第6章：水体污染与控制

●物理过程：其中包括稀释、扩散、挥发、 沉淀等过程； ●化学和物理化学过程：其中包括氧化、还 原、吸附、凝聚、中和等反应， ●生物学和生物化学过程：进入水体中的污 染物质，特别是有机物质，由于水中微生 物的代谢活动而被分解氧化并转化为无机 物的过程。
一、废水在水体中的稀释和扩散 稀释实际上只是将废水中的污染物质 扩散到水体中去，从而降低这些物质的 相对浓度。单纯的稀释过程并不能除去 污染物质。
第一节 水体污染
一、水体及水体污染的概念 1、水体的概念 水体是指河流、湖泊、池塘、水库、 沼泽、海洋以及地下水等水的积聚体。在 环境学中，水体不仅包括水本身，还包括 了水中的悬浮物、溶解物质、胶体物质、 底质(泥)和水生生物等。应把它看作完整 的生态系统或完整的综合自然体来看。水 体按其类型不同可以分成陆地水体和海洋 水体以及地表水体和地下水体等。
图6-1 耗氧、复氧和氧垂曲线示意图
因为废水排入后，河水中有机物较多， 它的耗氧速度超过了河流的复氧速度。随着 河水中有机物的逐渐氧化分解，耗氧速度逐 渐降低。在排入口下游某点处终于出现耗氧 速度与复氧速度相等得情况。这时，溶解氧 的含量最低，过了这一点以后，溶解氧又逐 渐回升。这一点称为最缺氧点。再往下游， 复氧速度大于耗氧速度。如果不再受到新的 污染，河水中的溶解氧会逐渐恢复到废水排 入口之前的含量。
当河道较为平直且无局部急流险滩的 地段，混合系数也可以近似地用下式表示：
式中： L1：废水排放口至计算断面的距离； L2：废水排放口至完全混合断面的距离。
废水被河水稀释的程度，用稀释比n 表示。它是参与混合稀释的河水流量Q1与 废水流量q的比值：
在实际工作中需根据具体情况来确定混合 系数值。一般情况下可按经验，对于流速在0.2 －0.3m／s的河流，取a=0.7：0.8，流速较低时， a=0.3：0.6左右；流速较高时，则可取a为0.9左 右。 如果能较好地设计废水排放口以促进废水 与河水的混合，例如采用分散式排放口或将排 放口伸入水体，并装置多孔出口等设备或把废 水送到水流湍急的地方，则可以考虑取a=1。
三、水环境容量 水体的自净作用说明了自然环境中存 在着对污染物质的一定的容纳能力。从城 市或工业企等排放出来的污水、废水并不 一定要处理到完全达到相应的水环境质量 标准的程度才能排入水体。 一定水体在规定的环境目标下所能容 纳污染物质的最大负荷量就称为水环境容 量。其容量的大小与下列因素有关：
1、水体特征 水体的各种水文参数(河宽、河深、 流量、流速等)，背景参数(水的pH值、 碱度、硬度、污染物质的背景值等)，自 净参数(物理的、物理化学的、生物化学 的)和工程因素(水上的工程设施，如闸、 堤、坝以及污水向水体的排放位置、排 放方式等)。
2、污染物特征 污染物的扩散性、持久性、生物降 解性等都影响环境容量。一般来说，污 染物的物理化学性质越稳定，环境容量 越小。耗氧有机物的水环境容量最大， 难降解有机物的水环境容量很小，而重 金属的水环境容量则甚微。
3、水质目标 水体对污染物的纳污能力是相对于水体 满足一定的用途和功能而言的。水的用途和 功能要求不同，允许存在于水体的污染物量 也不同。根据我国地面水环境质量标准可将 水体分为五类，每类水体允许的标准决定着 水环境容量的大小。另外，由于各地自然条 件和经济技术条件的差异较大，水质目标的 确定还带有一定的社会性，因此，水环境容 量还是社会效益参数的函数。
2、水体污染的概念 人类的活动使得大量污染物质排入水体。一般 排入的方式有两种，一种是直接向水体排入污染物 质，另一种是随降水将大气污染物带到地面，再经 雨水冲刷到水体中。这种方式也包括了将土壤中的 污染物冲入水体的情况。排入水体的污染物质使水 和水体底泥的物理、化学性质或生物群落组成发生 变化，从而降低了水体的使用价值，这种现象称为 水体污染。
假如某种污染物排入某地面水体， 此水体的水环境容量可用下武表示：
W V ( S B) C
式中：W——某地面水体的水环境容量， V ——该地面水体的体积； S ——地面水中某污染物的环境标准(水质目标)’ B ——地面水中某污染物的环境背景值； C ——地面水的自净能力。
第三节 主要污染物在水体中的化学变化
三、水体污染源 在向水体排放污染物的过程中，根据人 类活动的不同形式，可以将水体污染源分成 下面几种类型。
1、工业污染源 2、城市生活污水 3、农村污水和灌溉水 4、船舶废水
四、水体污染物 1、病原体污染物 2、需氧物质污染物 3、有毒化学物质 4、酸性、碱性物质和盐类 5、石油污染 6、放射性污染 7、热污染
烃类在水中的变化主要有两种：一 种是在光照下氧化，这种方式作用缓慢； 另—种是依靠微生物降解。通过微生物 的作用将其转化为酸类、醇类以及其他 较易分解的化合物。然后再进一步降解。
三、重金属的迁移转化 1、重金属在水体中的转化方式 2、几种主要重金属元素在水体中的迁移和转化
四、农药的降解
农药是水体中常见的污染物。有些 农药在水体中较易分解，有些则比较稳 定，能长期保持在水体中，对水体影响 很大。
1、稀释机理 污染物质进入河流水体后，产生了两种 运动形式： 一是污染物质由于河水流速的推动沿 着水流前进的方向运动。这一水流输送污染 物质的形式，可称为推流或平流。以公式表 示为： Q1=vC
式中：Q1：污染物质推流量(mg／m2· s)； v ：河流流速(m／s)； C ：污染物质浓度(mg／m3)。
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几种常用的和主要的水质指标简单介绍： 悬浮物 污水的细菌污染指标 pH值 溶解氧 有机物含量 有毒物质指标
2、水质标准 无论是作为生活饮用水、工业给水、 农业用水、渔业用水，还是作为航运、旅 游或水能利用等等，都有一定的水质要求。 即针对不同的用途，要建立起相应的物理、 化学和生物学的质量标准，对水中的杂质 加以一定的限制。此外，为了保护环境、 保护水体的正常用途，也需要对排入水体 的生活污水和工农业废水水质提出一定的 限制和要求。这些要求就是水质的标准。
由上式可见，河流流速越大，单位时间 内通过单位面积输送的污染物质数量(污染 物质推流量)越多。
二是由于污染物质的进入，使水流产生了浓度 的差异。污染物质就会由高浓度处向低浓度处迁移。 这一物质的运动形式称为扩散。浓度差异越大，单 位时间内通过单位面积扩散的污染物质的量(污染 物质的扩散量)也越多。以公式表示为： Q2=-KdC/dx
第六章 水体污பைடு நூலகம்与控制
水是人类生产与生活不可缺少的环境 要素，但是人类活动常造成水体污染，从 而影响，甚至危及人类的生存与发展。这 种情况促使人类探求水体污染的原因和防 治污染的方法，以使人类的这一不可缺少 的环境要素状况得到改善，使水资源更好 地为人类服务。
本章的主要内容
第一节 水体污染 第二节 水体自净作用与水环境容量 第三节 主要污染物在水体中的化学 变化 第四节 水体污染的控制
2、氧垂曲线公式 废水排入水体后，耗氧与复氧是同 时进行的。将耗氧与复氧两条曲线叠合 起来就可以得到氧垂曲线（图6-1）。 氧垂曲线公式（称为StreeterPhelps方程）如下：
式中： Dt--废水排入河流t日后，河水与废水的混合水中亏氧量； D0--废水排入点处（受污点），河水与废水的混合水中亏氧量； La——废水排入点处，河水与废水的混合水的第一阶段BOD。
二、水体的生化自净 废水进入河流后，除得到稀释外，其中的 有机污染物质还会在水中微生物的作用下进行 氧化分解，逐渐变成无机物质。这一过程称为 水体生化自净。 有机污染物质可以通过生化自净而消除或 减少，而大多数无机污染物质只能通过稀释而 降低其浓度，却并未减少其总量。
1、水体中氧的消耗与溶解 在有机物质被微生物氧化分解的过程中需 要消耗一定数量的氧。这部分氧用于碳化作用 和硝化作用之中。除此以外，废水中的还原性 物质(如 等)、沉积水底的淤泥在分解时，以及 一些水生植物在夜间呼吸时，都要从水中吸收 氧气，从而降低水中的溶解氧含量。由于这些 原因，水体中的溶解氧会不断消耗着。
显然，在未达到完全混合的河道断面 上，只有一部分河水参与了对废水的稀 释。参与混合稀释的河水流量与河水总 流量之比称为混合系数：
式中： a：混合系数； Q1：参与混合稀释的河水流量； Q：河水总流量。 在完全混合的河道断面上及其下游， 混合系数，而从废水排放口到完全混合 断面的这段距离内，a＜1。
污染物进入水体以后会发生一系列变化， 通过各种变化，污染物向以下几个方向转化。 (1)分散在水体中，逐渐稀释；(2)分解和转化 为其他物质；(3)沉淀在底泥中；(4)消耗水中 的溶解氧，使水质恶化；(5)富营养化。污染 物不同，迁移转化的方式也不相同，并且污染 物的迁移转化有时可以沿几个方向同时进行。 例如，某一污染物质在转化为其他物质的同时 也会被分散和稀释等。了解污染物在水体中的 迁移转化规律十分重要。
2、水体混合稀释 废水排入河流后，会因推流和扩散 作用而逐渐与河水相混合，污染物质的 浓度逐渐降低，此过程是逐渐的而不能 马上与全部河水混合，其影响因素主要 有：
●河水流量与废水流量的比值。此值大时， 就需要通过较长的距离，才能在整个河 流断面上，达到完全均匀的混合； ●废水排放口的形式。如果废水在岸边集 中排放，则完全混合所需的时间和距离 较长，如果是分散地排放于河流中央， 则完全混合所需时间较短； ●河流的水文条件，如河深、流速、河道 弯曲状况、是否有急流、湍流等都会影 响混合程度。
上述各个过程所消耗的氧一般有三个来源： ●水体和废水中原来含有的氧； ●大气中的氧向含氧不足的水体扩散溶解， 直到水体中的溶解氧达到饱和； ●水生植物白天通过光合作用放出氧气，溶 于水中，有时还可使水体中的氧达到过饱 和状态。
因此，水体中的氧气在被消耗的同 时，又逐渐得到补充和恢复。这就是水 体中的耗氧和复氧过程。所以当河流接 纳废水以后，排入口(受污点)下游各点 处溶解氧的变化是十分复杂的。在一般 情况下，紧接着排入口的各点，溶解氧 逐渐减少(见图6—1)。