第三章水環(huán)境化學(xué)第一節(jié)本節(jié)內(nèi)容要點(diǎn)：水資源和利用、地球上的水分布、水循環(huán)、天然水的組成等。水是人類寶貴的自然資源，它關(guān)系到人類的命運(yùn)、民族的身體素質(zhì)。水質(zhì)的優(yōu)劣影響著人類的生活、生產(chǎn)及健康?？梢哉f水是"萬物之本"，是人類與生物賴以生存和發(fā)展必不可缺少的物質(zhì)。1）水資源和利用地球上水的總量是固定的，約13.86億km3，但可利用的淡水只占水總量的0.3％。雖然淡水資源有限，但如果時(shí)空分布得當(dāng)，并保持恰當(dāng)水質(zhì)，還是可以滿足全球目前和將來的淡水需要。遺憾的是，地球上淡水資源的時(shí)空分布極其不均勻，加上水污染日益嚴(yán)重以及工農(nóng)業(yè)和生活用水量的增加，許多國(guó)家和地區(qū)出現(xiàn)了水資源嚴(yán)重短缺的局面。水的短缺和污染不僅影響了生物生存，而且直接或間接地給人類生存帶來威脅和危害，同時(shí)也造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。

當(dāng)前主要的缺水類型有：資源型缺水、工程型缺水和水質(zhì)型缺水。由于缺水，危害了農(nóng)作物生長(zhǎng)、并影響著工業(yè)生產(chǎn)、威脅著人體健康和生態(tài)、國(guó)家安全。

2）地球上水的分布

地球表面約有70％以上被水所覆蓋，所以地球素有"水的行星"之稱。地球上的水分布在海洋、湖泊、沼澤、河流、冰川、雪地、以及大氣、生物體、土壤和地層。水的總量約為13.86億km3(表3-1～3-2)，其中海水占96.5%，淡水為0.35億km3，占總水量的2.35%。由于開發(fā)困難或技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的限制，到目前為止，海水、深層地下淡水、冰雪固態(tài)淡水、鹽湖水等很少被直接利用。比較容易開發(fā)利用的，與人類生活和生產(chǎn)關(guān)系密切的淡水儲(chǔ)量為400多萬km3，僅占淡水的11％，總水量的0.3％。表3-1自然環(huán)境中的水量分布

我國(guó)地表水徑流總量約2.8萬億m3，地下水資源約8000億m3，冰川年平均融水量約500億m3，近海海水約500萬km3。我國(guó)目前可供利用的水資源量每年約有11000億m3，平均每人占有地表水資源約2700m3，居世界第88位，僅為世界人均占有量的1/4。每畝土地占有地表水1755m3，只相當(dāng)于世界平均水平的1/2?？偟恼f來，我國(guó)淡水資源并不豐富，處于缺水狀態(tài)，而且水資源的時(shí)空分布非常不均衡，東南多，西北少，耕地面積只占全國(guó)33％的長(zhǎng)江流域和長(zhǎng)江以南地區(qū)，水資源占全國(guó)的70％。我國(guó)許多地方缺水或嚴(yán)重缺水，水污染比較嚴(yán)重。另一方面，由于人口的劇增，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，我國(guó)和西方國(guó)家一樣，也面臨水質(zhì)下降，水源不足的威脅。因此，控制水體污染，保護(hù)水資源已成為刻不容緩的任務(wù)。

3）循環(huán)

自然界的水不僅受地球引力作用沿著地殼傾斜方向流動(dòng)，而且由于水在太陽(yáng)能和地球表面熱能的作用下發(fā)生形態(tài)變化，蒸發(fā)的水分隨著氣流運(yùn)行而轉(zhuǎn)移，遇冷凝結(jié)成云或以降水形式到達(dá)地面，到達(dá)地表的水又重新蒸發(fā)、凝結(jié)、降落，這個(gè)周而復(fù)始的過程，稱為水循環(huán)。僅在局部地區(qū)(陸地或海洋)完成的水的循環(huán)過程稱為小循環(huán)。自海洋蒸發(fā)的部分水汽，隨氣流轉(zhuǎn)移至陸地上空，并以降水形式達(dá)到地面后，經(jīng)過江河湖泊或滲入地下，再歸入海洋，這種海洋和陸地之間水的往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程，稱為水的大循環(huán)。環(huán)境中水的循環(huán)是大、小循環(huán)交織在一起的，并在全球范圍內(nèi)和地球上各個(gè)地區(qū)內(nèi)不停地進(jìn)行著。影響水循環(huán)的作用有三個(gè)基本因素：

(1)水的物理性質(zhì)決定了水的循環(huán)成為可能；

(2)太陽(yáng)輻射是水循環(huán)的源動(dòng)力；

(3)循環(huán)路線的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，特別是地表循環(huán)途徑的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，如地質(zhì)地貌、土壤和生物等的類型和性質(zhì)，它不但影響降水的分布和輸送，而且還影響下滲及輸水道的特性。

這些因素相互作用決定了天然水的循環(huán)方向和強(qiáng)度，造成了自然界錯(cuò)綜復(fù)雜的水文現(xiàn)象。蒸發(fā)、降水、徑流是水循環(huán)的基本要素。河川徑流是人類用水的基本來源，它是地球上水循環(huán)較活躍的部分，世界河床蓄水量大約16d就可更換一次，因此它有很強(qiáng)的自凈能力。4）天然水的組成

●水體的定義

在水污染化學(xué)中，水體指河流、湖泊、沼澤、水庫(kù)、地下水、冰川、海洋等貯水體的總稱。水體的組成不僅包括水，而且也包括其中的懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)、溶解物質(zhì)、底泥和水生生物，所以水體是個(gè)完整的生態(tài)系統(tǒng)，或是被水覆蓋地段的自然綜合體。區(qū)分水和水體是重要的。例如，重金屬(如Pb、Cu、Cr、Zn、Cd等)污染物通過沉淀、吸附、螯合等途徑，很容易從水相轉(zhuǎn)移到底泥中，所以水中重金屬的含量一般都不高。如果光從水來看，似乎沒有受到污染，但整個(gè)水體可能受到嚴(yán)重污染。

●天然水的組成

在水的自然循環(huán)中，地表徑流部分水量雖然不大，但是它在自然界所起的作用十分巨大，在風(fēng)化(包括物理、化學(xué)、生物風(fēng)化)過程和水遷移過程中，輸送了土壤中的礦物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)，使天然水具有各種組分。天然水體中除水以外，還有其他各種物質(zhì)；根據(jù)它們?cè)谒写嬖诘臓顟B(tài)不同，可將這些物質(zhì)分為三類，即懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)、溶解物質(zhì)(見表3-3)。在此只討論天然水體中溶解物質(zhì)的種類及其存在形態(tài)。表3-3天然水體的組成

溶解在天然水中的物質(zhì)大致可分為：主要離子、溶解氣體、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、微量元素和有機(jī)物質(zhì)。溶解物質(zhì)在水中的含量，除與物質(zhì)和性質(zhì)有關(guān)外，還與氣候條件、水文特征、巖石與土壤的組成等因素有關(guān)。表3-4和表3-5分別是海水或河水中部分元素的含量及理論上可能存在的形態(tài)。表3-4海水中部分元素的含量及可能存在形態(tài)

(1)主要離子

天然水體中的主要陽(yáng)離子有Ca2+、Mg2+、Na+、K+等，主要陰離子有Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-等，這八種離子可占水中溶解固體總量的95%～99%以上。海水中又以Na+與Cl-離子含量占優(yōu)勢(shì)，河水中以Ca2+、HCO3-離子含量占優(yōu)勢(shì)。陸地水中下列成分的含量順序一般為HCO3-＞SO42-＞Cl-，Ca2+＞Na+＞Mg2+，而海水中相應(yīng)的含量順序?yàn)镃l-＞SO42-＞HCO3-，Na+＞Mg2+＞Ca2+。地下水受局部環(huán)境地質(zhì)條件限制，其優(yōu)勢(shì)離子變化較大。

表3-5河水中部分元素的含量及其可能存在的形態(tài)

(2)微量元素

微量元素是指含量在ng/mL級(jí)的元素。天然水體中微量元素的種類很多，如As、Cd、Hg、Ni、Pb、Sb、Sn、Zn、Mn、Cu等。微量元素多數(shù)屬于重金屬元素，它們?cè)谔烊凰械暮考按嬖谛问絽⒁姳?-4、3-5。

(3)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)

營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是指與生物生長(zhǎng)有關(guān)的元素，包括氮、磷、硅等非金屬元素以及某些微量元素(如Mn、Fe、Cu等)。這些元素的含量一般在mg/mL～ng/mL之間，它們存在的形態(tài)與水體酸堿性、氧化還原性有關(guān)。

氮、磷是水生生物生長(zhǎng)和繁殖所必需的營(yíng)養(yǎng)元素，但如果水中氮、磷含量過高，會(huì)發(fā)生"富營(yíng)養(yǎng)化"現(xiàn)象。鐵是常見的一種礦物元素；地下水中的鐵主要以Fe(Ⅱ)形態(tài)存在，含量可達(dá)每升幾十毫克；在地表水中由于溶解氧充足，鐵常以Fe(Ⅲ)價(jià)態(tài)存在。天然水中硅主要來自硅酸鹽和鋁硅酸鹽的水解。

(4)有機(jī)物質(zhì)

天然水體中有機(jī)物的種類繁多。它們是水生植物光合作用的產(chǎn)物和水生動(dòng)物在不同階段分解產(chǎn)物的混合物。通常將水體中有機(jī)物分為非腐殖質(zhì)和腐殖質(zhì)。非腐殖質(zhì)包括碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)、維生素及其低分子量有機(jī)物等。水體中大部分有機(jī)物是呈褐色或黑色無定形腐殖質(zhì)，它們的分子量范圍為幾百至幾萬。通常根據(jù)腐殖質(zhì)在酸、堿中溶解情況，可將腐殖質(zhì)分為胡敏素(腐黑物)、腐殖酸(HA)，后者又可分為富里酸(黃腐酸、FA)和胡敏酸(腐黑物)等，如圖3-1所示。

圖3-1腐殖質(zhì)的分類腐殖質(zhì)中除含有大量苯環(huán)外，分子中還含有羥基-OH、羧基-COOH、羰基＞O==O等活性基團(tuán)，因而腐殖質(zhì)具有弱酸性、離子交換性、配位化合及氧化還原等化學(xué)活性。它能與水體中的金屬離子形成穩(wěn)定的水溶性或不溶性化合物，還能與有機(jī)物相互作用。腐殖質(zhì)對(duì)水體中重金屬等污染物的遷移轉(zhuǎn)化具有較大的影響。

(5)溶解氣體

一般情況下，天然水中存在的氣體有氧氣、二氧化碳、硫化氫、氮?dú)夂图淄榈?。它們來自大氣中各種氣體的溶解、水生動(dòng)植物的活動(dòng)、化學(xué)反應(yīng)等。海水中的氣體還可來自海底火山爆發(fā)。表3-6列出了海水中主要溶解氣體的含量范圍。表3-6海水中主要溶解氣體的含量范圍

溶解于水中的氣體以氧(O2)和二氧化碳(CO2)比較重要，它們能影響水生生物的生存和繁殖及水中物質(zhì)的溶解、化合等化學(xué)和生化行為。水中氧的輸入，一是富集空氣中的氧。當(dāng)水中含氧量小于其飽和含量時(shí)才能使水進(jìn)行富集氧。二是水生植物光合作用逸出的氧。水中氧的輸出部分包括有機(jī)物的氧化、有機(jī)體的呼吸和生物殘骸的發(fā)酵腐爛作用等。天然水中氧的含量一般在0～14mg/L之間。水中二氧化碳來源于有機(jī)體氧化分解、水生動(dòng)植物的新陳代謝作用及空氣中二氧化碳的溶解；消耗于碳酸鹽類溶解和水生植物的光合作用。天然水除氧、二氧化碳以外，在通氣不良的條件下，有時(shí)還會(huì)有硫化氫氣體存在。水體中硫化氫氣體來自厭氧條件下，含硫有機(jī)物的分解及硫酸鹽的還原，而大量硫化氫則是火山噴發(fā)的產(chǎn)物。由于H2S易于氧化，所以只能在缺氧條件下存在，同時(shí)空氣中硫化氫分壓很低，水中硫化氫容易逸出，所以地表水中硫化氫含量甚微或?yàn)榱悖駝t就表明已遭受人為污染。第二節(jié)本節(jié)內(nèi)容要點(diǎn)：水體污染與自凈、水體中的主要污染物、污染物在水體中的遷移轉(zhuǎn)化和水污染對(duì)人體健康的影響等。1）水體污染與自凈

水體污染(waterbodypollution)：主要是由于人類活動(dòng)排放的污染物進(jìn)入河流、湖泊、海洋或地下水等水體，使水和水體底泥的物理、化學(xué)性質(zhì)或生物群落組成發(fā)生變化，從而降低了水體的使用價(jià)值，這種現(xiàn)象稱為水體污染。

水體自凈(self-purificationofwaterbody)廣義的是指受污染的水體由于物理、化學(xué)、生物等方面的作用，使污染物濃度逐漸降低，經(jīng)一段時(shí)間后恢復(fù)到受污染前的狀態(tài)；狹義的是指水體中微生物氧化分解有機(jī)污染物而使水質(zhì)凈化的作用。

影響水體凈化過程的因素很多，主要有河流、湖泊、海洋等水體的地形和水文條件，水中微生物的種類和數(shù)量，水溫和復(fù)氧狀況，污染物的性質(zhì)和濃度等。水體自凈機(jī)理包括沉淀、稀釋、混合等物理過程，氧化還原、分解化合、吸附凝聚等化學(xué)和物理化學(xué)過程以及生物化學(xué)過程。各種過程可同時(shí)發(fā)生、相互影響。

水體自凈作用可分為三類：(1)物理自凈。污染物進(jìn)入水體后，不溶性固體逐漸沉至水底形成污泥；懸浮物、膠體和溶解性污染物則因混合稀釋而逐漸降低濃度。(2)化學(xué)自凈。污染物進(jìn)入水體后，經(jīng)絡(luò)合、氧化還原、沉淀反應(yīng)等而得到凈化。如在一定條件下水中難溶性硫化物可以氧化為易溶性的硫酸鹽。(3)生物自凈。在生物的作用下，污染物的數(shù)量減少，濃度下降，毒性減輕、直至消失。例如，懸浮和溶解在水體中的有機(jī)污染物，在需氧微生物作用下，氧化分解為簡(jiǎn)單、穩(wěn)定的無機(jī)物，如二氧化碳、水、硝酸鹽和磷酸鹽等，使水體得到凈化。一般說來，物理和生物化學(xué)過程在水體自凈中占主要地位。對(duì)有機(jī)物來說，生物自凈作用是最重要的。水體自凈作用可以在同一介質(zhì)中進(jìn)行，也可在不同介質(zhì)之間進(jìn)行。例如，河水自凈過程大致如下：當(dāng)污水進(jìn)入河流之后，首先是混合稀釋、擴(kuò)散，以及反應(yīng)生成的沉淀物質(zhì)和吸附有污染物的固體沉入水底，使水中污染物濃度下降；水的最終凈化主要靠微生物的作用。微生物把污染物質(zhì)作為營(yíng)養(yǎng)源，通過生物化學(xué)過程，把復(fù)雜化合物變成簡(jiǎn)單化合物，最終產(chǎn)物是二氧化碳、水等無機(jī)物。此外，各類水生生物攝取較大的固體食物或其他生物，包括細(xì)菌、植物，這在河水自凈中也起著重要作用。藻類和其他綠色植物的光合作用，也有助于水的凈化。

水體自凈作用是有限的，當(dāng)人類直接或間接排放的污染物大量進(jìn)入水體，而超過它的自凈作用時(shí)，就會(huì)造成水體污染。原則上，進(jìn)入水體的污染物最終都能被凈化，但由于環(huán)境差異，污染物的性質(zhì)及污染程度不同，凈化的難易和凈化的速度也不同。了解污染物的性質(zhì)與含量以及它們?cè)谒w中的存在形式、化學(xué)行為，對(duì)于研究水體的自凈能力、采取措施防止和克服污染所造成的危害具有重大的意義。

2）水體中的污染物

水體污染主要由人為污染造成的。污染物的種類繁多，包括無機(jī)和有機(jī)有毒物質(zhì)、耗氧有機(jī)物、石油類、放射性物質(zhì)、熱污染以及病原微生物等。下面將就幾類主要的水體污染物分別加以說明。

●病原體污染物

生活污水、畜禽飼養(yǎng)場(chǎng)污水以及制革、洗毛、屠宰業(yè)和醫(yī)院等排出的廢水，常含有各種病原體，如病毒、病菌、寄生蟲。水體受到病原體的污染會(huì)傳播疾病，如血吸蟲病、霍亂、傷寒、痢疾、病毒性肝炎等。歷史上流行的瘟疫，有的就是水媒型傳染病。如1848年和1854年英國(guó)兩次霍亂流行，死亡萬余人；1892年德國(guó)漢堡霍亂流行，死亡750余人，均是水污染引起的。

受病原體污染后的水體，微生物激增，其中許多是致病菌、病蟲卵和病毒，它們往往與其他細(xì)菌和大腸桿菌共存，所以通常規(guī)定用細(xì)菌總數(shù)和大腸桿菌指數(shù)及菌值數(shù)為病原體污染的直接指標(biāo)。病原體污染的特點(diǎn)是：(1)數(shù)量大；(2)分布廣；(3)存活時(shí)間較長(zhǎng)；(4)繁殖速度快；(5)易產(chǎn)生抗藥性，很難絕滅；(6)傳統(tǒng)的二級(jí)生化污水處理及加氯消毒后，某些病原微生物、病毒仍能大量存活。常見的混凝、沉淀、過濾、消毒處理能夠去除水中99%以上病毒，如出水濁度大于0.5度時(shí)，仍會(huì)伴隨病毒的穿透。病原體污染物可通過多種途徑進(jìn)入水體，一旦條件適合，就會(huì)引起人體疾病。

●耗氧污染物

在生活污水、食品加工和造紙等工業(yè)廢水中，含有碳水化合物、蛋白質(zhì)、油脂、木質(zhì)素等有機(jī)物質(zhì)。這些物質(zhì)以懸浮或溶解狀態(tài)存在于污水中，可通過微生物的生物化學(xué)作用而分解。在其分解過程中需要消耗氧氣，因而被稱為耗氧污染物。這種污染物可造成水中溶解氧減少，影響魚類和其他水生生物的生長(zhǎng)。水中溶解氧耗盡后，有機(jī)物進(jìn)行厭氧分解，產(chǎn)生硫化氫、氨和硫醇等難聞氣味，使水質(zhì)進(jìn)一步惡化。水體中有機(jī)物成分非常復(fù)雜，耗氧有機(jī)物濃度常用單位體積水中耗氧物質(zhì)生化分解過程中所消耗的氧量表示，即以生化需氧量(BOD)表示。一般用20℃時(shí)，五天生化需氧量(BOD5)表示。

●植物營(yíng)養(yǎng)物

植物營(yíng)養(yǎng)物主要指氮、磷等能刺激藻類及水草生長(zhǎng)、干擾水質(zhì)凈化，使BOD5升高的物質(zhì)。水體中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)過量所造成的"富營(yíng)養(yǎng)化"對(duì)于湖泊及流動(dòng)緩慢的水體所造成的危害已成為水源保護(hù)的嚴(yán)重問題。

富營(yíng)養(yǎng)化(eutrophication)是指在人類活動(dòng)的影響下，生物所需的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)大量進(jìn)入湖泊、河口、海灣等緩流水體，引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖，水體溶解氧量下降，水質(zhì)惡化，魚類及其他生物大量死亡的現(xiàn)象。在自然條件下，湖泊也會(huì)從貧營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)過渡到富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，沉積物不斷增多，先變?yōu)檎訚?，后變?yōu)殛懙亍＿@種自然過程非常緩慢，常需幾千年甚至上萬年。而人為排放含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的工業(yè)廢水和生活污水所引起的水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象，可以在短期內(nèi)出現(xiàn)。

植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的來源廣、數(shù)量大，有生活污水(有機(jī)質(zhì)、洗滌劑)、農(nóng)業(yè)(化肥、農(nóng)家肥)、工業(yè)廢水、垃圾等。每人每天帶進(jìn)污水中的氮約50g。生活污水中的磷主要來源于洗滌廢水，而施入農(nóng)田的化肥有50%～80%流入江河、湖海和地下水體中。天然水體中磷和氮(特別是磷)的含量在一定程度上是浮游生物生長(zhǎng)的控制因素。當(dāng)大量氮、磷植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)排入水體后，促使某些生物(如藻類)急劇繁殖生長(zhǎng)，生長(zhǎng)周期變短。藻類及其他浮游生物死亡后被需氧生物分解，不斷消耗水中的溶解氧，或被厭氧微生物所分解，不斷產(chǎn)生硫化氫等氣體，使水質(zhì)惡化，造成魚類和其他水生生物的大量死亡。藻類及其他浮游生物殘?bào)w在腐爛過程中，又把生物所需的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)釋放到水中，供新的一代藻類等生物利用。因此，水體富營(yíng)養(yǎng)化后，即使切斷外界營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的來源，也很難自凈和恢復(fù)到正常水平。水體富養(yǎng)化嚴(yán)重時(shí)，湖泊可被某些繁生植物及其殘骸淤塞，成為沼澤甚至干地。局部海區(qū)可變成"死海"，或出現(xiàn)"赤潮"現(xiàn)象。

常用氮、磷含量，生產(chǎn)率(O2)及葉綠素-α作為水體富營(yíng)養(yǎng)化程度的指標(biāo)。表3-7是用總磷、無機(jī)氮?jiǎng)澐炙w富養(yǎng)化程度的指標(biāo)。防治富營(yíng)養(yǎng)化，必須控制進(jìn)入水體的氮、磷含量。

●有毒污染物

有毒污染物指的是進(jìn)入生物體后累積到一定數(shù)量能使體液和組織發(fā)生生化和生理功能的變化，引起暫時(shí)或持久的病理狀態(tài)，甚至危及生命的物質(zhì)。如重金屬和難分解的有機(jī)污染物等。污染物的毒性與攝入機(jī)體內(nèi)的數(shù)量有密切關(guān)系。同一污染物的毒性也與它的存在形態(tài)有密切關(guān)系。價(jià)態(tài)或形態(tài)不同，其毒性可以有很大的差異。如Cr(Ⅵ)的毒性比Cr(Ⅲ)大；As(Ⅲ)的毒性比As(Ⅴ)大；甲基汞的毒性比無機(jī)汞大得多。另外污染物的毒性還與若干綜合效應(yīng)有密切關(guān)系。從傳統(tǒng)毒理學(xué)來看，有毒污染物對(duì)生物的綜合效應(yīng)有三種：(1)相加作用，即兩種以上毒物共存時(shí)，其總效果大致是各成分效果之和。(2)協(xié)同作用，即兩種以上毒物共存時(shí)，一種成分能促進(jìn)另一種成分毒性急劇增加。如銅、鋅共存時(shí)，其毒性為它們單獨(dú)存在時(shí)的8倍。(3)拮抗作用，兩種以上的毒物共存時(shí)，其毒性可以抵消一部分或大部分。如鋅可以抑制鎘的毒性；又如在一定條件下硒對(duì)汞能產(chǎn)生拮抗作用。總之，除考慮有毒污染物的含量外，還須考慮它的存在形態(tài)和綜合效應(yīng)，這樣才能全面深入地了解污染物對(duì)水質(zhì)及人體健康的影響。

有毒污染物主要有以下幾類：(1)重金屬。如汞、鎘、鉻、鉛、釩、鈷、鋇等，其中汞、鎘、鉛危害較大；砷、硒和鈹?shù)亩拘砸草^大。重金屬在自然界中一般不易消失，它們能通過食物鏈而被富集；這類物質(zhì)除直接作用于人體引起疾病外，某些金屬還可能促進(jìn)慢性病的發(fā)展。(2)無機(jī)陰離子，主要是NO2-、F-、CN-離子。NO2-是致癌物質(zhì)。劇毒物質(zhì)氰化物主要來自工業(yè)廢水排放。(3)有機(jī)農(nóng)藥、多氯聯(lián)苯。目前世界上有機(jī)農(nóng)藥大約6000種，常用的大約有200多種。農(nóng)藥噴在農(nóng)田中，經(jīng)淋溶等作用進(jìn)入水體，產(chǎn)生污染作用。有機(jī)農(nóng)藥可分為有機(jī)磷農(nóng)藥和有機(jī)氯農(nóng)藥。有機(jī)磷農(nóng)藥的毒性雖大，但一般容易降解，積累性不強(qiáng)，因而對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響不明顯；而絕大多數(shù)的有機(jī)氯農(nóng)藥，毒性大，幾乎不降解，積累性甚高，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)有顯著影響。多氯聯(lián)苯(PCB)是聯(lián)苯分子中一部分氫或全部氫被氯取代后所形成的各種異構(gòu)體混合物的總稱。

多氯聯(lián)苯劇毒，脂溶性大，易被生物吸收，化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定，難以和酸、堿、氧化劑等作用，有高度耐熱性，在1000～1400℃高溫下才能完全分解，因而在水體和生物中很難降解。(4)致癌物質(zhì)。致癌物質(zhì)大體分三類：稠環(huán)芳香烴(PAHs)，如3，4-苯并芘等；雜環(huán)化合物，如黃曲霉素等；芳香胺類，如甲、乙苯胺，聯(lián)苯胺等。(5)一般有機(jī)物質(zhì)。如酚類化合物就有2000多種，最簡(jiǎn)單的是苯酚，均為高毒性物質(zhì)；腈類化合物也有毒性，其中丙烯腈的環(huán)境影響最為注目。

●石油類污染物

石油污染是水體污染的重要類型之一，特別在河口、近海水域更為突出。排入海洋的石油估計(jì)每年高達(dá)數(shù)百萬噸至上千萬噸，約占世界石油總產(chǎn)量的千分之五。石油污染物主要來自工業(yè)排放，清洗石油運(yùn)輸船只的船艙、機(jī)件及發(fā)生意外事故、海上采油等均可造成石油污染。而油船事故屬于爆炸性的集中污染源，危害是毀滅性的。

石油是烷烴、烯烴和芳香烴的混合物，進(jìn)入水體后的危害是多方面的。如在水上形成油膜，能阻礙水體復(fù)氧作用，油類粘附在魚鰓上，可使魚窒息；粘附在藻類、浮游生物上，可使它們死亡。油類會(huì)抑制水鳥產(chǎn)卵和孵化，嚴(yán)重時(shí)使鳥類大量死亡。石油污染還能使水產(chǎn)品質(zhì)量降低。

●放射性污染物

放射性污染是放射性物質(zhì)進(jìn)入水體后造成的。放射性污染物主要來源于核動(dòng)力工廠排出的冷卻水，向海洋投棄的放射性廢物，核爆炸降落到水體的散落物，核動(dòng)力船舶事故泄漏的核燃料；開采、提煉和使用放射性物質(zhì)時(shí)，如果處理不當(dāng)，也會(huì)造成放射性污染。水體中的放射性污染物可以附著在生物體表面，也可以進(jìn)入生物體蓄積起來，還可通過食物鏈對(duì)人產(chǎn)生內(nèi)照射。

水中主要的天然放射性元素有40K、238U、286Ra、210Po、14C、氚等。目前，在世界任何海區(qū)幾乎都能測(cè)出90Sr、137Cs。

●酸、堿、鹽無機(jī)污染物

各種酸、堿、鹽等無機(jī)物進(jìn)入水體(酸、堿中和生成鹽，它們與水體中某些礦物相互作用產(chǎn)生某些鹽類)，使淡水資源的礦化度提高，影響各種用水水質(zhì)。鹽污染主要來自生活污水和工礦廢水以及某些工業(yè)廢渣。另外，由于酸雨規(guī)模日益擴(kuò)大，造成土壤酸化、地下水礦化度增高。

水體中無機(jī)鹽增加能提高水的滲透壓，對(duì)淡水生物、植物生長(zhǎng)產(chǎn)生不良影響。在鹽堿化地區(qū)，地面水、地下水中的鹽將對(duì)土壤質(zhì)量產(chǎn)生更大影響。

●熱污染

熱污染是一種能量污染，它是工礦企業(yè)向水體排放高溫廢水造成的。一些熱電廠及各種工業(yè)過程中的冷卻水，若不采取措施，直接排放到水體中，均可使水溫升高，水中化學(xué)反應(yīng)、生化反應(yīng)的速度隨之加快，使某些有毒物質(zhì)(如氰化物、重金屬離子等)的毒性提高，溶解氧減少，影響魚類的生存和繁殖，加速某些細(xì)菌的繁殖，助長(zhǎng)水草叢生，厭氣發(fā)酵，惡臭。

魚類生長(zhǎng)都有一個(gè)最佳的水溫區(qū)間。水溫過高或過低都不適合魚類生長(zhǎng)，甚至?xí)?dǎo)致死亡。不同魚類對(duì)水溫的適應(yīng)性也是不同的。如熱帶魚適于15～32℃，溫帶魚適于10～22℃，寒帶魚適于2～10℃的范圍。又如鱒魚雖在24℃的水中生活，但其繁殖溫度則要低于14℃。一般水生生物能夠生活的水溫上限是33～35℃。

除了上述八類污染物以外，洗滌劑等表面活性劑對(duì)水環(huán)境的主要危害在于使水產(chǎn)生泡沫，阻止了空氣與水接觸而降低溶解氧，同時(shí)由于有機(jī)物的生化降解耗用水中溶解氧而導(dǎo)致水體缺氧。高濃度表面活性劑對(duì)微生物有明顯毒性。

水體污染的例子很多，如京杭大運(yùn)河(杭州段)兩岸有許多工廠，每天均有大量廢水排入運(yùn)河，使水體中固體懸浮物、有機(jī)物、重金屬(Zn,Cd,Pb,Cu等)及酚、氰化物等含量大大超過地面水標(biāo)準(zhǔn)，有的超過幾十倍，使水體處于厭氧的還原狀態(tài)，烏黑發(fā)臭，魚蝦絕跡，不能用于生活、農(nóng)業(yè)等用水；水體自凈能力差，若不治理，并控制污染源，水體污染還會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。

水環(huán)境中的污染物，總體上可劃分為無機(jī)污染物和有機(jī)污染物兩大類。在水環(huán)境化學(xué)中較為重要的，研究得較多的污染物是重金屬和有機(jī)物。我國(guó)水污染化學(xué)研究始于70年代，從重金屬、耗氧有機(jī)物、DDT、六六六等農(nóng)藥污染開始，目前研究的重點(diǎn)已轉(zhuǎn)向有機(jī)污染物，特別是難降解有機(jī)物，因其在環(huán)境中的存留期長(zhǎng)，容易沿食物鏈(網(wǎng))傳遞積累(富集)，威脅生物生長(zhǎng)和人體健康，因而日益受到人們重視。本章著重介紹重金屬和有機(jī)污染物在水體中遷移轉(zhuǎn)化的環(huán)境化學(xué)行為。3）污染物進(jìn)入水體后的運(yùn)動(dòng)過程

污染物進(jìn)入水體后立即發(fā)生各種運(yùn)動(dòng)。下面以海洋為例作一簡(jiǎn)介，其他水體的情況，可以類推。污染物排入水體后的運(yùn)動(dòng)過程如圖3-2所示。

圖中過程1、2是污染物在海水中通過稀釋、擴(kuò)散、生物活動(dòng)等引起污染物空間位置的移動(dòng)。影響該過程的主要因素是海區(qū)的水文條件，其中包括潮汐、海流、海水平流和渦流等多種變量。

圖中過程3是污染物在海洋中的轉(zhuǎn)化過程，包括化學(xué)、物理化學(xué)、水化學(xué)和生物化學(xué)的作用。通過轉(zhuǎn)化過程，污染物的濃度，尤其是形態(tài)將發(fā)生變化，從而影響到污染物在海洋中的分布、遷移、停留、富集以及它們的毒性、底質(zhì)的二次污染等。這是水污染化學(xué)中重要的研究課題。

圖中過程4是污染物在海水中的停留過程。該過程涉及到污染物危害持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短問題，它決定于海水的交換和更新以及水中膠體、懸浮物的沉積速率。污染物在海水中停留時(shí)間τ可用下式計(jì)算：

τi=Ai/dAi/dt

式中Ai為排入水體污染物i的總量，dAi/dt為污染物i在海洋中的沉積速率。一般情況下，污染物在海水中的活性越大，停留時(shí)間就越短。

圖中過程5為污染物在海洋中的富集過程，它主要取決于吸附等物理化學(xué)的富集沉降以及食物鏈的選擇性吸收，其結(jié)果是污染物脫離海水，使后者得到凈化，同時(shí)將在不同程度上有害于生物，并將增加底質(zhì)中污染物的積累，有可能引起海水的二次污染。4）水體污染對(duì)人體健康的影響

水體污染的危害是多方面的，這里簡(jiǎn)單介紹一下水體污染對(duì)人體健康的影響。

●引起急性和慢性中毒。水體受有毒有害化學(xué)物質(zhì)污染后，通過飲水或食物鏈便可能造成中毒。著名的水俁病、痛痛病是由水體污染引起的。

●致癌作用。某些有致癌作用的化學(xué)物質(zhì)如砷、鉻、鎳、鈹、苯胺、苯并(a)芘和其他多環(huán)芳烴、鹵代烴污染水體后，可被懸浮物、底泥吸附，也可在水生生物體內(nèi)積累，長(zhǎng)期飲用含有這類物質(zhì)的水，或食用體內(nèi)蓄積有這類物質(zhì)的生物(如魚類)就可能誘發(fā)癌癥。

●發(fā)生以水為媒介的傳染病。人畜糞便等生物污染物污染水體，可能引起細(xì)菌性腸道傳染病如傷寒、痢疾、腸炎、霍亂等；腸道內(nèi)常見病毒如脊髓灰質(zhì)類病毒、柯薩奇病毒、傳染性肝炎病毒等，皆可通過水體污染引起相應(yīng)的傳染病。1989年上海的"甲肝事件"，就是由水體污染引起的。在發(fā)展中國(guó)家，每年約有6000萬人死于腹瀉，其中大部分是兒童。

●間接影響。水體污染后，常可引起水的感官性狀惡化，如某些污染物在一定濃度下，對(duì)人的健康雖無直接危害，但可使水發(fā)生異臭、異色，呈現(xiàn)泡沫和油膜等，妨礙水體的正常利用。銅、鋅、鎳等物質(zhì)在一定濃度下能抑制微生物的生長(zhǎng)和繁殖，從而影響水中有機(jī)物的分解和生物氧化，使水體自凈能力下降，影響水體的衛(wèi)生狀況。

水體污染既可嚴(yán)重危害生態(tài)系統(tǒng)，還可造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。第三節(jié)本節(jié)內(nèi)容要點(diǎn)：重金屬污染的特點(diǎn)、遷移方式、吸附作用、氧化還原作用、沉淀作用、配合作用、生物效應(yīng)、存在形態(tài)等。

1）金屬污染的特點(diǎn)

重金屬元素很多，在環(huán)境污染研究中所說的重金屬主要是指汞、鎘、鉛、鉻以及類金屬砷等生物毒性顯著的元素，也指具有一定毒性的重金屬，如鋅、銅、鎳、鈷、錫等。其中最引起人們重視的是汞、鎘、鉛、鉻等。

重金屬污染的特點(diǎn)是：(1)天然水中的微量重金屬就可產(chǎn)生毒性效應(yīng)。重金屬產(chǎn)生毒性大小的濃度范圍取決于該金屬的性質(zhì)(如價(jià)態(tài)、形態(tài))，如汞、鎘產(chǎn)生毒性的濃度范圍是0.001～0.01mg/L。(2)微生物不僅不能降解重金屬，相反地某些重金屬元素可在微生物作用下轉(zhuǎn)化為金屬有機(jī)化合物，產(chǎn)生更大的毒性。例如，汞在甲基鈷氨素存在下能轉(zhuǎn)化為毒性更大的甲基汞。(3)生物體對(duì)重金屬有富集作用。生物體從環(huán)境中攝取重金屬，可經(jīng)過食物鏈的生物放大作用，逐級(jí)在較高的生物體內(nèi)成千上萬倍地富集起來。(4)重金屬可通過食物、飲水、呼吸等多種途徑進(jìn)入人體，從而對(duì)人體健康產(chǎn)生不利的影響，有些重金屬對(duì)人體的積累性危害影響往往需要一二十年才顯示出來。

總之，重金屬是具有潛在危害的重要污染物。與其他許多污染物不同，重金屬的污染威脅在于它不能被微生物所分解；相反地，生物體可以富集重金屬，并且把某些重金屬轉(zhuǎn)化為毒性更大的金屬有機(jī)化合物。自從50年代日本出現(xiàn)水俁病和痛痛病以后，重金屬的環(huán)境污染問題受到人們的極大關(guān)注。不少學(xué)者對(duì)重金屬的水環(huán)境問題，特別是對(duì)重金屬在水環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化問題進(jìn)行了廣泛深入的研究。所謂重金屬遷移指的是重金屬在自然環(huán)境中隨著時(shí)間的改變而發(fā)生的空間位置的改變。而重金屬的轉(zhuǎn)化指的是隨著介質(zhì)條件的改變而使重金屬的存在狀態(tài)發(fā)生變化。第四節(jié)本節(jié)內(nèi)容要點(diǎn)：有機(jī)物污染指標(biāo)、分配作用、化學(xué)降解、光解、生物降解、揮發(fā)、生物富集、耗氧有機(jī)物分解和溶解氧平衡等。

有機(jī)污染物按其對(duì)環(huán)境質(zhì)量的影響和污染危害，可概略地分為兩大類，耗氧有機(jī)物和有毒有機(jī)物。耗氧有機(jī)物指動(dòng)、植物殘?bào)w和生活污水及某些工業(yè)廢水中的碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)等易分解的有機(jī)物，它們?cè)诜纸膺^程中要消耗水中的溶解氧，使水質(zhì)惡化，其危害主要是通過耗氧過程來實(shí)現(xiàn)。有毒有機(jī)污染物指酚、多環(huán)芳烴和各種人工合成的具有積累性生物毒性的有機(jī)化合物，如多氯聯(lián)苯、農(nóng)藥及石油污染物。有機(jī)污染物在水環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化主要取決于有機(jī)污染物本身的性質(zhì)以及水體的環(huán)境條件。有機(jī)污染物一般通過吸附作用、揮發(fā)作用、水解作用、光解作用、生物富集和生物降解作用等過程進(jìn)行遷移轉(zhuǎn)化，研究這些過程，將有助于闡明污染物的歸趨和可能產(chǎn)生的危害。1）有機(jī)污染程度的指標(biāo)

水體中有機(jī)污染物的種類繁多、組成復(fù)雜，現(xiàn)代分析技術(shù)難以分別測(cè)定它們的含量。因此，只能利用它們共同的特點(diǎn)，用一些指標(biāo)間接反映水體中有機(jī)物的污染程度。常見的指標(biāo)有：溶解氧、生化需氧量、化學(xué)需氧量、總有機(jī)碳和總需氧量。

●溶解氧(dissolvedoxygen,簡(jiǎn)稱DO)

溶解氧即在一定溫度和壓力下，水中溶解氧的含量，是水質(zhì)的重要指標(biāo)之一。水中溶解氧含量受到兩種作用的影響，一是耗氧作用，包括耗氧有機(jī)物降解的耗氧、生物呼吸耗氧等，使DO下降；另一種是復(fù)氧作用，主要有空氣中氧的溶解、水生植物的光合作用等，使DO增加。這兩種作用的相互消長(zhǎng)，使水中溶解氧含量呈現(xiàn)時(shí)空變化。此外，DO隨水溫升高而降低，還隨水深增加而減小。常溫下，水體中DO為8～14mg/L；在水藻繁生的水中，DO可能處于飽和狀態(tài)；如果水體中的有機(jī)污染量較多，耗氧作用大于復(fù)氧作用，水中DO減少；有機(jī)物污染嚴(yán)重時(shí)，DO為零。在缺氧的水體中，水生動(dòng)植物生長(zhǎng)將受到抑制，甚至死亡。例如，當(dāng)DO＜4mg/L時(shí)，魚類將死亡。因此測(cè)定水體中的溶解氧含量，可評(píng)價(jià)水體污染程度及自凈狀況。測(cè)定水中DO的方法有碘量法、疊氮化鈉修正法、KMnO4修正法和膜電極法，其中最常用的是碘量法。

●生化需氧量(biochemicaloxygendemand，BOD)

水體中微生物分解有機(jī)物的過程中消耗水中的溶解氧量稱為生化需氧量，通常用BOD表示，其單位為mg(O2)/L。BOD反映水體中可被微生物分解的有機(jī)物總量。有機(jī)物的微生物氧化分解分兩個(gè)階段進(jìn)行。第一階段主要是有機(jī)物被轉(zhuǎn)化為無機(jī)的CO2、H2O和氨；第二階段氨被轉(zhuǎn)化為NO2-、NO3-。第二階段的環(huán)境影響較小，所以生化需氧量一般是指第一階段有機(jī)物經(jīng)微生物氧化分解所需的氧量。微生物分解有機(jī)物的速度和程度與溫度、時(shí)間有關(guān)。如在20℃時(shí)，通常生活污水中的有機(jī)物需要20d左右才能基本完成第一階段的生化氧化，但經(jīng)過5d也可完成第一階段轉(zhuǎn)化的70%左右。為縮短測(cè)定時(shí)間，同時(shí)使BOD值有可比性，因而采用在20℃條件下，培養(yǎng)5d測(cè)定生化需氧量作為標(biāo)準(zhǔn)方法，稱為五日生化需氧量，以BOD5表示。BO