第六章 水体污染
水是地球表面最主要的天然组成物质,水是生命的源泉，是人类生活、生产的最重要的自然资源，也是自然生态系统繁荣昌盛的最重要的依赖因素。人类习惯于把水看作是取之不尽、用之不竭的最廉价的自然资源，但随着人口的膨胀和经济的快速发展，水资源短缺的现象正在很多地区相继出现，水污染及其所带来的危害更加剧了水资源的紧张，并严重破坏了自然界的生态平衡，对人类自身的生存和进一步发展也构成了严重威胁，因此，切实防治水污染、保护水资源已成为当今人类的迫切任务。
人类解决水问题的有效途径，就是节约用水、清洁生产和废水的综合治理，其中废水的治理水平和利用程度将成为21世纪社会发展和社会文明的重要指标。
本章将首先简要介绍自然界水的循环、水资源、水生态系统等概念，在此基础上比较系统地介绍水体污染的来源和污染物，水质指标和水质标准，为后续水体自净和污水处理内容的讲解打下基础。
第一节 概述一、水循环
1,水的自然循环
自然界中的水并不是静止不动的，在太阳辐射及地球引力的作用下，水的形态不断发生由液态－气态－液态的循环变化，并在海洋、大气和陆地之间不停息地运动，从而形成了水的自然循环。例如，海水蒸发为云，随气流迁移到内陆，与冷气流相遇，凝为雨雪而降落，称为降水。一部分降水沿地表流动，汇于江河湖泊；另—部分渗于地下，形成地下水流。在流动过程中，两种水流不时地相互转化或补给，最后又复归大海。这种发生在海洋与陆地之间全球范围的水分运动，称为大循环或海陆循环，它是陆地水资源形成和赋存的基本条件，是海洋向陆地输送水分的主要作用。那些仅发生在海洋或陆地范围内的水分运动，称为小循环。不论何种循环，使水蒸发的基本动力是太阳热能，使云气运动的动力是密度差。自然界水分的循环和运动是陆地淡水资源形成、存在和永续利用的基本条件。水的自然循环见图6-1。
2,水的社会循环除了上述水的自然循环外，水还由于人类的活动而不断地迁移转化，形成了水的社会循环。水的社会循环是指人类为了满足生活和生产的需求，不断取用天然水体中的水，经过使用，一部分天然水被消耗，但绝大部分却变成生活污水和生产废水排放，重新进入天然水体。
与水的自然循环不同，在水的社会循环中，水的性质在不断地发生变化。例如，在人类的生活用水中，只有很少一部分是作为饮用或食物加工以满足生命对水的需求的，其余大部分水是用于卫生目的，如洗涤、冲厕等。显然，这部分水经过使用会挟入大量污染物质。工业生产用水量很大，除了用一部分水作为工业原料外，大部分是用于冷却、洗涤或其他目的，使用后水质也发生显著变化，其污染程度随工业性质、用水性质及方式等因素而变。在农业生产中，化肥、农药使用量的日益增加使得降雨后的农田径流会挟带大量化学物质流入地面或地下水体，从而形成所谓“面污染”。
在水的社会循环中，生活污水和工农业生产废水的排放，是形成自然界水污染的主要根源，也是水污染防治的主要对象。
二、水资源水是维系生命的基本物质，是工农业生产和城市发展不可缺少的重要资源。它是地球上分布最广的自然物质，作为地球上较轻的物质，在几十亿年的重力分异过程中集中分布于地球的表面，在逐渐趋冷的地表环境中以液态和同态形式存在，覆盖看地球表面的70.8％。就其水量而言，若将所有的水均匀分布于地表，地球表面的平均水深将达到2800m，其总量约为13.58亿km3，应该说是十分丰富的。但地球上的水以各种不同的形式分布于不同的地方，如表6-1所示。由表可见，地球上约有97.2％的水是海水，宽广的海洋覆盖了地球表面的70.8％以上，但海水是含有大量矿物盐类的“咸水”，不宜被人类直接使用。人类生命活动和生产活动所必需的淡水水量有限，只占总水量的2.53%，其中还有约3／4以冰川、冰帽的形式存在于南北极地，人类很难使用。实际上，目前与人类关系最密切、又较易开发利用的淡水贮量仅占地球上总水量的0.3％，人均不足1万m3。
1,世界水资源总量在全世界陆地上分布的可更新的水资源量为4.7万km3，以地表径流和地下径流的形式产出，约占全球总水量的十万分之三点四，1971年人均占有1.29万m3，2000年人均占有0.73万m3。由于水资源时空分布上的局限和技术经济条件的限制，能被人们利用的水量还不到五分之一，如美国的水资源利用率为17.6％，中国为17.8％。
2,我国水资源的特点我国的水资源总量并不贫乏，约为28124.4亿m3，其降水量为60000亿立方米左右，相当于全球陆地总降水量的5％，占世界第三位。多年平均地表径流量为27115亿m3，仅少于巴西、前苏联、加拿大、美国和印尼，居世界第六位。年均地下水资源量为8288亿m3。但由于我国人口众多，按人均年径流量计，仅为每人每年2400m3，相当于世界人均占有量的1／4，位于世界各国的第88位，因此，我国水资源相当贫乏。
此外，由于我国地域辽阔，地形复杂，南北、东西气候差异大，水资源还存在如下特点：
(1) 水量在地区分布上不平衡由于受自然条件的影响，中国水资源的分布在空间上极不均衡。水资源分布呈东南多、西北少，由东南沿海地区向西北内陆递减。全国平均降水量为648mm，而北方地区年降水量不足400mm的干旱半干旱地区面积占国土总面积的47％；小于200mm降水量的地区占国土总面积的29％，而降水总量只占全国的5.3％；淮河以北所拥有的水资源量仅为全国水资源总量的19％，而这一地区的耕地面积却是全国耕地面积的64％。如果有一条斜线将中国分为东南和西北两大区，则占据国土面积53％的东南沿海地区，拥有了全国水资源总量的93％，而西北广大地区却只有7％的水资源量。
(2) 水量在时程分配上很不均匀中国水资源在时间上的分布也极不均衡，在广大的北方和西部地区，降水多集中于一年的6～9月份，约占年降水总量的70％以上，而其他季节降水稀少，气候干旱。年际变化也非常明显，北方地区的降水量年际变化有时相差5～8倍以上。
(3) 水土资源组合不相适应东北、西北、黄淮河流域径流量只占全国总量的17%，但土地面积却占全国的65%；长江以南江河径流量占全国的83%，土地面积仅占35%。此外，对水资源的开发利用各地也很不平衡，南方多水地区水的利用程度较低，北方少水地区地表水、浅层地下水开发利用程度较高。
水资源在区域和时程上分布的极不均衡，不仅严重影响水资源的持续利用，加剧缺水地区水资源的紧缺状况，大幅度地增加异域调水和水资源工程调节的困难和成本，甚至频发大面积的水旱灾害，对水资源的合理利用和社会经济的可持续发展极为不利。
3,水资源的主要用途现代社会中水的用途随着人类社会经济活动的多样化而日益广泛，除传统的农业灌溉和生活饮用以外，还有各种方式的工业用水、城市供水、畜禽用水、牧草灌溉、林业繁育、生态及环境用水、水力发电、航运、渔业、工程及河道冲淤等。其中农业用水仍然是最主要和用水量最大的部门。
4,水资源开发利用中存在的主要问题在水资源开发利用过程中，出于对需水量的快速增长，人类凭借日益先进的科学技术手段，几近掠夺式地索取水资源，从而导致江河断流，地下水位持续下降，甚至地面下沉，海水倒灌。同时，大量人类生活、生产过程中产生的废物和废水被排放到水体中，造成了严重的污染，进一步加剧了可用水资源的短缺，对社会经济的发展以及人类健康产生了多方面的不利影响。
(1)水体污染 在工业发展的初期，人们更多地考虑发展生产、追求利益，忽视了工业三废对环境的影响而自然排放废水、废气和废渣，不可避免地产生了水体和环境的污染。发达国家无一例外地经历过先污染后治理的发展历程，污染的空气、发臭的河流和遍地的垃圾成为现代社会发展初期的历史景象。中国近几十年也在经历这一历史时期，并已产生了严重的危害。中国目前日排放污水已近1.7亿t，其中80％以上未经任何处理即直接排入水体，使江河湖泊及近海海域普遍受到污染，城镇和工业区及其附近地区的地下水也普遍遭受污染。2001年东海已发生28次大规模红潮，污染面积最大达8千多km2。
经济发达的长江、海滦河流域和珠江流域废水排放量较大，污染严重，污径比分别为12.8％、5.3％和3.4％。1980年全国废水排放总量为315亿吨；1995年为365亿吨，北方地区已有70％以上的河段为劣Ⅳ类水质；2001年，全国废水排放总量达620亿吨，比1980年的几乎翻了一倍，综合水质评估80％的河段水质为劣Ⅳ类，仅能用于灌溉用水，表明水体污染依然在加剧。
(2)水源枯竭 城市人口的急剧膨胀以及工业经济的飞速发展，使得地下水资源被大规模超强度地开采和消耗，因而造成了城市地下水位的持续快速下降。即使在地表水源区，由于需水区水环境的严重污染以及近距离供水强度的不足，远距离高成本地开发新水源也势在必行。有着“八水绕长安”之美誉的西安市，由于污染及对水资源的过度开采，而使得地下水资源枯竭并造成了快速的地面沉降，渭河等近郊河流水质污染及河流水量不足更使得它备受水荒之苦。江城武汉以长江为重要的供水水源，近年来也常因枯水期水质恶化而暂停使用。华北平原及京津地区的地下水资源丰富，但快速增加的水资源需求也使这一地区成为严重水源不足的地区。水源枯竭严重地制约了缺水地区的社会经济发展。
(3)生态环境恶化 人类以惊人的力量和速度开发利用水资源，大江大河被拦腰截流，大规模深层优质地下水被持续开采。超强度的人类开发对水文系统、自然环境和生态系统产生了严重的干扰甚至破坏。江河断流、水质污染、水土流失加剧、湖泊萎缩和水质咸化、土地退化和沙漠化加剧、地面沉陷、次生盐渍化、陆地水生生态环境破坏和物种灭绝等人为灾害层出不穷，不仅严重地威胁着水资源的持续利用，也极大地威胁着人类自身的生存环境安全。
三、水生生态系统地球上的水主要以连续状态存在，构成各种水体。存在于地面上的，如海洋、江河、湖泊、沼泽、冰川和水库等属于地面水体；存在于地下者，包括潜水和承压水则属于地下水体。
水体中的水、溶解物质、悬浮物、底质和水生生物等作为完整的自然综合体构成了水生生态系统。水生生态系统由四个基本要素组成：
（1） 绿色植物(生产者) 以阳光为能源，将无机物(CO2、H2O等)合成为有机物，以构成本体并供动物食用；
（2） 动物(消费者) 它们直接或间接地以植物为生；
（3） 微生物(分解者) 分解生产者和消费者的排泄物或尸体，把复杂的有机物转化为简单的无机物(CO2、NH3等)返回环境，再为绿色植物所利用；
（4） 非生命物质 包括阳光、空气、水和无机及有机物质，它们是水生生物活动的场所，也是生命体能量的最初来源。
在水生生态系统中，低级生物被高级生物食用，食物关系把他们联系在一起，构成了错综复杂的食物链。食物链有一个显著特征，即富集作用(又称生物放大器作用)。比如，有许多污染物(如重金属、农药等)本来在水中的浓度并不高，但某些藻类可对它们选择性地吸收蓄积，并通过食物链一级一级地富集起来，最终转移进入人体可能达到很高的浓度，从而对人体产生危害。
任一水生生态系统内部各要素间都相互联系、相互制约，在一定条件下，保持着自然的、相对的平衡关系，称为生态平衡。生态平衡维持着正常的生物循环，一旦排入水体的废物超过其维系平衡的“自净容量”时，正常的生态平衡被打破坏，水体即被污染了。
第二节 水体的主要污染源水体是海洋、湖泊、河流、沼泽、水库、地下水的总称。按水体的类型，又可将水体分为海洋水体和陆地水体两种。陆地水体进一步可以分成地表水水体和地下水水体。
水在循环过程中，不可避免地会混入许多杂质(溶解的、胶态的和悬浮的)。在自然循环中，由非污染环境混入的物质称为自然杂质或本底杂质。社会循环中，在使用过程中混入的物质称为污染物。
由于人类活动排放出大量的污染物，这些污染物质通过不同的途径进入水体，使水体的感官性状(如色度、味、浑浊度等)、物理化学性质(如温度、电导率、氧化还原电位、放射性等)、化学成分(有机物和无机物)、水中的生物组成(种群、数量)以及底质等发生变化，水质变坏，水的用途受到影响，这种情况就称为水体污染。向水体排放或释放污染物的来源或场所，称之为“水体污染源”。
随着人类生产、生活活动的不断扩大与增强，水体的污染程度有日益恶化的趋势。一般将水体的污染程度分为五级：一级水体水质良好，符合饮用水、渔业用水水质标准。二级水体受污染物轻度污染，符合地面水水质卫生标准，可作为渔业用水，经处理之后可作为饮用水。三级水体污染较严重，但可以作为农业灌溉用水。四级水体水质受到重污染，水体中的水几乎无使用价值。五级水体水质受到严重污染，水质已超过工业废水最高允许排放浓度标准。
人类活动中产生的大量污水中含有许多对水体产生污染的物质，从环境保护角度可将水体污染源主要分为以下几个方面。
一、生活废水生活废水是人们日常生活中产生的各种废水的总称。主要包括粪便水、洗浴水、洗涤水和冲洗水等。其来源除家庭生活废水外，还有各种集体单位和公用事业等排出的废水。
生活废水中杂质很多，杂质的浓度与用水量多少有关，它有如下几个特点：
（1） 含氮、磷、硫高；
（2） 含有纤维素、淀粉、糖类、脂肪、蛋白质、尿素等在厌氧性细菌作用下易产生恶臭的物质；
（3） 含有多种微生物，如细菌、病原菌、病毒等，易使人传染上各种疾病；
（4） 由于洗涤剂的大量使用，使它在废水中含量增大，呈弱碱性，对人体有一定危害。
随着人口在城市和工业区的集中，城市生活废水的排放量剧增。1997年与1990年比，城市生活废水排放量翻了一番，达到了218亿吨。生活废水中多含有机物质，容易被生物化学氧化而降解。未经处理的生活废水排人天然水体会造成水体污染。所以，这种水一般不能直接用于农业灌溉，需经处理后才能进行排放。
二、工业废水由于工业的迅速发展，工业废水的水量及水质污染量很大，它是最重要的污染源，具有以下几个特点。
(1) 排放量大，污染范围广，排放方式复杂 工业生产用水量大，相当一部分生产用水中都携带原料、中间产物、副产物及终产物等排出厂外。工业企业遍布全国各地，污染范围广，不少产品在使用中又会产生新的污染。如全世界化肥施用量约5亿t，农药200多万吨，使遍及全世界广大地区的地表水和地下水都受到不同程度的污染。工业废水的排放方式复杂，有间歇排放，有连续排放，有规律排放和无规律排放等，给污染的防治造成很大困难。
(2) 污染物种类繁多，浓度波动幅度大 由于工业产品品种繁多，生产工艺也各不相同，因此，工业生产过程中排出的污染物也数不胜数，不同污染物性质有很大差异，浓度也相差甚远。
(3) 污染物质毒性强，危害大 被酸碱类污染的废水有刺激性、腐蚀性，而有机含氧化合物如醛、酮、醚等则有还原性，能消耗水中的溶解氧，使水缺氧而导致水生生物死亡。工业废水中含有大量的氮、磷、钾等营养物，可促使藻类大量生长耗去水中溶解氧，造成水体富营养化污染。工业废水中悬浮物含量很高，可达3000mg/L，为生活废水的10倍。
(4) 污染物排放后迁移变化规律差异大 工业废水中所含各种污染物的性质差别很大，有些还有较强毒性，较大的蓄积性及较高的稳定性。一旦排放，迁移变化规律很不相同，有的沉积水底，有的挥发转入大气，有的富集于生物体内，有的则分解转化为其他物质，甚至造成二次污染，使污染物具有更大的危险性。
(5) 恢复比较困难 水体一旦受到污染，即使减少或停止污染物的排放，要恢复到原来状态仍需要相当长的时间。
工业废水主要有下列来源：
1．采矿及选矿废水各种金属矿、非金属矿、煤矿开采过程中产生的矿坑废水，主要含有各种矿物质悬浮物和有关金属溶解离子。硫化矿床的矿水中含有硫酸及酸性矿水，有较大的污染性。选矿或洗煤的废水，除含有大量的悬浮矿物粉末或金属离子外，还含有各类浮选剂。
2．金属冶炼废水炼铁、炼钢、轧钢等过程的冷却水及冲浇铸件、轧件的水污染性不大；洗涤水是污染物质最多的废水，如除尘、净化烟气的废水常含大量的悬浮物，需经沉淀后方可循环利用，但酸性废水及含重金属离子的水有污染。
3．炼焦煤气废水焦化厂、城市煤气厂等在炼焦与煤气发生过程中产生严重污染的废水，含有大量酚、氨、硫化物、氰化物、焦油等杂质，可产生多方面的污染效应。
4．机械加工废水主要含有润滑油、树脂等杂质，机械加工各种金属制品所排出的废液和冲洗废水，还含有各种金属离子如铬、锌以及氰化物等，他们都是剧毒性的。电镀废水的涉及面很广，且污染性大，是重点控制的工业废水之一。
5．石油工业废水主要包括石油开采废水、炼油废水和石油化工废水三个方面。油田开采出的原油在脱水处理过程中排出含油废水，这种废水中还含有大量溶解盐类，其具体成分与含油地层地质条件有关。
炼油厂排出的废水主要是含油废水、含硫废水和含碱废水。含油废水是炼油厂最大量的一种废水，主要含石油，并含有一定量的酚、丙酮、芳烃等；含硫废水具有强烈的恶臭，对设备具有腐蚀性；含碱废水主要含氢氧化钠，并常夹带大量油和相当量的酚和硫，pH可达11～14。
石油化工废水成分复杂。裂解过程的废水基本上与炼油废水相同，除含油外还可能有某些中间产物混入，有时还含有氰化物。由于产品种类多且工艺过程各不相同，废水成分极为复杂。总的特点是悬浮物少，溶解性或乳浊性有机物多，常含有油分和有毒物质，有时还含有硫化物和酚等杂质。
6．化工废水化学工业包括有机化工和无机化工两大类，化工产品多种多样，成分复杂，排出的废水也多种多样。多数有剧毒，不易净化，在生物体内有一定的积累作用，在水体中具有明显的耗氧性质，易使水质恶化。
无机化工废水包括从无机矿物制取酸、碱、盐类基本化工原料的工业，这类生产中主要是冷却用水，排出的废水中含酸、碱、大量的盐类和悬浮物，有时还含硫化物和有毒物质。有机化工废水则成分多样，包括合成橡胶、合成塑料、人造纤维、合成染料、油漆涂料、制药等过程中排放的废水，具有强烈耗氧的性质，毒性较强，且由于多数是人工会成的有机化合物，因此污染性很强，不易分解。
7．造纸废水造纸工业使用木材、稻草、芦苇、破布等为原料，经高温高压蒸煮而分离出纤维素，制成纸浆。在生产过程中，最后排出原料中的非纤维素部分成为造纸黑液。黑液中含有木质素、纤维素、挥发性有机酸等，有臭味，污染性很强。
8．纺织印染废水纺织废水主要是原料蒸煮、漂洗、漂白、上浆等过程中产生的含天然杂质、脂肪以及淀粉等有机物的废水。印染废水是洗染、印花、上浆等多道工序中产生的，含有大量染料、淀粉、纤维素、木质素、洗涤剂等有机物，以及碱、硫化物、各类盐类等无机物，污染性很强。
9．皮毛加工及制革废水主要包括皮毛和皮革的清整等加工过程，经浸泡、脱毛、清理等预备工序排出的废水，富含丹宁酸和铬盐，有很高的耗氧性，是污染性很强的工业废水之一。
10．食品工业废水食品工业的内容极其复杂，包括制糖、酿造、肉类、乳品加工等生产过程，所排出的废水都含有机物，具有强的耗氧性，且有大量悬浮物随废水排出。动物性食品加工排出的废水中还含有动物排泄物、血液、皮毛、油脂等，并可能含有病菌，因此耗氧量很高，比植物性食品加工排放的废水的污染性高得多。
一些工业废水中所含的主要污染物如表6-2 所示。
表6-2 一些工业废水中的主要污染物工业部门
废水中主要污染物
化学工业
各种盐类、Hg、As、Cd、氰化物、苯类、酚类、醛类、醇类、油类、多环芳香烃化合物等
石油化学工业
油类、有机物、硫化物
有色金属冶炼
酸、重金属Cu、Pb、Zn、Hg、Cd、As等
钢铁工业
酚、氰化物、多环芳香烃化合物、油、酸
纺织印染工业
染料、酸、碱、硫化物、各种纤维素悬浮物
制革工业
铬、硫化物、盐、硫酸、有机物
造纸工业
碱、木质素、酸、悬浮物等
采矿工业
重金属、酸、悬浮物等
火力发电
冷却水的热污染、悬浮物
核电站
放射性物质、热污染
建材工业
悬浮物
食品加工工业
有机物、细菌、病毒
机械制造工业
酸、重金属Cr、Cd、Ni、Cu、Zn等,油类
电子及仪器仪表工业
酸、重金属
三、农业生产废水农业废水包括农作物栽培、牲畜饲养、食品加工等过程排出的废水和液态废物。在农业生产方面，农药、化肥的广泛施用也对水环境、土壤环境等造成了严重的污染。
喷洒农药及施用化肥，一般只有少量附着或施用于农作物上，其余绝大部分残留在土壤和飘浮在大气中，然后通过降雨、径流和土壤渗流进入地表水或地下水，造成污染。农药是农业污染的主要方面。各种类型农药的广泛施用，使它存在于土壤、水体、大气、农作物和水生生物体中。
肉类制品(包括鸡、猪、牛、羊等)在过去的15年中产量急剧增长，随之而来的是大量的动物粪便直接排入饲养场附近水体，造成了水体污染。牲畜饲养场排出的废物也是水体中生物需氧量和大肠杆菌污染的主要来源。在杭州湾进行的一项研究发现，水体中化学耗氧量的88％来自农业，化肥和粪便中所含的大量营养物是对该水域自然生态平衡以及内陆地表水和地下水质量的最大威胁。
农业废水是造成水体污染的面源，它面广、分散、难于收集，难于治理。综合起来看，农业污染具有以下两个显著特点：（1）有机质、植物营养物质及病原微生物含量高。如中国农村牛圈所排废水生化需氧量可高达4300mg/L，是生活废水的几十倍；（2）含较高量的化肥、农药。施用农药、化肥的80％～90％均可进入水体，有机氯农药半衰期约为15年，所以参加了水循环形成全球性污染，在一般各类水体中均有其存在。
第三节 水体主要污染物凡使水体的水质、生物质、底质质量恶化的各种物质均可称为水体污染物或水污染物。根据对环境污染危害的情况不同，可将水污染物分为以下几个类别:固体污染物、生物污染物、需氧有机污染物、富营养性污染物、感官污染物、酸碱盐类污染物、有毒污染物、油类污染物、热污染物等。
1.固体污染物固体物质在水中有三种存在形态:溶解态、胶体态、悬浮态。在水质分析中，常用一定孔径的滤膜过滤的方法将固体微粒分为两部分:被滤膜截留的悬浮固体(SS－Suspended Solids)和透过滤膜的溶解性固体(DS-Dissolved Solids)，二者合称总固体(TS-Total Solids)。这时，一部分胶体包括在悬浮物内，另一部分包括在溶解性固体内。
悬浮物在水体中沉积后，会淤塞河道，危害水体底栖生物的繁殖，影响渔业生产。灌溉时，悬浮物会阻塞土壤的孔隙，不利于作物生长。大量悬浮物的存在，还干扰废水处理和回收设备的工作。在废水处理中，通常采用筛滤、沉淀等方法使悬浮物与废水分离而除去。
水中的溶解性固体主要是盐类，亦包括其它溶解的污染物。含盐量高的废水，对农业和渔业生产有不良影响。
2.生物污染物生物污染物系指废水中的致病微生物及其它有害的生物体。主要包括病毒、病菌、寄生虫卵等各种致病体。此外，废水中若生长有铁菌、硫菌、藻类、水草及贝壳类动物时，会堵塞管道、腐蚀金属及恶化水质，也属于生物污染物。
生物污染物主要来自城市生活废水、医院废水、垃圾及地面径流等方面。病原微生物的水污染危害历史最久，至今仍是危害人类健康和生命的重要水污染类型。洁净的天然水一般含细菌是很少的，病原微生物就更少，受病原微生物污染后的水体，微生物激增，其中许多是致病菌、病虫卵和病毒，他们往往与其他细菌和大肠杆菌共存，所以通常规定用细菌总数和菌指数为病原微生物污染的间接指标。
病原微生物的特点是：数量大、分布广、存活时间较长、繁殖速度很快、易产生抗药性，很难消灭。因此，此类污染物实际上通过多种途径进人人体，并在体内生存，一旦条件适合，就会引起人体疾病。
3.需氧有机污染物废水中能通过生物化学和化学作用而消耗水中溶解氧的物质，统称为需氧污染物。绝大多数的需氧污染物是有机物，无机物主要有Fe、Fe2+、S2-、SO32-、CN-等，仅占很少量的部分。因而，在水污染控制中，—般情况下需氧物即指有机物。
天然水中的有机物一般指天然的腐殖物质及水生生物的生命活动产物。生活废水、食品加工和造纸等工业废水中，含有大量的有机物，如碳水化合物、蛋白质、油脂、木质素、纤维素等。有机物的共同特点是这些物质直接进入水体后，通过微生物的生物化学作用而分解为简单的无机物质－二氧化碳和水，在分解过程中需要消耗水中的溶解氧，而在缺氧条件下污染物就发生腐败分解、恶化水质，因此常称这些有机物为需氧有机物。水体中需氧有机物越多，耗氧也越多，水质也越差，说明水体污染越严重。在一给定的水体中，大量有机物质能导致氧的近似完全的消耗，很明显对于那些需氧的生物来说，要生存是不可能的，鱼类和浮游动物在这种环境下就会死亡需氧有机物常出现在生活废水及部分工业废水中，如有机合成原料、有机酸碱、油脂类、高分子化合物、表面活性剂、生活废水等。它的来源多，排放量大，所以污染范围广。
4.富营性污染物营养性污染物是指可引起水体富营养化的物质，主要是指氮、磷等元素，其他尚有钾、硫等。此外，可生化降解的有机物、维生素类物质、热污染等也能触发或促进富营养化过程。
从农作物生长的角度看，植物营养物是宝贵的物质，但过多的营养物质进人天然水体，将使水质恶化、影响渔业的发展和危害人体健康。一般来说，水中氮和磷的浓度分别超过0.2和0.02mg/L，会促使藻类等绿色植物大量繁殖，在流动缓慢的水域聚集而形成大片的水华(在湖泊、水库)或赤潮(在海洋)；而藻类的死亡和腐化又会引起水中溶解氧的大量减少，使水质恶化，鱼类等水生生物死亡；严重时，由于某些植物及其残骸的淤塞，会导致湖泊逐渐消亡。这就是水体的营养性污染 (又称富营养化)。
水中营养物质的来源，主要来自化肥。施入农田的化肥只有一部分为农作物所吸收，其余绝大部分被农田排水和地表径流携带至地下水和河、湖中。其次，营养物来自于人、畜、禽的粪便及含磷洗涤剂。此外，食品厂、印染厂、化肥厂的染料厂、洗毛厂、制革厂、炸药厂等排出的废水中均含有大量氮、磷等营养元素。
5.感官污染物废水中能引起异色、浑浊、泡沫、恶臭等现象的物质，虽无严重危害，但能引起人们感官上的极度不快，被称为感官性污染物。对于供游览和文体活动的水体而言，感官性污染物的危害则较大。
异色、浑浊的废水主要来源于印染厂、纺织厂、造纸厂、焦化厂、煤气厂等。恶臭废水主要来源于炼油厂、石化厂、橡胶厂、制药厂、屠宰厂、皮革厂。当废水中含有表面活性物质时，在流动和曝气过程中将产生泡沫，如造纸废水、纺织废水等。
各类水质标准中，对色度、臭味、浊度、漂浮物等指标都作了相应的规定。
6.酸、碱、盐类污染物酸碱污染物主要由工业废水排放的酸碱以及酸雨带来。酸碱污染物使水体的pH值发生变化，破坏自然缓冲作用，消灭或抑制细菌及微生物的生长，妨碍水体自净，使水质恶化、土壤酸化或盐碱化。
各种生物都有自己的pH适应范围，超过该范围，就会影响其生存。对渔业水体而言，pH值不得低于6或高于9.2，当pH值为5.5时，一些鱼类就不能生存或繁殖率下降。农业灌溉用水的pH值应为4.5～8.5。此外酸性废水也对金属和混凝土材料造成腐蚀。
酸与碱往往同时进入同一水体，从pH值角度看，酸、碱污染因中和作用而自净了，但会产生各种盐类，又成了水体的新污染物。无机盐的增加能提高水的渗透压，对淡水生物、植物生长都有影响。在盐碱化地区，地面水、地下水中的盐将进—步危害土壤质量，酸、碱、盐污染造成的水的硬度的增长在某些地质条件下非常显著。
7.有毒污染物废水中能对生物引起毒性反应的物质，称为有毒污染物，简称为毒物。工业上使用的有毒化学物已经超过12000种，而且每年以500种的速度递增。毒物可引起生物急性中毒或慢性中毒，其毒性的大小与毒物的种类、浓度、作用时间、环境条件(如温度、pH值、溶解氧浓度等)、有机体的种类及健康状况等因素有关。大量有毒物质排入水体，不仅危及鱼类等水生生物的生存，而且许多有毒物质能在食物链中逐级转移、浓缩，最后进人人体，危害人的健康。
废水中的毒物可分为无机毒物、有机毒物和放射性物质等三类。
(1)无机毒物:包括金属和非金属两类。金属毒物主要为重金属(汞、镉、镍、锌、铜、锰、钴、钛、钒等)及轻金属铍。非金属毒物有砷、硒、氰化物、氟化物、硫化物、亚硝酸盐等。砷、硒因其危害特性与重金属相近，故在环境科学中常将其列入重金属范畴。重金属不能被生物所降解，其毒性以离子态存在时最为严重，故常称其为重金属离子毒物。重金属能被生物富集于体内，有时还可被生物转化为毒性更大的物质(如无机汞被转化为烷基汞)，是危害特别大的一类污染物。
(2)有机毒物:这类毒物大多是人工合成有机物，难以被生化降解，毒性很大。在环境污染中具有重要意义的有机毒物包括有机农药、多氯联苯、稠环芳香烃、芳香胺类、杂环化合物、酚类、腈类等。许多有机毒物因其“三致效应”（致畸、致突变、致癌)和蓄积作用而引起人们格外的关注。以有机氯农药为例，首先其具有很强的化学稳定性，在自然环境中的半衰期为十几年到几十年，其次它们都可通过食物链在人体内富集，危害人体健康。如DDT能蓄积于鱼脂中，浓度可比水体中高12500倍。
(3)放射性物质:放射性是指原子核衰变而释放射线的物质属性，废水中的放射性物质主要来自铀、镭等放射性金属的生产和使用过程，如核试验、核燃料再处理、原料冶炼厂等。其浓度一般较低，主要会引起慢性辐射和后期效应，如诱发癌症、对孕妇和婴儿产生损伤，引起遗传性伤害等。
8.油类污染物油类污染物包括矿物油和动植物油。它们均难溶于水，在水中常以粗分散的可浮油和细分散的乳化油等形式存在。
油污染是水体污染的重要类型之一，特别是在河口、近海水域更为突出。主要是工业排放、海上采油、石油运输船只的清洗船舱及油船意外事故的流出等造成的。漂浮在水面上的油形成一层薄膜，影响大气中氧的溶入，从而影响鱼类的生存和水体的自净作用，也干扰某些水处理设施的正常运行。油脂类污染物还能附着于土壤颗粒表面和动植物体表，影响养分的吸收和废物的排出。
9.热污染废水温度过高而引起的危害，叫做热污染。热热污染的主要危害有以下几点：
(1)由于水温升高，使水体溶解氧浓度降低，大气中的氧向水体传递的速率也减慢；另外，水温升高会导致生物耗氧速度加快，促使水体中的溶解氧更快被耗尽，水质迅速恶化，造成异色和水生生物因缺氧而死亡。
(2) 水温升高会加快藻类繁殖，从而加快水体富营养化进程。
(3) 水温升高可导致水体中的化学反应加快，使水体的物理化学性质如离子浓度、电导率、腐蚀性发生变化，从而引起管道和容器的腐蚀。
(4) 水温升高会加速细菌生长繁殖，增加后续水处理的费用。
第四节 水体污染的危害水体受到污染后，会对人体的健康，工业生产、农作物生产等都会产生许多危害和不良影响。
一、对人体健康的危害人类是地球生态系统中最高级的消费种群，环境污染对大气环境、水环境、土壤环境及生态环境的损伤和破坏最终都将以不同途径危及人类的生存环境和人体健康。各种污染物质通过饮用水、植物和动物性食物、各种工业性食品、医药用品及各种不洁的工业品使人体产生病变或损伤。
人喝了被污染的水体或吃了被水体污染的食物，就会对健康带来危害。如20世纪50年代发生在日本的水俣病事件就是工厂将含汞的废水排入水俣湾的海水中，汞进入鱼体内并产生甲基化作用形成甲基汞，使污染物毒性增加并在鱼体中积累形成很高的毒物含量，人类食用这种污染鱼类就会引起甲基汞中毒而致病。人类每年向水体排放的工业废水中含有上万吨的汞，大部分最终进人海洋，对人类健康产生的潜在的长期危害相当严重，因此汞被视为危害最大的毒性重金属污染物。
饮用水中氟含量过高，会引起牙齿珐斑及色素沉淀，严重时会引起牙齿脱落。相反含氟量过低时，会发生龋齿病等。人畜粪便等生物性污染物管理不当也会污染水体，严重时会引起细菌性肠道传染病，如伤寒、霍乱、痢疾等，也会引起某些寄生虫病。如1882年德国汉堡市由于饮水不洁，导致霍乱流行，死亡7500多人。水体中还含有一些可致癌的物质，农民常常施用了一些除草剂或杀虫剂，如苯胺、苯并芘和其它多环芳烃等，它们都可进入水体，这些污染物可以在悬浮物、底泥和水生生物体内积累，若长期饮用这样的水，就可能诱发癌症。据统计水污染引发的癌症死亡率90年代比30年前高出1.45倍。
二、对工业生产的影响水质受到污染会影响工业产品的产量和质量，造成严重的经济损失。此外,水质污染还会使工业用水的处理费用增加，并可能对设备厂房、下水道等产生腐蚀，也影响到正常的工业生产。
三、对农业、渔业生产的影响使用污染水来灌溉农田会破坏土壤，影响农作物的生长，造成减产，严重时则颗粒无收。1974年，河北农民用蓟运河水浇小麦，由于河水中含过量的有害物质，致使近5万亩小麦枯死。近些年来，由于水体污染使农民告状的案件有急剧增多的趋势，问题的严重性在于一旦土壤被污染后，就在相当长时间内难以恢复，造成土地资源的浪费。
此外，当水体受到污染后，会直接危及到水生生物的生长和繁殖，造成渔业减产。如黄河的兰州段原有18个鱼种，其中8个鱼种现已绝迹。由于水体污染也会使鱼的质量下降，据统计每年由于鱼的质量问题造成的经济损失多达300亿元。
第五节 水污染防治的目标任务与原则水污染是当今世界许多国家面临的一大环境问题，严重威胁着人类的生命健康，阻碍了经济建设的发展。因此，必须积极进行水污染防治，保护水资源和水环境。
1.水污染防治的主要目标
(1) 确保地面水和地下水源的水质，为向居民供应安全可靠的饮用水提供保证。
(2) 恢复各类水体的使用功能，为经济建设提供水资源保障，确保社会经济的可持续发展。如确保自然保护区、珍稀濒危水生动植物保护区、水产养殖区、公共浴泳区、海上娱乐体育活动区、工业用水取水区等的水质达到要求的水质标准。
(3)保证各类水体具有良好的水质，确保水生生态系统的繁荣昌盛。
2.水污染防治的主要任务
(1) 进行区域、流域或城镇的水污染防治规划，在调查分析现有水环境质量及水资源利用需求的基础上，明确水污染防治的具体任务，制订应采取的防治措施；
(2) 加强对污染源的控制，包括工业污染源，城市居民区污染源，畜禽养殖业污染源，以及农田径流等面污染源，采取有效措施减少污染源排放的污染物量。
(3) 对各类废水进行妥善的收集和处理，建立完善的排水系统及废水处理系统，使废水排入水体前达到排放标准。
(4) 加强对水环境水资源的保护，通过法律、行政、技术等一系列措施，使水环境水资源切实免受污染。
3.水污染防治的原则
20世纪60年代以来，城市废水及工业废水的排放量迅速增加，造成水体污染日益严重。特别是工业废水比例较大，带着大量有害有毒物质进入水体，经过种种方法处理之后，虽然能得到一定程度的净化，但在成本和能源上消耗巨大，效果也不理想，特别是对城市雨水径流、农田排水等面污染源还缺乏有效的控制方法，地下水的污染也成为一个突出的问题。因此，单纯采用对排放废水进行处理的方法，并不能从根本上解决水体污染问题，而应采用综合防治技术，建立综合防治体系。
水体污染的综合防治包括：人工处理和自然净化相结合；无害化处理和综合利用相结合；推行工业用水的闭路循环和区域用水循环系统，发展少废水或无废水的清洁生产工艺等。
进行水污染防治，根本的原则是将“防”“治”“管”三者结合起来，形成一个高效的综合纺织体系。
（1）“防” 是指对污染源的控制，通过有效控制使污染源排放的污染物量减少到最小。如对工业污染源，最有效的控制方法是推行清洁生产。清洁生产是指原料与能源利用率最高、废物产生量和排放量最低、对环境危害最小的生产方式与过程。它着眼于在工业生产全过程中减少污染物产生量，并要求污染物最大限度资源化。清洁生产采用的主要技术路线有改革原料选择及产品设计，以无毒无害的原料和产品代替有毒有害的原料和产品；改革生产工艺，减少对原料、水及能源的消耗；采用循环用水系统，减少废水排放量；回收利用废水中的有用成分，使废水浓度降低等。
对生活污染源，也是可以通过有效措施减少其排放量。如推广使用节水用具，提高民众节水意识，可以降低用水量，从而减少生活废水排放量。
为了有效地控制面污染源，更必须从“防”做起。提倡农田的科学施肥和农药的合理使用，可以大大减少农田中残留的化肥和农药，进而减少农田径流中所含氮、磷和农药的量。
（2）“治” 是水污染防治中不可缺少的一环。通过各种预防措施，污染源可以得到一定程度的控制，但要实现“零排放”是很困难的，或者几乎是不可能的，如生活废水的排放就不可避免。因此，必须对废水进行妥善处理，确保其在排入水体前达到国家或地方规定的排放标准。
应特别注意工业废水处理与城市废水处理的关系。工业废水中常含有酸、碱、有毒、有害物质、重金属或其他污染物等。而且在不同工业废水中所含的污染物的性质各不相同。对于这些特殊性质的废水，应在工厂内或车间内就地进行局部处理，这在技术上是容易办到的，在经济上也是比较合理的。而对于与城市废水相近的工业废水，或经局部处理后不致对城市下水道及城市废水的生物处理过程产生危害的工业废水，单独设置废水处理设施是不必要的，也是不经济的，应该优先考虑排人城市下水道与城市废水共同处理，这样做既节约费用，又提高了处理效果。
（3）“管” 是指对污染源、水体及处理设施的管理。“管”在水污染防治中也占据十分重要的地位。科学的管理包括对污染源的经常监测和管理，对废水处理厂的监测和管理，以及对水体卫生特征的监测和管理。应建立统一的管理机构，颁布有关法规，并按照经济规律办事。应分别制订出工业废水排人城市下水道的排放标准及城市废水、工业废水排入水体的排放标准。在国家标准范围内，对不同地区，应根据当地情况使标准不断完善化。
对于“管”除应注意其科学性外，在当前中国的现实状况下，更应注要做到“有法可依，有法必依；执法必严，违法必究”，加大执法力度。
第六节 水质与水质标准
一、水质与水质指标自然界中的水以及人类生活及生产活动所用的水大多不是纯水，常含有各种各样的杂质，各种污水和废水中所含有的各类杂质当然就更多了。为了定量反映水质的好坏以及水体污染的程度，以便进行环境管理和污染防治，规定了多项水质指标。通常，某项水质指标数值的大小反映了水中特定种类污染物的含量多少。
（一）水质水质，即水的品质，是指水与其中所含杂质共同表现出来的物理学、化学和生物学的综合特性。
水中所含的杂质，按其在水中的存在状态可分为三类：悬浮物质、溶解物质和胶体物质。悬浮物质是由大于分子尺寸的颗粒组成的，它们藉浮力和粘滞力悬浮于水中；溶解物质则由分子或离子组成，它们被水的分子结构所支承；胶体物质则介于悬浮物质与溶解物质之间(见图6-2)
（二）水质指标仅仅根据水中杂质的颗粒大小还远不能反映水的物理学、化学和生物学特性。通常采用水质指标来衡量水质的好坏。
水中杂质和污染物的种类会随着水的来源的不同而有很大的不同，对于某一水质，全面分析水中的所有污染物，则技术条件要求高，运用到具体的情况中难度比较大。因此，目前通常是以污染物所具有的共性以及污染影响或毒性来作为水中污染物指标。例如，常用的废水中主要污染物指标有悬浮物、有机污染物、溶解氧、酸碱度、重金属离子等。这些污染物指标在水污染控制和管理中都起着十分重要的作用。
水质指标项目繁多，可以分为三大类。
第一类，物理性水质指标，包括：
(1) 感官物理性状指标。如温度、色度、嗅和味、浑浊度、透明度等。
(2) 其他物理性状指标。如总固体、悬浮固体、溶解固体、可沉固体、电导率、电阻率等。
第二类，化学性水质指标，包括：
(1) 一般的化学性水质指标。如pH值、硬度、各种阳离子、各种阴离子、总含盐量、一般有机物质等。
(2) 有毒的化学性水质指标。如重金属、氰化物、多环芳烃、各种农药等。
(3) 有关氧平衡的水质指标。如溶解氧(DO)、化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、总需氧量(TOC)等。
第三类，生物学水质指标。包括细菌总数、总大肠菌群数、各种病原细菌、病毒等。
以下是对水污染防治工作中最常用的一些水质指标的简要说明。
1．pH值
pH值是反映污水酸碱性大小的一个指标，它对污水处理及利用以及水中生物生长繁殖都有很大影响。pH值是对氢离子浓度的一种表示方法，它表示氢离子浓度（mol/L）负对数的值，即
pH值反映水的酸碱性质，天然水体的pH一般在6～9之间，决定于水体所在环境的物理、化学和生物特性。饮用水的适宜pH应在6.5～8.5之间。生活污水一般呈弱碱性，而某些工业废水的pH值偏离中性范围很远，它们的排放会对天然水体的酸碱特性产生较大的影响。大气中的污染物质如SO2、NOx等也会影响水体的pH，但由于水体中含有各种碳酸化合物，它们一般具有一定的缓冲能力。
弱酸性的污、废水对混凝土管道有腐蚀作用,pH值还会影响水生生物和细菌的生长活动。
2．悬浮固体(简称SS－Suspended Solids)
水体中悬浮物的含量是水质污染程度的基本判断指标之一。悬浮物是指在水中呈悬浮状态的固体物质，它包括无机物和有机物，如不溶于水的淤泥、粘土、微生物等，含量用每升水样中含有多少毫克悬浮物来表示，记为毫克／升。
悬浮物是造成水质浑浊的主要原因，其浓度越高表示水质受到的污染越严重。水体被悬浮物污染后会降低光的穿透率，减弱水的光合作用，并妨碍水体的自净作用。含有大量悬浮物的废水不得直接排入天然水体，以防止悬浮物形成河底淤泥。由于悬浮物中有一部分是有机物，大量排入水体的悬浮物，在水中微生物的生化作用下，会使得溶解氧的含量大大减少，也易使得水体变黑变臭。
水中悬浮物浓度的测定方法是，将待测的水样用0.45微米的滤膜进行过滤，把过滤下来的残渣在103℃～105℃的条件下烘干后称重,最后用烘干后得到的残渣的重量与水样体积相除，就是该水样的悬浮物浓度。
水中悬浮物还可根据其挥发性能分为挥发性悬浮物和固定性悬浮物。挥发性悬浮物是指在高温条件下(通常为600℃)，将悬浮物进行灼烧而失去的重量。由于在这么高的温度下进行灼烧、有机物通常将全部被分解为二氧化碳、水蒸气和其它气体而挥发，但无机物在此温度下分解和挥发很少，因此，挥发性悬浮物这一指标可表示悬浮物中有机物的含量。灼烧后残留的悬浮物的重量则是固定性悬浮物，它代表了悬浮物中无机物的含量。可用一关系式表示为：
水中悬浮物＝水中挥发性悬浮物＋水中固定性悬浮物悬浮物包括肉服可看得见的，粒径较大的颗粒物和粒径较小的颗粒物。前者的粒径通常大于0.1微米，这些悬浮物在重力或浮力的作用下，经过一定的时间后，可与水分离。而后者的粒径比较小，粒径在0.001～0.1微米之间，这类颗粒也称为胶体颗垃。胶体颗粒在水中比较稳定，会产生丁达尔现象，不易产生沉淀。通常胶体颗粒表面都带有正电荷或负电荷，是水产生浑浊的主要原因。
3．有机污染物生活污水和工业废水中都含有大量的有机污染物，这些有机物结构比较复杂，它们主要是由碳、氢、氧、氮、硫等基本元素组成。有机污染物在水中一般不稳定，在微生物的作用下，不断进行分解，并转化为上述基本元素的无机物。这些无机物就成为植物的养料，通过植物的吸收和光合作用又成为植物的机体。
有机污染物的种类很多，用现有分析技术难以将它们准确地加以区分和定量。即使采用非常高级的分析手段，对水中每种有机物的种类和浓度进行区分和量化也是一件十分烦琐的工作。因此，为了简单起见，对水中的有机物的分析，目前采用综合指标的方法来表示。这些综合指标的基础就是考虑在微生物的作用下，如果水中存在溶解氧，微生物分解有机物就要消耗水中的溶解氧，那么就可以用水中溶解氧减少的量来间接表示水体受有机物污染的状况。常用来间接表示水中有机物污染的指标是生化需氧量(英文缩写BOD)和化学需氧量(英文缩写COD)等。只有当某些有机物具有毒性，需要加以控制时才分别测定其含量。
(1) 生化需氧量(BOD－Biochemical Oxygen Demand)
生物化学需氧量简称生化需氧量，它是一个反映水中可生物降解的含碳有机物的含量多少以及排入水体后产生耗氧影响的指标。生化需氧量不反映具体有机物的含量，只是间接地反映出能为微生物分解的有机物的总量。
生化需氧量（BOD）是表示在有氧条件下，温度为20℃时，由于微生物(主要是细菌)的活动，使单位体积污水中可降解的有机物氧化达到稳定状态时所需氧的量(mg/L)。BOD的值越高，表示需氧有机物越多。
图6-3表示了有机物在微生物作用下的氧化稳定过程。图中Oa为被微生物氧化为CO2和H2O的那部分有机物所消耗的氧量，Ob则表示微生物内源呼吸所消耗的氧量。Oa和Ob之和即BOD总量。BOD以单位体积污(废)水所消耗的氧量(mg／L)表示。
在有氧的情况下，有机物生化分解好氧的过程很长，通常分为两个阶段进行：
第一阶段(亦称碳化阶段)：主要是有机物被转化为无机的CO2、H2O和NH3的过程，碳化阶段消耗的氧量称为碳化需氧量，用BODu表示。
第二阶段(亦称硝化阶段)：主要是氨在硝化细菌作用下进一步被氧化为亚硝酸根和硝酸根的过程，硝化阶段的耗氧量称为硝化需氧量，用NODu表示。两阶段的需氧情况如图6-4所示。
由于在第一阶段有机物已基本无机化了，因此作为有机物污染的指标只需采用碳化需氧量就可反映出水体中有机物的多少（通常就称为生化需氧量BOD），而不包括硝化所需的氧量NOD。
一般有机物在20℃条件下，需要20天才能完成第一阶段的氧化分解过程，20天的生化需氧量可以BOD20表示。如此长的测定时间很难在实际工作中应用，目前世界各国均以5天（20℃）作为测定BOD的标准时间，所测得的数值以BOD5表示。对一般有机物，BOD5约为BOD20的70％。
BOD5作为有机物浓度指标，基本上反映了能被微生物氧化分解的有机物的量，较为直接、确切地说明了问题。但仍存在一些缺点：(1)当污水中含大量的难生物降解的物质时，BOD5测定误差较大；(2)反馈信息太慢，每次测定需5天，不能迅速及时指导实际工作；(3)废水中如存在抑制微生物生长繁殖的物质或不含微生物生长所需的营养时，将影响测定结果。
(2) 化学需氧量(COD-Chemical Oxygen Demand)
化学需氧量是指在规定条件下用化学氧化剂（K2Cr2O7或KMnO4）氧化分解水中有机物时，与消耗的氧化剂当量相等的氧量(mg／L)。
当氧化剂用重铬酸钾(K2Cr2O7)时，由于重铬酸钾氧化作用很强，所以能够较完全地氧化水中大部分有机物(除苯、甲苯等芳香烃类化合物以外)和无机性还原物质(但不包括硝化所需的氧量)，此时化学需氧量用CODCr，或COD表示；如采用高锰酸钾（KMnO4）作为氧化剂时，则称为高锰酸指数，写作CODMn。
与BOD5相比，CODCr能够在较短的时间内(规定为2小时)较精确地测出废水中耗氧物质的含量，不受水质限制，因此得到了广泛的应用。缺点是不能表示可被微生物氧化的有机物量，此外废水中的还原性无机物也能消耗部分氧，造成一定误差。
如果废水中各种成分相对稳定，那么COD与BOD之间应有一定的比例关系。一般说来，CODCr＞BOD20＞BOD5＞CODMn，其中BOD5／CODCr可作为废水是否适宜生化法处理的一个衡量指标。比值越大，该废水越容易被生化处理。—般认为BOD5／CODCr大于0.3的废水才适宜采用生化处理。
（3）总需氧量(TOD－Total Oxygen Demand)
有机物中的主要元素是C、H、O、N、S，在高温下燃烧后，将分别产生CO2、H2O、NO2和SO2，所消耗的氧量称为总需氧量TOD，TOD的值一般大子COD的值。
TOD的测定方法：是向氧含量已知的氧气流中注入定量的水样，并将其送入以铂为触媒的燃烧管中，在900℃高温下燃烧，水样中的有机物即被氧化，消耗掉氧气流中的氧气，剩余氧量可用电极测定并自动记录。氧气流原有氧量减去剩余氧量即得总需氧置TOD。TOD的测定仅需几分钟。
（4）总有机碳(TOC－Total Organic Carbon)
有机物都含有碳，通过测定废水中的总含碳量可以表示有机物含量。
总有机碳(TOC)的测定方法：是向氧含量已知的氧气流中通入定量的水样，并将其送入以铂为触媒的燃烧管中，在900℃高温下燃烧，用红外气体分析仪测定在燃烧过程中产生的CO2量，再折算出其中的含碳量，就是总有机碳TOC值。为排除无机碳酸盐的干扰，应先将水样酸化，再通过压缩空气吹脱水中的碳酸盐。TOC的测定时间也仅需几分钟。
4.溶解氧(DO-Dissolved Oxygen)
溶解氧是指溶解于1升水中的分子氧的含量，用毫克(氧)／升表示。它是衡量水体污染程度的重要指标，是水环境监测中必不可少的一项指标。在没有污染的水体中，溶解氧是处于饱和状态的。例如，一个大气压下，温度为0℃的淡水中溶解氧的含量是10毫克／升，海水中的溶解氧含量约为淡水溶解氧含量的80%。
溶解氧是鱼类等水生生物和好氧微生物生存生长的基本条件，当溶解氧的含量低于4.0毫克／升时，鱼类等水生生物就难以生存。水被有机物所污染后，在有氧的条件下，好氧微生物能降解有机物，同时消耗水中的溶解氧，当水生植物的光合作用和大气向水体中补充氧的速度小于好氧微生物消耗氧的速度时，水体中的溶解氧的含量就会变得很少，水体逐渐发臭，变黑。因此，水体中溶解氧的含量越少，表明水体受污染的程度越高。
5.氮、磷等植物性营养物质氮、磷等物质主要来自于人、动物的排泄物，以及一些工厂排放的废水中(如化肥厂、食品厂所排出的废水中均含有氮、磷)，属植物性营养物质，是造成水体富营养化现象的主要因素之一。针对氮、磷的污染问题我国制定了严格的排放规定。如从1998年开始，城市污水处理厂磷的排放量不得超过1.0毫克／升。此外，对各工业企业污水中磷的排放也作出了相应的规定。
6.有毒物质废水中的毒物可分为无机毒物、有机毒物和放射性物质等三类。大量有毒物质排入水体，将危及鱼类等水生生物的生长以及人类的健康。在各类水质标准中，对主要毒物均规定了浓度限值。
7.大肠菌群数大肠菌群数是污水水质分析中常用的细菌学指标，用每升水中的大肠菌群数表示。大肠菌群包括大肠杆菌等几种大量存在于人体肠道中的细菌，因此粪便中大量存在大肠菌群。在一般情况下，大肠菌群属于非致病菌。如在水样中检测出大肠菌群，表明水被粪便所污染。由于水致传染病菌和病毒的生长环境与大肠菌群基本相同，而对水致传染病菌和病毒的检测又比较困难，因此通常用大肠菌群作为间接的检测指标。如果水中的大肠菌群数超过规定的指标，就认为这些水中可能含有水致传染病菌和病毒，如人体直接接触这些水就可能会被传染上疾病。
二、水质标准水质标准是为了控制水污染、保障人体健康、维护生态平衡、保护和合理利用水资源而对各种水的质量所制定的技术规范。按照水质标准的性质和适用范围之不同，水质标准大致可划分为用水水质标准、废水排放标准、水的环境质量标准等三类。
1,用水水质标准
（1）生活饮用水水质标准饮用水直接关系到人民的日常生活和身体健康，保证供给人民安全卫生的饮用水，是水环境保护的根本目的。制定生活饮用水水质标准的主要原则是：①卫生上安全可靠，饮用水中不应含有各种病源微生物和寄生虫卵；②水中的化学成分应对人体无害，不应对人体健康产生不良影响或对人体感官产生不良刺激；③使用时不致造成其他不良影响，如过高的硬度导致水垢的形成等。
生活饮用水水质标准是根据长期积累的经验制定的，它综合地反映了水质与健康的关系，饮用习惯及因地制宜等因素。由于各国的生活水平、饮用习惯和气候条件不尽相同，各国的生活饮用水标准也有差异。世界卫生组织(WHO)曾颁布了饮用水水质标准（见表6-3），对各项化学成分规定了允许限度、极端限度和最大限度三个浓度值。目前很多国家的饮用水标准都已超过了这个国际标准，表6-4是我国1985年颁布的《生活饮用水卫生标准》(GB5749－85)。
（2）工业用水水质标准工业用水种类繁多，水质要求各不相同。各行业都相继制定了工业用水标准，并不断修订完善。水质要求高的工业用水，不仅要去除水中悬浮杂质和胶体杂质，而且还需要不同程度地去除水中的溶解杂质。
食品、酿造及饮料工业的原料用水，水质要求基本上同生活饮用水，但在不同产品的生产中，都会有些不同的特殊要求。
纺织、造纸工业用水，要求水质清澈，且对易于在产品上产生斑点的杂质含量，提出了严格的限制，如铁、锰及水的硬度超过一定量会使织物或纸张产生锈斑或钙斑。
对锅炉补给水水质的基本要求是，凡能导致锅炉、给水系统及其它热力设备腐蚀、结垢及引起汽水共腾现象的各种杂质都应大部或全部去除。锅炉压力和构造不同，水质要求也不同。锅炉压力愈高，水质要求也愈高。如低压锅炉(压力小于2.45MPa)主要应限制给水中的钙、镁离子含量，溶解氧及pH值。
2,水环境质量标准为了保障人体健康、维护生态平衡、保护水资源，根据国家环境政策目标，对各种水体规定了水质要求。我国已颁布的水环境质量标准主要有地面水环境质量标准(GB3838－88)和海水水质标准(GB3097－82)。
地面水环境质量标准将标准项目划分为基本项目和特定项目。基本项目适用于全国江河、湖泊、运河、渠道、水库等水域，是满足地面水各类使用功能和生态环境质量要求的基本项目。特定项目适用于特定地面水域对特定污染物的控制，是对基本项目的补充指标。该标准依据地面水域使用的目的和保护目标将其划分为五类：
Ⅰ类：主要适用于源头水、国家自然保护区；
Ⅱ类：主要适用于集中式生活饮用水水源地一级保护区、珍贵鱼类保护区、鱼虾产卵场；
Ⅲ类：主要适用于集中式生活饮用水水源地二级保护区、一般鱼类保护区及游泳区；
Ⅳ类：主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区；
Ⅴ类：主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。
表6-5给出了该标准对地面水质的基木要求。
3,废水排放标准为了保护水环境质量，控制水污染，除了规定地面水体中各类有害物质的允许标准值之外，还必须对各类污染源排放出的污染物的允许浓度作出规定。废水排放标准就是根据水环境质量标准的要求，并考虑技术经济的可能性和环境特点，对排入环境的污染物数量或浓度所做的限量规定。
国家颁布的废水排放标准分综合和行业部门两种，两者不交叉执行，有的地区还制定了严于国家排放标准的地方标准。
我国1996年发布的《污水综合排放标准》（GB8978－1996）根据污染物的毒性及其对人体、动植物和水环境的影响分为两大类。
第一类污染物系指能在环境或动植物体内蓄积，对人体健康产生长远不良影响者。对此类污染物，不分其排放的方式和方向，也不分受纳水体的功能级别，一律执行严格的标准值，并规定含此类污染物的废水一律在车间或车间处理设施的排放口取样检测，其最高允许排放浓度必须符合表6-6的规定。
第二类污染物的长远影响小于第一类，规定的采样点为排污单位排放口，其最高允许排放浓度执行表6-7的规定(1998年1月1日后建设的单位)。标准的分级是按受纳水体的使用功能要求和废水排放去向而划分的：
(1)特殊保护水域，指国家GB3838－88《地面水环境质量标准》中的I、Ⅱ类水域，不得新建排污口，现有的排污单位要从严控制，以保证受纳水体的水质符合规定用途的水质标准。
(2)重点保护水域，指国家GB3838－88Ⅲ类水域和《海水水质标准》Ⅱ类水域，如集中式生活饮用水水源地二级保护区、一般经济渔业水域、重要风景游览区等，对排入本区水域的废水执行一级标准。
(3)一般保护水域，指国家GB3838－88中的Ⅳ、Ⅴ类水域和《海水水质标准》Ⅲ类水域，如一般工业用水区、景观用水区及农业用水区、港口和海洋开发作业区，排入本区水域的废水执行二级标准。
(4)对排入城镇下水道并进入二级污水处理厂进行生物处理的废水执行三级标准；而对排入未设置二级污水处理厂的城镇下水道的废水，则必须根据下水道出水受纳水体的功能要求按(2)和(3)条的规定，分别执行一级或二级标准。
复习思考题
1. 水资源开发利用中存在的问题是什么？
2. 水体污染的主要来源有哪些？各种污染源的特点是什么？
3. 水体中的主要污染物有哪些？
4. 水污染防治的目标、任务和原则是什么?
5. 何谓富营养化?
6. 说明生化需氧量的基本概念，解释第一、第二阶段生化需氧量。
7. COD和BOD的作用有何异同，数值大小有何关系、意义?
8. 制定水质标准的意义是什么？有哪些水质标准？
水是地球表面最主要的天然组成物质,水是生命的源泉，是人类生活、生产的最重要的自然资源，也是自然生态系统繁荣昌盛的最重要的依赖因素。人类习惯于把水看作是取之不尽、用之不竭的最廉价的自然资源，但随着人口的膨胀和经济的快速发展，水资源短缺的现象正在很多地区相继出现，水污染及其所带来的危害更加剧了水资源的紧张，并严重破坏了自然界的生态平衡，对人类自身的生存和进一步发展也构成了严重威胁，因此，切实防治水污染、保护水资源已成为当今人类的迫切任务。
人类解决水问题的有效途径，就是节约用水、清洁生产和废水的综合治理，其中废水的治理水平和利用程度将成为21世纪社会发展和社会文明的重要指标。
本章将首先简要介绍自然界水的循环、水资源、水生态系统等概念，在此基础上比较系统地介绍水体污染的来源和污染物，水质指标和水质标准，为后续水体自净和污水处理内容的讲解打下基础。
第一节 概述一、水循环
1,水的自然循环
自然界中的水并不是静止不动的，在太阳辐射及地球引力的作用下，水的形态不断发生由液态－气态－液态的循环变化，并在海洋、大气和陆地之间不停息地运动，从而形成了水的自然循环。例如，海水蒸发为云，随气流迁移到内陆，与冷气流相遇，凝为雨雪而降落，称为降水。一部分降水沿地表流动，汇于江河湖泊；另—部分渗于地下，形成地下水流。在流动过程中，两种水流不时地相互转化或补给，最后又复归大海。这种发生在海洋与陆地之间全球范围的水分运动，称为大循环或海陆循环，它是陆地水资源形成和赋存的基本条件，是海洋向陆地输送水分的主要作用。那些仅发生在海洋或陆地范围内的水分运动，称为小循环。不论何种循环，使水蒸发的基本动力是太阳热能，使云气运动的动力是密度差。自然界水分的循环和运动是陆地淡水资源形成、存在和永续利用的基本条件。水的自然循环见图6-1。
2,水的社会循环除了上述水的自然循环外，水还由于人类的活动而不断地迁移转化，形成了水的社会循环。水的社会循环是指人类为了满足生活和生产的需求，不断取用天然水体中的水，经过使用，一部分天然水被消耗，但绝大部分却变成生活污水和生产废水排放，重新进入天然水体。
与水的自然循环不同，在水的社会循环中，水的性质在不断地发生变化。例如，在人类的生活用水中，只有很少一部分是作为饮用或食物加工以满足生命对水的需求的，其余大部分水是用于卫生目的，如洗涤、冲厕等。显然，这部分水经过使用会挟入大量污染物质。工业生产用水量很大，除了用一部分水作为工业原料外，大部分是用于冷却、洗涤或其他目的，使用后水质也发生显著变化，其污染程度随工业性质、用水性质及方式等因素而变。在农业生产中，化肥、农药使用量的日益增加使得降雨后的农田径流会挟带大量化学物质流入地面或地下水体，从而形成所谓“面污染”。
在水的社会循环中，生活污水和工农业生产废水的排放，是形成自然界水污染的主要根源，也是水污染防治的主要对象。
二、水资源水是维系生命的基本物质，是工农业生产和城市发展不可缺少的重要资源。它是地球上分布最广的自然物质，作为地球上较轻的物质，在几十亿年的重力分异过程中集中分布于地球的表面，在逐渐趋冷的地表环境中以液态和同态形式存在，覆盖看地球表面的70.8％。就其水量而言，若将所有的水均匀分布于地表，地球表面的平均水深将达到2800m，其总量约为13.58亿km3，应该说是十分丰富的。但地球上的水以各种不同的形式分布于不同的地方，如表6-1所示。由表可见，地球上约有97.2％的水是海水，宽广的海洋覆盖了地球表面的70.8％以上，但海水是含有大量矿物盐类的“咸水”，不宜被人类直接使用。人类生命活动和生产活动所必需的淡水水量有限，只占总水量的2.53%，其中还有约3／4以冰川、冰帽的形式存在于南北极地，人类很难使用。实际上，目前与人类关系最密切、又较易开发利用的淡水贮量仅占地球上总水量的0.3％，人均不足1万m3。
1,世界水资源总量在全世界陆地上分布的可更新的水资源量为4.7万km3，以地表径流和地下径流的形式产出，约占全球总水量的十万分之三点四，1971年人均占有1.29万m3，2000年人均占有0.73万m3。由于水资源时空分布上的局限和技术经济条件的限制，能被人们利用的水量还不到五分之一，如美国的水资源利用率为17.6％，中国为17.8％。
2,我国水资源的特点我国的水资源总量并不贫乏，约为28124.4亿m3，其降水量为60000亿立方米左右，相当于全球陆地总降水量的5％，占世界第三位。多年平均地表径流量为27115亿m3，仅少于巴西、前苏联、加拿大、美国和印尼，居世界第六位。年均地下水资源量为8288亿m3。但由于我国人口众多，按人均年径流量计，仅为每人每年2400m3，相当于世界人均占有量的1／4，位于世界各国的第88位，因此，我国水资源相当贫乏。
此外，由于我国地域辽阔，地形复杂，南北、东西气候差异大，水资源还存在如下特点：
(1) 水量在地区分布上不平衡由于受自然条件的影响，中国水资源的分布在空间上极不均衡。水资源分布呈东南多、西北少，由东南沿海地区向西北内陆递减。全国平均降水量为648mm，而北方地区年降水量不足400mm的干旱半干旱地区面积占国土总面积的47％；小于200mm降水量的地区占国土总面积的29％，而降水总量只占全国的5.3％；淮河以北所拥有的水资源量仅为全国水资源总量的19％，而这一地区的耕地面积却是全国耕地面积的64％。如果有一条斜线将中国分为东南和西北两大区，则占据国土面积53％的东南沿海地区，拥有了全国水资源总量的93％，而西北广大地区却只有7％的水资源量。
(2) 水量在时程分配上很不均匀中国水资源在时间上的分布也极不均衡，在广大的北方和西部地区，降水多集中于一年的6～9月份，约占年降水总量的70％以上，而其他季节降水稀少，气候干旱。年际变化也非常明显，北方地区的降水量年际变化有时相差5～8倍以上。
(3) 水土资源组合不相适应东北、西北、黄淮河流域径流量只占全国总量的17%，但土地面积却占全国的65%；长江以南江河径流量占全国的83%，土地面积仅占35%。此外，对水资源的开发利用各地也很不平衡，南方多水地区水的利用程度较低，北方少水地区地表水、浅层地下水开发利用程度较高。
水资源在区域和时程上分布的极不均衡，不仅严重影响水资源的持续利用，加剧缺水地区水资源的紧缺状况，大幅度地增加异域调水和水资源工程调节的困难和成本，甚至频发大面积的水旱灾害，对水资源的合理利用和社会经济的可持续发展极为不利。
3,水资源的主要用途现代社会中水的用途随着人类社会经济活动的多样化而日益广泛，除传统的农业灌溉和生活饮用以外，还有各种方式的工业用水、城市供水、畜禽用水、牧草灌溉、林业繁育、生态及环境用水、水力发电、航运、渔业、工程及河道冲淤等。其中农业用水仍然是最主要和用水量最大的部门。
4,水资源开发利用中存在的主要问题在水资源开发利用过程中，出于对需水量的快速增长，人类凭借日益先进的科学技术手段，几近掠夺式地索取水资源，从而导致江河断流，地下水位持续下降，甚至地面下沉，海水倒灌。同时，大量人类生活、生产过程中产生的废物和废水被排放到水体中，造成了严重的污染，进一步加剧了可用水资源的短缺，对社会经济的发展以及人类健康产生了多方面的不利影响。
(1)水体污染 在工业发展的初期，人们更多地考虑发展生产、追求利益，忽视了工业三废对环境的影响而自然排放废水、废气和废渣，不可避免地产生了水体和环境的污染。发达国家无一例外地经历过先污染后治理的发展历程，污染的空气、发臭的河流和遍地的垃圾成为现代社会发展初期的历史景象。中国近几十年也在经历这一历史时期，并已产生了严重的危害。中国目前日排放污水已近1.7亿t，其中80％以上未经任何处理即直接排入水体，使江河湖泊及近海海域普遍受到污染，城镇和工业区及其附近地区的地下水也普遍遭受污染。2001年东海已发生28次大规模红潮，污染面积最大达8千多km2。
经济发达的长江、海滦河流域和珠江流域废水排放量较大，污染严重，污径比分别为12.8％、5.3％和3.4％。1980年全国废水排放总量为315亿吨；1995年为365亿吨，北方地区已有70％以上的河段为劣Ⅳ类水质；2001年，全国废水排放总量达620亿吨，比1980年的几乎翻了一倍，综合水质评估80％的河段水质为劣Ⅳ类，仅能用于灌溉用水，表明水体污染依然在加剧。
(2)水源枯竭 城市人口的急剧膨胀以及工业经济的飞速发展，使得地下水资源被大规模超强度地开采和消耗，因而造成了城市地下水位的持续快速下降。即使在地表水源区，由于需水区水环境的严重污染以及近距离供水强度的不足，远距离高成本地开发新水源也势在必行。有着“八水绕长安”之美誉的西安市，由于污染及对水资源的过度开采，而使得地下水资源枯竭并造成了快速的地面沉降，渭河等近郊河流水质污染及河流水量不足更使得它备受水荒之苦。江城武汉以长江为重要的供水水源，近年来也常因枯水期水质恶化而暂停使用。华北平原及京津地区的地下水资源丰富，但快速增加的水资源需求也使这一地区成为严重水源不足的地区。水源枯竭严重地制约了缺水地区的社会经济发展。
(3)生态环境恶化 人类以惊人的力量和速度开发利用水资源，大江大河被拦腰截流，大规模深层优质地下水被持续开采。超强度的人类开发对水文系统、自然环境和生态系统产生了严重的干扰甚至破坏。江河断流、水质污染、水土流失加剧、湖泊萎缩和水质咸化、土地退化和沙漠化加剧、地面沉陷、次生盐渍化、陆地水生生态环境破坏和物种灭绝等人为灾害层出不穷，不仅严重地威胁着水资源的持续利用，也极大地威胁着人类自身的生存环境安全。
三、水生生态系统地球上的水主要以连续状态存在，构成各种水体。存在于地面上的，如海洋、江河、湖泊、沼泽、冰川和水库等属于地面水体；存在于地下者，包括潜水和承压水则属于地下水体。
水体中的水、溶解物质、悬浮物、底质和水生生物等作为完整的自然综合体构成了水生生态系统。水生生态系统由四个基本要素组成：
（1） 绿色植物(生产者) 以阳光为能源，将无机物(CO2、H2O等)合成为有机物，以构成本体并供动物食用；
（2） 动物(消费者) 它们直接或间接地以植物为生；
（3） 微生物(分解者) 分解生产者和消费者的排泄物或尸体，把复杂的有机物转化为简单的无机物(CO2、NH3等)返回环境，再为绿色植物所利用；
（4） 非生命物质 包括阳光、空气、水和无机及有机物质，它们是水生生物活动的场所，也是生命体能量的最初来源。
在水生生态系统中，低级生物被高级生物食用，食物关系把他们联系在一起，构成了错综复杂的食物链。食物链有一个显著特征，即富集作用(又称生物放大器作用)。比如，有许多污染物(如重金属、农药等)本来在水中的浓度并不高，但某些藻类可对它们选择性地吸收蓄积，并通过食物链一级一级地富集起来，最终转移进入人体可能达到很高的浓度，从而对人体产生危害。
任一水生生态系统内部各要素间都相互联系、相互制约，在一定条件下，保持着自然的、相对的平衡关系，称为生态平衡。生态平衡维持着正常的生物循环，一旦排入水体的废物超过其维系平衡的“自净容量”时，正常的生态平衡被打破坏，水体即被污染了。
第二节 水体的主要污染源水体是海洋、湖泊、河流、沼泽、水库、地下水的总称。按水体的类型，又可将水体分为海洋水体和陆地水体两种。陆地水体进一步可以分成地表水水体和地下水水体。
水在循环过程中，不可避免地会混入许多杂质(溶解的、胶态的和悬浮的)。在自然循环中，由非污染环境混入的物质称为自然杂质或本底杂质。社会循环中，在使用过程中混入的物质称为污染物。
由于人类活动排放出大量的污染物，这些污染物质通过不同的途径进入水体，使水体的感官性状(如色度、味、浑浊度等)、物理化学性质(如温度、电导率、氧化还原电位、放射性等)、化学成分(有机物和无机物)、水中的生物组成(种群、数量)以及底质等发生变化，水质变坏，水的用途受到影响，这种情况就称为水体污染。向水体排放或释放污染物的来源或场所，称之为“水体污染源”。
随着人类生产、生活活动的不断扩大与增强，水体的污染程度有日益恶化的趋势。一般将水体的污染程度分为五级：一级水体水质良好，符合饮用水、渔业用水水质标准。二级水体受污染物轻度污染，符合地面水水质卫生标准，可作为渔业用水，经处理之后可作为饮用水。三级水体污染较严重，但可以作为农业灌溉用水。四级水体水质受到重污染，水体中的水几乎无使用价值。五级水体水质受到严重污染，水质已超过工业废水最高允许排放浓度标准。
人类活动中产生的大量污水中含有许多对水体产生污染的物质，从环境保护角度可将水体污染源主要分为以下几个方面。
一、生活废水生活废水是人们日常生活中产生的各种废水的总称。主要包括粪便水、洗浴水、洗涤水和冲洗水等。其来源除家庭生活废水外，还有各种集体单位和公用事业等排出的废水。
生活废水中杂质很多，杂质的浓度与用水量多少有关，它有如下几个特点：
（1） 含氮、磷、硫高；
（2） 含有纤维素、淀粉、糖类、脂肪、蛋白质、尿素等在厌氧性细菌作用下易产生恶臭的物质；
（3） 含有多种微生物，如细菌、病原菌、病毒等，易使人传染上各种疾病；
（4） 由于洗涤剂的大量使用，使它在废水中含量增大，呈弱碱性，对人体有一定危害。
随着人口在城市和工业区的集中，城市生活废水的排放量剧增。1997年与1990年比，城市生活废水排放量翻了一番，达到了218亿吨。生活废水中多含有机物质，容易被生物化学氧化而降解。未经处理的生活废水排人天然水体会造成水体污染。所以，这种水一般不能直接用于农业灌溉，需经处理后才能进行排放。
二、工业废水由于工业的迅速发展，工业废水的水量及水质污染量很大，它是最重要的污染源，具有以下几个特点。
(1) 排放量大，污染范围广，排放方式复杂 工业生产用水量大，相当一部分生产用水中都携带原料、中间产物、副产物及终产物等排出厂外。工业企业遍布全国各地，污染范围广，不少产品在使用中又会产生新的污染。如全世界化肥施用量约5亿t，农药200多万吨，使遍及全世界广大地区的地表水和地下水都受到不同程度的污染。工业废水的排放方式复杂，有间歇排放，有连续排放，有规律排放和无规律排放等，给污染的防治造成很大困难。
(2) 污染物种类繁多，浓度波动幅度大 由于工业产品品种繁多，生产工艺也各不相同，因此，工业生产过程中排出的污染物也数不胜数，不同污染物性质有很大差异，浓度也相差甚远。
(3) 污染物质毒性强，危害大 被酸碱类污染的废水有刺激性、腐蚀性，而有机含氧化合物如醛、酮、醚等则有还原性，能消耗水中的溶解氧，使水缺氧而导致水生生物死亡。工业废水中含有大量的氮、磷、钾等营养物，可促使藻类大量生长耗去水中溶解氧，造成水体富营养化污染。工业废水中悬浮物含量很高，可达3000mg/L，为生活废水的10倍。
(4) 污染物排放后迁移变化规律差异大 工业废水中所含各种污染物的性质差别很大，有些还有较强毒性，较大的蓄积性及较高的稳定性。一旦排放，迁移变化规律很不相同，有的沉积水底，有的挥发转入大气，有的富集于生物体内，有的则分解转化为其他物质，甚至造成二次污染，使污染物具有更大的危险性。
(5) 恢复比较困难 水体一旦受到污染，即使减少或停止污染物的排放，要恢复到原来状态仍需要相当长的时间。
工业废水主要有下列来源：
1．采矿及选矿废水各种金属矿、非金属矿、煤矿开采过程中产生的矿坑废水，主要含有各种矿物质悬浮物和有关金属溶解离子。硫化矿床的矿水中含有硫酸及酸性矿水，有较大的污染性。选矿或洗煤的废水，除含有大量的悬浮矿物粉末或金属离子外，还含有各类浮选剂。
2．金属冶炼废水炼铁、炼钢、轧钢等过程的冷却水及冲浇铸件、轧件的水污染性不大；洗涤水是污染物质最多的废水，如除尘、净化烟气的废水常含大量的悬浮物，需经沉淀后方可循环利用，但酸性废水及含重金属离子的水有污染。
3．炼焦煤气废水焦化厂、城市煤气厂等在炼焦与煤气发生过程中产生严重污染的废水，含有大量酚、氨、硫化物、氰化物、焦油等杂质，可产生多方面的污染效应。
4．机械加工废水主要含有润滑油、树脂等杂质，机械加工各种金属制品所排出的废液和冲洗废水，还含有各种金属离子如铬、锌以及氰化物等，他们都是剧毒性的。电镀废水的涉及面很广，且污染性大，是重点控制的工业废水之一。
5．石油工业废水主要包括石油开采废水、炼油废水和石油化工废水三个方面。油田开采出的原油在脱水处理过程中排出含油废水，这种废水中还含有大量溶解盐类，其具体成分与含油地层地质条件有关。
炼油厂排出的废水主要是含油废水、含硫废水和含碱废水。含油废水是炼油厂最大量的一种废水，主要含石油，并含有一定量的酚、丙酮、芳烃等；含硫废水具有强烈的恶臭，对设备具有腐蚀性；含碱废水主要含氢氧化钠，并常夹带大量油和相当量的酚和硫，pH可达11～14。
石油化工废水成分复杂。裂解过程的废水基本上与炼油废水相同，除含油外还可能有某些中间产物混入，有时还含有氰化物。由于产品种类多且工艺过程各不相同，废水成分极为复杂。总的特点是悬浮物少，溶解性或乳浊性有机物多，常含有油分和有毒物质，有时还含有硫化物和酚等杂质。
6．化工废水化学工业包括有机化工和无机化工两大类，化工产品多种多样，成分复杂，排出的废水也多种多样。多数有剧毒，不易净化，在生物体内有一定的积累作用，在水体中具有明显的耗氧性质，易使水质恶化。
无机化工废水包括从无机矿物制取酸、碱、盐类基本化工原料的工业，这类生产中主要是冷却用水，排出的废水中含酸、碱、大量的盐类和悬浮物，有时还含硫化物和有毒物质。有机化工废水则成分多样，包括合成橡胶、合成塑料、人造纤维、合成染料、油漆涂料、制药等过程中排放的废水，具有强烈耗氧的性质，毒性较强，且由于多数是人工会成的有机化合物，因此污染性很强，不易分解。
7．造纸废水造纸工业使用木材、稻草、芦苇、破布等为原料，经高温高压蒸煮而分离出纤维素，制成纸浆。在生产过程中，最后排出原料中的非纤维素部分成为造纸黑液。黑液中含有木质素、纤维素、挥发性有机酸等，有臭味，污染性很强。
8．纺织印染废水纺织废水主要是原料蒸煮、漂洗、漂白、上浆等过程中产生的含天然杂质、脂肪以及淀粉等有机物的废水。印染废水是洗染、印花、上浆等多道工序中产生的，含有大量染料、淀粉、纤维素、木质素、洗涤剂等有机物，以及碱、硫化物、各类盐类等无机物，污染性很强。
9．皮毛加工及制革废水主要包括皮毛和皮革的清整等加工过程，经浸泡、脱毛、清理等预备工序排出的废水，富含丹宁酸和铬盐，有很高的耗氧性，是污染性很强的工业废水之一。
10．食品工业废水食品工业的内容极其复杂，包括制糖、酿造、肉类、乳品加工等生产过程，所排出的废水都含有机物，具有强的耗氧性，且有大量悬浮物随废水排出。动物性食品加工排出的废水中还含有动物排泄物、血液、皮毛、油脂等，并可能含有病菌，因此耗氧量很高，比植物性食品加工排放的废水的污染性高得多。
一些工业废水中所含的主要污染物如表6-2 所示。
表6-2 一些工业废水中的主要污染物工业部门
废水中主要污染物
化学工业
各种盐类、Hg、As、Cd、氰化物、苯类、酚类、醛类、醇类、油类、多环芳香烃化合物等
石油化学工业
油类、有机物、硫化物
有色金属冶炼
酸、重金属Cu、Pb、Zn、Hg、Cd、As等
钢铁工业
酚、氰化物、多环芳香烃化合物、油、酸
纺织印染工业
染料、酸、碱、硫化物、各种纤维素悬浮物
制革工业
铬、硫化物、盐、硫酸、有机物
造纸工业
碱、木质素、酸、悬浮物等
采矿工业
重金属、酸、悬浮物等
火力发电
冷却水的热污染、悬浮物
核电站
放射性物质、热污染
建材工业
悬浮物
食品加工工业
有机物、细菌、病毒
机械制造工业
酸、重金属Cr、Cd、Ni、Cu、Zn等,油类
电子及仪器仪表工业
酸、重金属
三、农业生产废水农业废水包括农作物栽培、牲畜饲养、食品加工等过程排出的废水和液态废物。在农业生产方面，农药、化肥的广泛施用也对水环境、土壤环境等造成了严重的污染。
喷洒农药及施用化肥，一般只有少量附着或施用于农作物上，其余绝大部分残留在土壤和飘浮在大气中，然后通过降雨、径流和土壤渗流进入地表水或地下水，造成污染。农药是农业污染的主要方面。各种类型农药的广泛施用，使它存在于土壤、水体、大气、农作物和水生生物体中。
肉类制品(包括鸡、猪、牛、羊等)在过去的15年中产量急剧增长，随之而来的是大量的动物粪便直接排入饲养场附近水体，造成了水体污染。牲畜饲养场排出的废物也是水体中生物需氧量和大肠杆菌污染的主要来源。在杭州湾进行的一项研究发现，水体中化学耗氧量的88％来自农业，化肥和粪便中所含的大量营养物是对该水域自然生态平衡以及内陆地表水和地下水质量的最大威胁。
农业废水是造成水体污染的面源，它面广、分散、难于收集，难于治理。综合起来看，农业污染具有以下两个显著特点：（1）有机质、植物营养物质及病原微生物含量高。如中国农村牛圈所排废水生化需氧量可高达4300mg/L，是生活废水的几十倍；（2）含较高量的化肥、农药。施用农药、化肥的80％～90％均可进入水体，有机氯农药半衰期约为15年，所以参加了水循环形成全球性污染，在一般各类水体中均有其存在。
第三节 水体主要污染物凡使水体的水质、生物质、底质质量恶化的各种物质均可称为水体污染物或水污染物。根据对环境污染危害的情况不同，可将水污染物分为以下几个类别:固体污染物、生物污染物、需氧有机污染物、富营养性污染物、感官污染物、酸碱盐类污染物、有毒污染物、油类污染物、热污染物等。
1.固体污染物固体物质在水中有三种存在形态:溶解态、胶体态、悬浮态。在水质分析中，常用一定孔径的滤膜过滤的方法将固体微粒分为两部分:被滤膜截留的悬浮固体(SS－Suspended Solids)和透过滤膜的溶解性固体(DS-Dissolved Solids)，二者合称总固体(TS-Total Solids)。这时，一部分胶体包括在悬浮物内，另一部分包括在溶解性固体内。
悬浮物在水体中沉积后，会淤塞河道，危害水体底栖生物的繁殖，影响渔业生产。灌溉时，悬浮物会阻塞土壤的孔隙，不利于作物生长。大量悬浮物的存在，还干扰废水处理和回收设备的工作。在废水处理中，通常采用筛滤、沉淀等方法使悬浮物与废水分离而除去。
水中的溶解性固体主要是盐类，亦包括其它溶解的污染物。含盐量高的废水，对农业和渔业生产有不良影响。
2.生物污染物生物污染物系指废水中的致病微生物及其它有害的生物体。主要包括病毒、病菌、寄生虫卵等各种致病体。此外，废水中若生长有铁菌、硫菌、藻类、水草及贝壳类动物时，会堵塞管道、腐蚀金属及恶化水质，也属于生物污染物。
生物污染物主要来自城市生活废水、医院废水、垃圾及地面径流等方面。病原微生物的水污染危害历史最久，至今仍是危害人类健康和生命的重要水污染类型。洁净的天然水一般含细菌是很少的，病原微生物就更少，受病原微生物污染后的水体，微生物激增，其中许多是致病菌、病虫卵和病毒，他们往往与其他细菌和大肠杆菌共存，所以通常规定用细菌总数和菌指数为病原微生物污染的间接指标。
病原微生物的特点是：数量大、分布广、存活时间较长、繁殖速度很快、易产生抗药性，很难消灭。因此，此类污染物实际上通过多种途径进人人体，并在体内生存，一旦条件适合，就会引起人体疾病。
3.需氧有机污染物废水中能通过生物化学和化学作用而消耗水中溶解氧的物质，统称为需氧污染物。绝大多数的需氧污染物是有机物，无机物主要有Fe、Fe2+、S2-、SO32-、CN-等，仅占很少量的部分。因而，在水污染控制中，—般情况下需氧物即指有机物。
天然水中的有机物一般指天然的腐殖物质及水生生物的生命活动产物。生活废水、食品加工和造纸等工业废水中，含有大量的有机物，如碳水化合物、蛋白质、油脂、木质素、纤维素等。有机物的共同特点是这些物质直接进入水体后，通过微生物的生物化学作用而分解为简单的无机物质－二氧化碳和水，在分解过程中需要消耗水中的溶解氧，而在缺氧条件下污染物就发生腐败分解、恶化水质，因此常称这些有机物为需氧有机物。水体中需氧有机物越多，耗氧也越多，水质也越差，说明水体污染越严重。在一给定的水体中，大量有机物质能导致氧的近似完全的消耗，很明显对于那些需氧的生物来说，要生存是不可能的，鱼类和浮游动物在这种环境下就会死亡需氧有机物常出现在生活废水及部分工业废水中，如有机合成原料、有机酸碱、油脂类、高分子化合物、表面活性剂、生活废水等。它的来源多，排放量大，所以污染范围广。
4.富营性污染物营养性污染物是指可引起水体富营养化的物质，主要是指氮、磷等元素，其他尚有钾、硫等。此外，可生化降解的有机物、维生素类物质、热污染等也能触发或促进富营养化过程。
从农作物生长的角度看，植物营养物是宝贵的物质，但过多的营养物质进人天然水体，将使水质恶化、影响渔业的发展和危害人体健康。一般来说，水中氮和磷的浓度分别超过0.2和0.02mg/L，会促使藻类等绿色植物大量繁殖，在流动缓慢的水域聚集而形成大片的水华(在湖泊、水库)或赤潮(在海洋)；而藻类的死亡和腐化又会引起水中溶解氧的大量减少，使水质恶化，鱼类等水生生物死亡；严重时，由于某些植物及其残骸的淤塞，会导致湖泊逐渐消亡。这就是水体的营养性污染 (又称富营养化)。
水中营养物质的来源，主要来自化肥。施入农田的化肥只有一部分为农作物所吸收，其余绝大部分被农田排水和地表径流携带至地下水和河、湖中。其次，营养物来自于人、畜、禽的粪便及含磷洗涤剂。此外，食品厂、印染厂、化肥厂的染料厂、洗毛厂、制革厂、炸药厂等排出的废水中均含有大量氮、磷等营养元素。
5.感官污染物废水中能引起异色、浑浊、泡沫、恶臭等现象的物质，虽无严重危害，但能引起人们感官上的极度不快，被称为感官性污染物。对于供游览和文体活动的水体而言，感官性污染物的危害则较大。
异色、浑浊的废水主要来源于印染厂、纺织厂、造纸厂、焦化厂、煤气厂等。恶臭废水主要来源于炼油厂、石化厂、橡胶厂、制药厂、屠宰厂、皮革厂。当废水中含有表面活性物质时，在流动和曝气过程中将产生泡沫，如造纸废水、纺织废水等。
各类水质标准中，对色度、臭味、浊度、漂浮物等指标都作了相应的规定。
6.酸、碱、盐类污染物酸碱污染物主要由工业废水排放的酸碱以及酸雨带来。酸碱污染物使水体的pH值发生变化，破坏自然缓冲作用，消灭或抑制细菌及微生物的生长，妨碍水体自净，使水质恶化、土壤酸化或盐碱化。
各种生物都有自己的pH适应范围，超过该范围，就会影响其生存。对渔业水体而言，pH值不得低于6或高于9.2，当pH值为5.5时，一些鱼类就不能生存或繁殖率下降。农业灌溉用水的pH值应为4.5～8.5。此外酸性废水也对金属和混凝土材料造成腐蚀。
酸与碱往往同时进入同一水体，从pH值角度看，酸、碱污染因中和作用而自净了，但会产生各种盐类，又成了水体的新污染物。无机盐的增加能提高水的渗透压，对淡水生物、植物生长都有影响。在盐碱化地区，地面水、地下水中的盐将进—步危害土壤质量，酸、碱、盐污染造成的水的硬度的增长在某些地质条件下非常显著。
7.有毒污染物废水中能对生物引起毒性反应的物质，称为有毒污染物，简称为毒物。工业上使用的有毒化学物已经超过12000种，而且每年以500种的速度递增。毒物可引起生物急性中毒或慢性中毒，其毒性的大小与毒物的种类、浓度、作用时间、环境条件(如温度、pH值、溶解氧浓度等)、有机体的种类及健康状况等因素有关。大量有毒物质排入水体，不仅危及鱼类等水生生物的生存，而且许多有毒物质能在食物链中逐级转移、浓缩，最后进人人体，危害人的健康。
废水中的毒物可分为无机毒物、有机毒物和放射性物质等三类。
(1)无机毒物:包括金属和非金属两类。金属毒物主要为重金属(汞、镉、镍、锌、铜、锰、钴、钛、钒等)及轻金属铍。非金属毒物有砷、硒、氰化物、氟化物、硫化物、亚硝酸盐等。砷、硒因其危害特性与重金属相近，故在环境科学中常将其列入重金属范畴。重金属不能被生物所降解，其毒性以离子态存在时最为严重，故常称其为重金属离子毒物。重金属能被生物富集于体内，有时还可被生物转化为毒性更大的物质(如无机汞被转化为烷基汞)，是危害特别大的一类污染物。
(2)有机毒物:这类毒物大多是人工合成有机物，难以被生化降解，毒性很大。在环境污染中具有重要意义的有机毒物包括有机农药、多氯联苯、稠环芳香烃、芳香胺类、杂环化合物、酚类、腈类等。许多有机毒物因其“三致效应”（致畸、致突变、致癌)和蓄积作用而引起人们格外的关注。以有机氯农药为例，首先其具有很强的化学稳定性，在自然环境中的半衰期为十几年到几十年，其次它们都可通过食物链在人体内富集，危害人体健康。如DDT能蓄积于鱼脂中，浓度可比水体中高12500倍。
(3)放射性物质:放射性是指原子核衰变而释放射线的物质属性，废水中的放射性物质主要来自铀、镭等放射性金属的生产和使用过程，如核试验、核燃料再处理、原料冶炼厂等。其浓度一般较低，主要会引起慢性辐射和后期效应，如诱发癌症、对孕妇和婴儿产生损伤，引起遗传性伤害等。
8.油类污染物油类污染物包括矿物油和动植物油。它们均难溶于水，在水中常以粗分散的可浮油和细分散的乳化油等形式存在。
油污染是水体污染的重要类型之一，特别是在河口、近海水域更为突出。主要是工业排放、海上采油、石油运输船只的清洗船舱及油船意外事故的流出等造成的。漂浮在水面上的油形成一层薄膜，影响大气中氧的溶入，从而影响鱼类的生存和水体的自净作用，也干扰某些水处理设施的正常运行。油脂类污染物还能附着于土壤颗粒表面和动植物体表，影响养分的吸收和废物的排出。
9.热污染废水温度过高而引起的危害，叫做热污染。热热污染的主要危害有以下几点：
(1)由于水温升高，使水体溶解氧浓度降低，大气中的氧向水体传递的速率也减慢；另外，水温升高会导致生物耗氧速度加快，促使水体中的溶解氧更快被耗尽，水质迅速恶化，造成异色和水生生物因缺氧而死亡。
(2) 水温升高会加快藻类繁殖，从而加快水体富营养化进程。
(3) 水温升高可导致水体中的化学反应加快，使水体的物理化学性质如离子浓度、电导率、腐蚀性发生变化，从而引起管道和容器的腐蚀。
(4) 水温升高会加速细菌生长繁殖，增加后续水处理的费用。
第四节 水体污染的危害水体受到污染后，会对人体的健康，工业生产、农作物生产等都会产生许多危害和不良影响。
一、对人体健康的危害人类是地球生态系统中最高级的消费种群，环境污染对大气环境、水环境、土壤环境及生态环境的损伤和破坏最终都将以不同途径危及人类的生存环境和人体健康。各种污染物质通过饮用水、植物和动物性食物、各种工业性食品、医药用品及各种不洁的工业品使人体产生病变或损伤。
人喝了被污染的水体或吃了被水体污染的食物，就会对健康带来危害。如20世纪50年代发生在日本的水俣病事件就是工厂将含汞的废水排入水俣湾的海水中，汞进入鱼体内并产生甲基化作用形成甲基汞，使污染物毒性增加并在鱼体中积累形成很高的毒物含量，人类食用这种污染鱼类就会引起甲基汞中毒而致病。人类每年向水体排放的工业废水中含有上万吨的汞，大部分最终进人海洋，对人类健康产生的潜在的长期危害相当严重，因此汞被视为危害最大的毒性重金属污染物。
饮用水中氟含量过高，会引起牙齿珐斑及色素沉淀，严重时会引起牙齿脱落。相反含氟量过低时，会发生龋齿病等。人畜粪便等生物性污染物管理不当也会污染水体，严重时会引起细菌性肠道传染病，如伤寒、霍乱、痢疾等，也会引起某些寄生虫病。如1882年德国汉堡市由于饮水不洁，导致霍乱流行，死亡7500多人。水体中还含有一些可致癌的物质，农民常常施用了一些除草剂或杀虫剂，如苯胺、苯并芘和其它多环芳烃等，它们都可进入水体，这些污染物可以在悬浮物、底泥和水生生物体内积累，若长期饮用这样的水，就可能诱发癌症。据统计水污染引发的癌症死亡率90年代比30年前高出1.45倍。
二、对工业生产的影响水质受到污染会影响工业产品的产量和质量，造成严重的经济损失。此外,水质污染还会使工业用水的处理费用增加，并可能对设备厂房、下水道等产生腐蚀，也影响到正常的工业生产。
三、对农业、渔业生产的影响使用污染水来灌溉农田会破坏土壤，影响农作物的生长，造成减产，严重时则颗粒无收。1974年，河北农民用蓟运河水浇小麦，由于河水中含过量的有害物质，致使近5万亩小麦枯死。近些年来，由于水体污染使农民告状的案件有急剧增多的趋势，问题的严重性在于一旦土壤被污染后，就在相当长时间内难以恢复，造成土地资源的浪费。
此外，当水体受到污染后，会直接危及到水生生物的生长和繁殖，造成渔业减产。如黄河的兰州段原有18个鱼种，其中8个鱼种现已绝迹。由于水体污染也会使鱼的质量下降，据统计每年由于鱼的质量问题造成的经济损失多达300亿元。
第五节 水污染防治的目标任务与原则水污染是当今世界许多国家面临的一大环境问题，严重威胁着人类的生命健康，阻碍了经济建设的发展。因此，必须积极进行水污染防治，保护水资源和水环境。
1.水污染防治的主要目标
(1) 确保地面水和地下水源的水质，为向居民供应安全可靠的饮用水提供保证。
(2) 恢复各类水体的使用功能，为经济建设提供水资源保障，确保社会经济的可持续发展。如确保自然保护区、珍稀濒危水生动植物保护区、水产养殖区、公共浴泳区、海上娱乐体育活动区、工业用水取水区等的水质达到要求的水质标准。
(3)保证各类水体具有良好的水质，确保水生生态系统的繁荣昌盛。
2.水污染防治的主要任务
(1) 进行区域、流域或城镇的水污染防治规划，在调查分析现有水环境质量及水资源利用需求的基础上，明确水污染防治的具体任务，制订应采取的防治措施；
(2) 加强对污染源的控制，包括工业污染源，城市居民区污染源，畜禽养殖业污染源，以及农田径流等面污染源，采取有效措施减少污染源排放的污染物量。
(3) 对各类废水进行妥善的收集和处理，建立完善的排水系统及废水处理系统，使废水排入水体前达到排放标准。
(4) 加强对水环境水资源的保护，通过法律、行政、技术等一系列措施，使水环境水资源切实免受污染。
3.水污染防治的原则
20世纪60年代以来，城市废水及工业废水的排放量迅速增加，造成水体污染日益严重。特别是工业废水比例较大，带着大量有害有毒物质进入水体，经过种种方法处理之后，虽然能得到一定程度的净化，但在成本和能源上消耗巨大，效果也不理想，特别是对城市雨水径流、农田排水等面污染源还缺乏有效的控制方法，地下水的污染也成为一个突出的问题。因此，单纯采用对排放废水进行处理的方法，并不能从根本上解决水体污染问题，而应采用综合防治技术，建立综合防治体系。
水体污染的综合防治包括：人工处理和自然净化相结合；无害化处理和综合利用相结合；推行工业用水的闭路循环和区域用水循环系统，发展少废水或无废水的清洁生产工艺等。
进行水污染防治，根本的原则是将“防”“治”“管”三者结合起来，形成一个高效的综合纺织体系。
（1）“防” 是指对污染源的控制，通过有效控制使污染源排放的污染物量减少到最小。如对工业污染源，最有效的控制方法是推行清洁生产。清洁生产是指原料与能源利用率最高、废物产生量和排放量最低、对环境危害最小的生产方式与过程。它着眼于在工业生产全过程中减少污染物产生量，并要求污染物最大限度资源化。清洁生产采用的主要技术路线有改革原料选择及产品设计，以无毒无害的原料和产品代替有毒有害的原料和产品；改革生产工艺，减少对原料、水及能源的消耗；采用循环用水系统，减少废水排放量；回收利用废水中的有用成分，使废水浓度降低等。
对生活污染源，也是可以通过有效措施减少其排放量。如推广使用节水用具，提高民众节水意识，可以降低用水量，从而减少生活废水排放量。
为了有效地控制面污染源，更必须从“防”做起。提倡农田的科学施肥和农药的合理使用，可以大大减少农田中残留的化肥和农药，进而减少农田径流中所含氮、磷和农药的量。
（2）“治” 是水污染防治中不可缺少的一环。通过各种预防措施，污染源可以得到一定程度的控制，但要实现“零排放”是很困难的，或者几乎是不可能的，如生活废水的排放就不可避免。因此，必须对废水进行妥善处理，确保其在排入水体前达到国家或地方规定的排放标准。
应特别注意工业废水处理与城市废水处理的关系。工业废水中常含有酸、碱、有毒、有害物质、重金属或其他污染物等。而且在不同工业废水中所含的污染物的性质各不相同。对于这些特殊性质的废水，应在工厂内或车间内就地进行局部处理，这在技术上是容易办到的，在经济上也是比较合理的。而对于与城市废水相近的工业废水，或经局部处理后不致对城市下水道及城市废水的生物处理过程产生危害的工业废水，单独设置废水处理设施是不必要的，也是不经济的，应该优先考虑排人城市下水道与城市废水共同处理，这样做既节约费用，又提高了处理效果。
（3）“管” 是指对污染源、水体及处理设施的管理。“管”在水污染防治中也占据十分重要的地位。科学的管理包括对污染源的经常监测和管理，对废水处理厂的监测和管理，以及对水体卫生特征的监测和管理。应建立统一的管理机构，颁布有关法规，并按照经济规律办事。应分别制订出工业废水排人城市下水道的排放标准及城市废水、工业废水排入水体的排放标准。在国家标准范围内，对不同地区，应根据当地情况使标准不断完善化。
对于“管”除应注意其科学性外，在当前中国的现实状况下，更应注要做到“有法可依，有法必依；执法必严，违法必究”，加大执法力度。
第六节 水质与水质标准
一、水质与水质指标自然界中的水以及人类生活及生产活动所用的水大多不是纯水，常含有各种各样的杂质，各种污水和废水中所含有的各类杂质当然就更多了。为了定量反映水质的好坏以及水体污染的程度，以便进行环境管理和污染防治，规定了多项水质指标。通常，某项水质指标数值的大小反映了水中特定种类污染物的含量多少。
（一）水质水质，即水的品质，是指水与其中所含杂质共同表现出来的物理学、化学和生物学的综合特性。
水中所含的杂质，按其在水中的存在状态可分为三类：悬浮物质、溶解物质和胶体物质。悬浮物质是由大于分子尺寸的颗粒组成的，它们藉浮力和粘滞力悬浮于水中；溶解物质则由分子或离子组成，它们被水的分子结构所支承；胶体物质则介于悬浮物质与溶解物质之间(见图6-2)
（二）水质指标仅仅根据水中杂质的颗粒大小还远不能反映水的物理学、化学和生物学特性。通常采用水质指标来衡量水质的好坏。
水中杂质和污染物的种类会随着水的来源的不同而有很大的不同，对于某一水质，全面分析水中的所有污染物，则技术条件要求高，运用到具体的情况中难度比较大。因此，目前通常是以污染物所具有的共性以及污染影响或毒性来作为水中污染物指标。例如，常用的废水中主要污染物指标有悬浮物、有机污染物、溶解氧、酸碱度、重金属离子等。这些污染物指标在水污染控制和管理中都起着十分重要的作用。
水质指标项目繁多，可以分为三大类。
第一类，物理性水质指标，包括：
(1) 感官物理性状指标。如温度、色度、嗅和味、浑浊度、透明度等。
(2) 其他物理性状指标。如总固体、悬浮固体、溶解固体、可沉固体、电导率、电阻率等。
第二类，化学性水质指标，包括：
(1) 一般的化学性水质指标。如pH值、硬度、各种阳离子、各种阴离子、总含盐量、一般有机物质等。
(2) 有毒的化学性水质指标。如重金属、氰化物、多环芳烃、各种农药等。
(3) 有关氧平衡的水质指标。如溶解氧(DO)、化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、总需氧量(TOC)等。
第三类，生物学水质指标。包括细菌总数、总大肠菌群数、各种病原细菌、病毒等。
以下是对水污染防治工作中最常用的一些水质指标的简要说明。
1．pH值
pH值是反映污水酸碱性大小的一个指标，它对污水处理及利用以及水中生物生长繁殖都有很大影响。pH值是对氢离子浓度的一种表示方法，它表示氢离子浓度（mol/L）负对数的值，即
pH值反映水的酸碱性质，天然水体的pH一般在6～9之间，决定于水体所在环境的物理、化学和生物特性。饮用水的适宜pH应在6.5～8.5之间。生活污水一般呈弱碱性，而某些工业废水的pH值偏离中性范围很远，它们的排放会对天然水体的酸碱特性产生较大的影响。大气中的污染物质如SO2、NOx等也会影响水体的pH，但由于水体中含有各种碳酸化合物，它们一般具有一定的缓冲能力。
弱酸性的污、废水对混凝土管道有腐蚀作用,pH值还会影响水生生物和细菌的生长活动。
2．悬浮固体(简称SS－Suspended Solids)
水体中悬浮物的含量是水质污染程度的基本判断指标之一。悬浮物是指在水中呈悬浮状态的固体物质，它包括无机物和有机物，如不溶于水的淤泥、粘土、微生物等，含量用每升水样中含有多少毫克悬浮物来表示，记为毫克／升。
悬浮物是造成水质浑浊的主要原因，其浓度越高表示水质受到的污染越严重。水体被悬浮物污染后会降低光的穿透率，减弱水的光合作用，并妨碍水体的自净作用。含有大量悬浮物的废水不得直接排入天然水体，以防止悬浮物形成河底淤泥。由于悬浮物中有一部分是有机物，大量排入水体的悬浮物，在水中微生物的生化作用下，会使得溶解氧的含量大大减少，也易使得水体变黑变臭。
水中悬浮物浓度的测定方法是，将待测的水样用0.45微米的滤膜进行过滤，把过滤下来的残渣在103℃～105℃的条件下烘干后称重,最后用烘干后得到的残渣的重量与水样体积相除，就是该水样的悬浮物浓度。
水中悬浮物还可根据其挥发性能分为挥发性悬浮物和固定性悬浮物。挥发性悬浮物是指在高温条件下(通常为600℃)，将悬浮物进行灼烧而失去的重量。由于在这么高的温度下进行灼烧、有机物通常将全部被分解为二氧化碳、水蒸气和其它气体而挥发，但无机物在此温度下分解和挥发很少，因此，挥发性悬浮物这一指标可表示悬浮物中有机物的含量。灼烧后残留的悬浮物的重量则是固定性悬浮物，它代表了悬浮物中无机物的含量。可用一关系式表示为：
水中悬浮物＝水中挥发性悬浮物＋水中固定性悬浮物悬浮物包括肉服可看得见的，粒径较大的颗粒物和粒径较小的颗粒物。前者的粒径通常大于0.1微米，这些悬浮物在重力或浮力的作用下，经过一定的时间后，可与水分离。而后者的粒径比较小，粒径在0.001～0.1微米之间，这类颗粒也称为胶体颗垃。胶体颗粒在水中比较稳定，会产生丁达尔现象，不易产生沉淀。通常胶体颗粒表面都带有正电荷或负电荷，是水产生浑浊的主要原因。
3．有机污染物生活污水和工业废水中都含有大量的有机污染物，这些有机物结构比较复杂，它们主要是由碳、氢、氧、氮、硫等基本元素组成。有机污染物在水中一般不稳定，在微生物的作用下，不断进行分解，并转化为上述基本元素的无机物。这些无机物就成为植物的养料，通过植物的吸收和光合作用又成为植物的机体。
有机污染物的种类很多，用现有分析技术难以将它们准确地加以区分和定量。即使采用非常高级的分析手段，对水中每种有机物的种类和浓度进行区分和量化也是一件十分烦琐的工作。因此，为了简单起见，对水中的有机物的分析，目前采用综合指标的方法来表示。这些综合指标的基础就是考虑在微生物的作用下，如果水中存在溶解氧，微生物分解有机物就要消耗水中的溶解氧，那么就可以用水中溶解氧减少的量来间接表示水体受有机物污染的状况。常用来间接表示水中有机物污染的指标是生化需氧量(英文缩写BOD)和化学需氧量(英文缩写COD)等。只有当某些有机物具有毒性，需要加以控制时才分别测定其含量。
(1) 生化需氧量(BOD－Biochemical Oxygen Demand)
生物化学需氧量简称生化需氧量，它是一个反映水中可生物降解的含碳有机物的含量多少以及排入水体后产生耗氧影响的指标。生化需氧量不反映具体有机物的含量，只是间接地反映出能为微生物分解的有机物的总量。
生化需氧量（BOD）是表示在有氧条件下，温度为20℃时，由于微生物(主要是细菌)的活动，使单位体积污水中可降解的有机物氧化达到稳定状态时所需氧的量(mg/L)。BOD的值越高，表示需氧有机物越多。
图6-3表示了有机物在微生物作用下的氧化稳定过程。图中Oa为被微生物氧化为CO2和H2O的那部分有机物所消耗的氧量，Ob则表示微生物内源呼吸所消耗的氧量。Oa和Ob之和即BOD总量。BOD以单位体积污(废)水所消耗的氧量(mg／L)表示。
在有氧的情况下，有机物生化分解好氧的过程很长，通常分为两个阶段进行：
第一阶段(亦称碳化阶段)：主要是有机物被转化为无机的CO2、H2O和NH3的过程，碳化阶段消耗的氧量称为碳化需氧量，用BODu表示。
第二阶段(亦称硝化阶段)：主要是氨在硝化细菌作用下进一步被氧化为亚硝酸根和硝酸根的过程，硝化阶段的耗氧量称为硝化需氧量，用NODu表示。两阶段的需氧情况如图6-4所示。
由于在第一阶段有机物已基本无机化了，因此作为有机物污染的指标只需采用碳化需氧量就可反映出水体中有机物的多少（通常就称为生化需氧量BOD），而不包括硝化所需的氧量NOD。
一般有机物在20℃条件下，需要20天才能完成第一阶段的氧化分解过程，20天的生化需氧量可以BOD20表示。如此长的测定时间很难在实际工作中应用，目前世界各国均以5天（20℃）作为测定BOD的标准时间，所测得的数值以BOD5表示。对一般有机物，BOD5约为BOD20的70％。
BOD5作为有机物浓度指标，基本上反映了能被微生物氧化分解的有机物的量，较为直接、确切地说明了问题。但仍存在一些缺点：(1)当污水中含大量的难生物降解的物质时，BOD5测定误差较大；(2)反馈信息太慢，每次测定需5天，不能迅速及时指导实际工作；(3)废水中如存在抑制微生物生长繁殖的物质或不含微生物生长所需的营养时，将影响测定结果。
(2) 化学需氧量(COD-Chemical Oxygen Demand)
化学需氧量是指在规定条件下用化学氧化剂（K2Cr2O7或KMnO4）氧化分解水中有机物时，与消耗的氧化剂当量相等的氧量(mg／L)。
当氧化剂用重铬酸钾(K2Cr2O7)时，由于重铬酸钾氧化作用很强，所以能够较完全地氧化水中大部分有机物(除苯、甲苯等芳香烃类化合物以外)和无机性还原物质(但不包括硝化所需的氧量)，此时化学需氧量用CODCr，或COD表示；如采用高锰酸钾（KMnO4）作为氧化剂时，则称为高锰酸指数，写作CODMn。
与BOD5相比，CODCr能够在较短的时间内(规定为2小时)较精确地测出废水中耗氧物质的含量，不受水质限制，因此得到了广泛的应用。缺点是不能表示可被微生物氧化的有机物量，此外废水中的还原性无机物也能消耗部分氧，造成一定误差。
如果废水中各种成分相对稳定，那么COD与BOD之间应有一定的比例关系。一般说来，CODCr＞BOD20＞BOD5＞CODMn，其中BOD5／CODCr可作为废水是否适宜生化法处理的一个衡量指标。比值越大，该废水越容易被生化处理。—般认为BOD5／CODCr大于0.3的废水才适宜采用生化处理。
（3）总需氧量(TOD－Total Oxygen Demand)
有机物中的主要元素是C、H、O、N、S，在高温下燃烧后，将分别产生CO2、H2O、NO2和SO2，所消耗的氧量称为总需氧量TOD，TOD的值一般大子COD的值。
TOD的测定方法：是向氧含量已知的氧气流中注入定量的水样，并将其送入以铂为触媒的燃烧管中，在900℃高温下燃烧，水样中的有机物即被氧化，消耗掉氧气流中的氧气，剩余氧量可用电极测定并自动记录。氧气流原有氧量减去剩余氧量即得总需氧置TOD。TOD的测定仅需几分钟。
（4）总有机碳(TOC－Total Organic Carbon)
有机物都含有碳，通过测定废水中的总含碳量可以表示有机物含量。
总有机碳(TOC)的测定方法：是向氧含量已知的氧气流中通入定量的水样，并将其送入以铂为触媒的燃烧管中，在900℃高温下燃烧，用红外气体分析仪测定在燃烧过程中产生的CO2量，再折算出其中的含碳量，就是总有机碳TOC值。为排除无机碳酸盐的干扰，应先将水样酸化，再通过压缩空气吹脱水中的碳酸盐。TOC的测定时间也仅需几分钟。
4.溶解氧(DO-Dissolved Oxygen)
溶解氧是指溶解于1升水中的分子氧的含量，用毫克(氧)／升表示。它是衡量水体污染程度的重要指标，是水环境监测中必不可少的一项指标。在没有污染的水体中，溶解氧是处于饱和状态的。例如，一个大气压下，温度为0℃的淡水中溶解氧的含量是10毫克／升，海水中的溶解氧含量约为淡水溶解氧含量的80%。
溶解氧是鱼类等水生生物和好氧微生物生存生长的基本条件，当溶解氧的含量低于4.0毫克／升时，鱼类等水生生物就难以生存。水被有机物所污染后，在有氧的条件下，好氧微生物能降解有机物，同时消耗水中的溶解氧，当水生植物的光合作用和大气向水体中补充氧的速度小于好氧微生物消耗氧的速度时，水体中的溶解氧的含量就会变得很少，水体逐渐发臭，变黑。因此，水体中溶解氧的含量越少，表明水体受污染的程度越高。
5.氮、磷等植物性营养物质氮、磷等物质主要来自于人、动物的排泄物，以及一些工厂排放的废水中(如化肥厂、食品厂所排出的废水中均含有氮、磷)，属植物性营养物质，是造成水体富营养化现象的主要因素之一。针对氮、磷的污染问题我国制定了严格的排放规定。如从1998年开始，城市污水处理厂磷的排放量不得超过1.0毫克／升。此外，对各工业企业污水中磷的排放也作出了相应的规定。
6.有毒物质废水中的毒物可分为无机毒物、有机毒物和放射性物质等三类。大量有毒物质排入水体，将危及鱼类等水生生物的生长以及人类的健康。在各类水质标准中，对主要毒物均规定了浓度限值。
7.大肠菌群数大肠菌群数是污水水质分析中常用的细菌学指标，用每升水中的大肠菌群数表示。大肠菌群包括大肠杆菌等几种大量存在于人体肠道中的细菌，因此粪便中大量存在大肠菌群。在一般情况下，大肠菌群属于非致病菌。如在水样中检测出大肠菌群，表明水被粪便所污染。由于水致传染病菌和病毒的生长环境与大肠菌群基本相同，而对水致传染病菌和病毒的检测又比较困难，因此通常用大肠菌群作为间接的检测指标。如果水中的大肠菌群数超过规定的指标，就认为这些水中可能含有水致传染病菌和病毒，如人体直接接触这些水就可能会被传染上疾病。
二、水质标准水质标准是为了控制水污染、保障人体健康、维护生态平衡、保护和合理利用水资源而对各种水的质量所制定的技术规范。按照水质标准的性质和适用范围之不同，水质标准大致可划分为用水水质标准、废水排放标准、水的环境质量标准等三类。
1,用水水质标准
（1）生活饮用水水质标准饮用水直接关系到人民的日常生活和身体健康，保证供给人民安全卫生的饮用水，是水环境保护的根本目的。制定生活饮用水水质标准的主要原则是：①卫生上安全可靠，饮用水中不应含有各种病源微生物和寄生虫卵；②水中的化学成分应对人体无害，不应对人体健康产生不良影响或对人体感官产生不良刺激；③使用时不致造成其他不良影响，如过高的硬度导致水垢的形成等。
生活饮用水水质标准是根据长期积累的经验制定的，它综合地反映了水质与健康的关系，饮用习惯及因地制宜等因素。由于各国的生活水平、饮用习惯和气候条件不尽相同，各国的生活饮用水标准也有差异。世界卫生组织(WHO)曾颁布了饮用水水质标准（见表6-3），对各项化学成分规定了允许限度、极端限度和最大限度三个浓度值。目前很多国家的饮用水标准都已超过了这个国际标准，表6-4是我国1985年颁布的《生活饮用水卫生标准》(GB5749－85)。
（2）工业用水水质标准工业用水种类繁多，水质要求各不相同。各行业都相继制定了工业用水标准，并不断修订完善。水质要求高的工业用水，不仅要去除水中悬浮杂质和胶体杂质，而且还需要不同程度地去除水中的溶解杂质。
食品、酿造及饮料工业的原料用水，水质要求基本上同生活饮用水，但在不同产品的生产中，都会有些不同的特殊要求。
纺织、造纸工业用水，要求水质清澈，且对易于在产品上产生斑点的杂质含量，提出了严格的限制，如铁、锰及水的硬度超过一定量会使织物或纸张产生锈斑或钙斑。
对锅炉补给水水质的基本要求是，凡能导致锅炉、给水系统及其它热力设备腐蚀、结垢及引起汽水共腾现象的各种杂质都应大部或全部去除。锅炉压力和构造不同，水质要求也不同。锅炉压力愈高，水质要求也愈高。如低压锅炉(压力小于2.45MPa)主要应限制给水中的钙、镁离子含量，溶解氧及pH值。
2,水环境质量标准为了保障人体健康、维护生态平衡、保护水资源，根据国家环境政策目标，对各种水体规定了水质要求。我国已颁布的水环境质量标准主要有地面水环境质量标准(GB3838－88)和海水水质标准(GB3097－82)。
地面水环境质量标准将标准项目划分为基本项目和特定项目。基本项目适用于全国江河、湖泊、运河、渠道、水库等水域，是满足地面水各类使用功能和生态环境质量要求的基本项目。特定项目适用于特定地面水域对特定污染物的控制，是对基本项目的补充指标。该标准依据地面水域使用的目的和保护目标将其划分为五类：
Ⅰ类：主要适用于源头水、国家自然保护区；
Ⅱ类：主要适用于集中式生活饮用水水源地一级保护区、珍贵鱼类保护区、鱼虾产卵场；
Ⅲ类：主要适用于集中式生活饮用水水源地二级保护区、一般鱼类保护区及游泳区；
Ⅳ类：主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区；
Ⅴ类：主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。
表6-5给出了该标准对地面水质的基木要求。
3,废水排放标准为了保护水环境质量，控制水污染，除了规定地面水体中各类有害物质的允许标准值之外，还必须对各类污染源排放出的污染物的允许浓度作出规定。废水排放标准就是根据水环境质量标准的要求，并考虑技术经济的可能性和环境特点，对排入环境的污染物数量或浓度所做的限量规定。
国家颁布的废水排放标准分综合和行业部门两种，两者不交叉执行，有的地区还制定了严于国家排放标准的地方标准。
我国1996年发布的《污水综合排放标准》（GB8978－1996）根据污染物的毒性及其对人体、动植物和水环境的影响分为两大类。
第一类污染物系指能在环境或动植物体内蓄积，对人体健康产生长远不良影响者。对此类污染物，不分其排放的方式和方向，也不分受纳水体的功能级别，一律执行严格的标准值，并规定含此类污染物的废水一律在车间或车间处理设施的排放口取样检测，其最高允许排放浓度必须符合表6-6的规定。
第二类污染物的长远影响小于第一类，规定的采样点为排污单位排放口，其最高允许排放浓度执行表6-7的规定(1998年1月1日后建设的单位)。标准的分级是按受纳水体的使用功能要求和废水排放去向而划分的：
(1)特殊保护水域，指国家GB3838－88《地面水环境质量标准》中的I、Ⅱ类水域，不得新建排污口，现有的排污单位要从严控制，以保证受纳水体的水质符合规定用途的水质标准。
(2)重点保护水域，指国家GB3838－88Ⅲ类水域和《海水水质标准》Ⅱ类水域，如集中式生活饮用水水源地二级保护区、一般经济渔业水域、重要风景游览区等，对排入本区水域的废水执行一级标准。
(3)一般保护水域，指国家GB3838－88中的Ⅳ、Ⅴ类水域和《海水水质标准》Ⅲ类水域，如一般工业用水区、景观用水区及农业用水区、港口和海洋开发作业区，排入本区水域的废水执行二级标准。
(4)对排入城镇下水道并进入二级污水处理厂进行生物处理的废水执行三级标准；而对排入未设置二级污水处理厂的城镇下水道的废水，则必须根据下水道出水受纳水体的功能要求按(2)和(3)条的规定，分别执行一级或二级标准。
复习思考题
1. 水资源开发利用中存在的问题是什么？
2. 水体污染的主要来源有哪些？各种污染源的特点是什么？
3. 水体中的主要污染物有哪些？
4. 水污染防治的目标、任务和原则是什么?
5. 何谓富营养化?
6. 说明生化需氧量的基本概念，解释第一、第二阶段生化需氧量。
7. COD和BOD的作用有何异同，数值大小有何关系、意义?
8. 制定水质标准的意义是什么？有哪些水质标准？
