水体自净

3.自净的过程
水体自净过程大致如下
a.污水排入河流的混合过程 b.持久污染物的稀释扩散 物理作用
有机污染物排入水体后被水稀释，有机和无机固体沉降到河底；
c.非持久污染物的稀释扩散 d.水体的氧平衡 生物作用 溶氧↓ 好氧菌↑ 好氧菌↓ 溶解氧↑ 有机物降解
厌氧菌↑ 自然溶氧、藻类产氧
•
污水排入河流的混合过程
1.水体自净 (self-purification of water body)
水体自净是指受污染的水体由于物理、 化学、生物等方面的作用，使污染物浓度 逐渐降低，经过一段时间后恢复到受污染 前的状态。这一过程即水体自净。
2.水体自净机理
• 物理作用：稀释、沉淀 • 生物作用：生物降解（食物链） （强） （强）
(1)竖向混合阶段 污染物排入河流后因分子扩散、湍流扩散和弥散 作用逐步向河水中分散，从排放口到深度上达到浓 度分布均匀。 (2)横向混合阶段 当深度上达到浓度分布均匀后，在横向上还存在 混合过程。经过一定距离后污染物在整个横断面达 到浓度分布均匀。 (3)断面充分混合后阶段 在横向混合阶段后，污染物浓度在横断面上处处 相等。河水向下游流动的过程中，持久性污染物浓 度将不再变化，非持久性污染物浓度将不断减少。
河流污染和自净过程图
污 水
自
净
污化系统及其指示生物 污化系统 (也称有机污染系统)是根据水体有机物污染 程度的不同，对水体的一种分类法。当有机污染物排 入河流，在其下游河段的自净过程中，形成一系列污 化带。 因各种水生生物需要不同的生存条件，故在各个带中 可找到不同的代表性指示生物，这些指示生物包括细 菌、真菌、藻类、原生动物等微生物，以及轮虫、浮 游甲壳动物、鱼类及底栖动物等。 根据指示生物的不同，污化系统中的污化带分为多污 带、-中污带、-中污带和寡污带。
多污带（polysaprobic zone）
• 靠近排污点下游，河水深暗、浑浊，含大量有机 物，BOD高，呈缺氧或厌氧状态，污染严重。有 机物分解产生H2S、NH3，使河水有异味。 • 水生生物种类极少，以厌氧和兼性厌氧微生物为 主，无鱼类、显花植物等。 • 代表性的指示生物是细菌，且种类多、数量大， 每ml水中可达几亿个，例如硫酸盐还原菌与产甲 烷菌等，此外还有颤蚯蚓、蚊蝇幼虫。
• 化学作用：氧化、还原等对污染物的降解 （弱）
阳光 ↓ 一级生产者 → 原生动物 → 轮虫、浮游甲壳动物 → 鱼→ 其他动物 异养细菌
废物、排泄物 废物、排泄物 人
物理自净
污染物在水体中混合稀释和自然沉淀 过程。混合稀释只能降低水中污染物的浓 度，不能减少其总量。沉淀作用指排入水 体的污染物中含有的微小悬浮颗粒，如重 金属、虫卵等由于流速较小逐渐沉到水底。
过
程 的
特
征
4．衡量水体污染与自净的指标
提问：用什么指标可 • 水 体 外 观 、 化 学 指标、溶解氧等 以衡量河段水体污染 与自净所处的阶段?
山东小清河
水体外观
• 外观特征：混浊程度、颜色及气味等 • 原 因：水中细菌种类数量、悬浮物种类数量 • • •
污染前 污染 净化开始 持续 结束 外观:无色 暗灰色 灰色 继续变清 无色 澄清透明 很混浊、臭 混浊 浊度下降 澄清透明 水面有泡沫 泡沫减少
变为 NH4+、NO2- 和 NO3- ，CO2 与 H2S 含
量减少。
• 细菌数量减少，藻类大量繁殖，轮虫、
甲ຫໍສະໝຸດ Baidu动物和昆虫增加，生根的植物、鱼
类出现。
• 代表性生物：藻类的水花束丝藻、变异
直链硅藻、短棘盘星藻、舟形藻、梭裸
藻 ；原生动物的草履虫、聚缩虫；微型
后生动物的腔轮虫、水蚤。
寡污带(oligosaprobic zone)
中污带(-mesosaprobic zone)
• 在多污带下游，有机物量略减少，BOD下 降，河水依然灰暗，溶解氧低，水面上可 有浮沫和浮泥。生物种类增加，细菌数减 少，但每毫升仍有几千万个。
• 代表性的指示生物举例如下：天蓝喇叭虫、 椎尾水轮虫、栉虾、独缩虫、颤藻、小球 藻等。
-中污带（-mesosaprobic zone） • 光合微生物和绿色浮游生物大量出现， 水中溶解氧升高，有机质含量少， BOD 很低，悬浮物进一步减少，有机氮已转
的简单无机物。
• 影响生物自净作用的关键是：溶解氧的 含量和有机物的性质、浓度及微生物的 种类、数量等。
水体自净速度有哪些限制因素？
物理？ •• 因此水体的自净速度是有限的。在正常 • 情况下，水体单位时间内通过正常生物 净水流量、流速、污染物物理性质 • 循环中能够同化有机污染物的最大数量 化学？ • 称为自净容量。 地域、季节、天气 生物？ •• 在自净容量范围内水体的净化是如何 • 生物种类、数量（营养物浓度、环境因子）、 进行的呢？ 代谢的极限速度
第一阶段 化学氧化分解，历时数小时。
有机物的 自净过程 分三阶段
第二阶段 生物化学氧化分解一般要延续数日。
第三阶段 含氮有机物的硝化过程，延续一月左右。
①浓度逐渐降低；
水
体
自 净
②毒性降低； ③重金属可沉淀至底泥或进入食物链； ④复杂有机物分解为二氧化碳和水； ⑤不稳定的转变为稳定的化合物； ⑥初期，水中溶解氧含量急剧降低，到达最低点后又缓慢上升，并逐渐恢复正常； ⑦有毒的污染物，可使水中生物种群和数量大为减少，随着自净过程，生物种群和数量逐渐回升，趋于正常。
• 河流自净作用完成，有机物完全分解为无机物， BOD极低，溶解氧恢复正常，基本不含H2S，CO2 含量较低，氮元素全部氧化为NO3-。 玫瑰旋轮虫及其它藻类，钟虫、旋轮虫、水生
• 指示生物：鱼腥蓝细菌 、隔板硅藻 、黄群藻 、 植物与鱼类等。
以上污化系统只能反映有机污染的程度，不能 反映有毒废水的污染。
化学自净
• 氧化还原反应是化学净化的重要作用,溶 解氧与水中的污染物将发生氧化反应， 生成难溶物而沉降析出。如Fe盐氧化。 Fe+
O2
Fe3+
Fe(OH)3
• 还原作用: 如Cr6+ 还原为Cr3+
生物自净
• 水中微生物在溶解氧充分的情况下，将 一部分有机污染物当作食饵消耗，同时 将另一部分有机污染物氧化分解成无害