污染物的降解能力与湖泊纳污能力综述

污染物的降解能力与湖泊纳污能力综述吴超(南昌工程学院)摘要：湖泊作为封闭、半封闭的水体，具有与河流不同的水力特性和自净规律。它具有纳污吐清的功能，不仅是农业、养殖业、以及生活用水的主要水源，同时还具有维持生物多样性，调节气候，蓄纳洪水，调节地表径流，净化水质等功能。湖泊生态系统通过吸附、植物的吸收、沉降等作用阻截悬浮物而使水体得到改善。但是随着经济的发展，城镇人口不断增加，工业废水、生活污水的排放量也日益增加，大量营养物不断流入湖泊，湖泊已成为接纳污水的天然大水体，面临着严重的污染问题。1.污染物的降解定义与降解系数定义污染物的降解分为三种：（1）有机化合物分子中的碳原子数目减少，分子量降低。（2）高分子化合物的大分子分解成较小的分子。（3）塑料降解：高分子聚合物达到生命周期的终结，使聚合物分子量下降、聚合物材料（塑料）物性下降。典型表现是：塑料发脆、破裂、变软、增硬、丧失力学强度等。塑料的老化、劣化就是一种降解现象。但一般塑料要降解为对环境无害经（少害化）的碎片或变成CO2和水，回归自然循环，需经历几十年、上百年的时间。降解系数：单位的生物量在单位时间内可以降解掉的污染物量。如污染物降解系数为0.2(/天),表示单位的生物量在一天时间内可以降解掉的污染物量为0.2。2.污染物的降解过程及降解系数污染物进入水体后，立即受到水体的平流输移、纵向离散和横向混合作用，同时与水体发生物理、化学和生物生化作用，是水体中污染物浓度逐渐降低，水质逐渐转好，这就是污染物在水中的稀释降解过程。在这一过程中，大多数有毒污染物经过各种物理化学和生物作用转化为低毒或无毒的化合物；一些不稳定的化合物转变成稳定的化合物；重金属等污染物随着吸附作用而逐渐沉淀，进入底泥；而一些复杂的有机物，逐步氧化分解为较简单的化合物。污染物的稀释降解过程是连续不断的，其浓度呈逐渐下降趋势，并且在整个自净过程中，初期水体中的溶解氧会因参加反应急剧下降，而随着自净过程的进行，水中的溶解氧在降低到一定程度后，缓缓上升，恢复到原有水平。污染物的稀释降解过程主要是水体对污染物进行物理作用、化学作用和生物作用的共同结果。物理作用主要包括水体对污染物的稀释、吸附、沉淀、凝聚等方面，例如高浓度废污水进入水体后，首先会受到水体的混合、稀释，水量越大或径污比越大，稀释效果越好；污染物同时也会被水体中的悬浮物如泥沙所吸附、沉淀，致使污染物浓度下降；化学作用是污染物与水体组份发生化学反应，使污染物浓度降低，化学作用主要包括氧化、还原、分解等方面。例如水体中亚硝酸盐等一些还原性污染物会在氧的作用下，逐步氧化至硝酸盐；一些重金属离子如Fe、Pb等，在碱性水环境条件下（如黄河水体的PH值一般在8.0左右，呈弱碱性），会和水中的OH-结合产生沉淀，使水中重金属离子浓度下降；水体的生化作用是污染物被水体中各种微生物所分解的过程，如水中的好氧微生物会在氧的作用下，把一些有机物分解成无机物，如二氧化碳、水，把氨转化为硝酸盐，使水体得到净化。在水体实际纳污能力计算中，为了反映污染物的稀释降解过程，常引入污染物综合降解系数这一参数。将污染物受水体的物理、化学和生物等作用通过综合降解系数来反映，其反映了污染物自净过程的快慢程度，一般情况下其精度能够满足水资源保护规划与管理的要求。3．污染物综合降解系数的影响因素污染物的稀释降解过程是个复杂、多变的过程，因此反映污染物自净过程的综合降解系数受诸多因素影响，其中较为重要的有：水温、污染物的浓度梯度、水文特征、河道状况等。3.1水温的影响污染物受纳水体的温度直接影响到污染物的自净过程中各种化学、生化作用的进行，例如水温的提高可以加剧污染物的分解、氧化反应、微生物的活性，有利于污染物的降解。因此，在同等条件下，水温较高的水域的综合降解系数要高于水温较低的水域。水温对综合降解系数影响较大，一般来说，对于北方河流，夏季的降解系数要比同河段冬季的降解系数高出1～2倍，这也是有些河流枯水期水质恶化的一个重要原因。3.2污染物浓度梯度的影响污染物由于组成成分不同，其自净快慢程度也是不相同的，并且同一种污染物进入水体的浓度梯度不同，或水体中该污染物的浓度梯度不同，其自净的快慢程度也不尽相同。一般说来，若浓度梯度较大，即污染物在水体中的浓度较高，污染物就较易于同水体发生作用，其物理、化学、生化作用速度较快，程度较高，那么其自净相对较快，反之低浓度污染物的自净就相对较慢。同时，污染物在其自净过程中，自净降解的速度是呈动态变化的，一般来说，污染物进入水体的初期，自净速度较快，随着自净程度的提高，污染物浓度的下降，其自净速度也是越来越慢的，最终达到一定的平衡。3.3水文特征的影响河流的水文特征包括流量、流速、河宽、水深、含沙量等方面。一般来说，河流的流量越大，那么径污比也越大，也越有利于污染物的混合稀释，自净程度相对就较快；受纳水体中若含沙量较高，那么泥沙对污染物的吸附能力较大，其自净程度就相对清水河流较高，需要注意的是泥沙对污染的吸附情况很复杂，如泥沙粒径大小、所带电荷及污染物的种类都对吸附有影响，这需要针对具体情况具体分析；河面较窄、水深较浅相对有利于污染物的尽快、充分的混合稀释，因此其自净速度较快。3.4河道状况的影响我国河流众多，河道情况也千差万别，如峡谷性河道、平原冲击性河道、宽浅游荡性河道，有的河道较为顺直，有的相对弯曲，有的河道两岸有控导工程，有的就是自然河道。一般来说，有利于污染物快速扩散混合稀释的河道，如弯曲性河道、建有控导工程的河道、宽浅游荡性河道，污染物的自净速度相对较快，其降解系数也相对较大。4综合降解系数的确定方法如何较准确的确定污染物综合降解系数，直接影响到水体能力计算结果的准确、合理性，通常综合降解系数的确定有以下几种方法：4.1资料类比分析利用国、内外有关河流已有的研究成果，与研究河流的实际情况进行类比分析确定耗氧系数K1。4.2降解综合模式法在有条件的情况下，可选择适当的污染物，进行示踪试验，选择比较顺直、稳定均匀河段，对于非持久性污染物，采用一维稳态稀释，降解综合模式计算公式为：C(x)=C0*Exp[-KL/v*86400]式中，K——污染物降解系数；C0——排放污水或入流支流与上游来水稀释后的混合浓度；L——河道沿程距离；V——河道水流流速；4.3利用常规监测资料估算一般情况下，河流均设有水质监测站并拥有年限较长的水质监测资料，这些水质监测站布设较为合理、能够比较全面的代表河流水质状况和污染物稀释降解情况，选择模型化较好的河段（如河道顺直、水流平稳、没有排污口、支流汇入等），利用监测资料并结合河流的水力学同期测值进行耗氧系数的推算。这样经过大量统计资料推算求得的数值具有较好的归纳、概括性，能够代表河段水体中污染物的降解特性。实际工作中为了较准确的求出河段的综合降解系数，一般都是利用常规监测资料进行推算。有条件时进行试验，用示踪试验进行降解系数的确定，若试验次数较少，由于具有一定的随机性，对其代表性要进行分析。亦可结合国内外有关资料列比分析，最终确定合适的河段水体综合降解系数。.5.水体纳污能力：指在给定水域的水文、水动力学条件、排污口位置及排放方式情况下，满足水功能区划确定的水质标准的污染物最大排放量，定义为该水域在上述情况下所能容纳的污染物总量。水体的纳污能力由稀释容量、迁移容量、自净容量三部分组成，分别反映污染物在水体中迁移转化的物理稀释与自然净化作用。一般情况下，稀释容量大于自净容量，在径污比大于10～20倍的水体，可仅计算稀释容量，而对于北方径流量较小的河流，由于径污比较小，对于可降解污染物而言，自净容量在水资源保护中就显得尤为重要。5.1湖泊水体的特点及自净水体自净的机理，包括沉淀、稀释、混合、挥发、氧化还原、分解化合、吸附、凝聚、离子交换等物理化学过程，以及厌氧和好氧生物同化作用。各种过程可同时或连续发生，并相互影响和交织地进行。湖泊与河流具有不同的水流特性，因而水体自净的主要机理与因素不同。湖泊水流流速缓，基本上保持水平面静止，竖向方向的水体流动主要是由于温度差造成的。所以流入的废水不易在其中进行混合、稀释和扩散，因此，湖泊污染往往具有污染物质来源和种类复杂而且易于引起局部严重污染的特点。6.以鄱阳湖为例观察枯水期水体特征鄱阳湖水域各水化学参数结果见表1.表1显示；鄱阳湖水域PH为中性偏碱、总体透明度较低、溶氧饱和度较高（抚河入湖口和三江口除外）、叶绿素a含量较低、湖泊流域各采样点的水化学特征明显不同。如：4号修河入湖口水体的透光度最高，电导率和叶绿素a的含量最低；6号饶河入湖口水体的溶氧、电导率以及叶绿素a的含量较高，该地水体的PH最低，鄱阳湖南北主湖区的透光度明显低于各河入湖口等。这与鄱阳湖是一过水性吞吐型湖泊有关。6．1鄱阳湖氮、磷含量分布鄱阳湖湖水TN、TP含量存在着空间变化特征，各水域TN含量空间波动程度大，空间分布很不稳定，可能是鄱阳湖渔业极其发达所致。TP含量波动大，除饶河外，由入江口的湖口向主湖区递减。鄱阳湖下游靠近长江口一带，鄱阳湖南北主湖区以及修河、赣江北支、饶河地区采砂业发达，采砂搅动底泥致使沉积物中的磷释放到水体中，可使得这几个样地的水体总磷含量升高。7.结论（1）鄱阳湖流域表层水体总氮，总磷浓度较高，达富营养化水平，且湖泊水体质量受总氮、氨态氮、总磷和PH的影响大。(2)鄱阳湖主湖区、五湖入湖口以及碟形湖等样地水体理化参数及氮、磷含量存在着明显的空间差异。其中饶河入湖口污染最严重，修河入湖口污染程度次之，南矶山碟形湖水体污染最小。参考文献:[1]鄱阳湖研究编委会，鄱阳湖研究【M】上海：上海科学技术出版社，1988：39～40.[2]王毛兰，周文斌，胡春华，鄱阳湖区水体氮、磷污染状况分析[J].湖泊科学，2008，20（3）：334～338.[3]崔丽娟，鄱阳湖湿地生态系统服务功能价值评估研究；生态学杂志；2004，23（4）；47～51[4]蔚秀春，河流中污染物综合降解系数的影响因素浅析；2007年第2期；[5]刘倩纯，胡维，葛刚，熊勇，赖劲虎，吴兰；鄱阳湖枯水期水体营养浓度及重金属含量分布研究；长江流域资源与环境；第21卷第10期2012年10月[6]国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会.水和废水监测分析方法第四版[M].北京；中国环境科学出版社，2002；266～268[7]《中国生物多样性国情报告》编写组.1998.《中国生物多样性国情报告》[M].北京；中国环境科学出版社.[8]李博之.鄱阳湖水体污染现状与水质预测、规划研究[J].长江流域资源与环境，1996，5（1）；60～66.[9]成小英，李世杰，长江中下游典型湖泊富营养化演变过程及其特征分析[J].科学通报，2006，51（7）；848～855.