天然水体及水体中的污染物

2.3.1　天然水体及水体中的污染物

地球表面70.8%为海洋覆盖，海洋水占地球总水量的97.3%，淡水仅占总水量的2.7%，且这些淡水资源的大部分被封闭在冰冠和冰川之中，或在大气或土壤中，或深藏于地下，可供人类直接使用的淡水资源约为850万立方千米，仅占地球总水量的0.64%。中国水资源约27210亿立方米，居世界第六位，而人均水量却仅为世界人均水量的1/4。

1.水和水体

水和水体（Water Body）是两个不同的概念。自然界中的水称为天然水，它从来就是溶液，而且是成分极其复杂的广义的溶液。环境化学中研究的水也即是水的溶液。水体是指河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、冰川、海洋等储水体的总称。它包括水中的溶解物、悬浮物、底泥和水生生物，是指地表被水覆盖的自然综合体系，是一个完整的生态系统。

在环境科学研究中，区分“水”和“水体”的概念十分重要。例如，重金属污染物易于从水中转移到底泥中，水中重金属的含量一般都不高，若仅从水的含量分析，水似乎未受到污染，但事实上，该水体则已受到较严重的污染。

2.天然水体的组成

天然水体中除水以外，还有其他各种物质。

（1）主要离子

天然水体中的主要阳离子有Ca^2＋、Mg^2＋、Na^＋、K^＋等。这些离子来自它们的矿物，如钙长石（CaAl₂Si₂O₈）、白云石［CaMg（CO₃）₂］、钠长石（NaAlSi₃O₈）、钾长石（KAlSi₃O₈）。

水体中的主要阴离子有Cl^－、、 、 等。Cl^－是海水中的主要阴离子成分；和是淡水的主要阴离子成分；含硫的矿物中，硫以还原态金属硫化物的形式存在，当它与含氧水接触时，会被氧化成离子而进入水体。

（2）营养物质

营养物质是指与生物生长有关的元素，包括氮、磷、硅等非金属元素，以及锰、铁、铜等微量元素。它们存在的形态与水体的酸碱性、氧化还原性有关。

氮、磷　氮、磷是水生生物生长和繁殖所必需的营养元素。但对湖泊、水库、内海、河口等水流缓慢的水体来讲，当其中氮、磷增多时，将导致各种藻类大量繁殖，从而使水中溶解氧减少，甚至耗尽，危害水生生物的生存，这种现象称为水体的“富营养化”。

专家提示

拒绝含磷洗衣粉

为了防治水体“富营养化”，预防海洋赤潮现象，应该控制含氮、磷等废物，例如不用含磷洗衣粉，控制含磷洗衣粉的废水等向海洋排放，以保持海洋的生态平衡。

铁　天然水中的铁是一种常见的矿物元素。地下水中的铁主要以铁（Ⅱ）形态存在，含量可高达几十毫克每升；在地表水中由于溶解氧充足，铁常以Fe（Ⅲ）形态存在，但含量较小，为Fe（Ⅲ）的主要存在形态。

硅　单分子正硅酸是硅存在的主要形态。当正硅酸的含量较高时，单分子正硅酸可以聚合成无机硅高分子化合物，以至形成胶体微粒。

（3）有机物质

天然水体中有机物的种类繁多。通常将水体中有机物分为两大类：非腐殖物质和腐殖物质。非腐殖质包括碳水化合物、脂肪、蛋白质、维生素及其他小分子有机物等。水体中大部分有机物是呈褐色或黑色无定形的腐殖物，它们的相对分子质量范围为几百至几万。腐殖质的组成和结构目前尚未完全搞清楚，分类和命名也不统一。

（4）溶解气体

天然水中一般存在的气体有氧气、二氧化碳、硫化氢、氮气和甲烷等。这些气体来自大气中各种气体的溶解、水生动植物的活动、化学反应等。海水中的气体还来自海底爆发的火山。

氧　溶解在水中的氧称为溶解氧。溶解氧以分子状态存在于水。溶解氧主要来自空气中的氧和水生植物光合作用所产生的氧。水中的溶解氧主要消耗于生物的呼吸作用和有机物的氧化过程。当水体受到有机物的严重污染时，水中溶解氧量甚至可接近于零，这时有机物在缺氧条件下分解就出现腐败发酵现象，使水质严重恶化。

二氧化碳　在大多数天然水体中都含有溶解的二氧化碳。它的主要来源是水体或土壤中有机物氧化时的分解产物。空气中的二氧化碳也能溶于水中。溶解在水中的以分子状态存在的二氧化碳称为游离二氧化碳，溶解的二氧化碳大部分以游离二氧化碳形式存在。

硫化氢　在通气不良的条件下，有时还有硫化氢气体存在。水体中硫化氢气体来自厌氧条件下含硫有机物的分解及硫酸盐的还原，而大量硫化氢是火山喷发的产物。

3.天然水的性质

（1）天然水的pH值

对于大多数天然水体来说，其pH值变化为5～9，其中河水的pH值为4～7，海水的pH值为7.7～8.3。

（2）碱度

碱度是指水中所含能与强酸发生中和作用的全部物质，即能接受质子的物质总量。构成天然水碱度的物质也可归纳为三类：强碱（如氢氧化钠、氢氧化钙等）、弱碱（如氨、苯胺等）、强碱的弱酸盐（如碳酸盐、碳酸氢盐、硅酸盐、磷酸盐、硫化物、腐殖酸盐等）。强碱弱酸盐的水解可产生氢氧根离子或直接接受质子。

（3）酸度

天然水体的酸度是指水体中所含能与强碱发生中和作用的物质总量，也即能释放出质子或者经过水解能产生氢离子的物质总量。组成水中酸度的物质可归纳为三类：强酸（如盐酸、硝酸、硫酸等）、弱酸（如碳酸、硅酸、醋酸等）、强酸弱碱盐（如三氯化铁、硫酸铝等）。中和前呈离子状态的氢离子数量称离子酸度。对于强酸，离子浓度等于酸度。

4.水中污染物

水体中的无毒污染物包括酸、碱、盐等无机物及蛋白质、油类、脂肪等有机物。它们一般虽无生物毒性，但含量过高会对人类或生态系统产生不良影响。例如，酸、碱物质使水体不能维持正常的pH值范围（6.5～8.5）。含氮、磷的化合物，如合成洗涤剂及化肥等营养物质，若过量会引起藻类疯长而使水体缺氧。其他有机物也会因化学和微生物分解过程而消耗水体中的氧气，致使水体中溶解氧耗尽，引起水质恶化。

（1）无机污染物

汞、镉、铅、铬等重金属，砷、硒、硼、氟等非金属，铀-238、钾-40、铷-87等放射性物质等都属于有毒的无机污染物。根据污染物的性质、存在形态和毒性，有毒的无机污染物可分为：重金属污染物、无机阴离子（如、F^－、CN^－）、放射性物质。它们对人类及生态系统可以产生直接的损害或长期累积性损害。

（2）有机污染物

有毒的有机物主要包括酸类化合物、有机农药、多氯联苯、多环芳烃等类有机物。有毒有机污染物的共同特点是，其大多数为难降解有机物，或称持久性有机物。它们在水中的含量虽不高，但因在水体中残留时间长，有蓄积性，可导致慢性中毒、致癌、致畸、致突变等生理毒害。有机农药目前已有近千种，我国较多生产和使用的近200种。