水体物理自净

学科：环境科学

词目：水体物理自净

英文：physical natural-purification of water body

释文：水体物理自净是由稀释、扩散、混合、挥发和沉淀等物理作用，而使浓度降低的自净过程。其作用机理是：可沉性固体经沉降逐渐沉至水底形成污泥；悬浮物、胶体和溶解性污染物混合稀释浓度降低等。影响水体稀释混合的因素有：稀释比（污水可被稀释的程度）；河流的水文条件；污水排放口的位置和形式；湖泊、海洋中的水流方向、风向和风力、水温潮汐等。经过物理净化，水体中污染物得到初步自净。在污水处理和污水总量控制中应用物理净化作用，合理规划，可节省财力物力。

水体中的污染物在没有人工净化的措施的情况下，其浓度随着时间和空间的推移而逐渐降低，逐渐恢复原有水质的过程即成为水的自净。实际上，水体自净化可以看作是污染物在水中的迁移、转化和衰减变化的过程。

水体自净化可有如下过程：

（1） 物理自净--由于水的湍流、涡流、扩散、挥发、沉淀、过滤而使水净化的过程。

（2） 物理化学净化--通过溶解氧的作用，水体内发生氧化、还原、化合、分解、中和、络合、螯合、吸附、凝聚等使水体自净化的过程。

（3） 生物净化--通过水体中的微生物对污染物的消解作用，使水体得到净化的过程。

水体自净主要通过三方面作用来实现。广义的是指受污染的水体由于物理、化学、生物等方面的作用，使污染物浓度逐渐降低，经一段时间后恢复到受污染前的状态; 狭义的是指水体中微生物氧化分解有机污染物而使水质净化的作用。 影响水体自净过程的因素很多，主要有：河流、湖泊、海洋等水体的地形和水文条件; 水中微生物的种类和数量;水温和复氧(大气中的氧接触水面溶入水体)状况;污染物的性质和浓度等。水体自净机理包括沉淀、稀释、混合等物理过程以及生物化学过程。各种过程同时发生，相互影响，并相互交织进行。一般说来，物理和生物化学过程在水体自净中占主要地位。水体的自净能力是有一定限度的，与其环境容量有关。水体自净是一种资源，合理而充分利用水体自净能力，可减轻人工处理污染的负担，并据此安排生产力布局以最经济的方法控制和治理污染源。

水体自净物理作用

物理作用包括可沉性固体逐渐下沉，悬浮物、胶体和溶解性污染物稀释混合，浓度逐渐降低。其中稀释作用是一项重要的物理净化过程。

水体自净化学作用

污染物质由于氧化、还原、酸碱反应、分解、化合、吸附和凝聚等作用而使污染物质的存在形态发生变化和浓度降低。化学自净是指水体中的污染物质通过氧化 、还原、中和、吸附、凝聚等反应，使其浓度降低的过程。影响这种自净能力的因素有污染物质的形态和化学性质水体的温度、氧化还原电位、酸碱度等。水体中化学自净能力的强弱，主要从以下3个方面反映出来。

一是反映在DO的含量水平上。在化学自净过程中，作为水体氧化剂DO，其含量高低能够衡量水体自净能力的强弱，因为DO的含量不仅直接影响水生生物的新陈代谢和生长，还直接影响水体中有机物的分解速率及物质循环。若水体中的DO含量高,既对水生生物的繁殖生长起促进作用，又能加快有机物的分解速度，使生态中的物质循环，尤其是氮的循环达到最佳循环效果，提高水体的自净能力。大清河河口区水体的 DO含量极低，因而水体中有机物的氧化分解速度缓慢，有机物的大量积累，河口区水环境质量下降，直接影响水生生物的繁殖和生长。

二是反映在有机污染物的氧化分解能力上。COD是反映水体有机污染程度的一个重要指标，其含量的高低能够体现水体质量的好坏。大清河河口区水体中的COD和BOD₅含量高，一方面表明该水体的有机污染比较严重，另一方面则表明该水体自净能力较差，缺乏将复杂组分的有机物分解成简单组分无机化合物的环境能。

三是反映在营养盐的形态转化和消减程度上。在化学自净过程中，三态无机氮的含量变化能够反映水体自净能力的强弱。这是因为工业废水和生活污水中含有大量的含氮有机物，在水体溶解氧充分的条件下，好氧细菌能把有机物彻底分解成二氧化碳、水及硝酸盐等稳定性化合物。但若水体中含氮有机物过量时，水体没有能力把全部有机氮转化为硝酸盐，而只能转化到某一阶段，如氨或亚硝酸盐。因此硝酸盐、亚硝酸盐和氨氮的含量及比例能够很好体现水体的自净能力。大清河河口区水体中氨氮的含量很高，但是亚硝酸盐和硝酸盐含量很低，说明大清河河口区水体的污染负荷已经远远超出了其自净能力。另外，沉积物向上覆水体释放大量有机物 ，也是导致该水域氨氮含量始终维持较高含量的直接原因。

水体自净生物作用

由于各种生物（藻类、微生物等）的活动特别是微生物对水中有机物的氧化分解作用使污染物降解。它在水体自净中起非常重要的作用。水体中的污染物的沉淀、稀释、混合等物理过程，氧化还原、分解化合、吸附凝聚等化学和物理化学过程以及生物化学过程等，往往是同时发生，相互影响，并相互交织进行。一般说来，物理和生物化学过程在水体自净中占主要地位。生物自净是指进入水体的污染物，经过水生生物降解和吸收作用，使其浓度降低或转变为无害物质的过程 。生物净化过程进行的快慢和程度与污染物的性质和数量 、（微）生物种类及水体温度、供氧状况等条件有关 。大清河河口区水体污染严重，水体中 DO含量很低 ,而且氨化作用较强，微生物生长繁殖受到抑制，水体中微生物仅以氨化细菌等兼性细菌或厌氧细菌为主。河道两侧几乎都是人工硬化堤岸，且水体富营养化严重，高等水生植物的繁殖和生长困难，河口区水生生物的种类和数量均很少。

废水或污染物一旦进入水体后，就开始了自净过程。该过程由弱到强，直到趋于恒定，使水质逐渐恢复到正常水平。全过程的特征是：

1）进入水体中的污染物，在连续的自净过程中，总的趋势是浓度逐渐下降。

2）大多数有毒污染物经各种物理、化学和生物作用，转变为低毒或无毒化合物。

3）重金属一类污染物，从溶解状态被吸附或转变为不溶性化合物，沉淀后进入底泥。

4）复杂的有机物，如碳水化合物，脂肪和蛋白质等，不论在溶解氧富裕或缺氧条件下，都能被微生物利用和分解。先降解为较简单的有机物，再进一步分解为二氧化碳和水。

5）不稳定的污染物在自净过程中转变为稳定的化合物。如氨转变为亚硝酸盐，再氧化为硝酸盐。

6）在自净过程的初期，水中溶解氧数量急剧下降，到达最低点后又缓慢上升，逐渐恢复到正常水平。

7）进入水体的大量污染物，如果是有毒的，则生物不能栖息，如不逃避就要死亡，水中生物种类和个体数量就要随之大量减少。随着自净过程的进行，有毒物质浓度或数量下降，生物种类和个体数量也逐渐随之回升，最终趋于正常的生物分布。进入水体的大量污染物中，如果含有机物过高，那么微生物就可以利用丰富的有机物为食料而迅速的繁殖，溶解氧随之减少。随着自净过程的进行，使纤毛虫之类的原生动物有条件取食于细菌，则细菌数量又随之减少；而纤毛虫又被轮虫、甲壳类吞食，使后者成为优势种群。有机物分解所生成的大量无机营养成分，如氮、磷等，使藻类生长旺盛，藻类旺盛又使鱼、贝类动物随之繁殖起来。