三、水体自净

污染物排入江河或其他水域后,经过扩散、稀释、沉淀、氧化、受微生物的作用而分解等,使水体基本上或完全恢复到原来的状态,这个过程称为水体自净。水体的自净能力是有限的,如果排入水体的污染物数量超过某一界限,将造成水体的永久性污染,这一界限称为水体的自净容量或水环境容量。

1. 水体自净作用的方式

水体的自净作用按其发生机理可分为物理净化、化学净化和生物净化三类。

(1)物理净化

物理净化指污染物通过稀释、扩散、淋洗、挥发、沉降等作用降低浓度而减轻危害程度。污水或污染物排入水体后,可沉性固体逐渐沉至水底形成污泥,悬浮体、胶体和溶解性污染物则因混合稀释而逐渐降低浓度。污水稀释的程度用稀释比表示。对河流来说,即参与混合的河水流量与污水流量之比。污水排入河流须经相当长的距离才能达到完全混合,因此这一比值是变化的。达到完全混合的时间受许多因素的影响,主要有稀释比、河流水文条件、污水排放口的位置和型式。在湖泊、水库、海洋中,影响污水稀释的因素还要加上水流方向、风向、风力、水温和潮汐等。

(2)化学净化

化学净化指有害污染物在地理环境中通过氧化和还原、化合和分解、吸附、凝聚、交换、络合等化学反应,转化为无害或危害程度减轻。化学净化过程中化学反应的产生和进行取决于污水和水体的具体状况。影响环境化学净化的环境因素主要有温度、酸碱度(pH)、氧化还原电位(Eh)等。温度升高可加速化学反应,所以温热环境的自净能力比寒冷环境强。在酸性环境中有害的金属离子活性强,利于迁移,对人体和生物界危害大;碱性环境中金属离子易形成氢氧化物沉淀而利于净化。

(3)生物净化

生物净化指通过生物的吸收、降解作用使地理环境中有害物质含量降低和消失。生物净化能力的大小除取决于生物的种类外,还与环境的水热条件和供氧状况有关。在温暖、湿润、养料充足、供氧良好的环境中,植物吸收净化能力和好氧微生物的降解净化能力强。例如,在20~40℃、pH值为6~9、养料充分、空气充足的条件下,好氧微生物繁殖旺盛,能将水中各种有机物迅速地分解,氧化转化成CO2、H2O、硫酸盐、磷酸盐和硝酸盐等,使水体净化。

水体自净的三种机制往往是同时发生,并相互交织在一起。哪一方面起主导作用取决于污染物性质和水体的水文学和生物学特征。

水体污染恶化过程和水体自净过程是同时产生和存在的。但在某一水体的部分区域或一定的时间内,两种过程的主次地位在一定的条件下可相互转化,但总有一种过程是相对主要的、决定着水体污染总特征。如距污水排放口近的水域,往往总是表现为污染恶化过程,形成严重污染区。在下游水域,则以污染净化过程为主,形成轻度污染区,再向下游最后恢复到原来水体质量状态。所以,当污染物排入清洁水体之后,水体一般呈现三个不同水质区,即水质恶化区、水质恢复区和水质清洁区。

2. 水体自净过程的特征

水体自净过程的主要特征有:

①污染物浓度逐渐下降;

②一些有毒污染物可经各种物理、化学和生物作用,转变为低毒或无毒物质;

③重金属污染物以溶解态被吸附或转变为不溶性化合物,沉淀后进入底泥;

④部分复杂有机物被微生物利用和分解,变成二氧化碳和水;

⑤不稳定污染物转变成稳定的化合物;

⑥自净过程初期,水中溶解氧含量急剧下降,到达最低点后又缓慢上升,逐渐恢复至正常水平;

⑦随着自净过程及有毒物质浓度或数量的下降,生物种类和个体数量逐渐回升,最终趋于正常的生物分布。

3. 水体自净作用的场所

水体的自净作用按其发生场所可分为四类:

①水中的自净作用 污染物质在天然水中的稀释、扩散、氧化、还原或生物化学分解等。

②水与大气间的自净作用 天然水中某些有害气体的挥发释放和氧气溶入等。

③水与底质间的自净作用 天然水中悬浮物质的沉淀和污染物被底质吸附等。

④底质中的自净作用 底质中微生物的作用使底质中有机污染物发生分解等。

天然水体的自净作用包含着十分广泛的内容,它们同时存在、同时发生并相互影响。