爱华网水体污染
地球表面上水的覆盖面积约占四分之三。水是宝贵的自然资源，是人类生活、动植物生长和工农业生产不可缺少的物质。水是一切生命机体的组成物质，是生命发生、发育和繁衍的源泉。水是生物体新陈代谢的一种介质，生物从外界环境中吸收养分，通过水将各种养分物质输送到机体的各个部分，又通过水将代谢产物排出机体之外，因此水是联系生物体的营养过程和代谢过程的纽带，水参与了一系列的生理生化反应，维持着生命的活力。水还对生物体起着散发热量、调节体温的作用。水是人体（以及各种生物体）中含量最多的一种物质，约占体重的三分之二。每人每天约需5L水，没有水就没有生命。
生产和生活用水，基本上都是淡水。地球上全部地面和地下的淡水量总和仅占总水量的0.63％。随着社会发展和人们生活水平的提高，生产和生活用水量在不断上升。
人类年用水量已近4万亿立方米，全球有60％的陆地面积淡水供应不足，近20亿人饮用水短缺。联合国早在1977年就向全世界发出警告：水源不久将成为继石油危机之后的另一个更为严重的全球性危机。近年来多种渠道的报导都在告诫我们人类面临水源危机。据估计，全球对水的需求，每20年将增加一倍，但水的供应却不会以这种速度增加。目前拥有世界人口40％的约80个国家正面临水源不足，并使其农业、工业和人民的健康受到威胁。
人类不但需水量大，且随着工农业的迅速发展和人口增长，排放的废污水量也急剧增加，使许多江、河、湖、水库，甚至地下水等都遭受不同程度的污染，使水质下降。而水质的优劣直接关系到工农业生产能否正常进行，关系到水生生物的生长，更关系到人体的健康，因此，水质的优劣极为重要。
天然水可分为降水、地表水和地下水三大类。天然水体又是江、河、湖、海等水体的总称。所有的天然水体总是要和外界环境密切接触，它在运动过程中，会将接触到的大气、土壤、岩石等所含多种物质挟持或溶入，使自身成为极其复杂的体系。大多数天然水体的pH值为3～9，其中河水pH值为4～7，海水pH值为7.7～8.3。天然水体中通常含有三大类物质，即悬浮物质、胶体物质和溶解物质，如表4－2所列。
1 水的物理、化学性质
水的化学式为H2O。纯水是一种无味无色的液体。天然水多呈浅蓝绿色。水是氧的氢化物，与同周期的同族的一些元素的氢化物（如H2S，CH4等）相比，水的许多物理常数均表现出“异常”。如水的生成热很高，所以其热稳定性很大，在2000K的高温下离解度不足百分之一。水的冰点为0℃（273 15K），沸点为100℃（373.15K），所以在常温下，水为液态。
温度改变时，水的体积变化也不寻常，它在0～4℃范围内，一反“热胀冷缩”的普遍规律，而是在4℃时密度最大，高于或低于此温度时，密度都较小，因此当水结冰时，体积反而胀大而变轻，所以冰浮在水面上。水的这一特性，对自然界水下生命的保护有着十分重要的意义，当冬季河流、湖泊冰封水面时，反而保护了水下生物的生存。在一般液体物质中，除汞以外，水具有的表面张力最大。植物通过水的毛细管作用获得水分及养分，土壤也是通过毛细管作用来保持水分的。
水的特殊的理化性质，是与水分子的极性分不开的。在H2O分子中，两个O－H键间的键角为104.5°，因此H2O分子是一个极性分子。由于氢键的存在，冰和水具有很多不寻常的性质。H2O分子中每个氢原子都参与形成氢键，使H2O分子之间构成一个四面体向的骨架结构。每一个氧原子周围有4个氢原子，其中2个H是与O共价结合，另外2个H离得稍远，通过氢键与O键合，由此形成一个有很多“空洞”的结构，从而使冰的密度小于水，所以冰浮于水面。当冰在冰点溶化时，部分氢键被破坏，冰的骨架结构总体崩溃而变成水，但这时液态水中仍有大量氢键存在。
温度升高，上述平衡向吸热方向移动，即向左移动，缔合程度减少，在到达水的沸点时只有少数的缔合水分子。温度降低，平衡右移，水的缔合作用增大。水在4℃时的缔合作用最大，即此温度下，这些H2O分子堆积最紧密，此时水的摩尔体积最小（1.0008 mol·cm-3），故窟度最大。破坏水分子的缔合结构时，要消耗较多的能量，故冰的熔化热、熔点、水的比热、沸点及冷化热等性质和其他元素的氢化物相比，都高得多。
2 水体污染问题
主要指由于人类的各种活动排放的污染物进入河流、湖泊、海洋或地下水等水体中，使水和水体的物理、化学性质发生变化而降低了水体的使用价值。水体污染会严重危害人体健康，据世界卫生组织报导，全世界75％左右的疾病与水有关。常见的伤寒、霍乱、胃炎、痢疾和传染性肝炎等疾病的发生与传播都和直接饮用污染水有关。
水体污染有两类：一类是自然污染，另一类是人为污染，而后者是主要的。自然污染主要是自然因素所造成，如特殊地质条件使某些地区有某些或某种化学元素的大量富集，天然植物在腐烂过程中产生某种毒物，以及降雨淋洗大气和地面后挟带各种物质流入水体，都会影响该地区的水质。人为污染是人类生活和生产活动中产生的废污水对水体的污染，包括生活污水、工业废水、农田排水和矿山排水等。此外，废渣和垃圾倾倒在水中或岸边，或堆积在土地上，经降雨淋洗流入水体，都能造成污染。
排入水体的污染物种类繁多，分类方法各异。一般可按污染物组成分为无机污染物、有机污染物和农药污染物等，见表4－3。
酸性或碱性物质进入水体使水的pH值发生变化，酸、碱在水体中可彼此中和，也可分别和地表物质发生反应生成无机盐类，由此引起水体中酸、碱、盐浓度超过正常量使水质变坏的现象称水体的酸碱盐污染。
水体中的酸主要来源于冶金、金属加工的酸性工序、制酸厂、农药厂、人造纤维等工厂的废酸水以及进入水体的酸雨等，碱主要来源于印染、制药、炼油、碱法造纸等工业污水。
我国渔业用水的标准对淡水域规定pH值为6.5～8.5，海水为7.0～8.5；农田灌溉用水标准为pH值为5.1～8.5。当水体长期受酸碱污染，就会使水体不能维持正常的pH范围，既影响水生生物的正常活动，造成水生生物的种群发生变化，导致鱼类减少，又会破坏土壤的性质，影响农作物的生长，还会腐蚀船舶、水上建筑等。
3 有毒无机污染物
主要是指汞（Hg）、镉（Cd）、铅（Pb）等重金属和砷（As）的化合物以及氰根离子（CN-）、亚硝酸根离子（NO2-）等。它们对人类及生态系统可产生直接的损害或长期积累性损害。
4 重金属化合物污染
污染的特点是因其某些化合物的生产与应用的广泛，在局部地区可能出现高浓度污染。另外，重金属污染物一般具有潜在危害性。它们与有机污染物不同，水中的微生物难于使之分解消除（可称为降解作用），经过“虾吃浮游生物，小鱼吃虾，大鱼吃小鱼”的水中食物链被富集，浓度逐级加大。
而人正处于食物链的终端，通过食物或饮水，将有毒物摄入人体。若这些有毒物不易排泄，将会在人体内积蓄，引起慢性中毒。在生物体内的某些重金属又可被微生物转化为毒性更大的有机化合物（如无机汞可转化为有机汞）。
例如众所周知的水俣病就是由所食鱼中含有氯化甲基汞引起的，骨痛病则由镉污染引起的。这些震惊世界的公害事件都是工厂排放的污水中含有这些重金属所致。重金属污染物的毒害不仅与其摄入机体内的数量有关，而且与其存在形态有密切关系，不同形态的同种重金属化合物其毒性可以有很大差异。
如烷基汞的毒性明显大于二价汞离子的无机盐；砷的化合物中三氧化二砷（As2O3，砒霜）毒性最大；钡盐中的硫酸钡（BaSO4）因其溶解度小而无毒性；BaCO4虽难溶于水，但能溶于胃酸（HCl），所以和氯化钡（BaCl2）一样有毒。
无机污染物中的氰化物的毒性是很强的，氰化物以各种形式存在水中，人中毒后，会造成呼吸困难，全身细胞缺氧，导致窒息死亡。氰化物主要来自各种含氰化物的工业废水，如电镀废水、煤气厂废水，炼焦炼油厂和有色金属冶炼厂等的废水。
5 有毒有机污染物
主要包括有机氯农药、多氯联苯、多环芳烃、高分子聚合物（塑料、人造纤维、合成橡胶）、染料等类有机化合物。它们的共同特点是大多数为难降解有机物，或持久性有机物。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，可造成人体慢性中毒、致癌、致畸等生理危害。
随着现代化石油化学工业的高速发展，产生了很多原来自然界没有的、难分解的、有剧毒的有机化合物，这些化合物有合成洗涤剂、有机氯农药等。例如对环境危害极大的有机氯农药，其特点是毒性大，化学性质稳定，残留时间长，且易溶于脂肪、蓄积性强而在水生生物体内富集，其浓度可达水中的数十万倍，不仅影响水生生物的繁衍，且通过食物链危害人体健康。这类农药国外早已禁用，我国从1983年开始也已停止生产和限制使用。
多氯联苯（PCB）是联苯分子中一部分或全部氢被氯取代后所形成的各种异构体混合物的总称。PCB有剧毒，脂溶性强，易被生物吸收，且具有化学性质很稳定，不易燃烧，强酸、强碱、氧化剂都难以将其分解，耐热性高，绝缘性好，蒸气压低，难挥发等特性。所以PCB作为绝缘油、润滑油、添加剂等，被广泛用于变压器、电容器，以及各种塑料、树脂、橡胶等工业，因此PCB也存在于这些工业的废水中而被排入水体。PCB在天然水和生物体内都很难降解，是一种很稳定的环境污染物。
近年来石油对水体的污染也十分严重，特别是海湾及近海水域。石油对水体污染的主要污染物是各种烃类化合物－－烷烃、环烷烃、芳香烃等。在石油的开采、炼制、贮运、使用过程中，原油和各种石油制品进入环境而造成污染，其中包括通过河流排入海洋的废油、船舶排放和事故溢油、海底油田泄漏和井喷事故等等。当前，石油对海洋的污染已成为世界性的环境问题。1991年发生的海湾战争，人为地使大量原油从科威特的艾哈迈迪油港流入波斯湾，这是最大的一次石油污染海洋事件，它将带来难以估量的恶果。
石油或其制品进入海洋等水域后，对水体质量有很大影响，这不仅是因为石油中的各种成分都有一定的毒性，还因为它具有破坏生物的正常生活环境，造成生物机能障碍的物理作用。石油比水轻又不溶于水，覆盖在水面上形成薄膜层，既阻碍了大气中氧在水中的溶解，又因油膜的生物分解和自身的氧化作用，会消耗水中大量的溶解氧，致使海水缺氧，同时因石油覆盖或堵塞生物的表面和微细结构，抑制了生物的正常运动，且阻碍小动物正常摄取食物，呼吸等活动。如油膜会堵塞鱼的鳃部，使鱼呼吸困难，甚至引起鱼类死亡。若以含油的污水灌田，也会因油膜粘附在农作物上而使其枯死。
6 耗氧有机物的污染
水体污染物中有一类属于耗氧有机物，它们是来自于城市生活污水及食品、造纸、印染等工业废水中含有的大量碳氢化合物、蛋白质、脂肪、纤维素等有机物质，本身无
毒性，但在分解时需消耗水中的溶解氧，故称为耗氧（或需氧）有机物。
天然水体中溶解氧含量一般为5～10mg·L-1。当大量耗氧有机物排入水体后，使水中溶解氧急剧减少，水体出现恶臭，破坏水生生态系统，对渔业生产的影响甚大。这类物质对水体的污染程度，可间接地用单位体积水中耗氧有机物生化分解过程所消耗的氧量（以mg·L-1为单位），即生物化学需氧量（BOD）来表示。一般用水温在25℃时5天的生化需氧量（BOD5）作为指标，用以反映耗氧有机物质的含量与水体污染的关系，一般情况下，水体中BOD5低于3mg·L-1时，水质较好。BOD5量愈高，表明溶解氧消耗就愈多，水质就愈差。因此，BOD5达到7.5 mg·L-1时，水质不好；大于10mg·L-1时，表明水质很差，鱼类已不能存活。
7 水体的富营养化
污水中除大部分是含碳的有机物外，还包括含氮、磷的化合物及其他一些物质，它们是植物生长、发育的养料，称为植物营养素。过多的植物营养素进入水体后，也会恶化水质、影响渔业生产和危害人体健康。含氮的有机物中最普遍的是蛋白质，含磷的有机物主要有洗涤剂等。
蛋白质在水中的分解过程是：蛋白质→氨基酸→胺及氨。随着蛋白质的分解，氮的有机化合物不断减少，而氮的无机化合物不断增加。此时氨（NH3）在微生物作用下，可进一步被氧化成亚硝酸盐，进而氧化成硝酸盐，其过程为：
第一步：氨被氧化成亚硝酸盐
第二步：亚硝酸盐被氧化成硝酸盐
这样，复杂的有机氮化合物就会变成无机硝酸盐。大量的硝酸盐会使水体中生物营养元素增多。对流动的水体来说，当生物营养元素多时，因其可随水流而稀释，一般影响不大。但在湖泊、水库、内海、海湾、河口等地区的水体，水流缓慢，停留时间长，既适于植物营养元素的积累，又适于水生植物的繁殖，这就引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖。当这些水体中植物营养物质积聚到一定程度后，水体过分肥沃，藻类繁殖特别迅速，使水生生态系统遭到破坏，这种现象称为水体的富营养化。
水体出现富营养化现象时，浮游生物大量繁殖，因占优势的浮游生物的颜色不同，水面往往呈现蓝色、红色、棕色等。这种现象在江河、湖泊中称为水华，在海洋上则称为赤潮。这些藻类有恶臭，有的还有毒，表面有一层胶质膜，鱼不能食用。藻类聚集在水体上层，一方面发生光合作用，放出大量氧气，使水体表层的溶解氧达到过饱和；另一方面藻类遮蔽了阳光，使底生植物因光合作用受到阻碍而死去。
这些在水体底部的死亡的藻类尸体和底生植物在厌氧条件下腐烂、分解，又将氮、磷等植物营养元素重新释放到水中，再供藻类利用。这样周而复始，就形成了植物营养元素在水体中的物质循环，使它们可以长期存在于水体中。富营养化水体的上层处于溶解氧过饱和状态，下层处于缺氧状态，底层则处于厌氧状态，显然对鱼类生长不利，在藻类大量繁殖的季节，会造成大量鱼类的死亡。同时，大量藻类尸体沉积水体底部，会使水深逐渐变浅，年深月久，这些湖泊、水库等水体会演变成沼泽，引起水体生态系统的变化，如图4－6所示。
因此，水体的富营养化亦是水体遭受污染的一种很值得注意并应给予足够重视的严重现象。
人类排泄物（粪便、尿液）中的含氮化合物也会对水环境，特别是对地下水产生污染。进入水体的排泄物是十分复杂的有机氮化合物，由于水中微生物的分解作用，逐渐转变成较简单的化合物，即由蛋白质分解成肽、氨基酸等，最后产生氨。在这种降解过程中有机氮化合物不断减少，而无机氮化合物则不断增加。若处于无氧环境，最终产物是氨；若有氧存在则氨会进一步被氧化转变成亚硝酸盐与硝酸盐。亚硝胺类化合物已是世界公认的具有危害性的一类环境化学致癌物质。
硝酸盐、亚硝酸盐与二级胺（仲胺）是亚硝胺的前体。环境中的氨基化合物可以通过微生物的代谢活动产生二级胺。因此，人的排泄物对地下水产生的氮污染问题不容忽视。为保护地下水环境，既要对居民的排泄物进行处理，也要对养猪场等的建设和三废排放处理等作合理规划，更重要的是积极开展地下水环境的氮污染治理与预防方法的研究。
8 表面活性剂的危害
生活中洗涤剂的使用对水质的影响也不可忽视。肥皂和洗涤剂是日常生活中不可缺少的洗涤用品。肥皂为脂肪酸钠、钾或铵盐，而合成洗涤剂的主要成分是表面活性剂。利用氢氧化钠水溶液与脂肪（油脂）混合加热搅拌，进行皂化反应后就生成羧酸钠盐及甘油：
有机酸的钠盐是肥皂或香皂的主要成分。
肥皂能去垢，是因为它具有一个离子端和一个很长的非极性的烃链。肥皂的离子端和分子一样是具有极性的，能溶于水；而烃链和脂肪一样，是非极性的，憎水而能溶于脂肪。污垢通常是通过一层薄油膜附在衣物上。由于油在水里不溶解，所以无法用水直接洗去油膜，而离子端能溶于水，肥皂就在水和油垢之间起了偶联的作用，离子端又和水紧紧相连，这样油垢就被带走了。但肥皂也有其缺点，在硬水中会生成难溶于水的脂肪酸钙和镁盐，或在酸性水中能生成难溶于水的脂肪酸而丧失去垢力。
合成的洗涤剂分子中就同时具有亲水基团和憎水基团，如烷基苯磺酸钠，它的结构为：
在此分子中，R通常是一个很长的烃链。它和硬水中的离子形成的烷基苯磺酸盐能溶于水，因而优于肥皂。但这种化合物若具有支链，则不能被微生物降解，在水体里形成泡沫也会造成水体污染。为消除这种现象，又合成了能被微生物降解的去垢剂，如线型烷基苯磺酸钠，其结构为：
这些表面活性剂就是合成洗涤剂的主要成分。
日用洗涤剂中一般加有辅助剂，其中有聚磷酸盐（如三聚磷酸钠Na5P3O10）、硫酸钠、碳酸钠、羧基甲基纤维素钠、荧光增白剂、香料等，有时还加入蛋白质分解酶。这些辅助剂的加入能改善洗涤剂的功能。三聚磷酸盐占洗涤剂质量的50％左右，其作用是与水中钙、镁、铁等离子形成配合物，防止产生沉淀，使水软化，进一步增强洗涤剂的洗涤效率，也能使洗涤水有适当的酸碱度，以减少对皮肤的刺激；硫酸钠（Na2SO4）含量约占洗涤剂的20％，其作用是促使污垢自衣物表面脱落并不再行附着；在洗涤剂组成中占3％～10％的碳酸钠（Na2CO3）的作用是使洗脱的污垢在水中溶解或悬浮及防锈；羧基甲基纤维素钠占0.05％～ 0.1％，它能使油垢凝聚，悬浮水中，特别是能防止污垢再沉积在洗涤的衣物上；荧光增白剂含量为 0.1％，洗涤衣物时被织物吸收后有增强洗涤衣服洁白感的效果；蛋白质分解酶的作用是使蛋白质污垢分解以便消除；香料用量一般为0.05％～0.1％。
洗涤剂使用后的洗涤污水会给环境带来影响甚至危害。洗涤剂进入人体的途径主要是由饮水、食物污染，通过消化道进入人体内，其次是皮肤接触吸收。因表面活性剂本身对人体皮肤就有一定的刺激作用，若排入水中会使鱼类中毒，当其在水体中含量达到10mg·L-1时，会引起鱼类死亡和水稻减产。另外，由于合成洗涤剂本身就是一种有机物分子，在水中可进行生物降解，分解的最终产物是CO2和Na2SO4。
由于在分解过程中要消耗水中的溶解氧，使水中含氧量降低，同时当洗涤剂在水体中含量达 0.5mg·L-1时，水中会漂浮起泡沫，这种泡沫覆盖水面也降低了水的复氧速度和程度，这必然会影响水生生物及鱼类的生存。而洗涤剂中含量高的辅助剂磷酸盐随着洗涤污水汇同人类尿等生活污水中的N，C等一起排入水域中，使水中浮游生物繁殖所需的的N，P等营养元素增加，造成前面讨论过的湖泊、海湾的水体富营养化现象，使水区环境恶化。如今水体中磷的含量约有一半来自人的生活使用的合成洗涤剂。所以，减少洗涤剂中的含磷量是防止水体发生富营养化、保护水质的重要措施。
9 卤代烃的危害
最后，我们要特别指出的是水的氯化消毒处理造成对水的污染问题。氯化消毒是多年来广泛采用的饮水消毒法，后又用于污水处理和造纸工业的制浆漂白等工程。但从70年代以来，人们发现氯化处理会使水中所含的腐殖质（如食物渣滓和浮游生物）等多种有机物发生变化，形成对人体健康有害的卤代烃（如三氯甲烷CHCl3）。这些含氯的有机物中很多是有毒的，有的具有致癌、致畸、致突变作用。这个事实提醒人们，采取某种化学方法处理生产或生活过程中的问题时，不仅要考虑暂时的经济效益和社会效益，同时还要考虑它对生态环境和人体健康的潜在的长远的影响。
