2.1 水体污染的来源
造成天然水体污染的原因是多方面的,按照污染物进入水体的方式,可以分为陆域污染物、大气降落污染物、水体内源污染物三类。
2.1.1 陆域污染物
(1)工业废水。
工业企业在生产过程中排出的生产废水、废液等统称为工业废水。工业废水所含的杂质包括生产废料、残渣以及部分原料、产品、半成品、副产品等,成分极其复杂,含量变化也很大,不同生产条件,甚至不同时间的水质也可有很大不同。每种工业废水都是多种杂质和若干项指标的综合体系,构成最复杂的水质系统,其水质特征及数量随工业类型而异。
造纸、纺织、印染、制革、食品加工等轻工业部门,在生产过程中,常排出大量的废水,如生产1t纸浆要排出300m3以上废水。其废水含有大量的有机物质,在水中降解时消耗大量的溶解氧,而且还含有大量悬浮物、硫化物和重金属,易引起水体发黑变臭等现象。
化学工业排出的废水中含有多种有毒物或剧毒物质,如氰、酚、砷、汞等。有的物质不易降解,且能在生物体内积累,如DDT、多氯联苯等。有的为致癌物质,如多环芳烃和氮杂环化合物。有机化合物降解时,需要消耗大量的溶解氧,因此这类废水的化学耗氧量(COD)和生化需氧量(BOD5)特别高,有的高达几万毫克每升。
核工业排出的废水中主要是热污染和放射性物质污染,它们是否会对受纳水体环境和生物造成污染和伤害已经逐渐成为人们关注的重要问题。
由于同一种工业企业可以同时排出数种不同性质的污水,而一种污水又可有不同的杂质和不同的污染效应,因此,工业废水的明确分类是很困难的。按照工业废水含有机、无机物成分的特性,大致可将其分为三大类:含无机物的废水,包括冶金、建材、化工无机酸碱生产等的废水;含有机物的废水,包括食品工业、塑料工业、炼油和石油化工以及皮毛工业的废水等;兼含无机物和有机物的废水,如炼焦化学厂、氮肥厂、合成橡胶厂、制药厂、皮毛厂、人造纤维厂和皮革厂等排出的废水。
(2)生活污水。
生活污水是指居民在日常生活中所产生的废水,主要包括生活废料和人的排泄物,包括厨房洗涤、沐浴、洗衣等废水以及冲洗厕所等污水,其来源除家庭生活污水外,还有各种集体单位和公用事业等排出的污水。废水的成分及其变化取决于居民的生活状况、生活水平及生活习惯。污染物的浓度则与用水量有关。
生活污水中所含固体物质约占总质量的0.1%~0.2%,而溶解性固体和悬浮固体可占污水中固体物质总量的90%以上,主要成分为无机盐和有机物质。生活污水水质较稳定,但浑浊、色深且具有恶臭,呈微碱性,一般不含有毒物质。
生活污水中悬浮杂质有泥沙、矿物废料和各种有机物(包括人及牲畜的排泄物、食物和蔬菜残渣等),以及胶体和高分子物质(包括有淀粉、纤维素、脂肪、蛋白质、油类、肥皂及洗涤剂等);无机盐类有磷酸盐、硫酸盐、氯化物等;溶解物质则有各种含氮化合物。在厌氧细菌条件下,易产生有恶臭的物质,如硫化氢、硫醇等。生活污水中有机成分包括糖类、氨基酸和非挥发性有机酸、醇、醛、酮等,均为可溶性物质,因此,生活污水适于各种微生物生长繁殖,所以往往含有大量的细菌、病毒和寄生虫卵。
(3)农田退水。
通过输送渗漏、落干排水、田间渗漏等方式进入地表或地下水体的农业用水回归水,统称农田退水。农业用水量通常比工业用水量大得多,但利用率很低,灌溉用水中的50%以上要经过农田排水系统或其他途径排泄。随着农药、化肥施用量的日益增加,大量残留在土壤里、漂浮于大气中或溶解于水田里的农药和化肥,通过灌溉排水和降雨径流的冲刷进入地表或地下水体,形成面源污染。农业退水是造成天然水体农药污染及水体富营养化作用的来源。从长江水质监测实践中得知,在雨季和农田耕作繁忙季节中,长江水中的有机氯农药含量往往上升,约为枯水期和农闲时节的2倍以上。此外,现代农业和畜牧业的发展,特别是大型饲养场的增加,会使各类农业废弃物排放量增加,给天然水体增加污染负荷。
(4)固体废弃物。
生产、生活过程中的固体废弃物含有大量易溶于水或可在水中发生反应的物质,若处置不当落水,造成水体病原菌、需氧有机物等急剧增加,会对受纳水体水质造成严重污染。例如,冶金、煤炭、火力发电等一些工矿企业把工业废弃物随意堆积于河滩、湖边、海滨或者直接倾入水中形成水体污染;居民生活垃圾、商业垃圾和市政垃圾任意堆积在岸边,在汛期可能被水流冲洗,造成水体污染;大型土建工程的施工破坏了地表植被和土壤,水土流失使大量泥沙及土壤有机质进入水体,不仅影响河势稳定,而且可能因土壤中某些污染物的溶解或沉降造成水体污染。
2.1.2 大气降落污染物
工农业生产以及矿物燃料的燃烧等产生的大气污染物,通过沉降作用进入水体,是水污染的主要来源之一。悬浮在大气中的固态和液态颗粒物总称为大气气溶胶。大气气溶胶中含有有机与无机的污染物,可通过大气湿沉降和干沉降两种途径进入水体。通过雨、雪等各种形式降水作用而使气溶胶从大气中迁移到水体的过程称为大气湿沉降过程;而将与降雨、降雪过程无关的气溶胶从大气转移到水体的过程称为大气干沉降过程。气溶胶的化学成分复杂,其颗粒可以作为大气中的反应表面或催化剂,以及很多气相物质的接收体。这或许是水中氮、磷等常量营养盐、铁等微量物质以及一些重金属的重要来源。
总之,大气污染物可以在湿沉降和(或)在干沉降过程中,溶解于水和被降水携带至地面水体中,造成水体污染。如酸雨、湖泊酸化等,致使水生系统遭受破坏,就是由于大气中酸性污染物溶于水中生产酸性降水造成的。
2.1.3 水体内源污染物
河流、湖泊及海洋中的底泥沉积污染物,在适宜的环境条件下,会向水体释放,可造成水体富营养化,严重时可通过生物富集对生物体产生较强的毒害作用。底泥中的主要污染物有重金属、营养元素、持续性有机污染物(POPs)。POPs具有难降解、生物富积、强致癌性、生殖毒性和抑制免疫效应等特性,而且极易吸附于悬浮颗粒物上,通过大气沉降回到地表水体或土壤,进入河道、湖泊或海洋,并最终在底泥中大量积累。近年来,国内外的很多港湾、河流、湖泊等水体底泥均被检测到不同程度二恶英类POPs污染。含有这些毒性物质的底泥能直接对水生生物造成毒性影响,同时又能通过食物链的生物富集方式间接对人体健康和其他生物产生潜在威胁。
船舶污染物排放会直接造成水体的污染。船舶上人员的厨房污水、洗漱用水和粪便排泄用水等,统称为船舶生活污水。这些污水中含有大量的无机氮、磷酸盐、有机物和少量的油类,长期排放,使港池海水富营养化,容易引发赤潮。除生活污水外,水体油污染是船舶内源污染的重要方面,主要来自于船舶作业、码头作业、修船作业排放的含油废水,以及船舶自身的压载水、机舱水和洗舱水。其中,洗舱水含油量约为3%,排放后对水体污染较大。此外,还有油轮和非油轮碰撞、触礁等事故溢油,也会造成水体油污染。
此外,水产养殖也会造成水体的污染。研究表明,集约化养殖水体营养水平较高,无论是池塘养殖或网箱养殖,投饵引起的环境污染和危害相当严重,很容易引起水体的富营养化。特别是养殖过程中输入水体的氮、磷和颗粒物有相当比例沉积在底泥里,而富集在底泥里的这些污染物,在一定条件下又会重新释放出来,成为水体富营养化的重要内源污染。另一方面,残饵和排泄物在底质堆积,又促使微生物活动的加强,增加了氧的消耗,在缺氧条件下加速了脱氮和硫还原反应,产生H2S和NH3等有毒物质,导致水质的恶化。