水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)

　　水體(water body)是江河湖海、地下水、冰川等的總稱，是被水復(fù)蓋地段的自然綜合體。它不僅包括水，還包括水中溶解物質(zhì)、懸浮物、底泥、水生生物等。水與水體是兩個(gè)緊密聯(lián)系又有區(qū)別的概念。從水體概念去研究水環(huán)境污染，才能得出全面、準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)。 水是自然界的基本要素，是人類和生物賴以生存的基本條件。

　　水資源是可再生資源，但不是取之不盡的。人類能直接利用的水資源僅是只占總水儲(chǔ)量中2.53%的淡水中的0.34%的江河湖泊及淺層地下水(表1)。我國(guó)的水資源分布具有地區(qū)、進(jìn)程上的不均勻性，是水資源相對(duì)較少的國(guó)家。平均年降水深633毫米(800毫米，亞洲740毫米)，多年平均年河川徑流總量26600多億立方。人均占有水量只相當(dāng)于世界人均占有河川年徑流量的1/4。所以，防治水污染，就成為保護(hù)水資源一個(gè)重大課題。

　　2.什么是水體的自凈和水體污染water pollution ?

　　水 在自然界中不斷徨，從而不斷面更替和獲得自身凈化。表1列出了各種水體的更替期。水體中的污染物質(zhì)經(jīng)擴(kuò)散、稀釋、沉淀、氧化還原、分解等物理化學(xué)過程及微 生物的分解、水生生物的吸收等作用后，濃度自然，就這就是水體的自凈作用。這一過程還包括水中的一氧碳、硫化氫等氣體向大氣釋放和空氣中的氧、二氧化碳溶 解于水的過程。水的自凈與氣象、水文、地質(zhì)條件如降雨量、徑流量、潮汐、水體更替周期有關(guān)。

　　水體自凈過程的特征 廢水和污染物進(jìn)入水體后，即開始自凈過程，自凈機(jī)制包括物理自凈、化學(xué)和物理化學(xué)凈生物和生化自凈。該過程由弱到強(qiáng)，直到趨于恒定。自凈過程的主要特 征：1)污染物濃度逐漸下降;2)一些有毒污染物可經(jīng)各種物理、化學(xué)和生物作用，轉(zhuǎn)變?yōu)榈投净驘o毒物質(zhì);3)重金屬污染物以溶解態(tài)被吸附或轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗菪曰?合物，沉淀后進(jìn)入底泥;4)部分復(fù)雜有機(jī)物被微生物利用和分解，變成二氧化碳和水;5)不穩(wěn)定污染物轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的化合物;6)自凈過程初期，水中溶解氧含 量急劇下降，到達(dá)**點(diǎn)后又緩慢上升，逐漸恢復(fù)至正常水平;7)隨著自凈過程及有毒物質(zhì)濃度或數(shù)量的下降，生物種類和個(gè)體數(shù)量逐漸隨之回升，終趨于正常 的生物分布。

　　排入水體的污染物質(zhì)一旦超過了水體的自凈能力，使水體惡化，達(dá)到了影響水體原有用途的程度，這時(shí)可以說，水被污染了。

　　表1 地球各種水體的循環(huán)更替期

　　水體類型 循環(huán)更替期 水體類型 循環(huán)更替期

　　海洋 2500年 湖泊 17年

　　深層地下水 1400年 沼澤 5年

　　極地冰川 9700年 土壤水 1年

　　積雪高山冰川 1600年 河川水 16天

　　永凍帶底冰 10000年 大氣水 8天

　　生物水 幾小時(shí)

　　水體中主要污染物及其來源

　　水全污染物可分為四大類：

　　1、無機(jī)無毒物：酸、堿、一般無機(jī)鹽、氮、磷等植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì);

　　2、無機(jī)有毒物：重金屬、砷、氟化物等;

　　3、有機(jī)無毒物：碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)等;

　　4、有機(jī)有毒物：苯酚、多環(huán)芳烴、PCB、有機(jī)氯農(nóng)藥等。 有機(jī)物污染的特征是耗氧，有毒物的污染特征表現(xiàn)為生物毒性。 1)水體化學(xué)污染物

　　①需氧污染物

地表水的溶解氧含量，一般不低于4毫克、升，清潔的淡水中溶解如本書附錄所示。國(guó)外一些地區(qū)依溶解氧、生化需氧量等指標(biāo)的不同，將河流水質(zhì)進(jìn)行分類，如表 2所示。 水體中所含的碳?xì)浠衔铩⒅?、蛋白質(zhì)等有機(jī)化合物中水中微生物等作用下，*終分解為二氧化碳、水等簡(jiǎn)單的無機(jī)物，同時(shí)消耗大量的氧;而水體中的亞硫酸 鹽、硫化物、亞鐵鹽和氨類等還原性物質(zhì)，在發(fā)生化學(xué)氧化時(shí)，也要消耗水中的溶解氧。這些物質(zhì)就統(tǒng)稱為需氧污染。水中溶解氧的下降，勢(shì)必影響魚類及其他水生 生物的正常生活，水質(zhì)惡化。一般來說，大多數(shù)魚類要求生活在溶解氧在4毫克/升以上的水中(如河鱒為3～12毫克/升，鯉魚為6～8毫克/升，青、草、 鰱、鳙魚為5毫克/升以上)。當(dāng)溶解氧<1毫克/升時(shí)，大部分魚類窒息死亡。溶解氧消失時(shí)，水中嫌氣細(xì)菌毓起來，有機(jī)物分解放出甲烷和硫化氫，水體 更發(fā)臭了。 需氧污染物主要來自城鄉(xiāng)生活污水和造紙、食品、印染、制革、焦化、石油化工等工業(yè)廢水。

 表2 河流分類

　　分類 BOD5(毫克/升) 氨氮(毫克/升) 懸浮固體(毫克/升)

　　很清潔 <1 0.04 4

　　清 潔 ～2 0.24 15

　　尚清潔 ～3 0.67 15

　　可 疑 ～5 2.5 21

　　劣 >10 6.7 35

　　②重金屬

重金屬，特別是汞、鎘、鉛、鉻等具有顯著和生物毒性。它們?cè)谒w中不能被微生物降解，而只能發(fā)生各種形態(tài)相互轉(zhuǎn)化和分散、富集過程(即遷移)。重金屬污染的 特點(diǎn)是：(1)除被懸浮物帶走的外，會(huì)因吸附沉淀 作用而富集于排污口附近的底泥中，成為長(zhǎng)期的次生污染源;(2)水中各種無機(jī)配位體(氯離子、硫酸離子、氫氧離子等)和有機(jī)配位體(腐蝕質(zhì)等)會(huì)與其生成 絡(luò)合物或螯合物，導(dǎo)致重金屬有更大的水溶解度而使已進(jìn)入底泥的重金屬又可能重新釋放出來;(3)重金屬的價(jià)態(tài)不同，其活性與毒性不同。其形態(tài)又隨pH和氧 化還原條件而轉(zhuǎn)化。 (4)在其危害環(huán)境方面的特點(diǎn)是：微量濃度即可產(chǎn)生毒性(一般為1～10毫克/升，鎘為0.01～0.001毫克/升);在微生物作用會(huì)轉(zhuǎn)化為毒性更 強(qiáng)的有機(jī)金屬化合物(如洋-甲基汞);可被 生物富集，通過食物鏈進(jìn)入人體，造成慢性路線。親硫重金屬元素(汞、鎘、鉛、鋅、硒、銅、砷等)與人體組織某些酶的巰基(-SH)有特別大的親合力，能抑 制酶的活性，親鐵元素(鐵、鎳)可在人體的腎、脾、肝內(nèi)累積，抑制精氨酶的活性。六價(jià)鉻可能是蛋白質(zhì)和核酸的沉淀劑，可抑制細(xì)胞內(nèi)谷胱甘肽還原酶，導(dǎo)致高 鐵血紅蛋白，可能致癌，過量的釩和錳(親巖元素)則能損害神經(jīng)系統(tǒng)的機(jī)能。

③一般有機(jī)物

a油類 油類已成為水體，特別是海洋污染的主要物質(zhì)。石油進(jìn)入水體，除了〖揮發(fā)一部分外，在水面形成油膜(低分子烴類可溶于水)，由于風(fēng)浪 作用，又可生成乳化油(其油滴平均直徑約0.5～25微米)。油能粘住魚卵和魚，降低孵化率并使魚畸形、死亡。如海水中含油100毫克/升，可使95%的 美洲大海蝦幼體于24小時(shí)內(nèi)死亡(LD50為1毫克/升);含油0.01毫克/升可使魚蝦貝類有石油臭味。油類還會(huì)附海獸和魚類的呼吸器官，使其窒息而 死?？傊皖悤?huì)降低水生生物的品質(zhì)和數(shù)量，影響水資源的。 b 酚類 屬于可被天然分解的有機(jī)物。其分解速度取決于其結(jié)構(gòu)(單元酚分解較二元酚、三元酚易)、初始濃度、微生物條件、溫度、曝氣條件等因素，酚類生物分解*適宜 的水溫是15～25℃。 我國(guó)各地有氰電鍍廢水含氰經(jīng)常為30～35毫克/升;某些焦化廠粗苯和純苯分離水含氰1～96毫克/升;化肥廠煤氣洗 氣水含氰180毫克/升。

④ 酸堿及一般無機(jī)鹽類 酸主要來自礦坑廢水、工廠酸洗水、硫酸廠、粘膠纖維、酸法造紙等，酸雨也是某些地區(qū)水體酸化的主要來源。堿主要來自造紙、化纖、煉油等工業(yè)。酸堿污染不僅 可腐蝕船舶和水上構(gòu)筑物，改變水生生物的生活條件，還可大大增加水的硬度(生成無機(jī)鹽類)，影響水的用途，增加工業(yè)用水處理費(fèi)用等。

 ⑤ 植物營(yíng)養(yǎng)物 植物營(yíng)養(yǎng)物主要指氮、磷化合物。主要業(yè)源是化肥、農(nóng)業(yè)廢棄物、生活污水和造紙制革、印染、食品、洗毛等工業(yè)廢水。如，城市居民每人每天排放污水中的氮約 50克。美國(guó)生活污水中50～75%的磷是洗滌劑產(chǎn)生的(一般洗衣粉中含有10～35%的三聚磷酸鈉Na5P3O10)。 植物營(yíng)養(yǎng)物污染主要表現(xiàn)為水體富營(yíng)養(yǎng)化。水體營(yíng)養(yǎng)化程度與磷、氮含量關(guān)，磷的作用大于氮。一般業(yè)說，總磷和無機(jī)氮分別超過20毫克/米3，300毫克/米 3，就可以認(rèn)為水體處于富營(yíng)養(yǎng)化。有人建議，氮和磷的**允許濃度分別為10和300毫克/米3。

　　⑥其它化學(xué)污染物

　　3.什么是水體一次污染和二次污染 ?

　　一次污染物又稱“原生污染物”，是由污染源直接排放進(jìn)入環(huán)境的，其物理和化學(xué)性狀未發(fā)生變化的污染物質(zhì)。環(huán)境污染主要是由一次污染物造成的，其來源清楚， 可以采取措施加以控制。二次污染物也稱“次生污染物”，是一次污染物在物理、化學(xué)因素或生物作用下發(fā)生變化，或與環(huán)境中的其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，所形成的物化 特征與一次污染物不同的新污染物，通常比一次污染物對(duì)環(huán)境和人體的危害更為嚴(yán)重，如水體中無機(jī)汞化合物通過微生物作用可轉(zhuǎn)變?yōu)楦卸镜募谆衔?，進(jìn)入 人體易被吸收，不易降解，排泄很慢，容易在腦中積累;大氣中的二氧化硫和水蒸汽可氧化為硫酸，進(jìn)而生成硫酸霧，其刺激作用比二氧化硫強(qiáng)10倍。

　　4.什么是點(diǎn)污染源、線污染源和面污染源?

　　點(diǎn)污染源

　　是指集中由排污口排入水體的污染源。它又分為固定的點(diǎn)污染源(如工廠、礦山、醫(yī)院、居民點(diǎn)、廢渣堆等)和移動(dòng)的點(diǎn)污染源(如輪船、汽車、飛機(jī)、火車等)。 造成水體點(diǎn)污染源主要有以下幾種工業(yè)：食品工業(yè)、造紙工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、金屬制品工業(yè)、鋼鐵工業(yè)、皮革工業(yè)、染色工業(yè)等。點(diǎn)污染源排放污水的方式主要有4 種：直接排污水進(jìn)入水體;經(jīng)下水道與城市生活污水混合后排入水體;用排污渠將污水送至附近水體;滲井排入。

　　線污染源

　　是指呈線狀分布的污染源。如輸油管道、污水溝道以及公路、鐵路、航線等線狀污染源。線污染源所形成的危害大大低于點(diǎn)污染源，但一旦形成污染源，其后果也是極其可怕的。

　　面污染源

　　指在一個(gè)大面積范圍排放污染物的污染物。如噴灑在農(nóng)田里的農(nóng)藥、化肥等污染物，經(jīng)雨水沖刷隨地表徑流進(jìn)入水體，從而形成水體污染。

　　5.什么是化學(xué)性污染 ?

　　污染雜質(zhì)為化學(xué)物品而造成的水體污染?；瘜W(xué)性污染根據(jù)具體污染雜質(zhì)可分為6類： (1)無機(jī)污染物質(zhì)：污染水體的無機(jī)污染物質(zhì)有酸、堿和一些無機(jī)鹽類。酸堿污染使水體的pH值發(fā)生變化，妨礙水體自凈作用，還會(huì)腐蝕船舶和水下建筑物，影響漁業(yè)。

　　(2)無機(jī)有毒物質(zhì)：污染水體的無機(jī)有毒物質(zhì)主要是重金屬等有潛在長(zhǎng)期影響的物質(zhì)，主要有汞、鎘、鉛、砷等元素。

　　(3)有機(jī)有毒物質(zhì)：污染水體的有機(jī)有毒物質(zhì)主要是各種有機(jī)農(nóng)藥、多環(huán)芳烴、芳香烴等。它們大多是人工合成的物質(zhì)，化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，很難被生物所分解。

　　(4)需氧污染物質(zhì)：生活污水和某些工業(yè)廢水中所含的碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪和酚、醇等有機(jī)物質(zhì)可在微生物的作用下進(jìn)行分解。在分解過程中需要大量氧氣，故稱之為需氧污染物質(zhì)。

　　(5)植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)：主要是生活與工業(yè)污水中的含氮、磷等植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，以及農(nóng)田排水中殘余的氮和磷。

　　(6)油類污染物質(zhì)：主要指石油對(duì)水體的污染，尤其海洋采油和油輪事故污染*甚。