對于什么是水體污染，不同學者提出了大同小異的概念，歸結起來，水體污染可定義為：大量污染物質(zhì)排入水體，其含量超過了水體的本底含量和自凈能力，造成水質(zhì)惡化，從而破壞了水體的正常功能，稱為水污染。

　　為了研究水體被污染的情況，必須先了解未受污染水體的水質(zhì)狀況，以及天然水體所具有的自凈能力。

　　一、天然水的物質(zhì)組成和水體的自凈作用

　　水體是指海洋、河流、湖泊、沼澤、水庫、冰川、地下水等地表與地下貯水體的總稱。水體包括水和水中各種物質(zhì)、水生生物及底質(zhì)。從自然地理的角度看，水體是指地表水覆蓋的自然綜合體。

　　水體可分為海洋水體和陸地水體，陸地水體又可分為地表水體和地下水體。本章研究的主要是陸地水體，而且是與人類生活密切相關的河流、湖泊、水庫和地下水。

　　在環(huán)境污染評價研究中，區(qū)分水與水體這兩個概念十分重要。例如，在河流重金屬污染研究中，只根據(jù)水中重金屬的含量，很難正確評價河流的污染程度。國內(nèi)外大量的研究表明，通過各種途徑排入水體的重金屬污染物大部分均迅速地由水相轉入固相，即迅速地轉移至懸浮物和沉積物中。懸浮物在被水流搬運過程中，當其負荷量超過其搬運能力時，便逐漸變?yōu)槌练e物。另外，在受重金屬污染的水體中，水相中重金屬含量很微（常為十億分之一級），而且隨機性很大，隨排放狀況與水力學條件不同，含量分布往往沒有規(guī)律。但在沉積物中重金屬很容易得到積累（百萬分之一級），并表現(xiàn)出明顯的含量分布規(guī)律。因此，沉積物能更好地反映水質(zhì)的狀況，而且可以作為水環(huán)境重金屬污染的指示劑。在確定江河湖泊中所發(fā)生的復雜的化學過程時，應該同時研究水和沉積物。

　?。ㄒ唬┨烊凰奈镔|(zhì)組成

　　在自然界，不存在化學概念上的純水。天然水是在特定的自然條件下形成的、含有許多溶解性物質(zhì)和非溶解性物質(zhì)、組成成分極其復雜的綜合體。這些物質(zhì)可以是固態(tài)的、液態(tài)的或者是氣態(tài)的，它們大多以分子態(tài)、離子態(tài)或膠體微粒態(tài)存在于水中（表6.6）。

　　天然水中含有地殼中的大部分元素，但其含量變化范圍很大，表6.6是天然水中含量較多，較常見的物質(zhì)組成。

　　等八種離子，它們的總量占水中溶解固體總量的95％以上。

　　這八種離子在各類水中的含量與自然地理條件密切相關。海水中以Na⁺、

　　地質(zhì)條件限制，其優(yōu)勢離子變化很大。

　　天然水中除含有八種主要離子外，還含有一些微量元素。就天然水而言，一般系指含量小于10mg/L的元素。主要有Br、I、Cu、Co、Ni、F、Fe、Ra等。

　　溶解于天然水中的氣體主要是O₂和CO₂，還有少量的N₂、H₂S和CH₄。溶解性氣體能夠影響水生生物的生存和繁殖以及水中物質(zhì)的溶解、化合等化學和生化行為。

表6.6 天然水的物質(zhì)組成

　　生物生成物這些離子在水中含量很低，然而它們對水生物的生長卻至關重要，含量過高會使水生生物急劇繁殖，造成水體出現(xiàn)“赤潮”現(xiàn)象。

　　天然水體中的有機質(zhì)一般指腐殖質(zhì)，主要是生物生命活動過程中所產(chǎn)生的有機物質(zhì)和生物遺骸的分解所產(chǎn)生的有機物質(zhì)。它們大部分呈膠體微粒狀。這些有機物在化學與生物化學作用下被分解成為無機物。

　　天然水的物質(zhì)組成決定于它的形成環(huán)境，也就是說一方面決定于與水接觸的物質(zhì)的成分和溶解度；另一方面決定于這一作用進行的條件，即化學及物理化學作用，包括溶解-沉淀，氧化-還原，水相-氣相間離子平衡，固-液兩相之間離子交換，有機物的礦質(zhì)化，生物化學作用等。通過上述各種作用，使天然水富集或析出各種離子和分子。

　　天然水物質(zhì)組成的過程在大氣圈中就開始了，但改變其組成的最主要過程是降落到地表之后開始的。

　　影響天然水組成的因素可以分為直接和伺接兩種。直接因素主要有巖石、土壤和生物有機體，這些因素可使水增加或減少某些離子和分子。例如，流經(jīng)石灰?guī)r地區(qū)的天然水中富含Ca²⁺和HCO₃^-；當水透過土壤時溶解氧的含量減少，而CO₂的含量增多；生物排泄物和殘體增加了水中的某些組分含量，生物呼吸作用影響著水中氣體的含量。

　　影響天然水組成的間接因素主要有氣候和水文特征。氣候是一切水化學作用進行的背景，同時對地表水和地下水化學組成的地理分異起著總控制作用。

　　河流、湖泊、海水、地下水的水文動態(tài)補給及交替條件的不同，使水的組成有很大差異。例如，河水流速快，與河床接觸時間短，河水中離子含量一般較低；地下水流速緩慢，與周圍巖石接觸時間長，水中溶解物的含量比地表水高，但氣體組成相對減少；而湖水的化學組成比河水與地下水更為復雜。

　　（二）天然水體的自凈作用

　　各類天然水都有一定的自凈能力。污染物質(zhì)進入天然水體后，通過一系列物理、化學和生物因素的共同作用，使水中污染物質(zhì)的濃度降低，這種現(xiàn)象稱為水體的自凈。但是在一定的時間和空間范圍內(nèi)，如果污染物質(zhì)大量排入天然水體并超過了水體的自凈能力，就會造成水體污染。

　　水體的自凈作用按其凈化機制可分為三類：

　?。?）物理凈化：天然水體的稀釋、擴散、沉淀和揮發(fā)等作用，使污染物質(zhì)的濃度降低。

　?。?）化學凈化：天然水體的氧化還原、酸堿反應、分解、凝聚等作用，使污染物質(zhì)的存在形態(tài)發(fā)生變化和濃度降低。

　?。?）生物凈化：天然水體中的生物活動過程，使污染物質(zhì)的濃度降低。特別重要的是水中微生物對有機物的氧化分解作用。

　　水體的自凈作用按其發(fā)生場所可分為四類：

　?。?）水中的自凈作用：污染物質(zhì)在天然水中的稀釋、擴散、氧化、還原或生物化學分解等。

　　（2）水與大氣間的自凈作用：天然水中某些有害氣體的揮發(fā)釋放和氧氣溶入等。

　　（3）水與底質(zhì)間的自凈作用：天然水中懸浮物質(zhì)的沉淀和污染物被底質(zhì)吸附等。

　　（4）底質(zhì)中的自凈作用：底質(zhì)中微生物的作用使底質(zhì)中有機污染物發(fā)生分解等。

　　天然水體的自凈作用包含著十分廣泛的內(nèi)容，它們同時存在、同時發(fā)生并相互影響。

　　二、水體污染

　?。ㄒ唬┪鬯乃|(zhì)指標

　　水質(zhì)指標涉及到物理、化學、生物等各個領域。為了反映水體被污染的程度，通常用懸浮物（SS）、有機物（BOD、COD、TOC等）、酸堿度（pH）、細菌和有毒物質(zhì)等指標來表示。

　?。?）懸浮物是污水中呈固體狀的不溶性物質(zhì)，它是水體污染的基本指標之一。懸浮物降低水的透明度，降低生活和工業(yè)用水的質(zhì)量，影響水生生物的生長。

　?。?）廢水中有機物濃度也是一個重要的水質(zhì)指標。但由于有機物的組成比較復雜，要分別測定各種有機物的含量十分困難，通常采用生物化學需氧量、化學需氧量和總有機碳等三個指標來表示有機物的濃度。

　　生物化學需氧量，簡稱生化需氧量，用BOD表示（BiochemicalOxygenDemand）。指水中的有機污染物經(jīng)微生物分解所需的氧氣量。BOD越高，表示水中需氧有機物質(zhì)越多。

　　有機污染物的生物化學氧化作用分兩個階段進行：第一階段，主要是有機物被轉化為無機物CO₂和NH₃等；第二階段，主要是NH₃被轉化為HNO₂和HNO₃。生化反應如下：

RCH（NH₂）COOH＋O₂→RCOOH＋CO₂＋NH₃

2NH₃＋3O₂→2HNO₂＋2H₂O

2HNO₂＋O₂→2HNO₃

　　廢水的生化需氧量通常指第一階段有機物生化作用所需的氧量。因為微生物活動與溫度密切相關，因此測定BOD時一般以20℃作為標準溫度。在此溫度條件下，一般生活污水中的有機物，需要20天左右才能基本上完成第一階段的氧化分解過程。這不利于實際測定工作。所以目前國內(nèi)外都以5天作為測定BOD的標準時間，簡稱5日生化需氧量，用BOD5表示。其理論根據(jù)是一般有機物的5日生化需氧量，約占第一階段生化需氧量的70％，基本反映了水中有機污染物的實際情況。

　　化學需氧量，用COD表示（ChemicalOxygenDemand）。指化學氧化劑氧化水中有機污染物時所需的氧量。COD越高，表示有機物質(zhì)越多。目前常用的氧化劑主要是重鉻酸鉀（K2Cr2O7）或高錳酸鉀（KMnO4）。

　　BOD在一般情況下能較確切地反映水污染情況，但它受到時間（時間長）和廢水性質(zhì)（毒性強）的限制；COD的測定不受廢水條件的限制，并能在2—3小時內(nèi)完成，但它不能反映出微生物所能氧化的有機物量。因此，在研究有機物污染時，可根據(jù)實際情況而確定采用BOD還是COD。

　　為了解決BOD、COD測定指標的不足，目前很多國家的科學工作者正在研究各種水質(zhì)的總有機碳（TotalOrganicCarbon，簡稱TOC）和總需氧量（TotalOxygenDemand，簡稱TOD）與BOD和COD之間的關系，以實現(xiàn)自動快速測定目的。

　　（3）pH值。污水的pH值對污染物的遷移轉化、污水處理廠的污水處理、水中生物的生長繁殖等均有很大的影響，因此成為重要的污水指標之一。

　　（4）細菌。根據(jù)外部形態(tài)可將細菌分為：球茵，桿菌、螺旋菌。按攝取營養(yǎng)的方式可分為自養(yǎng)細菌，異養(yǎng)細菌。按溫度因素可分為低溫細菌、中溫細菌、高溫細菌。按氧因素可分為好氧細菌、厭氧細菌、兼性細菌。

　　污水中大部分細菌寄生在死亡機體上，這些細菌是無害的；另一部分細菌，如霍亂、傷寒、痢疾菌等則寄生在活的有機體上，對人、畜是有害的。衡量水體是否被細菌污染可用兩種指標表示，一是1毫升水中細菌的總數(shù)；二是大腸菌的數(shù)量。大腸菌是在流行病學上評價潛在危險性的重要因素。許多國家規(guī)定，飲用水中不得檢出大腸菌。

　　（5）有毒物質(zhì)。各個國家都根據(jù)實際情況制定出地面水中有毒物質(zhì)的最高容許濃度的標準。有毒物質(zhì)包括無機有毒物（主要指重金屬）和有機有毒物（主要指酚類化合物、農(nóng)藥、PCB等）。

　　除以上5種表示水體污染的指標外，還有溫度、顏色、放射性物質(zhì)濃度等，也是反映水體污染的指標。

　?。ǘ┧w污染源

　　水體污染源分為自然污染源和人為污染源兩大類型。

　　自然污染源指自然界本身的地球化學異常釋放有害物質(zhì)或造成有害影響的場所。

　　人為污染源指由于人類活動產(chǎn)生的污染物對水體造成的污染。人為污染源包括工業(yè)污染源、生活污染源和農(nóng)業(yè)污染源（表6.7）。

表6.7 水體主要污染源分類及所含主要污染物類型

　　·存在危害，⊙嚴重然害

　?。ㄙY料來源：王華東等，水環(huán)境污染概論，1984.）

　　工業(yè)污染源：由于不同企業(yè)、不同產(chǎn)品、不同工藝、不同原料、不同管理方式，排放的廢水水質(zhì)、水量差異很大。工業(yè)廢水是水體最重要的污染源。它具有量大、面廣、成分復雜、毒性大，不易凈化、難處理等特點（表6.8）。

　　生活污染源：主要是生活中各種洗滌水，一般固體物質(zhì)小于1％，并多為無毒的無機鹽類、需氧有機物類、病原微生物類及洗滌劑。生活污水的最大特點是含氮、磷、硫多，細菌多，用水量具有季節(jié)變化規(guī)律。

表6.8 主要工業(yè)污染源所排放的主要污染物及廢水水質(zhì)特點

　?。ㄙY料來源：王華東等，水環(huán)境污染概論，1984.）/////形成災害149

　　農(nóng)業(yè)污染源：包括牲畜糞便、農(nóng)藥、化肥等。農(nóng)村污水具有兩個顯著特點：一是有機質(zhì)、植物營養(yǎng)素及病原微生物含量高；二是農(nóng)藥、化肥含量高。

　　（三）水體中的污染物質(zhì)

　　造成水體的水質(zhì)、生物、底質(zhì)質(zhì)量惡化的各種物質(zhì)稱為“水體污染物”。隨著工業(yè)發(fā)展和監(jiān)測技術的提高，水體中的污染物質(zhì)不斷增加。其中化學性污染物是當代最重要的一大類，其種類多、數(shù)量大、毒性強，有一些是致癌物質(zhì)，嚴重地影響著人體健康。

　　水體中的污染物，大體可以分為四大類，即無機無毒物，無機有毒物、有機無毒物、有機有毒物（表6.9）。

　　無機無毒物主要指排入水體的酸、堿及一般無機鹽類和氮、磷等植物營養(yǎng)物質(zhì)。

　　水體中的酸主要來源于礦山排水及多種工業(yè)廢水。水體中的堿主要來自堿法造紙、化學纖維、制堿、制革以及煉油等工業(yè)廢水。酸、堿廢水相互中和產(chǎn)生各種鹽類，所以酸、堿污染必然伴隨著無機鹽的污染。

表6.9 水體中污染物的種類

　　天然水體中的礦物質(zhì)對酸、堿的同化作用而使酸、堿消失的過程，對保護天然水體和緩沖天然水的pH值變化有重要意義。

　　酸、堿污染破壞水體的自然緩沖作用，殺死或抑制細菌和微生物的生長，妨礙水體的自凈作用，腐蝕管道和船舶。酸、堿污染不僅改變了水體的pH值，而且可增加水中的無機鹽和硬度。

　　氰化物是劇毒物質(zhì)。水體中的氰化物主要來自化學、電鍍、煤氣、煉焦、選礦等工業(yè)排放的含氰廢水。天然水體對氰化物有較強的自凈作用，其途徑有兩個：一是揮發(fā)排出，二是氧化分解（生化氧化），其反應如下：

CN^-＋CO₂＋H₂O→HCN↑＋HCO-3

　　在一般水質(zhì)和pH值條件下，這種凈化機制所產(chǎn)生的凈化量可占水體中氰化物總自凈量的90％左右。

　　這種凈化過程所造成的氰化物自凈量只占水體中氰化物總自凈量的10％左右，但是在夏季（溫度高，光照好），生化氧化過程的自凈量可達到30％左右。

　　含氰廢水對魚類和其它水生生物都有很大毒性。

　　水體中的酚類化合物主要來源于焦化廠、石油化工和塑料等工業(yè)排放的含酚廢水。另外，糞便和含氮有機物的分解過程也產(chǎn)生少量酚類化合物。

　　天然水體中的酚化合物主要是靠生物化學氧化來分解。酚的生物化學氧化經(jīng)過復雜的階段，生成一系列中間產(chǎn)物。酚的分解速度決定于酚化合物的結構、起始濃度、微生物狀況、水溫及曝氣條件等一系列因素。

　　酚污染可嚴重影響水產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，表現(xiàn)在貝類產(chǎn)量下降、海帶腐爛、魚肉有酚味，濃度高時引起水產(chǎn)品大量死亡。高濃度的含酚廢水灌溉農(nóng)田對農(nóng)作物有毒害作用，能抑制光合作用和酶的活性，妨礙細胞功能，破壞植物生長素的形成，影響植物對水分的吸收，從而導致植物不能正常生長、產(chǎn)量下降。過量地攝入酚，人會慢性中毒，發(fā)生嘔吐、腹泄、頭痛頭暈等癥狀。

　　放射性物質(zhì)有天然來源和人工來源兩類。自然界中的許多元素和同位素都具有天然放射性，一般來講放射性劑量都很低，對生物沒有什么危害。人工放射性物質(zhì)主要來源于采礦、選礦和精煉廠的廢水，以及核試驗、核反應堆、核電站、核動力船艦的廢水。這些放射性污染物主要是釋放出α、β、γ等射線損害人體組織，并能在人體內(nèi)蓄積造成長期危害，引起貧血、不育、死胎、惡性腫瘤等各種放射性病癥，嚴重者造成死亡。

　　病原微生物主要來自生活污水和醫(yī)院廢水以及制革、屠宰業(yè)的廢水。病原微生物又稱“病原體”，“病原生物”，是能引起疾病的微生物和寄生蟲的總稱。病原微生物主要有三類：病菌（如痢疾桿菌）；病毒（如流行性感冒病毒）；寄生蟲（如瘧原蟲、蛔蟲）。病原微生物是水體污染中的主要污染物之一，對人來講，傳染病的發(fā)病率和死亡率都很高。

　　致癌物是威脅人類健康的主要因素之一。污染物質(zhì)中大多含有致癌物質(zhì)。例如焦化廠煉焦廢水中的焦油含有多種致癌芳香烴；印染廠印染廢水中染料含有多種致癌的芳香胺；植物營養(yǎng)物中的亞硝基化合物；農(nóng)藥中的有機氯化合物；重金屬中的鉻、鎳等都有強烈的致癌作用。

　　水體中的需氧污染物、植物營養(yǎng)物、油類污染物、重金屬污染物等將在下節(jié)中詳細介紹。農(nóng)藥污染將在第七章第四節(jié)中介紹。