水体污染物的迁移转化

水体污染物的迁移转化摘要：水是人类生存所必须，因而水体遭到污染则人类生存的环境品质就会大大的受损。本文探讨了水体污染物的概念，总结了一下目前世界上所发现的水体污染物的主要种类，并且总结了水体污染物迁移转化的过程和方法，从中得出对水体污染物处理的一些解决方法。关键词：迁移转化水体污染物1.水体污染物的概念水体污染物是指造成水体水质、水中生物群落以及水体底泥质量恶化的各种有害物质（或能量）。水体污染物从化学角度可分为无机有害物、无机有毒物、有机有害物、有机有毒物4类。2.水体污染物的分类和介绍2.1耗氧污染物在生活污水、食品加工和造纸等工业废水中，含有碳水化合物、蛋白质、油脂、木质素等有机物质。这些物质以悬浮或溶解状态存在于污水中，可通过微生物的生物化学作用而分解。在其分解过程中需要消耗氧气，因而被称为耗氧污染物。这种污染物可造成水中溶解氧减少，影响鱼类和其他水生生物的生长。水中溶解氧耗尽后，有机物进行厌氧分解，产生硫化氢、氨和硫醇等难闻气味，使水质进一步恶化。2.2植物营养物植物营养物主要指氮、磷等能刺激藻类及水草生长、干扰水质净化，使BOD5升高的物质。水体中营养物质过量所造成的富营养化对于湖泊及流动缓慢的水体所造成的危害已成为水源保护的严重问题。富营养化(eutrophication)是指在人类活动的影响下，生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。在自然条件下，湖泊也会从贫营养状态过渡到富营养状态，沉积物不断增多，先变为沼泽，后变为陆地。这种自然过程非常缓慢，常需几千年甚至上万年。而人为排放含营养物质的工业废水和生活污水所引起的水体富营养化现象，可以在短期内出现。植物营养物质的来源广、数量大，有生活污水(有机质、洗涤剂)、农业(化肥、农家肥)、工业废水、垃圾等。每人每天带进污水中的氮约50g。生活污水中的磷主要来源于洗涤废水，而施入农田的化肥有50%～80%流入江河、湖海和地下水体中。藻类及其他浮游生物残体在腐烂过程中，又把生物所需的氮、磷等营养物质释放到水中，供新的一代藻类等生物利用。因此，水体富营养化后，即使切断外界营养物质的来源，也很难自净和恢复到正常水平。水体富养化严重时，湖泊可被某些繁生植物及其残骸淤塞，成为沼泽甚至干地。局部海区可变成死海，或出现赤潮现象。常用氮、磷含量，生产率(O2)及叶绿素-α作为水体富营养化程度的指标。表3-7是用总磷、无机氮划分水体富养化程度的指标。防治富营养化，必须控制进入水体的氮、磷含量。2.3有毒污染物有毒污染物指的是进入生物体后累积到一定数量能使体液和组织发生生化和生理功能的变化，引起暂时或持久的病理状态，甚至危及生命的物质。如重金属和难分解的有机污染物等。污染物的毒性与摄入机体内的数量有密切关系。同一污染物的毒性也与它的存在形态有密切关系。价态或形态不同，其毒性可以有很大的差异。如Cr(Ⅵ)的毒性比Cr(Ⅲ)大；As(Ⅲ)的毒性比As(Ⅴ)大；甲基汞的毒性比无机汞大得多。另外污染物的毒性还与若干综合效应有密切关系。从传统毒理学来看，有毒污染物对生物的综合效应有三种：(1)相加作用，即两种以上毒物共存时，其总效果大致是各成分效果之和。(2)协同作用，即两种以上毒物共存时，一种成分能促进另一种成分毒性急剧增加。如铜、锌共存时，其毒性为它们单独存在时的8倍。(3)拮抗作用，两种以上的毒物共存时，其毒性可以抵消一部分或大部分。如锌可以抑制镉的毒性；又如在一定条件下硒对汞能产生拮抗作用。总之，除考虑有毒污染物的含量外，还须考虑它的存在形态和综合效应，这样才能全面深入地了解污染物对水质及人体健康的影响。2.4石油类污染物石油污染是水体污染的重要类型之一，特别在河口、近海水域更为突出。石油是烷烃、烯烃和芳香烃的混合物，进入水体后的危害是多方面的。如在水上形成油膜，能阻碍水体复氧作用，油类粘附在鱼鳃上，可使鱼窒息；粘附在藻类、浮游生物上，可使它们死亡。油类会抑制水鸟产卵和孵化，严重时使鸟类大量死亡。石油污染还能使水产品质量降低。2.5放射性污染物放射性污染是放射性物质进入水体后造成的。放射性污染物主要来源于核动力工厂排出的冷却水，向海洋投弃的放射性废物，核爆炸降落到水体的散落物，核动力船舶事故泄漏的核燃料；开采、提炼和使用放射性物质时，如果处理不当，也会造成放射性污染。水体中的放射性污染物可以附着在生物体表面，也可以进入生物体蓄积起来，还可通过食物链对人产生内照射。2.6热污染热污染是一种能量污染，它是工矿企业向水体排放高温废水造成的。一些热电厂及各种工业过程中的冷却水，若不采取措施，直接排放到水体中，均可使水温升高，水中化学反应、生化反应的速度随之加快，使某些有毒物质(如氰化物、重金属离子等)的毒性提高，溶解氧减少，影响鱼类的生存和繁殖，加速某些细菌的繁殖，助长水草丛生，厌气发酵，恶臭。鱼类生长都有一个最佳的水温区间。水温过高或过低都不适合鱼类生长，甚至会导致死亡。不同鱼类对水温的适应性也是不同的。如热带鱼适于15～32℃，温带鱼适于10～22℃，寒带鱼适于2～10℃的范围。又如鳟鱼虽在24℃的水中生活，但其繁殖温度则要低于14℃。一般水生生物能够生活的水温上限是33～35℃。2.7酸、碱、盐无机污染物各种酸、碱、盐等无机物进入水体(酸、碱中和生成盐，它们与水体中某些矿物相互作用产生某些盐类)，使淡水资源的矿化度提高，影响各种用水水质。盐污染主要来自生活污水和工矿废水以及某些工业废渣。另外，由于酸雨规模日益扩大，造成土壤酸化、地下水矿化度增高。水体中无机盐增加能提高水的渗透压，对淡水生物、植物生长产生不良影响。在盐碱化地区，地面水、地下水中的盐将对土壤质量产生更大影响。3．水体污染物的迁移转化水质模型的目的是模拟污染物浓度在环境中的变化过程，这种过程包括物理、化学和生物过程，其中物理过程主要表现在对流、扩散和弥散等；化学过程主要表现于物质由于化学反应在水体中的变化规律；生物过程则是在微生物的作用下而产生的变化过程。主要控制因素是污染性质、环境因素和排放的方式方法。所以有必要在这里介绍污染物的基本转化规律和机理。3.1对流与扩散对于溶解性和悬浮性的污染物质，其物理过程主要有对流和扩散两种基本方式。对流指的是由于含有污染物的水体运动而产生的迁移过程；而扩散是指由于水体中污染物迁移所产生浓度梯度的非平流转移过程，这种过程是由于布朗宁（BROWNIAN）运动而引起物质分子的随机运动，或由于湍流而引起的分子级迁移过程。3.2物理化学过程动力学(a)零级反应：零级反应的反应速率与反应浓度无关，当方程中的指数v和w为零时。(b)一级反应：一级反应速率与反应物浓度成正比(c)二级反应：典型的二级反应式有两种形式3.3吸附－解吸水中溶解的污染物或胶状物，当与悬浮于水中的泥沙等固相物质接触时，会被吸附在泥沙表面，并在适宜的条件下随泥沙一起沉入水低,使水的污染浓度降低，起到净化作用。另外，河流的底岸也有吸附作用.与之相反，被吸附的污染物,当水流条件(如浓度、流速、pH、温度等)改变时，也可能从吸附面上解脱一部分又进入水中，使水的污染浓度增加。前者称吸附，后者称解吸。大量研究表明：吸附能力远远大于解吸能力，常可大过几个数量级。因此，吸附—解析的总趋势是使水体溶解的污染物浓度降低。3.4沉淀与再悬浮水中悬浮的有机物微粒和吸附有机物的泥沙，当流速减缓时，可能出现沉淀，使水体净化；当流速变大时，沉积为底泥的有机物可能被冲刷再浮于水中，使污染浓度增大。在水质模型中考虑这种影响，一般有两种途径：一是按照河流动力学原理，先计算河段的冲淤过程，然后再考虑泥沙对污染物的吸附-解吸作用，进一步算出有机物的沉淀与再悬浮。这种方法考虑因素全面，计算精度较高，但这种方法比较复杂，需要资料多，工作量大，仅当沉淀与再悬浮作用很重要时才采用。另一种方法，是采用下面的简单公式估计沉浮作用引起的有机物浓度变化。3.5有机污水生化反应(a)碳化过程在水环境中，有机物在耗氧条件下，好氧性细菌对碳化合物氧化分解，使有机物产生生化降解过程。反应速度按一级动力学公式描述，即反应速度与剩余有机物的浓度成正比。(b)硝化过程在水中，氨氮和亚硝酸盐氮在亚硝化菌和硝化菌作用下，被氧化成硝酸盐氮的过程。(c)厌氧过程当水体中有机物(主要指耗氧有机物)含量超过一定限度时，从大气供给的氧满足不了耗氧的要求，水体便成为厌氧状态。这时有机物开始腐败，并有气泡冒出水面(主要是CH4、H2S、H2等气体)，发出难闻的气味。在这种条件下，引起激烈的酸性发酵，其pH在短时间内降低到5.0~6.0的范围。在这个发酵阶段，主要是碳水化合物被分解，然后是蛋白质被分解，有机酸和含氮的有机化合物开始分解，并生成氮、胺、碳酸盐及少量的碳酸气、甲烷、氢、氮等气体。与此同时，还产生硫化氢。3.6微生物生长动力学微生物生长动力学过程要比化学反应过程更复杂。幸运的是，微生物的重要一类—细菌，能用简单的方法来描述，这些适合修正的动力学也可以用于描述藻类的生长。对藻类，其基本关系是基质浓度和生长速率。3.6图细菌生长速率与基质浓度之间的关系3.7其他过程(a)挥发过程在气液界面，物质的交换的另外一种重要过程是挥发。对于许多物质，挥发作用是一个半生长速率最大生长速率生长速绿重要的过程。当溶质的化学势降低之后就会发生溶质从液相向气相的挥发过程。(b)光解过程许多化学物质在水体中在波长大约290nm处具有光解作用,。4结语作为当代大学生，了解我国如此严峻的水体污染状况，颇有危机感和责任感。我深深地体会到，要解决现有的水污染问题，不仅要有各级政府和企业不断加大水污染控制与治理基本建设投入，还必须依靠科技的支撑，建立科学的工作平台，提升自身的能力，通过重大科技攻关与科技创新，攻克水体污染控制与治理中的一些重点和难点问题，形成具有自主知识产权、适合国内实际需求的关键技术突破和成套技术方案，减少污水处理的成本，提高污水处理的效率。参考文献：1.陈静生主编，水环境化学，高等教育出版社，19872.王晓蓉主编，环境化学，南京大学出版社，19973.何强、井文涌、王诩亭，环境学导论（第二版），清华大学出版社，19944.戴树桂主编，环境化学，高等教育出版社，19975.[日]须藤隆一著，俞辉群、全浩译、全浩，张自结校，水环境净化及废水处理微生物学，中国建筑出版社，1985