水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)基礎

　　水體(water body)是江河湖海、地下水、冰川等的總稱，是被水復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、準確的認識。 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)。我國的水資源分布具有地區(qū)、進程上的不均勻性，是水資源相對較少的國家。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，就成為保護水資源一個重大課題。

　　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)擴散、稀釋、沉淀、氧化還原、分解等物理化學過程及微 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 廢水和污染物進入水體后，即開始自凈過程，自凈機制包括物理自凈、化學和物理化學凈生物和生化自凈。該過程由弱到強，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，沉淀后進入底泥;4)部分復雜有機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**點后又緩慢上升，逐漸恢復至正常水平;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，達到了影響水體原有用途的程度，這時可以說，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

　　水體中主要污染物及其來源

　　水全污染物可分為四大類：

　　1、無機無毒物：酸、堿、一般無機鹽、氮、磷等植物營養(yǎng)物質(zhì);

　　2、無機有毒物：重金屬、砷、氟化物等;

　　3、有機無毒物：碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)等;

　　4、有機有毒物：苯酚、多環(huán)芳烴、PCB、有機氯農(nóng)藥等。 有機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。國外一些地區(qū)依溶解氧、生化需氧量等指標的不同，將河流水質(zhì)進行分類，如表 2所示。 水體中所含的碳氫化合物、脂肪、蛋白質(zhì)等有機化合物中水中微生物等作用下，*終分解為二氧化碳、水等簡單的無機物，同時消耗大量的氧;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)生化學氧化時，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)。當溶解氧<1毫克/升時，大部分魚類窒息死亡。溶解氧消失時，水中嫌氣細菌毓起來，有機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。它們在水體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 特點是：(1)除被懸浮物帶走的外，會因吸附沉淀 作用而富集于排污口附近的底泥中，成為長期的次生污染源;(2)水中各種無機配位體(氯離子、硫酸離子、氫氧離子等)和有機配位體(腐蝕質(zhì)等)會與其生成 絡合物或螯合物，導致重金屬有更大的水溶解度而使已進入底泥的重金屬又可能重新釋放出來;(3)重金屬的價態(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);在微生物作用會轉(zhuǎn)化為毒性更 強的有機金屬化合物(如洋-甲基汞);可被 生物富集，通過食物鏈進入人體，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。六價鉻可能是蛋白質(zhì)和核酸的沉淀劑，可抑制細胞內(nèi)谷胱甘肽還原酶，導致高 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)的機能。

③一般有機物

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。油類還會附海獸和魚類的呼吸器官，使其窒息而 死。總之，油類會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(生成無機鹽類)，影響水的用途，增加工業(yè)用水處理費用等。

 ⑤ 植物營養(yǎng)物 植物營養(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)。 植物營養(yǎng)物污染主要表現(xiàn)為水體富營養(yǎng)化。水體營養(yǎng)化程度與磷、氮含量關(guān)，磷的作用大于氮。一般業(yè)說，總磷和無機氮分別超過20毫克/米3，300毫克/米 3，就可以認為水體處于富營養(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入環(huán)境的，其物理和化學性狀未發(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，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環(huán)境和人體的危害更為嚴重，如水體中無機汞化合物通過微生物作用可轉(zhuǎn)變?yōu)楦卸镜募谆衔?，進入 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，進而生成硫酸霧，其刺激作用比二氧化硫強10倍。

　　4.什么是點污染源、線污染源和面污染源?

　　點污染源

　　是指集中由排污口排入水體的污染源。它又分為固定的點污染源(如工廠、礦山、醫(yī)院、居民點、廢渣堆等)和移動的點污染源(如輪船、汽車、飛機、火車等)。 造成水體點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。點污染源排放污水的方式主要有4 種：直接排污水進入水體;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入水體，從而形成水體污染。

　　5.什么是化學性污染 ?

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

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

　　(3)有機有毒物質(zhì)：污染水體的有機有毒物質(zhì)主要是各種有機農(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、醇等有機物質(zhì)可在微生物的作用下進行分解。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)：主要指石油對水體的污染，尤其海洋采油和油輪事故污染*甚。