水體物理自凈簡(jiǎn)介

學(xué)科：環(huán)境科學(xué)

詞目：水體物理自凈

英文：physical natural-purification of water body

釋文：水體物理自凈是由稀釋、擴(kuò)散、混合、揮發(fā)和沉淀等物理作用，而使?jié)舛冉档偷淖詢暨^程。其作用機(jī)理是：可沉性固體經(jīng)沉降逐漸沉至水底形成污泥；懸浮物、膠體和溶解性污染物混合稀釋濃度降低等。影響水體稀釋混合的因素有：稀釋比（污水可被稀釋的程度）；河流的水文條件；污水排放口的位置和形式；湖泊、海洋中的水流方向、風(fēng)向和風(fēng)力、水溫潮汐等。經(jīng)過物理凈化，水體中污染物得到初步自凈。在污水處理和污水總量控制中應(yīng)用物理凈化作用，合理規(guī)劃，可節(jié)省財(cái)力物力。

水體中的污染物在沒有人工凈化的措施的情況下，其濃度隨著時(shí)間和空間的推移而逐漸降低，逐漸恢復(fù)原有水質(zhì)的過程即成為水的自凈。實(shí)際上，水體自凈化可以看作是污染物在水中的遷移、轉(zhuǎn)化和衰減變化的過程。

水體自凈化可有如下過程：

（1） 物理自凈--由于水的湍流、渦流、擴(kuò)散、揮發(fā)、沉淀、過濾而使水凈化的過程。

（2） 物理化學(xué)凈化--通過溶解氧的作用，水體內(nèi)發(fā)生氧化、還原、化合、分解、中和、絡(luò)合、螯合、吸附、凝聚等使水體自凈化的過程。

（3） 生物凈化--通過水體中的微生物對(duì)污染物的消解作用，使水體得到凈化的過程。

水體自凈主要通過三方面作用來實(shí)現(xiàn)。廣義的是指受污染的水體由于物理、化學(xué)、生物等方面的作用，使污染物濃度逐漸降低，經(jīng)一段時(shí)間后恢復(fù)到受污染前的狀態(tài); 狹義的是指水體中微生物氧化分解有機(jī)污染物而使水質(zhì)凈化的作用。 影響水體自凈過程的因素很多，主要有：河流、湖泊、海洋等水體的地形和水文條件; 水中微生物的種類和數(shù)量;水溫和復(fù)氧(大氣中的氧接觸水面溶入水體)狀況;污染物的性質(zhì)和濃度等。水體自凈機(jī)理包括沉淀、稀釋、混合等物理過程以及生物化學(xué)過程。各種過程同時(shí)發(fā)生，相互影響，并相互交織進(jìn)行。一般說來，物理和生物化學(xué)過程在水體自凈中占主要地位。水體的自凈能力是有一定限度的，與其環(huán)境容量有關(guān)。水體自凈是一種資源，合理而充分利用水體自凈能力，可減輕人工處理污染的負(fù)擔(dān)，并據(jù)此安排生產(chǎn)力布局以最經(jīng)濟(jì)的方法控制和治理污染源。

水體自凈物理作用

物理作用包括可沉性固體逐漸下沉，懸浮物、膠體和溶解性污染物稀釋混合，濃度逐漸降低。其中稀釋作用是一項(xiàng)重要的物理凈化過程。

水體自凈化學(xué)作用

污染物質(zhì)由于氧化、還原、酸堿反應(yīng)、分解、化合、吸附和凝聚等作用而使污染物質(zhì)的存在形態(tài)發(fā)生變化和濃度降低?；瘜W(xué)自凈是指水體中的污染物質(zhì)通過氧化 、還原、中和、吸附、凝聚等反應(yīng)，使其濃度降低的過程。影響這種自凈能力的因素有污染物質(zhì)的形態(tài)和化學(xué)性質(zhì)水體的溫度、氧化還原電位、酸堿度等。水體中化學(xué)自凈能力的強(qiáng)弱，主要從以下3個(gè)方面反映出來。

一是反映在DO的含量水平上。在化學(xué)自凈過程中，作為水體氧化劑DO，其含量高低能夠衡量水體自凈能力的強(qiáng)弱，因?yàn)镈O的含量不僅直接影響水生生物的新陳代謝和生長(zhǎng)，還直接影響水體中有機(jī)物的分解速率及物質(zhì)循環(huán)。若水體中的DO含量高,既對(duì)水生生物的繁殖生長(zhǎng)起促進(jìn)作用，又能加快有機(jī)物的分解速度，使生態(tài)中的物質(zhì)循環(huán)，尤其是氮的循環(huán)達(dá)到最佳循環(huán)效果，提高水體的自凈能力。大清河河口區(qū)水體的 DO含量極低，因而水體中有機(jī)物的氧化分解速度緩慢，有機(jī)物的大量積累，河口區(qū)水環(huán)境質(zhì)量下降，直接影響水生生物的繁殖和生長(zhǎng)。

二是反映在有機(jī)污染物的氧化分解能力上。COD是反映水體有機(jī)污染程度的一個(gè)重要指標(biāo)，其含量的高低能夠體現(xiàn)水體質(zhì)量的好壞。大清河河口區(qū)水體中的COD和BOD₅含量高，一方面表明該水體的有機(jī)污染比較嚴(yán)重，另一方面則表明該水體自凈能力較差，缺乏將復(fù)雜組分的有機(jī)物分解成簡(jiǎn)單組分無機(jī)化合物的環(huán)境能。

三是反映在營(yíng)養(yǎng)鹽的形態(tài)轉(zhuǎn)化和消減程度上。在化學(xué)自凈過程中，三態(tài)無機(jī)氮的含量變化能夠反映水體自凈能力的強(qiáng)弱。這是因?yàn)楣I(yè)廢水和生活污水中含有大量的含氮有機(jī)物，在水體溶解氧充分的條件下，好氧細(xì)菌能把有機(jī)物徹底分解成二氧化碳、水及硝酸鹽等穩(wěn)定性化合物。但若水體中含氮有機(jī)物過量時(shí)，水體沒有能力把全部有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，而只能轉(zhuǎn)化到某一階段，如氨或亞硝酸鹽。因此硝酸鹽、亞硝酸鹽和氨氮的含量及比例能夠很好體現(xiàn)水體的自凈能力。大清河河口區(qū)水體中氨氮的含量很高，但是亞硝酸鹽和硝酸鹽含量很低，說明大清河河口區(qū)水體的污染負(fù)荷已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了其自凈能力。另外，沉積物向上覆水體釋放大量有機(jī)物 ，也是導(dǎo)致該水域氨氮含量始終維持較高含量的直接原因。

水體自凈生物作用

由于各種生物（藻類、微生物等）的活動(dòng)特別是微生物對(duì)水中有機(jī)物的氧化分解作用使污染物降解。它在水體自凈中起非常重要的作用。水體中的污染物的沉淀、稀釋、混合等物理過程，氧化還原、分解化合、吸附凝聚等化學(xué)和物理化學(xué)過程以及生物化學(xué)過程等，往往是同時(shí)發(fā)生，相互影響，并相互交織進(jìn)行。一般說來，物理和生物化學(xué)過程在水體自凈中占主要地位。生物自凈是指進(jìn)入水體的污染物，經(jīng)過水生生物降解和吸收作用，使其濃度降低或轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害物質(zhì)的過程 。生物凈化過程進(jìn)行的快慢和程度與污染物的性質(zhì)和數(shù)量 、（微）生物種類及水體溫度、供氧狀況等條件有關(guān) 。大清河河口區(qū)水體污染嚴(yán)重，水體中 DO含量很低 ,而且氨化作用較強(qiáng)，微生物生長(zhǎng)繁殖受到抑制，水體中微生物僅以氨化細(xì)菌等兼性細(xì)菌或厭氧細(xì)菌為主。河道兩側(cè)幾乎都是人工硬化堤岸，且水體富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重，高等水生植物的繁殖和生長(zhǎng)困難，河口區(qū)水生生物的種類和數(shù)量均很少。

廢水或污染物一旦進(jìn)入水體后，就開始了自凈過程。該過程由弱到強(qiáng)，直到趨于恒定，使水質(zhì)逐漸恢復(fù)到正常水平。全過程的特征是：

1）進(jìn)入水體中的污染物，在連續(xù)的自凈過程中，總的趨勢(shì)是濃度逐漸下降。

2）大多數(shù)有毒污染物經(jīng)各種物理、化學(xué)和生物作用，轉(zhuǎn)變?yōu)榈投净驘o毒化合物。

3）重金屬一類污染物，從溶解狀態(tài)被吸附或轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗苄曰衔铮恋砗筮M(jìn)入底泥。

4）復(fù)雜的有機(jī)物，如碳水化合物，脂肪和蛋白質(zhì)等，不論在溶解氧富?；蛉毖鯒l件下，都能被微生物利用和分解。先降解為較簡(jiǎn)單的有機(jī)物，再進(jìn)一步分解為二氧化碳和水。

5）不穩(wěn)定的污染物在自凈過程中轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的化合物。如氨轉(zhuǎn)變?yōu)閬喯跛猁}，再氧化為硝酸鹽。

6）在自凈過程的初期，水中溶解氧數(shù)量急劇下降，到達(dá)最低點(diǎn)后又緩慢上升，逐漸恢復(fù)到正常水平。

7）進(jìn)入水體的大量污染物，如果是有毒的，則生物不能棲息，如不逃避就要死亡，水中生物種類和個(gè)體數(shù)量就要隨之大量減少。隨著自凈過程的進(jìn)行，有毒物質(zhì)濃度或數(shù)量下降，生物種類和個(gè)體數(shù)量也逐漸隨之回升，最終趨于正常的生物分布。進(jìn)入水體的大量污染物中，如果含有機(jī)物過高，那么微生物就可以利用豐富的有機(jī)物為食料而迅速的繁殖，溶解氧隨之減少。隨著自凈過程的進(jìn)行，使纖毛蟲之類的原生動(dòng)物有條件取食于細(xì)菌，則細(xì)菌數(shù)量又隨之減少；而纖毛蟲又被輪蟲、甲殼類吞食，使后者成為優(yōu)勢(shì)種群。有機(jī)物分解所生成的大量無機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分，如氮、磷等，使藻類生長(zhǎng)旺盛，藻類旺盛又使魚、貝類動(dòng)物隨之繁殖起來。