地表水主要包括江河、湖庫和海洋等。地表水的污染首先是化學(xué)物質(zhì)污染,如各種有機(jī)物、無機(jī)物及金屬離子等。其污染的重要特征之一是通過生物化學(xué)作用,許多化學(xué)污染物將轉(zhuǎn)化成生物性污染,導(dǎo)致水體自凈功能的喪失和水生生態(tài)系統(tǒng)的破壞,產(chǎn)生“富營養(yǎng)化”現(xiàn)象。
一、水體污染物與來源
水體的污染物包括有機(jī)物和無機(jī)物。
有機(jī)污染物主要來自生活污水、工業(yè)廢水、地表徑流、降水降塵、水生動(dòng)植物分解以及養(yǎng)殖餌料等。在雨季,大量的雨水將地表層的有機(jī)物沖刷進(jìn)入水體,構(gòu)成湖水中有機(jī)物的主要來源。在旱季,降雨較少,湖水主要靠地下水補(bǔ)給,補(bǔ)給水中的有機(jī)物濃度較低。排入水體中的有機(jī)物分為易降解有機(jī)物和難降解有機(jī)物兩種,易降解部分能很快被微生物利用,難降解部分除腐殖質(zhì)和纖維素之外,大多為毒性比較大的有機(jī)物,易在水體中積累,導(dǎo)致長期毒理效應(yīng)。
無機(jī)污染物除氮和磷外,還可能有各種金屬離子甚至重金屬離子。排入水體中的氮主要有有機(jī)氮、氨氮和硝態(tài)氮幾種形式,城市污水及工業(yè)污水即使是達(dá)標(biāo)排放也會有相當(dāng)數(shù)量的氮、特別是硝態(tài)氮排入水體,值得注意的是,化肥的使用和氮素的流失是水體中氮素的重要來源之一。磷的主要來源有3個(gè)方面,即城市污水和工業(yè)廢水、含磷礦物(如磷灰石)、農(nóng)田排水以及大氣沉降。水體中的重金屬污染除由于特殊的地址條件造成背景濃度高以外,絕大多數(shù)情況是人類活動(dòng)造成的。其主要污染源是采礦廢水和工業(yè)廢水,特別是冶煉廢水和化工行業(yè)廢水。重金屬離子主要通過懸浮顆粒的吸附和輸送進(jìn)入水體,進(jìn)而產(chǎn)生沉淀,沉積于底泥中。
此外,湖泊水庫除上述污染物外,還由于懸浮泥砂的進(jìn)入造成泥砂淤積,其來源包括周圍徑流和河流輸送,在水土流失嚴(yán)重地區(qū),湖泊水庫的泥砂淤積現(xiàn)象非常嚴(yán)重,由此導(dǎo)致(包括金屬、營養(yǎng)鹽和有機(jī)物等)污染物積累增加,另外導(dǎo)致湖泊水庫容積損失,對航道、水電站、水輪機(jī)部件及下游河道的沖刷等都有不利影響。
二、地表水污染的特征與危害
(1)湖泊水庫的污染特征及危害
在湖泊水庫中,有機(jī)污染物是微生物的電子供體,易降解性有機(jī)物能迅速被微生物降解,導(dǎo)致水體溶解氧下降,對水體中的微生物生態(tài)和魚類都有一定影響。另外,有機(jī)物分子可吸附在黏土顆粒表面,使顆粒表面的Zeta電位發(fā)生改變,通過靜電吸引和絡(luò)合而吸附金屬離子Mg2+、Ca2+、Mn2+、Cu2+以及其他的重金屬離子,影響這些物質(zhì)的遷移、儲存和釋放等。
湖泊水庫中的氮和磷是浮游植物合成蛋白質(zhì)、葉綠素的元素,是引起藻類大量生長和富營養(yǎng)化的關(guān)鍵因素之一。
有機(jī)氮、氨氮、硝態(tài)氮與微生物細(xì)胞之間的轉(zhuǎn)化有著復(fù)雜反應(yīng)關(guān)系。湖泊、水庫及河流中,氮素的轉(zhuǎn)化即遵循氮素循環(huán)的基本原理。氮素是在水體中存在形式多樣,是衡量湖泊水庫營養(yǎng)狀態(tài)的關(guān)鍵元素之一。另外,富營養(yǎng)化與磷的關(guān)系也極為密切,研究表明磷是藻類生長速率的主要限制性元素。
磷在水體中以正磷酸鹽、聚合磷酸鹽和有機(jī)磷3種化學(xué)形態(tài)存在,其存在形態(tài)又可分為溶解態(tài)、懸浮態(tài)和膠體3中。溶解態(tài)的正磷酸鹽是浮游植物吸收的主要形式,而懸浮態(tài)及膠體態(tài)的磷在一定條件下會轉(zhuǎn)化為溶解態(tài)。在大多數(shù)情況下,水體中的磷循環(huán)單向流動(dòng),大多數(shù)的磷因沉淀進(jìn)入底泥,在厭氧條件下,底泥中的磷可被重新釋放用于藻類的快速繁殖。所以磷的污染及對富營養(yǎng)化的影響是極為復(fù)雜的問題。
水體中的重金屬雖然不可生物降解,但具有生物積累特性。它可通過水體食物鏈進(jìn)行生物富集和濃縮,也可在一定條件下集中釋放,對頂級生物或人類造成危害。
水體中的污染產(chǎn)生的嚴(yán)重后果是富營養(yǎng)化,導(dǎo)致水體pH下降、水體發(fā)黑、發(fā)臭,致使高等水生植物病害和死亡,也導(dǎo)致水生動(dòng)物(如魚、蝦、貝等)因缺氧而死亡甚至絕跡,使湖泊、水庫的宏觀生態(tài)惡化,其危害是極為嚴(yán)重的。
(2)河流污染的特征及危害
河流生態(tài)系統(tǒng)的特點(diǎn)是流水生態(tài),有較好的生物多樣性。河流生態(tài)系統(tǒng)的另一個(gè)顯著特點(diǎn)是其由很強(qiáng)的自凈作用。由于河水流動(dòng),復(fù)氧能力強(qiáng),對污染物的稀釋與更新能力強(qiáng),各種物質(zhì)能得到比較較迅速的降解。
河流污染的來源主要有工業(yè)污水、城鎮(zhèn)生物污水和垃圾、農(nóng)業(yè)用化肥農(nóng)藥以及牲畜養(yǎng)殖、屠宰等糞便及污水等。由于河水的流動(dòng)特性,其污染物容易波及整個(gè)流域,影響周圍陸地生態(tài)、周圍地下水生態(tài),對流域內(nèi)湖泊水庫的生態(tài)、下游河口、海灣、海洋生態(tài)系統(tǒng)均有影響。因此,河流生態(tài)系統(tǒng)的污染,其危害遠(yuǎn)比湖泊水庫等靜態(tài)水體大。
三、地表水污染的生物修復(fù)技術(shù)
(1)湖泊水庫水環(huán)境的生物修復(fù)技術(shù)
- 控制營養(yǎng)物質(zhì)來源的技術(shù)
該法主要通過改變生產(chǎn)和消費(fèi)方式,從源頭上減少污染物的產(chǎn)生,使水體中污染物質(zhì)的濃度和總量得以減少。該方法從源頭上為生物修復(fù)創(chuàng)造條件。
- 控制藻類和植物的技術(shù)
包括機(jī)械清除技術(shù)、生態(tài)控制技術(shù),利用食物鏈原理,增加噬藻型動(dòng)物或?yàn)V食藻類的魚類,控制藻類的繁殖。消除或及時(shí)收割一些水生植物,避免其腐爛、消耗氧氣、增加有機(jī)物,為藻類提供營養(yǎng)等。該法是主要的生物修復(fù)(恢復(fù))技術(shù)。
- 水動(dòng)力學(xué)修復(fù)技術(shù)
利用水動(dòng)力學(xué)原理,將湖泊水庫中的分層現(xiàn)象打破,或?qū)⒑廴疚铩I養(yǎng)物豐富的底層水去除、曝氣、人工循環(huán)、稀釋或沖刷等,控制營養(yǎng)物質(zhì)的釋放和藻類的生長繁殖。該方法是間接的生物控制修復(fù)技術(shù)。
- 消除內(nèi)源污染技術(shù)
通過底泥疏浚、底泥氧化及覆蓋底泥層,消除內(nèi)源污染,防止根生植物生長和營養(yǎng)釋放。該法是從生態(tài)系統(tǒng)的管理上抑制部分生物過程,便于生物恢復(fù)技術(shù)的實(shí)施。
(2)河流水體的生物修復(fù)技術(shù)
河流水體具有較強(qiáng)烈的自然凈化功能。污染物進(jìn)入河流后,有機(jī)物在微生物作用下進(jìn)行氧化降解,逐漸被分解并轉(zhuǎn)變?yōu)闊o機(jī)物。隨著有機(jī)物的被降解,細(xì)菌將走向衰亡,當(dāng)有機(jī)物被去除后,河水水質(zhì)改善,河流中的其他生物逐漸重新出現(xiàn),生態(tài)系統(tǒng)得到恢復(fù)。
河流水體的生物修復(fù)技術(shù)通常以兩種途徑來強(qiáng)化河流固有的自凈修復(fù)過程,使其修復(fù)過程加快。這兩種途徑是:1向河流中進(jìn)行人工復(fù)氧,2向河流中投加人工培養(yǎng)的活性微生物或構(gòu)建微生物膜,提高污染物的降解轉(zhuǎn)化能力。