水源的污染及其危害

一、微污染水源的水质特点及危害

工业的发展导致水资源的污染。人们已经注意到“三致”(致癌、致突变、致畸)物质的危害，近年来认为人造化学物质可能正在严重破坏人和野生动物的激素。低水平的污染已能危害健康；另外，在饮用水中还不断出现新的微生物。

1. 微污染水源的水质特点
   微污染水源是指水的物理、化学和微生物指标已不能达到《地面水环境质量标准》中作为生活饮用水源水的水质要求。水体中污染物单项指标，如浊度、色度、臭味、硫化物、氮氧化物、有害有毒物质(如重金属Hg、Mn、Cr、Pb、As等)、病原微生物等有超标现象，
   但多数情况下是受有机物微量污染的水源。水体微污染现象对饮用水处理工艺的选择造成了很大的困难。
   近年来，我国微污染水源水质主要显示下列特点。①表示有机物的综合指标，如COD、BOD、TOC等值升高，水源水中这些指标值越大，说明水中有机物越多，污染越严重。例如水源水的溶解氧一般在5-10mg/L以下时，作为饮用水源已不合适。溶解氧浓度小于1mg/L时，由于有机物的分解，可使水源水开始发生恶臭。又如当水源水的BOD小于3mg/L时，水质较好，到7.5mg/L时，水质较差，超过10mg/L时水质极差，此时水中溶解氧浓度已接近于0。②氨氮(NH3-N)浓度升高。③嗅味明显。④致突变性的Ames试验结果呈阳性，而水质良好的水源应呈阴性。
   
2. 微污染水的危害
   我国微污染水源CODMn平均为10mg/L左右，氨氮平均为3.3mg/L左右。微污染物的性质及危害归纳如下。
   (1)有机物；微污染水中的有机物可分为天然有机物(NOM)和人工合成有机物(SOC)。天然有机物是指动植物在自然循环过程中经腐烂分解所产生的物质，包括腐殖质、微生物分泌物、溶解的动物组织及动物的废弃物等，也称作耗氧有机物或传统有机物，人工合成的有机物大多为有毒有机污染物。有机物在水中的存在使颗粒稳定，增加混凝剂聚合氯化铝用量和活性炭吸附器的负荷。水体中的可溶性有机物(DOM)容易与饮用水净化过程中的各种氧化剂和消毒剂反应。最为常见的是与液氯反应，形成三卤甲烷(THMs)、卤代乙酸(HAAs)以及其他的卤代消毒副产物，其中大部分已证明可以使试验的动物引起癌症。
   (2)氮；氮在水中以有机氮、氨、亚硝酸盐和硝酸盐形式存在，用金属铝盐聚合氯化铝作为混凝剂对氨氮的去除率很低。在水厂流程和配水系统中，氨氮浓度0.25mg/L就足以使硝化菌生长，由硝化菌和氨释放的有机物会造成臭味问题。氨形成氯胺也要消耗大量的氯，降低消毒效率，而且可能生成氯化氰消毒副产物，影响水中有机物的氧化效率。氨氮在水中被氧化为亚硝酸及硝酸盐，亚硝酸盐的积累代替了血红细胞中氧的位置，最终导致窒息；高浓度的硝酸盐摄入后也会引起中毒。
   (3)嗅和味；即使经水厂处理后，饮用水口感仍很差。
   (4)“三致”物质；饮用水经氯化处理后，有可能形成“三致”物质，即致癌、致突变、致畸形，威胁人的健康。
   (5)铁、锰；含铁、锰较高的饮用水中会产生红褐色以致出现沉淀物.会使被洗涤的衣
   服着色，并有金属味.另外，含铁、锰过高的水容易使铁、锰细菌大且繁殖，堵塞。腐蚀管道。

二、污染物的种类和各种参数

1. 污染物分类
   (1)无毒污染物；包括碳水化合物、木质素、维生素、脂肪、蛋白质等天然有机物与矿物质、离子等。
   (2)有毒污染物；指那些能使生物体发生生物化学或生理功能变化，危害生物生存的物质：如重金属Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、 Cd、Ba、Hg、Pb以及As、Se、Al等。无机阴离子、放射性物质、杀虫剂、石油等有机物。上述物质的污染源是生活污水、工业废水
   和垃圾渗沥液。现代医学证明，即使在低浓度下有毒有机物也能对人体健康造成严重影响。有毒有机物在天然水中难于降解，并有生物积累性和“三致”作用或慢性毒性。
   
2. 胶体
   胶体主要是指水中存在的细菌、藻类、无机颗粒物(如黏土、氧化铝)、大分子有机化合物(如蛋白质、碳氢化合物)等悬浮微粒，尺寸在1nm-1μm之间。对于未受有机污染的天然地表水，胶体主要为无机黏土及其他无机成分，当水体受到有机污染时，无机颗粒有较大的比表面积，对水中有机物有一定的吸附作用，同时具有离子交换能力，水体中无机胶体颗拉表面对有机物的吸附作用，使无机胶体颗粒的带电特性发生变化，从而增加了胶体的ζ电位，使胶体的稳定性增加。
3. 水中有机污染物分类
   水源水中的有机污染物可分为以下两类：天然有机物(NOM)和人工合成有机物(SOC)。人工合成有机物大多为有毒有机污杂物，其中包括“三致”有机污染物。
   (1)天然有机物；传统有机物也称自然环境的代谢物，如水生生物及其分泌物、腐殖质等。典型的传统有机物不超过10-20种。天然水体中的传统有机物一般是指有机腐殖质。这些有机物质大部分呈胶体微粒状，部分呈真溶液状，部分呈悬浮物状。
   ①腐殖质
   a.腐殖质的来源及组成腐殖质是土壤的有机组分，是由动植物残体通过化学和生物降解以及微生物的合成作用而形成的。其组成可根据溶解性的不同分为三类，如腐殖酸、富里酸和黑腐物。
   b.水体中腐殖质的特性；腐殖质由多种化合物组成。富里酸和腐殖酸是有机质演化过程中两个阶段的产物，前者的总酸度、功能团数量及亲水性等特性都高于后者。富里酸是酚酸和苯羧酸通过氢键连接而成的具有一定稳定性的多聚结构，具有很大的比表面积和极性官能团，可以吸附固着水中大量有机物。富里酸可在广泛的pH值范围内与许多有机化合物和无机物质竞相发生水合反应形成水溶性络合物，而腐殖酸仅仅在pH>6.5时才能发生这种反应，它能吸附有机物质和聚集子有机质表面的无机质。
   ②耗氧有机物；包括蛋白质、脂肪、氨基酸、碳水化合物等。一般生活污水和工业废水中包含较多的耗氧有机物。耗氧有机物来源多，排放量大，污染范围广。是一种普遍性的污染。耗氧有机物一般不具毒性，易为微生物分解。
   ③藻类有机物；是藻类的分泌物及藻类尸体分解产物的总称。
   ④非溶解性有机物；水中的颗粒态有机物主要有被大分子有机物包裹的颗粒及生物态颗粒有机物和油的乳浊液。
   (2)人工合成有机物；具有以下特点：难于降解，在环境中有一定的残留水平，具有生物富集性、“三致”作用和毒性。相对于水体中的天然有机物，它们对公众的健康危害更大。已查明，许多痕量有毒有机物对综合性指标BOD5、TOC等影响极小，但却具有更大的
   潜在威胁，如多环芳烃、三氯甲烷等。
   水体石油污染由于污染物的毒性比天然有机物大，其痕量存在于水体，通过饮用水将对人体的健康产生不利影响，这一点已引起人们的极大关注。
   
4. 有机物的水质分析
   水中有机物种类繁多，成分复杂。目前国内外均采用测定有机物替代参数，以衡量水中有机物总量的悄况，这些替代参数主要有CODcr、CODmn和TOC等。
   (1)CODcr 化学耗氧量。采用重铬酸钾与浓硫酸氧化法，能氧化水中绝大部分有机物。测定时取200mL水样，加入10.00mL，重铬酸钾及30mL硫酸和硫酸银溶液，加热后回流2h，冷却后加入试亚铁灵指示剂，用硫酸亚铁按标准溶液滴定至溶液由黄色经蓝绿色至红褐色即为终点。由于水源水和饮用水中有机物含量较低，测定CODcr时准确度较低。
   (2)CODmn 也称耗氧量。用高锰酸钾氧化有机物，只能氧化水中部分易氧化的有机物。测定时取100mL水样，加入5mL 1:3硫酸及10mL 0.01 mol/L高锰酸钾，在沸水浴中加热30min后，趁热加入10mL 0.01 mol/L草酸钠标准溶液，然后用0.01 mol/L高锰酸钾溶液滴定至显微红色。日本采用的COD即为CODmn我国也常用于测定饮用水源水与净化后水。
   (3)TOC 总有机碳。采用非分散红外吸收TOC分析仪。
   (4)UV254 254nm波长下水样的紫外吸光度。试验采用紫外分光光度计，水样经0.45μm滤膜过滤，测定波长为254nm，比色皿厚度为1cm。紫外吸收对于测量水中天然有机物如腐殖质等有重要意义，因为这类物质含有一部分芳香环，又是天然水体中主要的有机物质。UV254可作为总有机碳及三卤甲烷前体物的代用参数，且测定简单，便于应用。
5. 有机物的分子量分析
   在给水处理中，有机物的分子量往往与其对水质和水处理工艺的影响密切相关，现代分析技术的发展也提供了多种分析有机物分子量的方法。
   膜过滤技术测定水中有机物分子量的方法是采用截留不同分子量的超滤膜和纳滤膜对水样进行过滤，测定透过水样的总有机碳，得到水中有机物分子量的区间分布，所采用分离膜系列一般有：0.45μm微滤膜及截留分子量为100000、50000、30000、10000、3000、 1000、500的超滤膜。
   
6. 重点控制污染物及其毒性
   美国EPA提出了水体中129种优先控制污染物名单，俗称“黑名单”，其中114种为有机污染物。我国也制定了适合我国国情的“水中优先控制污染物黑名单”，包括14类68种有毒化学污染物，其中有机毒物占58种。这58种有毒污染物包括(括号内符号表示对人体健康影响范围：O表示对器官有影响，T表示毒理影响，C表示在危险水平的10^-5就有致癌危险)如下几类。
   ①挥发性氯代烃：二氯甲烷(C)、三氯甲烷(C)、四氯化碳(C),、1,2-二氯乙烷(C)、1,1,1-三氯乙烷(T)、1,1,2-三氯乙烷(C)、1,1,2-三氯乙烷(C)、三氯乙烯(C)、四氯乙烯(C)、三溴甲烷(C)。
   ②苯系物：苯(C)、甲苯(T)、乙苯(T)、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯。
   ③氯代苯类：氯苯(T/C)、邻二氯苯(T)、对二氯苯(T)、六氯苯(C)。
   ④多氯联苯：多氯联苯(C)。
   ⑤酚类：苯酚(C/T)、间甲酚(O)、2,4-二氯酚(C/T)、2,4,6-三氯酚(C/O)、五氯酚(C/O)、对硝基酚。
   ⑥硝基苯类：硝基笨(T/O)、对硝基苯、2,4-二硝基苯(C)、兰硝基苯。
   ⑦苯胺类：苯胺、二硝基苯胺、对硝基苯胺、6-二氯硝基苯胺。
   ⑧多环芳烃类：萘、萤蒽(T)、苯并[b]萤蒽、苯并[k]萤蒽、苯并[a]芘(C)、茚并[1,2,3,c,d]芘(C)、苯并[ghi]芘(C)。
   ⑧酞酸酯类：酞酸二甲酯、酞酸二丁酯、酞酸二辛酯。
   ⑩农药:六六六(C)、敌敌畏(T)、乐果(T)、对硫磷(T)、甲基对硫磷(T)、除草醚(T)、敌百虫(T)。
   ⑩①丙烯腈：苯烯腈(C)。
   ⑩②亚硝胺类：N-亚硝基二乙胺、N-亚硝基二正丙胺。
   这些水中优先控制污染物具有下列共性。①都具有毒性，与人体健康关系非常密切，在环境中具有长效性，对环境的影响和人体健康的危害大多具有不可逆性。②有机氯占主体，58种优先控制的有机物中有机氯化物占25个，它们往往难以生物降解。③在水体中浓度较低，一般数量级在微克每升甚至纳克每升。
   
7. 水中不同分子量有机物的可生化性
   可生物降解有机碳(BDOC)主要是小分子量的有机物，其相对分子质量在1000以下。小于1000的有机物，尤其是小于500的有机物其芳香度较低，亲水性强，主要由亲水酸、蛋白质、氨基酸、低分子糖组成。可生化有机物主要是相对分子质量低于1000的有机物，超滤难以去除，必须将超滤技术与生物处理技术联用。

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