自凈能力自凈能力的模擬

于2011年9月對太湖竺山湖開展了1次湖區(qū)實驗,根據(jù)質(zhì)量平衡原理,通過進出竺山湖湖區(qū)河道以及竺山湖灣心、灣口水量、水質(zhì)測量,弄清了竺山湖湖區(qū)營養(yǎng)物質(zhì)進出以及消納規(guī)律,從而為完善水量-水質(zhì)模型參數(shù)提供依據(jù),也為進一步研究太湖水體自凈能力提供了基礎(chǔ)資料.采用EcoTaihu模型模擬了太湖營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)以及自凈能力,根據(jù)竺山湖湖區(qū)實測結(jié)果對模型進行了驗證,實驗得到竺山湖湖區(qū)總氮年自凈能力為1 979 t,總磷年自凈能力為119 t,通過EcoTaihu模型計算得到竺山湖總氮年自凈能力為1 911 t,總磷年自凈能力為116 t,實測數(shù)據(jù)和模型較為吻合.模型計算結(jié)果表明,2006、2008、2010年太湖氮元素自凈能力分別為4.00、4.27、4.11萬t.2006、2008、2010年太湖磷元素自凈能力分別為1 566、1 798、1 712 t.

為研究河流蜿蜒程度與河流自凈能力的關(guān)系，并初步探討河流護岸結(jié)構(gòu)對這種關(guān)系的影響，選擇具有不同河流蜿蜒程度和兩種護岸結(jié)構(gòu)的7條河段作為研究對象。以彎曲度（S）和分形維數(shù)（盒維數(shù)DB）表征河流蜿蜒程度；以TP、NH3-N、NO2-N、NO3-N、CODcr、TOC、DOC、葉綠素（Chlorophyll）和藍綠藻藻藍蛋白（BGA-PC）等9項水質(zhì)指標的沿程削減率、無機氮含量的沿程變化以及懸浮微生物生物量和生物活性表征河流自凈能力。根據(jù)旱季和雨季的實地監(jiān)測，定量研究在漿砌石直立擋墻和格賓石籠擋墻這兩種護岸結(jié)構(gòu)下，河流蜿蜒程度對河流自凈能力的影響，并通過分析研究河段的懸浮微生物生物量（懸浮微生物脂磷含量）和生物活性（懸浮微生物FDA水解酶活性），探討河流蜿蜒程度對河流自凈能力產(chǎn)生影響的作用機制。研究結(jié)果表明，河流蜿蜒程度對漿砌石直立擋墻河段的河流自凈能力有顯著影響，多項水質(zhì)指標沿程削減率隨河流線型蜿蜒程度的增加而顯著提升，以DOC、BGA-PC和無機氮的沿程削減率最為明顯。磨碟沙涌旱季時的DOC、BGA-PC和無機氮濃度的變化趨勢呈現(xiàn)東段沿程升高，西段沿程降低；雨季時，DOC濃度依然是東段沿程升高，西段沿程降低，而西段的無機氮和BGA-PC沿程削減率分別為東段的1.60倍（P<0.05）和2.39倍（P<0.05）。云溪河西段旱季時DOC沿程上升趨勢僅為東段的1/2.53（P<0.05），BGA-PC和無機氮濃度的變化趨勢呈現(xiàn)東段沿程升高，西段沿程降低；雨季時，DOC、BGA-PC和無機氮濃度的變化趨勢也是東段沿程升高，西段沿程降低。在磨碟沙涌和云溪河各自的研究河段中，河流線型蜿蜒程度較高的河段具有較高的水體自凈能力。河流蜿蜒程度對格賓石籠擋墻河段的河流自凈能力亦有顯著影響。旱季時，多項水質(zhì)指標沿程削減率隨河流線型蜿蜒程度的增加出現(xiàn)顯著差異，以DOC的變化最為突出。在裕豐涌順直段，DOC濃度沿程上升，而在南派涌北段和南段，DOC濃度沿程下降，而且南派涌南段的DOC沿程削減率為南派涌北段的2.47倍（P<0.05）。雨季時，NH3-N、NO2-N、CODcr、TOC、DOC和BGA-PC等6項水質(zhì)指標沿程削減率隨河流線型蜿蜒程度的增加顯著提高。在所考察河流線型蜿蜒程度范圍內(nèi)，河流線型蜿蜒程度更高的河段具有更高的水體自凈能力。河流蜿蜒程度對漿砌石直立擋墻河段的懸浮微生物脂磷含量影響不顯著，但隨河流線型蜿蜒程度的增加懸浮微生物FDA水解酶活性顯著提高。在格賓石籠擋墻河段中，隨河流線型蜿蜒程度的增加，懸浮微生物脂磷含量和FDA水解酶活性均顯著提高。河流蜿蜒程度增加使高漿砌石直立擋墻河段的懸浮微生物生物活性得到增強，進而提升河流自凈能力；而在格賓石籠擋墻河段中，則通過增加懸浮微生物生物量和提高懸浮微生物生物活性，從而提升河流自凈能力。格賓石籠擋墻河段多項水質(zhì)指標的沿程削減率、懸浮微生物脂磷含量和FDA水解酶活性與研究河段的彎曲度和分形維數(shù)有顯著正相關(guān)關(guān)系，進一步說明河流蜿蜒程度與格賓石籠擋墻河段的河流自凈能力顯著相關(guān)。

2008年9月和2009年4月的調(diào)查資料,首次對北海珍珠養(yǎng)殖海域的水體自凈能力進行分析探討。結(jié)果表明:該海區(qū)不僅具有較強的水體自凈能力,而且顯示了貝類養(yǎng)殖海區(qū)特有的水體自凈特點。其中物理自凈能力是以潮海流的水動力影響為主,而海區(qū)優(yōu)越的地理位置也為污染物的遷移擴散提供了極為有利的條件;較強的化學(xué)凈化能力主要體現(xiàn)在作為水體氧化劑的溶解氧較高的含量水平上以及作為表征水體有機污染程度高低的總有機碳較低的含量水平上,同時也體現(xiàn)在作為有機物氧化產(chǎn)物的氮磷循環(huán)特征上;生物自凈能力則主要從該海區(qū)生化過程的表現(xiàn)形式、海洋食物鏈的傳遞作用以及適宜的現(xiàn)存浮游植物生物量和初級生產(chǎn)力水平顯示出來。 2100433B

水污染自凈能力是指江河湖海水域后，由于對流、稀釋、擴散、沉淀等物理作用，氧化、還原、吸附、凝聚等化學(xué)作用以及生物的氧化、酵解、吸收作用等，使污染物濃度降低，經(jīng)過一段時間后，水體恢復(fù)到未接納污水前的狀態(tài)。合理地利用水體的自凈能力，消除污水的污染程度，是水環(huán)境管理的一個重要措施。

水體的自凈能力既與水體本身的性質(zhì)有關(guān)，也與污染物的性質(zhì)密切相關(guān)。按照污染物能否在水中降解以及降解速率的大小，可把污染物分為三類，即易降解的耗氧性有機物，如動植物殘體、糞便等；難降解的污染物，如洗滌劑、有機氯農(nóng)藥、除草劑等；不能降解的污染物，如重金屬和放射性污染物等。

在利用自凈來消納污水的過程中，重金屬與放射性物質(zhì)只能改變其存在狀態(tài)與地域，不能使之分解消化。重金屬可通過吸附、絮凝、沉淀或發(fā)生氧化還原反應(yīng)改變價態(tài)，進入底泥、懸浮物或生物體內(nèi)，在某種條件下從水中分離出去，水體得以凈化。但在條件改變后，又可重新進入水體，成為污染物。因此，這類污染物不能指望用自凈來徹底消除。

生物污染是自凈中遇到的另一個問題。醫(yī)院或傳染病院排出的污水中含有大量的病原菌、病毒、寄生蟲卵等，這些污染物在自然水體中甚至可長期生存，有的甚至是生命循環(huán)中必經(jīng)的階段。這種污水需作特殊處理，不能靠自凈凈化。

自凈作用（self purification）一般指受污染的物體經(jīng)本身的作用達到凈化或無害化的現(xiàn)象。分為環(huán)境自凈、水體自凈和土壤自凈。

分為環(huán)境自凈、水體自凈和土壤自凈。

自凈作用水體自凈

自然凈化。受到污染的河流或其他水體，經(jīng)過物理、化學(xué)和生物的作用，使排入水體的污染物的濃度隨水體向下游流動而自然降低，重新使水體中的各項水質(zhì)指標(如細菌、溶解氧、生化需氧量等)及河流生物群恢復(fù)正常的自然過程。該過程常以生物自凈過程為主。水體具有自凈作用的條件是：水體所受到的污染程度不超過其自身所具有的環(huán)境容量。

關(guān)于水質(zhì)受污染的河流的自凈作用，即意味著水中污染物的濃度在流動的過程中自然減少的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象的機制可分為以下三點：（1）物理凈化：通過污染物的稀釋、擴散、沉淀等作用使?jié)舛冉档?。?）化學(xué)凈化：通過污染物的氧化、還原、吸附、凝聚等作用使?jié)舛冉档?。?）生物凈化：通過生物的作用使污染物濃度降低，特別是水中的異養(yǎng)微生物對有機物質(zhì)的氧化分解在其中起主要的作用。狹義的自凈作用，就是指生物的凈化作用，通常都是采用這個定義。作為自凈作用的具體實例，如伴隨河水的流動，而生物需氧量（BOD）或懸浮物量（suspended solid，SS）的逐漸減少等。

自凈作用環(huán)境自凈

環(huán)境的自凈作用，是環(huán)境的一種重要機能。自然界始終處于運動狀態(tài)，自然環(huán)境也在不停地變化著，絕對未受污染的大氣、水和土壤是不存在的。火山爆發(fā)，山洪海嘯，雨水沖刷和巖石風(fēng)化等自然現(xiàn)象，以及生命活動中的代謝廢物，都給自然環(huán)境帶來多種“異物”，造成污染，但是在正常情況下，受污染的環(huán)境，經(jīng)一些自然過程及在生物參與下，都具有恢復(fù)原來狀態(tài)的能力。一般，稱此能力為環(huán)境的自凈作用 。

1、大氣的自凈作用：進入大氣中的污染物，經(jīng)過自然條件下的物理和化學(xué)作用，或是向廣闊的空間擴散，稀釋，使其濃度大幅度下降；或是受重力作用，使較重粒子沉降到地面；或是在雨水的洗滌作用下返回大地，或是被分解破壞等，從而使空氣得以凈化。但當大氣中的污染物量超過其自凈能力時，即出現(xiàn)大氣污染。

2、水體的自凈作用：當“異物”進入自然水體后，可溶物或懸浮性固體微粒，在流動中得到擴散而稀釋，固體物經(jīng)沉淀析出，使污染物濃度降低，這是水體的物理凈化作用。進入水中的有機物，可通過生物活動，尤其是微生物的作用，使它分解而降低濃度，這是水體的生物凈化作用。在水體中污染物還可能由于氧化、還原、吸附和凝聚等而使?jié)舛冉档停@是水體的化學(xué)性的凈化作用。通過水的上述各種自凈作用可使受污染的水體恢復(fù)到原來的良好狀況。但如水中的沾染物數(shù)超過水體的自凈能力時，水質(zhì)就受到污染。

自凈作用土壤自凈

土壤環(huán)境容量是指土壤生態(tài)系統(tǒng)中某一特定的環(huán)境單元內(nèi)，土壤所允許容納污染物質(zhì)的最大數(shù)量。也就是說在此土壤時空內(nèi)，土壤中容納的某污染物質(zhì)不致阻滯植物的正常生長發(fā)育，不引起植物可食部分中某污染物積累到危害人體健康的程度，同時又能最大限度地發(fā)揮土壤的凈化功能。

土壤是一個半穩(wěn)定狀態(tài)的復(fù)雜物質(zhì)體系，對外界環(huán)境條件的變化和外來的物質(zhì)有很大的 緩沖能力。從廣義上說，土壤的自凈作用是指污染物進入土壤后經(jīng)生物和化學(xué)降解變?yōu)闊o毒害物質(zhì)，或通過化學(xué)沉淀、絡(luò)合和螯合作用、氧化還原作用變?yōu)椴蝗苄曰衔?，或為土壤膠體牢固地吸附，植物難以利用而暫時退出生物小循環(huán)，脫離食物鏈或排出土壤。狹義的土壤自凈能力則主要是指微生物對有機污染物的降解作用，以及使污染化合物轉(zhuǎn)變?yōu)殡y溶性化合物的作用。但是，土壤在自然凈化過程中，隨著時間的推移，土壤本身也會遭到嚴重污染。因為土壤污染及其去污，決定于污染物進入量與土壤天然凈化能力之間的消長關(guān)系，當污染物的數(shù)量和污染速度超過了土壤的凈化能力時，破壞了土壤本身的自然動態(tài)平衡，使污染物的積累過程逐漸占優(yōu)勢，從而導(dǎo)致土壤正常功能失調(diào)，土壤質(zhì)量下降。在通常情況下，土壤的凈化能力決定于土壤物質(zhì)組成及其特性，也和污染物的種類和性質(zhì)有關(guān)。不同土壤對污染物質(zhì)的負荷量(或容量)不同，同一土壤對不同污染物的凈化能力也是不同的。應(yīng)當指出，土壤的凈化速度是比較緩慢的，凈化能力也是有限的，特別是對于某些人工合成的有機農(nóng)藥、化學(xué)合成的某些產(chǎn)品以及一些重金屬，土壤是難以使之凈化的。因此，必須充分合理地利用和保護土壤的自凈作用。

土壤自凈能力是有限的，如果利用不當，例如生產(chǎn)生活產(chǎn)生的有害物質(zhì)進入土壤后，就會導(dǎo)致土壤自凈性能的衰竭甚至喪失，形成日益嚴重的土壤污染。

自凈作用大氣自凈

靠大氣的稀釋、擴散、氧化等物理化學(xué)作用，能使進入大氣的污染物質(zhì)逐漸消失，就是大氣的自凈能力。例如，排入大氣的一氧化碳，經(jīng)稀釋擴散，濃度降低，再經(jīng)氧化變?yōu)槎趸?，被綠色植物吸收后，空氣成分恢復(fù)原來的狀態(tài)。充分掌握和利用大氣自凈能力，可以恢復(fù)原來的狀態(tài)。充分掌握和利用大氣自凈能力，可以降低污染物濃度，減少污染的危害。大氣自凈能力與當?shù)貧庀髼l件、污染物排放總量及城市布局等諸因素有關(guān)。在某一區(qū)域內(nèi)，綠化植樹，多種風(fēng)景林，增加綠地面積，直至建立自然保護區(qū)，不僅能美化環(huán)境、調(diào)節(jié)氣候，而且能截留粉塵，吸收有害氣體，從而大大提高大氣自凈能力，保證環(huán)境質(zhì)量。