目前水资源出现严重的危机,主要表现在两个方面,一是供水不足,淡水资源短缺;二是水源严重污染。全世界淡水储量占水资源总储量的2.53%,但这其中可供人类利用的淡水仅占总淡水量的0.2%,包括了地下浅层淡水、湖泊淡水以及河床水等。从理论上讲,地球上的水资源总量应该是保持平衡不变的,其开采、补给、消耗和恢复都是遵从一定的规律循环不止。但是由于各地区的水文气象条件差异较大、时间和空间上分布不均,更由于城市化、工业化集中用水量猛增,导致了许多国家和地区水资源供求出现矛盾,河流干涸、湖泊面积减小、水体容量减小的现象屡见不鲜。另一方面,人类活动所排放的大量污染物,如生活污水、工业废水以及农业灌溉所使用的化肥和农药等都会在一定程度上造成水源的严重污染。
(1)水体污染的特征值
颜色。纯净水是无色透明的,天然水经常呈现一定的颜色。它主要来源于植物的叶、皮、根、腐殖质、可溶性无机矿物质和泥沙等。工业废水排入水体后,水色变得极为复杂。水的颜色越深说明有机污染物等含量越高。
浊度。浊度主要是由胶体或细小的悬浮物所引起的,不仅沉积速度慢而且很难沉积。由生活污水中的铁和锰的氢氧化物引起的浊度十分有害。浊度对鱼类不一定有直接危害,但是由于浊度可减少太阳光的辐射强度,致使生物在河流中的生活能力降低。
温度。我国规定饮用水不超过15°,地表水在10°~20°间。天然地表水的温度,随季节在0~35℃范围内变化。由于排放的废水使得水体温度上升达到40℃以上,即可造成热污染。
悬浮物。悬浮物是由各种废水排入水体而引起的。悬浮物影响鱼类的生长,能截断光线,降低水体中藻类的光合作用,减缓水底活性,导致河底部动植物窒息,使水体同化能力降低。
pH值。pH值是反映水的酸碱性强弱的指标。
泡沫。水体中泡沫多由表面活性剂引起。泡沫妨碍水的外观,还可降低氧气吸收率,从而降低水体自身的净化能力。
有毒物质。有毒物质是指其达到一定浓度后,对人体健康、水生生物的生长造成危害的物质。由于这类物质的危害较大,因此有毒物质含量是污水排放、水体监测和污水处理中的重要指标。有毒物质种类繁多,其中,氰化物和砷化物及重金属中的汞、镉、铬、铅激腔,是国际公认的六大毒物。
大肠菌群落数。大肠菌群落数是指单位体积水中所含大肠菌数目,单位为个/L,是常用的细菌学指标。
水体有机物。水中有机物种类繁多,组分复杂,尺度小,分布范围广,但往往含量很低,有的只有痕量。因此常采用间接的方法即某些综合指标来表示水中有机物的相对含量。常用的综合指标有:生化需氧量、化学需氧量、高锰酸盐指数(耗氧量)、总有机碳、总明段衫需氧量、活性炭氯仿提取物、紫外吸收值等。有时挥发性悬浮固体、嗅阈值等水质指标也能粗略反映水中有机物质含量的多少。但是,随着各种合成有机物的种类日益增多,特别是它们燃弊当中不少是有毒、有害,甚至是致癌、致畸、致突变性的;同时也由于仪器分析技术的进步,逐渐加强了对一些重点有机物的测定。
化学耗氧量(COD)。化学需氧量和高锰酸盐指数统称耗氧量或化学耗氧量。其定义是:在一定条件下,水中有机物被外加强氧化剂作用时所消耗的氧量。根据所用强氧化剂的不同,分别称为重铬酸钾耗氧量(习惯上称为化学需氧量)、高锰酸钾耗氧量(习惯上称为耗氧量,又称为高锰酸盐指数)。
化学需氧量(CODCr)。反映了水中受还原性物质污染的程度,这些物质包括有机物、亚硝酸盐、硫化物等,但一般水和废水中无机还原性物质的数量不大,而被有机物污染是很普遍的,因此可作为有机物质相对含量的综合性指标。
生化需氧量(BOD)。在有溶解氧的条件下,水中可分解的有机物由于好氧微生物的作用被氧化分解为无机物,该过程所需的氧量称为生化需氧量。与其他类似的水质指标(化学需氧量和高锰酸盐指数)相比,生化需氧量更接近于天然条件下,有机物质进入水体后的氧化分解实际情况。所以,采用生化需氧量作为反映水体有机物量的综合性指标更有意义。
总有机碳(TOC)。总有机碳是水中有机物总量的综合指标。在高温条件下使有机物中的碳转变为CO2后,根据测定的CO2浓度计算其含量,以碳的浓度表示。在测定时可将有机物几乎全部氧化,因此TOC比BOD或COD更能表示有机物的总量,常用于评价水体中有机物污染程度。
总需氧量(TOD)。指水中的还原性物质(主要是有机物质)在高温燃烧中变成稳定的氧化物时所需要的氧量,结果以O2计。总需氧量反映几乎全部有机物完全氧化时所需的氧量,比BOD,COD和高锰酸盐指数都更为接近于理论的需氧量值。TOD和TOC的比值可以提供水中有机物种类的大致信息。
活性炭氯仿提取物(CCE)。当有机物在水中的含量很低时,难于用生化需氧量、化学需氧量或高锰酸盐指数等水质指标进行测定,但大都能被活性炭吸附以及氯仿萃取,因此活性炭、氯仿提取物可用来作为有机物含量的另一项综合性指标。
紫外吸收值。水中多数有机物,尤其是不饱和烃和芳香族化合物在波长220~260nm处有强烈的吸收峰,可根据水样在253.7nm处的紫外吸收值(UVA)来确定有机物含量。这个相对指标,对于比较同一来源的废水或污染水较方便。
(2)水体污染的来源向水体排放污染物和释放能量的源都属污染源,主要来源于工业废水、含有农业污染物的地面径流和生活废水。另外,固体废物渗漏和大气污染物沉降也造成对水体的交叉污染。
工业中不同行业产生的废水中所含污染物的成分有很大差异。表2.1为主要工矿业排入水体中的有毒污染物。工业污染源向水体排放的废水具有量大、面广、成分复杂、毒性大、不易净化、处理难等特点,是需要重点治理的污染源。
表2.1主要工矿业排入水体中的有毒污染物
表2.1主要工矿业排入水体中的有毒污染物
农业污染源包括农业牲畜粪便、污水、污物、农药、化肥、用于灌溉的城市污水、工业污水等。由于农田施用化学农药和化肥,灌溉后经雨水将农药和化肥带入水体造成农药污染或富营养化,使灌溉区、河流、水库、地下水出现污染。此外,由于地质溶解作用以及降水淋洗也会使诸多污染物进入水体。农业污染源的特点是面广、分散、难于收集、难于治理,含有机质、植物营养素及病原微生物较高。
生活污染源主要指居民聚集地区和商业区产生的生活污水。主要是洗涤水、冲刷所产生的污水。所含主要污染物为无机物、耗氧有机物及少量重金属离子。
(3)水体污染现状
从世界各国的情况来看,属于经济合作与发展组织(OECD)的发达国家生活和工业污水一般得到了有效控制,但污染物泄漏和污染事故仍有发生,有时造成严重危害。在发展中国家,工业和生活污水排放量不断增长,大多数未经处理就直接排放。同时化肥和农药需求的日益增长和不合理使用,使农业的地表径流污染也发展成为一个比较严重的问题,成为湖泊等地表水体富营养化的一个重要来源。
据2009年环境状况公报,全国地表水污染依然较重。七大水系总体为轻度污染,浙闽区河流为轻度污染,西北诸河为轻度污染,西南诸河水质良好,湖泊(水库)富营养化问题突出。
长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河和辽河七大水系总体为轻度污染。203条河流408个地表水国控监测断面中,Ⅰ~Ⅲ类、Ⅳ~Ⅴ类和劣Ⅴ类水质的断面比例分别为57.3%,24.3%和18.4%。主要污染指标为高锰酸盐指数、五日生化需氧量和氨氮。其中,珠江、长江水质良好,松花江、淮河为轻度污染,黄河、辽河为中度污染,海河为重度污染。
26个国控重点湖泊(水库)中,满足Ⅱ类水质的1个,占3.9%;Ⅲ类的5个,占19.2%;Ⅳ类的6个,占23.1%;Ⅴ类的5个,占19.2%;劣Ⅴ类的9个,占34.6%。主要污染指标为总氮和总磷。营养状态为重度富营养的1个,占3.8%;中度富营养的2个,占7.7%;轻度富营养的8个,占30.8%;其他均为中营养,占57.7%。
其他大型淡水湖泊监测的9个重点国控大型淡水湖泊中,洱海、镜泊湖和博斯腾湖为Ⅲ类水质,鄱阳湖和南四湖为Ⅳ类水质,洞庭湖为Ⅴ类水质,达赉湖、白洋淀和洪泽湖为劣Ⅴ类水质。各湖主要污染指标为总氮和总磷。与上年相比,镜泊湖水质好转,洱海水质变差,其他大型淡水湖水质无明显变化。
南四湖、洞庭湖、洱海、镜泊湖和博斯腾湖为中营养状态,白洋淀、洪泽湖和鄱阳湖为轻度富营养状态,达赉湖为中度富营养状态。
监测的9座大型水库中,密云水库(北京)为Ⅱ类水质,董铺水库(安徽)和千岛湖(浙江)为Ⅲ类水质,松花湖(吉林)和丹江口水库(湖北、河南)为Ⅳ类水质,于桥水库(天津)和大伙房水库(辽宁)为Ⅴ类水质,崂山水库(山东)和门楼水库(山东)为劣Ⅴ类水质。各水库主要污染指标为总氮。与上年相比,千岛湖和松花湖水质好转,其他7座大型水库水质无明显变化。
经对北京、辽宁、吉林、上海、江苏、海南、宁夏和广东8个省(自治区、直辖市)641眼井的水质监测,水质适用于各种使用用途的Ⅰ~Ⅱ类监测井占评价监测井总数的2.3%,适合集中式生活饮用水水源及工农业用水的Ⅲ类监测井占23.9%,适合除饮用外其他用途的Ⅳ~Ⅴ类监测井占73.8%。主要污染指标是总硬度、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、铁和锰等。
2009年,全国202个城市的地下水水质以良好—较差为主,深层地下水质量普遍优于浅层地下水,开采程度低的地区优于开采程度高的地区。总体来看,全国地下水水质状况较上年变化不大,水质总体呈恶化趋势或好转趋势的分布较为分散。
2009年,全国重点城市共监测397个集中式饮用水源地,其中地表水源地244个,地下水源地153个。监测结果表明,重点城市年取水总量为217.6亿吨,达标水量为158.8亿吨,占73.0%;不达标水量为58.8亿吨,占27.0%。