的主要元素钙、钾相似，进入人体后，在一定的部位积累，增加对人体的放射性辐射(、)，引起贫血、白血球增生、遗传性变异、癌症等各种放射性病症，严重者可产生生命危险。水体放射性污染可影响水生生物，灌溉的农作物也受到放射性污染，最终通过食物
