標籤:環境生物學

污染物投入水體后,使水環境受到污染。污水排入水體后,一方面對水體產生污染,另一方面水體本身有一定的凈化污水的能力,即經過水體的物理、化學與生物的作用,使污水中污染物的濃度得以降低,經過一段時間后,水體往往能恢復到受污染前的狀態,並在微生物的作用下進行分解,從而使水體由不潔恢復為清潔,這一過程稱為水體的自凈過程(self-Purification of water body) 。

1簡介

水體自凈的定義有廣義與狹義兩種:廣義的定義指受污染的水體,經過水中物理、化學與生物作用,使污染物濃度降低,並基本恢復或完全恢復到污染前的水平;狹義的定義指水體中的微生物氧化分解有機物而使得水體得以凈化的過程。
有機的自凈過程,一般分為三個階段。第一階段是易被氧化的有機物所進行的化學氧化分解。該階段在污染物進入水體以後數小時之內即可完成。第二階段是有機物在水中微生物作用下的生物化學氧化分解。該階段持續時間的長短隨水溫、有機物濃度、微生物種類與數量等而不同。一般要延續數天,但被生物化學氧化的物質一般在5天內可全部完成。第三階段是含氮有機物的硝化過程。這個過程最慢,一般要延續一個月左右。

2特徵

廢水或污染物一旦進入水體后,就開始了自凈過程。該過程由弱到強,直到趨於恆定,使水質逐漸恢復到正常水平。全過程的特徵是:
1)進入水體中的污染物,在連續的自凈過程中,總的趨勢是濃度逐漸下降。
2)大多數有毒污染物經各種物理、化學和生物作用,轉變為低毒或無毒化合物。
3)重金屬一類污染物,從溶解狀態被吸附或轉變為不溶性化合物,沉澱後進入底泥。
4)複雜的有機物,如碳水化合物,脂肪和蛋白質等,不論在溶解氧富裕或缺氧條件下,都能被微生物利用和分解。先降解為較簡單的有機物,再進一步分解為二氧化碳和水。
5)不穩定的污染物在自凈過程中轉變為穩定的化合物。如氨轉變為亞硝酸鹽,再氧化為硝酸鹽。
6)在自凈過程的初期,水中溶解氧數量急劇下降,到達最低點后又緩慢上升,逐漸恢復到正常水平。
7)進入水體的大量污染物,如果是有毒的,則生物不能棲息,如不逃避就要死亡,水中生物種類和個體數量就要隨之大量減少。隨著自凈過程的進行,有毒物質濃度或數量下降,生物種類和個體數量也逐漸隨之回升,最終趨於正常的生物分佈。進入水體的大量污染物中,如果含有機物過高,那麼微生物就可以利用豐富的有機物為食料而迅速的繁殖,溶解氧隨之減少。隨著自凈過程的進行,使纖毛蟲之類的原生動物有條件取食於細菌,則細菌數量又隨之減少;而纖毛蟲又被輪蟲、甲殼類吞食,使後者成為優勢種群。有機物分解所生成的大量無機營養成分,如氮、磷等,使藻類生長旺盛,藻類旺盛又使魚、貝類動物隨之繁殖起來。

3實現方式

水體自凈主要通過三方面作用來實現。
化學作用
污染物質由於氧化、還原、酸鹼反應、分解、化合、吸附和凝聚等作用而使污染物質的存在形態發生變化和濃度降低。
水文要素
流速、流量直接影響到移流強度和紊動擴散強度。流速和流量大,不僅水體中污染物濃度稀釋擴散能力隨之加強,而且水汽界面上的氣體交換速度也隨之增大。河流中流速和流量有明顯的季節變化,洪水季節,流速和流量大,有利於自凈;枯水季節,流速和流量小,給自凈帶來不利。
河流中含沙量的多少與水中某些污染物質濃度有一定關係。例如,研究發現中國黃河含沙量與含砷量呈正相關關係。這是因為泥沙顆粒對砷有強烈的吸附作用。一旦河水澄清,含砷量就大為減少。
水溫不僅直接影響到水體中污染物質的化學轉化的速度,而且能通過影響水體中微生物的活動對生物化學降解速度產生影響,隨著水溫的增加,bod(生物耗氧量)的降低速度明顯加快。但水溫高卻不利於水體富氧。
底質
底質能富集某些污染物質。河水與河床基岩和沉積物也有一定物質交換過程。這兩方面都可能對河流的自凈作用產生影響。例如河底若有鉻鐵礦露頭,則河水中含鉻可能較高;又如汞易被吸附在泥沙上,隨之沉澱而在底泥中累積,雖較穩定,但在水與底泥界面上存在十分緩慢的釋放過程,使汞重新回到河水中,所謂形成二次污染。此外,底質不同,底棲生物的種類和數量不同,對水體自凈作用的影響也不同。
污染物的性質和濃度
易於化學講解、光轉化和生物降解的污染物顯然最容易得以自凈。例如酚和氰,由於它們易揮發和氧化分解,而又能為泥沙和底泥吸附,因此在水體中較易凈化。難於化學講解、光轉化和生物降解的污染物也難在水體中的得以自凈。例如合成洗滌劑、有機農藥等化學穩定性級高的合成有機化合物,在自然狀態下需十年以上的時間才能完全分解,它們以水流作為載體,逐漸蔓延,不斷積累,成為全球性污染的代表性物質。水體中某些重金屬類污染物可能對微生物有害,從而降低了生物降解能力。
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