水體自凈化影響因素

水體的自凈能力是有限的，如果排入水體的污染物數(shù)量超過(guò)某一界限時(shí)，將造成水體的永久性污染，這一界限稱為水體的自凈容量或水環(huán)境容量。影響水體自凈的因素很多，其中主要因素有：受納水體的地理、水文條件、微生物的種類(lèi)與數(shù)量、水溫、復(fù)氧能力以及水體和污染物的組成、污染物濃度等。

水體自凈化水文要素

流速、流量直接影響到移流強(qiáng)度和紊動(dòng)擴(kuò)散強(qiáng)度。流速和流量大，不僅水體中污染物濃度稀釋擴(kuò)散能力隨之加強(qiáng)，而且水汽界面上的氣體交換速度也隨之增大。河流中流速和流量有明顯的季節(jié)變化，洪水季節(jié)，流速和流量大，有利于自凈；枯水季節(jié)，流速和流量小，給自凈帶來(lái)不利。

河流中含沙量的多少與水中某些污染物質(zhì)濃度有一定關(guān)系。例如，研究發(fā)現(xiàn)中國(guó)黃河含沙量與含砷量呈正相關(guān)關(guān)系。這是因?yàn)槟嗌愁w粒對(duì)砷有強(qiáng)烈的吸附作用。一旦河水澄清，含砷量就大為減少。

水溫不僅直接影響到水體中污染物質(zhì)的化學(xué)轉(zhuǎn)化的速度，而且能通過(guò)影響水體中微生物的活動(dòng)對(duì)生物化學(xué)降解速度產(chǎn)生影響，隨著水溫的增加，BOD（生物耗氧量）的降低速度明顯加快。但水溫高卻不利于水體富氧。深潭-急流-沙（河）灘是天然河道的一種基本結(jié)構(gòu)單元，分析認(rèn)為，深潭-急流-沙（河）灘系統(tǒng)由于結(jié)構(gòu)單元不同的環(huán)境異質(zhì)性，水體的自凈作用會(huì)增強(qiáng)。對(duì)其進(jìn)行采樣分析，測(cè)定其水質(zhì)指標(biāo)，檢驗(yàn)典型自然河道形態(tài)結(jié)構(gòu)對(duì)水體自凈的影響，為河流生態(tài)修復(fù)提供理論依據(jù)。結(jié)果表明：赤水河深潭水體中總氮、硝酸鹽氮、氨氮濃度大于急流，而溶解氧BOD₅、COD、總磷濃度表現(xiàn)為急流大于深潭。方差分析表明，深潭-急流總氮、BOD₅濃度在枯水期和豐水期均差異不顯著，枯水期深潭-急流硝酸鹽氮、氨氮、溶解氧、總磷濃度差異極顯著（P<0.01, n=9），豐水期深潭-急流硝酸鹽氮、氨氮、溶解氧、總磷濃度差異均不顯著。就采樣時(shí)期來(lái)看，總氮、硝酸鹽氮、氨氮、溶解氧、BOD₅、COD濃度均表現(xiàn)為枯水期大于豐水期，而總磷濃度表現(xiàn)為豐水期大于枯水期。以上結(jié)果表明，水體在經(jīng)過(guò)深潭-急流-沙（河）灘這一結(jié)構(gòu)單元時(shí)水質(zhì)會(huì)有差異，河流中不斷重復(fù)出現(xiàn)的深潭-急流-沙（河）灘系統(tǒng)能有效的改善河流水質(zhì)，提高水體的自凈能力。

水體自凈化太陽(yáng)輻射

太陽(yáng)輻射對(duì)水體自凈作用有直接影響和間接影響兩個(gè)方面。直接影響指太陽(yáng)輻射能使水中污染物質(zhì)產(chǎn)生光轉(zhuǎn)化；間接影響指可以引起水溫變化和促進(jìn)浮游植物及水生植物進(jìn)行光合作用。太陽(yáng)輻射對(duì)水深小的河流的自凈作用的影響比對(duì)水深大的河流大。

水體自凈化底質(zhì)

底質(zhì)能富集某些污染物質(zhì)。河水與河床基巖和沉積物也有一定物質(zhì)交換過(guò)程。這兩方面都可能對(duì)河流的自凈作用產(chǎn)生影響。例如河底若有鉻鐵礦露頭，則河水中含鉻可能較高；又如汞易被吸附在泥沙上，隨之沉淀而在底泥中累積，雖較穩(wěn)定，但在水與底泥界面上存在十分緩慢的釋放過(guò)程，使汞重新回到河水中，所謂形成二次污染。此外，底質(zhì)不同，底棲生物的種類(lèi)和數(shù)量不同，對(duì)水體自凈作用的影響也不同。以松木片、透水磚、釉面瓷磚、礫石、生態(tài)磚、干砌石、漿砌石和蜂巢格賓為研究對(duì)象，結(jié)合室內(nèi)模擬和野外觀測(cè)，定量研究了河岸河床材料對(duì)河流自凈能力的影響，并從微生物的生物量、多樣性和酶活性三方面，探討了產(chǎn)生這種影響的內(nèi)在機(jī)理。

水體自凈化水生物和水中微生物

水中微生物對(duì)污染物有生物降解作用。某些水生物對(duì)污染物有富集作用，這兩方面都能減低水中污染物的濃度。因此，若水體中能分解污染物質(zhì)的微生物和能富集污染物質(zhì)的的水生物品種多、數(shù)量大，對(duì)水體自凈過(guò)程較為有利。

水體自凈化污染物的性質(zhì)和濃度

易于化學(xué)降解、光轉(zhuǎn)化和生物降解的污染物顯然最容易得以自凈。例如酚和氰，由于它們易揮發(fā)和氧化分解，而又能為泥沙和底泥吸附，因此在水體中較易凈化。難于化學(xué)講解、光轉(zhuǎn)化和生物降解的污染物也難在水體中的得以自凈。例如合成洗滌劑、有機(jī)農(nóng)藥等化學(xué)穩(wěn)定性級(jí)高的合成有機(jī)化合物，在自然狀態(tài)下需十年以上的時(shí)間才能完全分解，它們以水流作為載體，逐漸蔓延，不斷積累，成為全球性污染的代表性物質(zhì)。水體中某些重金屬類(lèi)污染物可能對(duì)微生物有害，從而降低了生物降解能力。

廢水或污染物一旦進(jìn)入水體后，就開(kāi)始了自凈過(guò)程。該過(guò)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(guò)程的特征是：

1）進(jìn)入水體中的污染物，在連續(xù)的自凈過(guò)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(wú)毒化合物。

3）重金屬一類(lèi)污染物，從溶解狀態(tài)被吸附或轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗苄曰衔?，沉淀后進(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，不論在溶解氧富裕或缺氧條件下，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(guò)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(guò)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(lèi)和個(gè)體數(shù)量就要隨之大量減少。隨著自凈過(guò)程的進(jìn)行，有毒物質(zhì)濃度或數(shù)量下降，生物種類(lèi)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(guò)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(guò)程的進(jìn)行，使纖毛蟲(chóng)之類(lèi)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(chóng)又被輪蟲(chóng)、甲殼類(lèi)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(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分，如氮、磷等，使藻類(lèi)生長(zhǎng)旺盛，藻類(lèi)旺盛又使魚(yú)、貝類(lèi)動(dòng)物隨之繁殖起來(lái)。

從機(jī)制方面講可以將水體自凈分為物理自凈、化學(xué)自凈、生物自凈三類(lèi)。他們往往是同時(shí)發(fā)生而又相互影響的。

水體自凈化物理自凈化

物理自凈作用主要指的是污染物在水體中的混合稀釋和自然沉淀過(guò)程。沉淀作用指的是排入水體的污染物中含有微小的顆粒，如顆粒態(tài)的重金屬、蟲(chóng)卵等由于流速較小而逐漸沉入水底。污染物沉淀對(duì)水質(zhì)來(lái)說(shuō)是凈化，但對(duì)底泥來(lái)說(shuō)則污染物反而增加?；旌舷♂屪饔弥荒芙档退形廴疚锏臐舛龋荒軠p少其總量。水體的混合稀釋作用主要由紊動(dòng)擴(kuò)散作用、推流作用和離散作用引起。

水體自凈化化學(xué)自凈化

氧化還原反應(yīng)是水體化學(xué)凈化的重要作用。流動(dòng)的水流通過(guò)水面波浪不斷將大氣中的氧氣溶入，氧化其中的污染物，如某些重金屬離子可因氧化而生成難溶物（如鐵、錳等）而沉降析出；硫化物可氧化為硫代硫酸鹽而被凈化。還原作用對(duì)水體凈化也有作用，但這類(lèi)反應(yīng)多在微生物作用下進(jìn)行。因天然水體接近中性，左右酸堿反應(yīng)在水體中的作用不大。天然水體中含有各種各樣的膠體，如硅、鋁、鐵等的氫氧化物、黏土顆粒和腐殖質(zhì)等，由于有些微粒具有較大的表面積，另有一些物質(zhì)本身就是凝聚劑，這就是天然水體所具有的混凝沉淀做用，從而使有些污染物隨著這些作用從水中去除。

水體自凈化生物自凈化

生物自凈的基本過(guò)程是水中微生物（尤其是細(xì)菌）在溶解氧充分的情況下，將一部分有機(jī)污染物當(dāng)作食餌耗掉，將另一部分有機(jī)污染物氧化分解成無(wú)害的簡(jiǎn)單無(wú)機(jī)物。影響生物作用的關(guān)鍵是：溶解氧的含量、有機(jī)污染物的性質(zhì)、濃度以及微生物的種類(lèi)、數(shù)量等。生物自凈的快慢與有機(jī)污染物的數(shù)量和性質(zhì)有關(guān)。

水體中的污染物在沒(méi)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(guò)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(guò)程。

水體自凈化可有如下過(guò)程：

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

（2） 物理化學(xué)凈化--通過(guò)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(guò)程。

（3） 生物凈化--通過(guò)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(guò)程。