第三章水环境与健康

水环境与健康李洪枚首都经济贸易大学安全与工程学院[e-mail]水环境与健康目录第一节水资源概述第二节水污染概况第三节水体污染物迁移、转化和归终第四节水污染对人体健康影响第五节水污染防治方法第一节水资源概述一、概述水覆盖80%的地球表面,但其中的97%是海水，且2%储存于南北极及冰山。世界陆地上的淡水资源储量只占地球上水体总量的2.53%，其中固体冰川约占淡水总储量的68.69%，主要分布在两极地区。降雨及水体在全球呈现地域和季节的极其不均匀仅有少量的水能被利用；其中淡水资源极少目前,毒性有机物及持久性有机物对安全用水构成的严重的威胁中国：干旱严重缺水。淡水总量为28000亿立方米，占全球6％，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，居世界第四位，但人均2200立方米，世界平均水平的1／4、世界名列121位，全球13个人均水资源最贫乏的国家之一。扣除各种难以利用水资源，中国人均实际可利用水资源量约为900立方米，且分布极不均衡。国际标准，人均水资源低于3000立方米为轻度缺水，低于2000立方米为中度缺水，低于1000立方米为重度缺水，低于500立方米为极度缺水。目前中国有16个省(区、市)重度缺水，有6个省、区极度缺水。在46个重点城市中，45.6%水质较差，14个沿海开放城市中有9个严重缺水。北京、天津、青岛、大连等城市缺水最为严重。个别城市地下水过度开采，地下形成几百平方公里的漏斗，海水倒灌数十公里。北京人均水量不足200立方米。日趋严重的水污染，进一步加剧了水资源短缺，严重影响可持续发展战略，严重威胁到城市居民的饮水安全和人民群众的健康。长江水源的污染情况滇池的富营养化污染二、天然水组成与环境健康关系天然水组成钙离子：是机体各项生理活动不可缺少的离子。它对于维持细胞膜两侧的生物电位，维持正常的神经传导功能。维持正常的肌肉伸缩与舒张功能以及神经－肌肉传导功能，还有一些激素的作用机制均通过钙离子表现出来。镁离子：镁不仅能激活体内多种酶的活动、而且能调节神经功能、维持核酸结构的稳定、参与蛋白质合成、调节体温，还能影响人的情绪。因此，镁几乎参与人体所有的新陈代谢过程，虽然镁在细胞内的含量仅次于钾，但它却影响钾、钠、钙离子在细胞内外转移的“通道”，并维持生物膜电位的作用，镁缺乏，必然会对人体健康造成危害。国外科学家研究发现，镁元素可激活325个酶系统。镁元素与维生素B1和维生素B6一起，参与对人体内的多种酶的活动。生理作用钠离子：钠是细胞外液中带正电的主要离子,参于水的代谢,保证体内水的平衡.维持体内酸和碱的平衡.是胰汁、胆汁、汗和泪水的组成成分.参于心肌肉和神经功的调节.食用不加盐的严格素食或长期出汗过多、腹泻、呕吐及肾上腺皮质不足等情况下,会发生钠缺乏症，造成生长缓慢、食欲减退、肌肉痉挛、恶心、腹泻和头痛.应服用盐片和补充大量水分.膳食中长期摄入过多的钠将导致高血压.钾离子：钾是维持细胞膜内外电位差的物质基础，影响细胞内外物质运输。影响神经肌肉组织兴奋性的重要因素。钾参与多种新陈代谢过程，与糖原和蛋白质合成有密切关系。调节细胞内外液的渗透压及酸碱平衡。血清钾降低：长期低钾饮食、禁食或厌食等。严重呕吐或腹泻、胃肠减压，大量应用排钾利尿剂及肾上腺皮质激素，肾上腺皮质功能亢进或醛固酮增多症；恶性肿瘤细胞分解过多，大量钾从尿液排出；大量出汗也可经皮肤丢钾，使血清钾降低；小儿中毒性消化不良、成人的吸收不良综合症、长期胃肠引流术等等都可产生低钾血症。当体内缺钾时，会造成全身无力、疲乏、心律不齐、头昏眼花，严重缺钾还会导致呼吸肌麻痹死亡。此外，低钾会使胃肠蠕动减慢，导致肠麻痹，加重厌食，出现恶心、呕吐、腹胀等症状。氟离子：化合态，广泛分布于土壤、水、空气和动植物体。人体必需元素，存在于各种组织和体液中。人体每天需摄入2～2.5mg，最多不超过4mg。主要在胃部吸收,随粪便排出。氟能与骨盐(羧磷灰石)结晶表面的离子进行交换，形成氟磷灰石而成为骨盐的组成部分。骨盐中的氟多时，骨质坚硬，有利于钙和磷的利用及在骨骼中沉积。牙釉质中的羧磷灰石吸附氟，牙齿表面形成—层抗酸性腐蚀的、坚硬的氟磷灰石，防止龋齿。缺氟时，不能形成氟磷灰石层，牙釉质易被微生物，有机酸和酶侵蚀而发生龋齿。长期摄入过量的氟会引起—种主要表现为氟斑牙和氟骨症的慢性全身疾病。地方性氟中毒。龋齿氟斑牙氟骨症饮用水氟超标，氟中毒，弯腰驼背的人在村里随处可见2005年全国有氟中毒，啻者近4000万人在一些制药业、灭菌剂、杀虫剂、冷冻剂生产使用行业，由于接触到高浓度的氟而引起急性氟中毒。因为元素氟及多数无机氟化物，如：氟化氢、二氟化氧、三氟化氯、氟化钠和氟硅酸盐是原发性刺激剂，对皮肤、呼吸道和胃肠道粘膜有不同程度的刺激作用，高浓度接触时有强刺激和腐蚀作用。吸入又引起喉痉挛、支气管痉挛、肺炎、肺水肿和肺出血。氟进入血液可导致低钙、低镁血症，出现四肢麻木、甚至抽搐、氟还干扰体内多种酶的活性，阻碍糖代谢和三羧酸循环，使能量代谢障碍。第二节水污染概况一、我国水污染概况水污染：指人类活动排放的污染物进入水体，其数量超过了水体的自净能力，使水及水体底质的理化性质和环境中的生物特性、组成发生改变，从而影响水的使用价值，造成水质恶化，乃至危害人体健康或破坏生态环境的现象。指理、化、生、放射性等特性改变。影响水的有效利用，如危害健康等。超过水体自净能力，水质恶化。城市生活排放截至2014年底，全国设市城市污水处理厂达1797座，污水处理能力为1.31亿立方米/日，同比增加611万立方米/日。全国城市污水处理厂累计处理污水382.7亿立方米，同比上升5.9%，城市污水处理率达到90.2%。2014年，长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河、辽河等七大流域和浙闽片河流、西北诸河、西南诸河的国控断面中，Ⅰ类水质断面占2.8%，同比上升1.0个百分点；Ⅱ类占36.9%，同比下降0.8个百分点；Ⅲ类占31.5%，同比下降0.7个百分点；Ⅳ类占15.0%，同比上升0.5个百分点；Ⅴ类占4.8%，劣Ⅴ类占9.0%，同比均持平。主要污染指标为化学需氧量、五日生化需氧量和总磷。北京密云水库上游存在垃圾填埋坑威胁当地水源河北沧县张官屯乡小朱庄村红色井水事件睢宁生活垃圾填埋场高安屯垃圾填埋场NewYorkmunicipalsoldwasteseparationMunicipalSolidWasteLandfillCellConstruction,Waynesburg,Ohio二、污水来源工业废水污染工业生产未处理或处理不彻底的废水排放，是目前最大污染源。在工业大发展时期，导致公害病。某工业园区某造纸厂温州市鹿城区藤桥镇非法制革加工厂含铬废水泄漏山西天镇矿山废水三、水污染物种类及指标污水产生：自然水体+自然灾害或人类活动产生的有害物质→使水质对生物产生毒害性。水体污染类型物理性污染化学性污染生物性污染水体污染类型物理性污染热污染悬浮物污染放射性污染营养物质污染需氧性有机物污染重金属污染酸碱污染化学性污染有机毒物污染生物性污染水温它可影响到水中生物、水体自净和人类对水的利用。色度正常水为无色透明色度不超过15度臭和味清洁水不应有任何臭气和异味。浑浊度turbidity，水中的悬浮颗粒和胶粒。1L蒸馏水中含1mg硅藻土为1度。总固体悬浮和溶解性物质的总称。将水蒸干测量溶解性物质要注意挥发性物质的损失。物理污染指标化学污染指标pH1.天然水pH在7.2-8.5之间2.影响因素有机物污染微生物有氧代谢生成CO2，pH下降富营养化光和作用消耗CO2，pH上升3.生活饮用水和地面水水质标准pH均定为6.5-8.5硬度hardnessofwater1.它是指溶解于水中的钙、镁等盐类的总量,以CaCO3(mg/L)表示。它可分为碳酸盐硬度（钙、镁的碳酸盐和重碳酸盐）和非碳酸盐硬度（钙、镁的硫酸盐、硝酸盐和氯化物）。规定硬度不得超过450mg/L。2.类型暂时硬度加热可沉淀部分。永久硬度加热不能沉淀部分。3.1德国度1L水中含有10mgCaO。总氮：NH3NO2NO3有机氮等1.包括有机氮、蛋白氮、氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。水体受含氮有机物或粪便污染后，经微生物有氧代谢，依氧化程度不同的产物2.三者含量不同和变化可提示污染新近或陈旧状况当水中有机氮和蛋白氮显著增高时，说明水体新近受到明显的有机性污染。NH3NO3污染新陈状况高低新近污染低高陈旧污染溶解氧：dissolvedoxygen1.指溶解在水中的氧含量，简称DO是作为评价水体受有机物污染及其自净程度的间接指标，空气中氧气和水温是影响DO的两大因素。2.参考标准3-4mg/L3.耗氧过程和复氧过程耗氧过程污染物经微生物有氧代谢而消耗氧过程复氧过程大气中氧向水中溶解增氧过程化学耗氧量chemicaloxygendemand1.是指在规定的条件下，用强氧化剂氧化1升水中还原性物质(有机物)所消耗的氧量。COD是评价水中有机物含量的间接指标。2.指标无法区分还原性物质的种类，是一项表观总体指标。生化需氧量biochemicaloxygendemand1.是指水体中有机物在有氧条件下，被微生物分解时所消耗的溶解氧量。BOD是评价水体污染状况的一项重要指标。影响BOD的因素是水中有机物和水温，一般清洁水中BOD5201mg/L。2.一般测试条件：20℃培养五日，BOD5203.BOD与COD一样，也是一项表观总体指标，只是测试条件不同，其结果的意义也不同。COD反映能被KMnO4氧化的还原性物质总量，BOD反映能被微生物有氧代谢的有机物总量。氯化物氯化物增高表明水可能受到人畜粪便、生活污水或工业废水的污染。硫酸盐地面水中的含量突然升高时，表明水被生活污水，工业废水或硫酸铵化肥等污染的可能。卫生标准为小于250mg/L。有机碳和总需氧量有机碳TOC只能是相对表示水中有机物的含量，总需氧量TOD评定水体被污染程度的一个重要指标，其数值愈大，污染愈严重。有害物质主要指水体中重金属和难分解的有机物，主要受工业废水的的污染。生物性污染指标指示菌1.具有反映各种致病菌基本状态的菌。2.特征代表性强、易检测细菌总数totalbacteriacount1.1ml水在普通琼脂培养基中经37℃24hrs生长的菌落总数。2.反映水体是否受生物污染及污染程度只可作为水被生物性污染的参考指标。3.生活饮用水水质标准规定小于100个/ml总大肠菌群totalcoliformgroup1.指一群需氧和兼性厌氧菌在37℃生长时能使乳糖发酵，在24hrs内产酸产气的革兰氏无芽孢杆菌。2.作为粪便污染水体的指示菌的原因①它是肠道中数量多而且较易培养的细菌②它在环境中生存条件与肠道病原菌相似③检验方法较简便。肠道中数量多而且较易培养的细菌有大肠菌群、粪链球菌和厌氧梭菌三类2.两种表示方法大肠菌指数coli-groupindex指1升水中所含的大肠菌群数目。饮用水标准规定小于3个/L水。大肠菌群值是指发现1个大肠菌群的最小水量，即多少毫升水中发现1个大肠菌群。两者关系是大肠菌群指数=1000/大肠菌群值。3.反映水体是否受粪便和植物污染及其污染程度的指标。指示致病菌的污染情况放射性指标主要指同位素的ą和ß射线大剂量接触、内吸入，或小剂量长期接触有致畸、致癌的可能。表１第一类污染物最高允许排放浓度单位：mg/l序号污染物最高允许排放浓度1总汞0.052烷基汞不得检出3总镉0.14总铬1.55六价铬0.56总砷0.57总铅1.08总镍1.09苯并(a)芘0.0000310总铍0.00511总银0.512总α放射性1Bq/L13总β放射性10Bq/L表2第二类污染物最高允许排放浓度(1997年12月31日之前建设的单位)单位：mg/L序号污染物适用范围一级标准二级标准三级标准1pH一切排污单位6～96～96～92色度(稀释倍数)染料工业50180---其他排污单位5080---采矿、选矿、选煤工业100300---脉金选矿10050