水体污染与自净水体污染waterbodypollution主要是由于人类

水体污染与自净水体污染(waterbodypollution)：主要是由于人类活动排放的污染物进入河流、湖泊、海洋或地这种现象称为水体污染。解有机污染物而使水质净化的作用。影响水体净化过程的因素很多，主要有河流、湖泊、海洋等水体的地形和水文条件，水中微生物的种响。水体自净作用可分为三类：(1)物理自净。污染物进入水体后，不溶性固体渐渐沉至水底形成污泥；(2)化学自净。污染物进入水体后，经络合、氧化复原、沉淀反响等而得到净化。如在肯定条件下水中难溶性硫化物可以氧化为易溶性的硫酸盐。(3)生物自净。在生物的作用下，污染物的数量削减，浓度下降，毒性减轻、直至消逝。例如，悬浮和溶解在水体中的有机污染物，在需氧微生物作用下，氧化分解为简洁、稳定的无机物，如二氧化碳、水、硝酸盐生物自净作用是最重要的。水体自净作用可以在同一介质中进展，也可在不同介质之间进展。例如，河水自净过程大致如下：当污水进入河流之后，首先是混合稀释、集中，以及反响生成的沉淀物质和吸附有污染物的固体沉入水底，使水中污染物浓度下降；水的最终净化主要靠微生物的作用。微生物把污染物质作各类水生生物摄取较大的固体食物或其他生物，包括细菌、植物，这在河水自净中也起着重要作用。藻类和其他绿色植物的光合作用，也有助于水的净化。水体自净作用是有限的，当人类直接或间接排放的污染物大量进入水体，而超过它的自净作用时，就行为，对于争论水体的自净力量、实行措施防止和抑制污染所造成的危害具有重大的意义。水体中的污染物类、放射性物质、热污染以及病原微生物等。下面将就几类主要的水体污染物分别加以说明。病原体污染物生活污水、畜禽饲养场污水以及制革、洗毛、屠宰业和医院等排出的废水，常含有各种病原体，如病750余人，均是水污染引起的。受病原体污染后的水体，微生物激增，其中很多是致病菌、病虫卵和病毒，它们往往与其他细菌和大肠杆菌共存，所以通常规定用细菌总数和大肠杆菌指数及菌值数为病原体污染的直接指标。病原体污染的特点是：(1)数量大；(2)分布广；(3)存活时间较长；(4)生殖速度快；(5)易产生抗药性，很难绝灭；(6)99%0.5度时，仍会伴随病毒的穿透。病原体污染物可通过多种途径进入水体，一旦条件适合，就会引起人体疾病。耗氧污染物这些物质以悬浮或溶解状态存在于污水中，可通过微生物的生物化学作用而分解。在其分解过程中需要消耗氧气，因而被称为耗氧污染物。这种污染物可造成水中溶解氧削减，影响鱼类和其他水生生物的生长。水中溶解氧耗尽后，有机物进展厌氧分解，产生硫化氢、氨和硫醇等难闻气味，使水质进一步恶化。水体中有机物成分格外简单，耗氧有机物浓度常用单位体积水中耗氧物质生化分解过程中所消耗的氧量表示，20℃时，五天生化需氧量(BOD5)表示。植物养分物BOD5上升的物质。水体中养分物质过量所造成的“富养分化“对于湖泊及流淌缓慢的水体所造成的危害已成为水源保护的严峻问题。(eutrophication)是指在人类活动的影响下，生物所需的氮、磷等养分物质大量进入湖泊、水和生活污水所引起的水体富养分化现象，可以在短期内消灭。植物养分物质的来源广、数量大，有生活污水(有机质、洗涤剂)、农业(化肥、农家肥)、工业废水、50g。生活污水中的磷主要来源于洗涤废水，而施入农田的化肥有(特别是磷)的含量在肯定程度上是浮游生物生长的掌握因素。当大量氮、磷植物养分物质排入水体后，促使某些生物(如藻类)急剧生殖生长，生长周某些繁生植物及其残骸淤塞，成为沼泽甚至干地。局部海区可变成“死海“，或消灭“赤潮“现象。(O2)及叶绿素-α3-7是用总磷、无机氮划分水体富养化程度的指标。防治富养分化，必需掌握进入水体的氮、磷含量。有毒污染物或长久的病理状态，甚至危及生命的物质。如重金属和难分解的有机污染物等。污染物的毒性与摄入机体内的数量有亲热关系。同一污染物的毒性也与它的存在形态有亲热关系。价态或形态不同，其毒性可以另外污染物的毒性还与假设干综合效应有亲热关系。从传统毒理学来看，有毒污染物对生物的综合效应有三种：(1)相加作用，即两种以上毒物共存时，其总效果大致是各成分效果之和。(2)协同作用，即两种以上毒物共存时，一种成分能促进另一种成分毒性急剧增加。如铜、锌共存时，其毒性为它们单独存在时的8倍。(3)拮抗作用，两种以上的毒物共存时，其毒性可以抵消一局部或大局部。如锌可以抑制镉的毒性；又如在肯定条件下硒对汞能产生拮抗作用。总之，除考虑有毒污染物的含量外，还须考虑它的存在形态和综合效应，这样才能全面深入地了解污染物对水质及人体安康的影响。有毒污染物主要有以下几类：(1)重金属。如汞、镉、铬、铅、钒、钴、钡等，其中汞、镉、铅危害较大；砷、硒和铍的毒性也较大。重金属在自然界中一般不易消逝，它们能通过食物链而被富集；这类物(2)NO2-、F-、CN-离子。NO2-是致癌物质。剧毒物质氰化物主要来自工业废水排放。(3)有机农药、多氯联苯。目前世界6000种，常用的大约有200多种。农药喷在农田中，经淋溶等作用进入水体，产生污染因而对生态系统的影响不明显；而绝大多数的有机氯农药，毒性大，几乎不降解，积存性甚高，对生态系统有显著影响。多氯联苯(PCB)是联苯分子中一局部氢或全部氢被氯取代后所形成的各种异构体混合物的总称。多氯联苯剧毒，脂溶性大，易被生物吸取，化学性质格外稳定，难以和酸、碱、氧化剂等作用，有高(4)致癌物质。致癌(5)2023腈类化合物也有毒性，其中丙烯腈的环境影响最为注目。石油类污染物石油污染是水体污染的重要类型之一，特别在河口、近海水域更为突出。排入海洋的石油估量每年高达数百万吨至上千万吨，约占世界石油总产量的千分之五。石油污染物主要来自工业排放，清洗石油运输危害是消灭性的。石油是烷烃、烯烃和芳香烃的混合物，进入水体后的危害是多方面的。如在水上形成油膜，能阻碍水鸟产卵和孵化，严峻时使鸟类大量死亡。石油污染还能使水产品质量降低。放射性污染物海洋投弃的放射性废物，核爆炸降落到水体的散落物，核动力船舶事故泄漏的核燃料；开采、提炼和使用放射性物质时，假设处理不当，也会造成放射性污染。水体中的放射性污染物可以附着在生物体外表，也可以进入生物体蓄积起来，还可通过食物链对人产生内照耀。40K、238U、286Ra、210Po、14C、氚等。目前，在世界任何海区几乎、137Cs。酸、碱、盐无机污染物各种酸、碱、盐等无机物进入水体(酸、碱中和生成盐，它们与水体中某些矿物相互作用产生某些盐渣。另外，由于酸雨规模日益扩大，造成土壤酸化、地下水矿化度增高。地下水中的盐将对土壤质量产生更大影响。热污染热污染是一种能量污染，它是工矿企业向水体排放高温废水造成的。一些热电厂及各种工业过程中的使某些有毒物质(如氰化物、重金属离子等)的毒性提高，溶解氧削减，影响鱼类的生存和生殖，加速某些细菌的生殖，助长水草丛生，厌气发酵，恶臭。鱼类生长都有一个最正确的水温区间。水温过高或过低都不适合鱼类生长，甚至会导致死亡。不同鱼类15～3210～222～10℃的14℃。一般水生生物能够生活的水温上限33～35℃。对微生物有明显毒性。水体污染的例子很多，如京杭大水道(杭州段)两岸有很多工厂，每天均有大量废水排入水道，使水体假设不治理，并掌握污染源，水体污染还会进一步扩大。水环境中的污染物，总体上可划分为无机污染物和有机污染物两大类。在水环境化学中较为重要的，70DDT、六六六等农药污染开头，目前争论的重点已转向有机污染物，特别是难降解有机物，因其在环境中的存留期长，简洁沿食物链(网)传递积存(富集)，威逼生物生长和人体安康，因而日益受到人们重视。本章着重介绍重金属和有机污染物在水体中迁移转化的环境化学行为。3〕污染物进入水体后的运动过程3-2所示。过程的主要因素是海区的水文条件，其中包括潮汐、海流、海水平流和涡流等多种变量。化过程，污染物的浓度，尤其是形态将发生变化，从而影响到污染物在海洋中的分布、迁移、停留、富集以及它们的毒性、底质的二次污染等。这是水污染化学中重要的争论课题。4可用下式计算：τi=Ai/dAi/dtAii的总量，dAi/dt为污染物i在海洋中的沉积速率。一般状况下，污染物在海水中的活性越大，停留时间就越短。择性吸取，其结果是污染物脱离海水，使后者得到净化，同时将在不同程度上有害于生物，并将增加底质中污染物的积存，有可能引起海水的二次污染。水体污染对人体安康的影响水体污染的危害是多方面的，这里简洁介绍一下水体污染对人体安康的影响。的水俣病、痛痛病是由水体污染引起的。致癌作用。某些有致癌作用的化学物质如砷、铬、镍、铍、苯胺、苯并(a)芘和其他多环芳烃、卤代烃污染水体后，可被悬浮物、底泥吸附，也可在水生生物体内积存，长期饮用含有这类物质的水，或食用体内蓄积有这类物质的生物(如鱼类)就可能诱发癌症。发生以水为媒介的传染病。人畜粪便等生物污染物污染水体，可能引起细菌性肠道传染病如伤寒、1989年上海的“甲肝大事“，就是由水体污染引起的。在进展中国家，每年约6000万人死于腹泻，其中大局部是儿童。间接影响。水体污染后，常可引起水的感官性状恶化，如某些污染物在肯定浓度下，对人的安康虽影响水体的卫生状况。水体污染既可严峻危害生态系统，还可造成严峻的经济损失。效应、存在形态等。金属污染的特点显著的元素，也指具有肯定毒性的重金属，如锌、铜、镍、钴、锡等。其中最引起人们重视的是汞、镉、铅、铬等。重金属污染的特点是：(1)自然水中的微量重金属就可产生毒性效应。重金属产生毒性大小的浓度范围取决于该金属的性质(如价态、形态)，如汞、镉产生毒性的浓度范围是0.001～0.01mg/L。(2)微生物(3)生物体对重金属有富集作用。生物体从环境(4)重金属可通过食物、饮水、呼吸等多种途径进入人体，从而对人体安康产生不利的影响，有些重金属对人体的积存性危害影响往往需要一二十年才显示出来。总之，重金属是具有潜在危害的重要污染物。与其他很多污染物不同，重金属的污染威逼在于它不能50年月日本消灭水俣病和痛痛病以后，重金属的环境污染问题受到人们的极大关注。不少学者对重金属的水环境问题，特别是对重金属在水环境中的迁移转化问题进展了广泛深入的争论。所谓重金属迁移指的是重金属在自然环境中随着时间的转变而发生的空间位置的转变。而重金属的转化指的是随着介质条件的转变而使重金属的存在状态发生变化。应、存在形态等。水体中重金属的迁移移是指重金属离子以溶解态或颗粒态的形式被水流搬运。例如，我国黄河流域水土流失严峻，相当一局部重金属可通过泥沙随着水流迁移，水体中的重金属也可被吸附在水中的颗粒物上，随水流而迁移。物理化学迁移是指重金属以简洁离子、络离子或可溶性分子在水环境中通过一系列物理化学作用所实行的迁移和转化过程，这种迁移转化的结果打算了重金属在水环境中的存在形式、富集状况和潜在危害程度。生物迁移指重金属通过生物体的陈代谢、生长、死亡等过程所实现的迁移，这是一种简单的迁移，正是由于这种迁移，才使重金属被有机体(如鱼类)富集起来，再经由食物链，构成对人体的威逼。水体中重金属元素的迁移转化，以何种形式为主，应视具体状况而定，如长江、黄河每天都有大量的所以本节将着重争论水体中重金属的物理化学迁移转化。应、存在形态等。水体中胶体物质对重金属的吸附作用自然水体中存在着大量的悬浮颗粒物，如黏土矿物、水合氧化物等无机高分子化合物和腐殖质等有机高分子化合物，它们是自然水体中存在的主要胶体物质。争论说明，水体中重金属及农药等微量污染物大局部结合在各类胶体微粒上，它们在固-液界面发生各种物理化学反响过程。实际上微量污染物在水体中的浓度和形态分布，在很大程度上取决于水体中各类胶体的行为。与此同时，胶体微粒作为微量污染物的载体，它们的絮凝沉降、集中迁移等过程打算着污染物的去向和归宿。由于胶体具有巨大的比外表、外表能和带电荷，能够猛烈地吸附各种分子和离子，对重金属离子在水体中的迁移有重大影响。胶体的吸附作用在很大程度上与胶体的吸附作用有关。因此，胶体的吸附作用对水环境中重金属的过程转化及生物生态效应有重要影响。水体中胶体物质的种类胶体，包括自然的和人工合成的高分子有机物、蛋白质、腐殖质等；有机无机胶体复合体。黏土矿物是环境中无机胶体的最重要也是最简单的成分。黏土矿物是在原生矿物风化过程中形成的，其成分是铝硅酸盐，具有片状晶体构造。黏土矿物的晶体根本是由两种原子层构成的，一种是由硅氧四周体构成的原子层，又称硅氧片；另一种是铝氢氧原子层，又称水铝片，是由一个铝原子和六个氧或氢氧原子组成的八面体(详见土壤污染化学)(由一层硅氧片和一层水铝片组(由两层硅氧片夹一层水铝片结合而成一晶层，2∶1三层型黏土(2∶1型黏土矿物)。伊利石类的晶格与蒙脱石相像，不同点在于在伊利石的四周体中有Si4+Al3+K+所补偿，这些K+似乎起着桥梁作用，把相邻的两层紧紧结合在一起。黏土矿物是自然水中具有显著胶体化学特征的微粒。微粒外表存在未饱和的氧原子和羟基，晶层之间吸附有可交换的阳离子及水分子。微粒的半径一般小于10μm，因此在水体中往往形成胶体。Fe(OH)2Fe(OH)3、3 2 2 4 )))、SiOpH3 2 2 4 pH较高的碱性溶液中，或离子强度较低的条件下，羟基和羧基大多离解，因此高分子沿pH较低的酸性溶液中，因而趋于沉淀或分散。为某种聚拢体，即成为水中悬浮物。这种悬浮物的构造、组成随水质和水体组成等变化。一般说来，悬浮物是以黏土矿物为核心，有机物和水合金属氧化物结合在黏土矿物外表上，并成为各微粒间的架桥物质。水中悬浮物可沉降进入底泥；反之在水流中冲刷下来可重悬浮在水中。由于悬浮物对微量污染物有猛烈的吸附作用，所以它对污染物的迁移转化起着重要作用。胶体物质对污染物的吸附作用黏土矿物对重金属的吸附-OMM+离子以及M+离子，与水中的重金属离子交换而将其吸附(3-3)。这个过程也可用下式示意：+≡AOMeH+(M+)换而被吸附。另一种机理是重金属离子先水解，然后夺取黏土矿物微粒外表的羟基，形成羟基协作物而被吸附：Me2++nHO===Me(OH)(2-n)+ +2 n≡AOH+Me(OH)n(2-n)+===≡AMe(OH)n+1(1-n)+水合金属氧化物对重金属离子的吸附一般认为，水合金属氧化物对重金属离子的吸附过程是重金属离子在这些颗粒外表发生配位化合过程，可用下式表示：n≡AOH+Men+===(≡AO)n→Me+nH+A代表微粒外表的铁、铝、硅或锰，Men+为重金属离子，箭头代表配位键。腐殖质对重金属离子的吸附腐殖质(Hum)微粒对重金属离子的吸附，主要是通过它对金属离子的螯合作用和离子交换作用来实以质子化，故能与重金属起交换吸附作用。腐殖质的离子交换机理可用下式表示：同样，腐殖质也可以与重金属离子起螯合作用：应当指出，腐殖质与重金属离子的两种吸附作用的相对大小与水中重金属离子的浓度及性质亲热相Mn2+与腐殖质以离子交换吸附为主，Ni2+pH及组成对上述吸附作用也有较大的影响。4NH4Ac能与腐殖酸-金属体系进展以下反响：4EDTA解吸的则是被腐殖酸螯合吸附的那一局部金属离子。在腐殖质对有机分子的吸附中，分子间作用力占重要地位。当有机物解离成正离子时，能被腐殖质离杂苯环上的氮形成氢键，而将其吸附。吸附量与吸附速率吸附量及吸附等温式吸附剂所吸附的吸附物的量称为吸附量，以Q表示，它表示吸附剂的吸附力量。自然水体中胶体颗粒物的吸附力量与其组成、性质、比外表、浓度有关，也与污染物的组成、形态、浓度有关，还与水体的温度、pH、氧化复原电位(pE)以及共存无机物与有机物的状况有关。在恒温等条件下，吸附量Q与吸附物平衡浓度c的关系曲线称为吸附等温线，其相应的数学方程式称为吸附等温式。适用于水体颗粒物对污染物的吸附等温式有弗莱特利希(Freundlich)和朗格缪尔(Langmuir)两种等温式。吸附等温式为：Q=K·cnKn0～1n=1Qc呈直线QcQ=K·cn改为：lgQ=lgK+nlgc这样，lgQlgc为直线关系，从直线的斜率和截距即可求出nK。例如，Khan争论了腐殖酸吸2，4-Dn0.789lgK0.869μmol/g，由此可得出吸附等温式为：℃吸附等温式为：吸附等温式为：Q=Q·c/(A+c)0c为被吸附物的平衡浓度，A为半饱和吸附量时吸附物的平衡3-4)。明显，A值越小，到达半饱和吸附量时残留在液相中的被吸附物浓度越小，即吸附剂的吸附强度大；相反，A值越大，吸附强度越小。吸附等温线ccAQ=Q·c/AQ与00c3-4中等温吸附线的第Ⅰ段。在c很大时，cAQ=Q，即吸附量恒定而与平(A+c)Qc提高而渐渐增加(线段Ⅱ)。0对于在肯定条件下的特定体系，Q0AQ0和等温式改写为：1/Q=1/Q0+A/Q0·c然后将 对1/c作图，得到直线型等温线，从截距和斜率求出Q0和A值。以上两种吸附等温式及其他很多吸附等温式仅适用于胶体微粒总体或其中各组分单独存在时的吸附表达水中胶体物质对污染物吸附的实际状况，这个问题正在争论之中。(sorption)主要包括外表吸附(adsorption)和安排两种机理，它们的相对奉献率与沉积物或悬浮颗粒物的组成(如有机碳含量)及有机物本身的性质(如辛醇-水安排系数、溶解度等)有关。吸附速率tt下，吸附物的起始浓度为c0，ct为t时间吸附物的浓度，c0-ct时刻被吸附在吸附剂上的吸附物浓度，将c0-c对t作图(3-5)mg/L·h；如从图中c0条件下，各相应温度的吸附速率。tt不同温度下某金属离子的吸附量与时间关系的吸附过程不是处在热力学的平衡状态。因而打算吸附过程的主要因素是吸附速率，而不是平衡时的吸附量。重金属等无机污染物或有机污染物被水中胶体微粒吸附后，可随胶体微粒运动。它可以从水中自动沉降下来，但也可在长时间不发生聚沉，所以水体中胶体物质的聚沉，对污染物的迁移、归宿、水体的自净等有重大意义。水体中胶体微粒的聚沉水体中胶体粒子可在长时间内较稳定存在，但由于胶体微粒带电，故在适宜条件下可很快聚沉。胶体微粒电荷的来源以下几个方面可造成胶体微粒带电：(Ⅰ)某些黏土矿物在其形成过程中，消灭同晶替代及晶格缺陷的现象使胶体粒子带电。例如，硅氧四面体中的硅原子被铝原子替代后，产生一个负电荷。pH条件下，发生以下平衡：≡Si-OH2===≡Si-OH====≡Si-O-+H2O某些黏土矿物及铁、铝等水合氧化物属此类状况。(Ⅲ)高分子有机物的官能团解离也能使其带电，蛋白质、腐殖酸等的离解可用以下表示：pHpH时，消灭零电位，该点称为零电位pH有关。pHzpc(Ⅳ)胶体微粒外表结合或吸附水中某些离子、配离子或有机离子等，使颗粒外表带电。例4-FeO(OH)(s)+HPO4-4水体中胶体微粒的双电层特征

(s)+OH-3-6NM是黏土矿物微粒外表的一局部，符号“+“表示被吸附的正离子。实际界面四周的溶液中有正离子，也有负离NM距离越远的液面，由于微粒电场力不断减弱，正离子过剩趋势也越小，直至为零。这样由界面黏土矿物微粒双电层及其反离子集中分布示意图dCD，构成了微粒集中双电层。试验证明，与微粒界NMAB液层，将随微粒一起运动，称为不流淌层(固定层)；其厚度为δ，约与离子大小相近。ABCD液层，不跟微粒一起运动，称为流淌液层(集中层)d-δNC表示相对界面不同距离的液面电位，液面CD呈电中性，设其电位为零，并作为衡量其他液面电位的基准。NME，称为胶体微粒总电位。不流淌层与流淌层交界液面ABξ，称为胶体微粒的ξξ电位确实定值小于总电位E确实ξ电位，当它们彼此接近时，在静电斥力作用下分开，故胶体微粒可长时间稳定存在而不发生聚沉。实际上水体中胶体构造是很简单的。例如，黏土矿物大多数为薄板状构造，具有肯定厚度，故除有板化，常表现出板面与另一微粒的边面相互吸引而结合，具有自然絮凝的特征。高分子电解质如腐殖酸、蛋白质等，其电荷是由官能团的离解产生的，离解度即电荷值由水体pH值打算，其外表电位还与官能团的数量和分布特征有关。双电层的构造也与固体外表的双电层构造不同。pH值。在自然水体中时常呈电负性，在低pH值时可呈正电性，在固定pH值时，外表上有恒定的电位，这种双电层有明显的两性性质，因此零电点是其主要参数。胶体微粒的聚沉pH值及流淌状况、带相反电荷微粒间相互作用等，其中主要因素是电解质浓度。从微粒本身构造看，微粒带同号电荷及微粒四周有水化膜是使其稳定的两个主要缘由。假设消退这两个因素，微粒便可聚沉。3-7是电解质浓度对ξNCξ电ξξ′，同时由于固定层中正离子增多，而集中层中正离子相对削减，引起集中双电层厚度变薄(由d变为d′)ξ电位降到缺乏以排斥胶体微粒相互碰撞时的分子间作用力，则微粒会ξ电位，称为临界电位。假设参加的电解质离子能被微粒大量吸附到固定层内，可使ξ电位减为零，甚至变号。假设ξ电位等于零时，说明胶体微粒及其强。ξ电位的影响某些胶体微粒(如有机高分子胶体微粒)本身具有肯定的亲水性，直接吸附水分子形成水化膜。对于这ξ电位，但更重要的是要去除水化膜，否则带有水化膜的有机胶体微粒相互距离较大，分子间作用力很弱，难以聚沉。一般在有大量电解质存在时，可以满足上述两个方面的需要，使有机胶体微粒在水中聚沉。腐殖质分子中的羧基和酚羟基可与水合氧化铁胶体微粒外表的铁螯合，而腐殖质分子中可供螯合的成分很多，这样有可能形成胶体微粒腐殖质 胶体微粒的浩大聚拢体，从而絮凝沉降。实际水体中微粒间可消灭多种方式的聚沉和絮凝作用。影响胶体分散的因素是简单的。除电解质外，素。胶体微粒的吸附和聚沉对污染物的影响相的最重要的途径。胶体的吸附作用在很大程度上掌握着微量金属在水环境中的分布和富集状况。大量资Cu2+、Ni2+、Ba2+、Zn2+、Pb2+、的试验说明，底泥和悬浮物对Cd2+的吸附作用及其可能发生的Hg2+(Anderson)Hg2+pH6.5～7.0时。HgCl2(复原态的)＞商业去污剂(硅的混HgCl2的微克数伊利石(65.3)＞蒙脱石(35.7)＞胺类化合物(10.5)＞高岭石(9.7)＞含碳基的有机物(7.3)＞细砂(2.9)＞中砂(1.7)＞粗砂(1.6