第三章水体污染(整理后)

《环境学概论》1第三章水体污染水是地球表面最主要的天然组成物质,水是生命的源泉，是人类生活、生产的最重要的自然资源，也是自然生态系统繁荣昌盛的最重要的依赖因素。人类习惯于把水看作是取之不尽、用之不竭的最廉价的自然资源，但随着人口的膨胀和经济的快速发展，水资源短缺的现象正在很多地区相继出现，水污染及其所带来的危害更加剧了水资源的紧张，并严重破坏了自然界的生态平衡，对人类自身的生存和进一步发展也构成了严重威胁，2003年世界环保日的主题是“水——20亿人口因水而死！”据世界卫生组织报告，全世界发展中国家三分之一的城市人口得不到安全卫生的饮用水。全世界80%—90%的疾病和33%的死亡与受污染的饮用水有关。世界上平均每天有2.5万人死于通过水污染的疾病，平均8秒就有一个儿童死于与水源有关的疾病。因此，切实防治水污染、保护水资源已成为当今人类的迫切任务。人类解决水问题的有效途径，就是节约用水、清洁生产和废水的综合治理，其中废水的治理水平和利用程度将成为21世纪社会发展和社会文明的重要指标。本章将主要简要介绍自然界水的循环、水体、水污染、水污染物等概念，在此基础上比较系统地介绍水体污染的来源和污染物，水质指标和水质标准，为后续水体自净和污水处理内容的讲解打下基础。第一节水体环境概述一、水循环（一）、水资源的分布水是维系生命的基本物质，是工农业生产和城市发展不可缺少的重要资源。它是地球上分布最广的自然物质，作为地球上较轻的物质，在几十亿年的重力分异过程中集中分布于地球的表面，在逐渐趋冷的地表环境中以液态和同态形式存在，覆盖看地球表面的70.8％。就其水量而言，若将所有的水均匀分布于地表，地球表面的平均水深将达到2800m，其总量约为13.58亿km3，应该说是十分丰富的。但地球上的水以各种不同的形式分布于不同的地方，如表6-1所示。由表可见，地球上约有97.2％的水是海水，宽广的海洋覆盖了地球表面的70.8％以上，但海水是含有大量矿物盐类的“咸水”，不宜被人类直接使用。人类生命活动和生产活动所必需的淡水水量有限，只占总水量的2.53%，其中还有约3／4以冰川、冰帽的形式存在于南北极地，人类很难使用。实际上，目前与人类关系最密切、又较易开发利用的淡水贮量仅占地球上总水量的0.3％，人均不足1万m3。1.世界水资源总量在全世界陆地上分布的可更新的水资源量为4.7万km3，以地表径流和地下径流的形式产出，约占全球总水量的十万分之三点四，1971年人均占有1.29万m3，2000年人均占有0.73万m3。由于水资源时空分布上的局限和技术经济条件的限制，能被人们利用的水量还不到五分之一，如美国的水资源利用率为17.6％，中国为17.8％。2.我国水资源的特点我国的水资源总量并不贫乏，约为28124.4亿m3，其降水量为60000亿立方米左右，相当于全球陆地总降水量的5％，占世界第三位。多年平均地表径流量为27115亿m3，仅少于巴西、前苏联、加拿大、美国和印尼，居世界第六位。年均地下水资源量为8288亿m3。但由于我国人口众多，按人均年径流量计，仅为每人每年2400m3，相当于世界人均占有量的1／4，位于世界各国的第88位，因此，我国水资源相当贫乏。此外，由于我国地域辽阔，地形复杂，南北、东西气候差异大，水资源还存在如下特点：(1)水量在地区分布上不平衡由于受自然条件的影响，中国水资源的分布在空间上极不均衡。水资源分布呈东南多、西北少，由东南沿海地区向西北内陆递减。全国平均降水量为648mm，而北方地区年降水量不足400mm的干旱半干旱地区面积占国土总面积的47％；小于200mm降水量的地区占国土总面积的29％，而降水总量只占全国的5.3％；淮河以北所拥有的水资源量仅为全国水资源总《环境学概论》2量的19％，而这一地区的耕地面积却是全国耕地面积的64％。如果有一条斜线将中国分为东南和西北两大区，则占据国土面积53％的东南沿海地区，拥有了全国水资源总量的93％，而西北广大地区却只有7％的水资源量。(2)水量在时程分配上很不均匀中国水资源在时间上的分布也极不均衡，在广大的北方和西部地区，降水多集中于一年的6～9月份，约占年降水总量的70％以上，而其他季节降水稀少，气候干旱。年际变化也非常明显，北方地区的降水量年际变化有时相差5～8倍以上。(3)水土资源组合不相适应东北、西北、黄淮河流域径流量只占全国总量的17%，但土地面积却占全国的65%；长江以南江河径流量占全国的83%，土地面积仅占35%。此外，对水资源的开发利用各地也很不平衡，南方多水地区水的利用程度较低，北方少水地区地表水、浅层地下水开发利用程度较高。水资源在区域和时程上分布的极不均衡，不仅严重影响水资源的持续利用，加剧缺水地区水资源的紧缺状况，大幅度地增加异域调水和水资源工程调节的困难和成本，甚至频发大面积的水旱灾害，对水资源的合理利用和社会经济的可持续发展极为不利。3.水资源的主要用途现代社会中水的用途随着人类社会经济活动的多样化而日益广泛，除传统的农业灌溉和生活饮用以外，还有各种方式的工业用水、城市供水、畜禽用水、牧草灌溉、林业繁育、生态及环境用水、水力发电、航运、渔业、工程及河道冲淤等。其中农业用水仍然是最主要和用水量最大的部门。4.水资源开发利用中存在的主要问题在水资源开发利用过程中，出于对需水量的快速增长，人类凭借日益先进的科学技术手段，几近掠夺式地索取水资源，从而导致江河断流，地下水位持续下降，甚至地面下沉，海水倒灌。同时，大量人类生活、生产过程中产生的废物和废水被排放到水体中，造成了严重的污染，进一步加剧了可用水资源的短缺，对社会经济的发展以及人类健康产生了多方面的不利影响。(1)水体污染在工业发展的初期，人们更多地考虑发展生产、追求利益，忽视了工业三废对环境的影响而自然排放废水、废气和废渣，不可避免地产生了水体和环境的污染。发达国家无一例外地经历过先污染后治理的发展历程，污染的空气、发臭的河流和遍地的垃圾成为现代社会发展初期的历史景象。中国近几十年也在经历这一历史时期，并已产生了严重的危害。中国目前日排放污水已近1.7亿t，其中80％以上未经任何处理即直接排入水体，使江河湖泊及近海海域普遍受到污染，城镇和工业区及其附近地区的地下水也普遍遭受污染。2001年东海已发生28次大规模红潮，污染面积最大达8千多km2。经济发达的长江、海滦河流域和珠江流域废水排放量较大，污染严重，污径比分别为12.8％、5.3％和3.4％。1980年全国废水排放总量为315亿吨；1995年为365亿吨，北方地区已有70％以上的河段为劣Ⅳ类水质；2001年，全国废水排放总量达620亿吨，比1980年的几乎翻了一倍，综合水质评估80％的河段水质为劣Ⅳ类，仅能用于灌溉用水，表明水体污染依然在加剧。(2)水源枯竭城市人口的急剧膨胀以及工业经济的飞速发展，使得地下水资源被大规模超强度地开采和消耗，因而造成了城市地下水位的持续快速下降。即使在地表水源区，由于需水区水环境的严重污染以及近距离供水强度的不足，远距离高成本地开发新水源也势在必行。有着“八水绕长安”之美誉的西安市，由于污染及对水资源的过度开采，而使得地下水资源枯竭并造成了快速的地面沉降，渭河等近郊河流水质污染及河流水量不足更使得它备受水荒之苦。江城武汉以长江为重要的供水水源，近年来也常因枯水期水质恶化而暂停使用。华北平原及京津地区的地下水资源丰富，但快速增加的水资源需求也使这一地区成为严重水源不足的地区。水源枯竭严重地制约了缺水地区的社会经济发展。(3)生态环境恶化人类以惊人的力量和速度开发利用水资源，大江大河被拦腰截流，《环境学概论》3大规模深层优质地下水被持续开采。超强度的人类开发对水文系统、自然环境和生态系统产生了严重的干扰甚至破坏。江河断流、水质污染、水土流失加剧、湖泊萎缩和水质咸化、土地退化和沙漠化加剧、地面沉陷、次生盐渍化、陆地水生生态环境破坏和物种灭绝等人为灾害层出不穷，不仅严重地威胁着水资源的持续利用，也极大地威胁着人类自身的生存环境安全。地球上的水以气态、液态和固态三种形式存在于空中、地表与地下，成为大气水、海洋水、陆地水(河、湖、沼泽、冰雪、土壤地下水)以及存在于生物体内的生物水，这些水不停地运动着和相互联系着构成水圈。（二）、水循环地球上各种形态的水，在太阳辐射和地心引力作用下，不断地运动循环、往复交替，如图3-2所示。在太阳辐射作用下，洋面受热开始蒸发，蒸发的水分升入空中并被气流输送至各地，在适当条件下凝结而成降水，其中降落在陆地表面的雨雪，经截留、入渗等环节而转化为地表与地下径流，最后又回归海洋，这种不断蒸发、输送、凝结、降落的往复循环过程就称为水循环。水循环是一个巨大的动态系统，它将地球上各种水连接起来构成水圈，使得各种水能够长期存在，并在循环过程中渗入大气圈、岩石圈和生物圈，将它们联系起来形成相互制约的有机整体。水循环的存在使水能周而复始地被重复利用，成为再生性资源，水循环的强弱可以直接影响到一个地区水资源开发利用的程度，进而影响到经济的持续发展。1.水的自然循环自然界中的水在太阳辐射及地球引力的作用下，水的形态不断发生由液态－气态－液态的循环变化，并在海洋、大气和陆地之间不停息地运动，从而形成了水的自然循环。例如，海水蒸发为云，随气流迁移到内陆，与冷气流相遇，凝为雨雪而降落，称为降水。一部分降水沿地表流动，汇于江河湖泊；另—部分渗于地下，形成地下水流。在流动过程中，两种水流不时地相互转化或补给，最后又复归大海。这种发生在海洋与陆地之间全球范围的水分运动，称为大循环或海陆循环，它是陆地水资源形成和赋存的基本条件，是海洋向陆地输送水分的主要作用。那些仅发生在海洋或陆地范围内的水分运动，称为小循环。不论何种循环，使水蒸发的基本动力是太阳热能，使云气运动的动力是密度差。自然界水分的循环和运动是陆地淡水资源形成、存在和永续利用的基本条件。水的自然循环见图。2.水的社会循环除了上述水的自然循环外，水还由于人类的活动而不断地迁移转化，形成了水的社会循环。水的社会循环是指人类为了满足生活和生产的需求，不断取用天然水体中的水，经过使用，一部分天然水被消耗，但绝大部分却变成生活污水和生产废水排放，重新进入天然水体。与水的自然循环不同，在水的社会循环中，水的性质在不断地发生变化。例如，在人类的生活用水中，只有很少一部分是作为饮用或食物加工以满足生命对水的需求的，其余大部分水是用于卫生目的，如洗涤、冲厕等。显然，这部分水经过使用会挟入大量污染物质。工业生产用水量很大，除了用一部分水作为工业原料外，大部分是用于冷却、洗涤或其他目的，使用后水质也发生显著变化，其污染程度随工业性质、用水性质及方式等因素而变。在农业生产中，化肥、农药使用量的日益增加使得降雨后的农田径流会挟带大量化学物质流入地面或地下水体，从而形成所谓“面污染”。在水的社会循环中，生活污水和工农业生产废水的排放，是形成自然界水污染的主要根源，也是水污染防治的主要对象。二、天然水的水质一、天然水质背景值天然水从本质上看，应属于未受人类排污影响的各种天然水体中的水。这种水目前的范围在日益减少，只有在河流的源头、荒凉地区的湖泊、深层地下水、远离陆地的大洋深处，才可能取得代表或近似代表天然水质的天然水。尽管如此，我们仍可以从这样的天然水中，发现和得到一些有用的规律和现象。《环境学概论》4水是自然界中最好的溶液，天然物质和人工生成的物质大多数可溶解在水中。因此，可以认为，自然界不存在由H2O组成的“纯水”。在任何天然水中，都含有各类溶解物和悬浮物，并且随着地域的不同，各种水体中天然水含有的物质种类不同，浓度各异。但它却代表着天然水的水质状况，故称其为天然水质背景值，或水环境背景值。从水循环来看，天然水是在其循环过程中改变了其成分与性质的。在太阳辐射的作用下，由海洋表面蒸发的水蒸汽，虽近纯水，但它在空中再凝结成雨滴时，则需有凝结核，在大气层中可做凝结核的物质有海盐微粒、土壤的盐分、火山喷出物和大气放电产生的NO和NO2等。因此，从雨水开始，天然水中已含有各种化学成分，如Cl-、等，雨