水污染
水污染是指被任何进入水体的物质，造成水中生态环境变化的状态。中國大陸於 1984 年颁布的《中华人民共和国水污染防治法》中为“水污染”下了明确的定义，即水体因某种物质的介入，而导致其化学、物理、生物或者放射性等方面特征的改变，从而影响水的有效利用，危害人体健康或者破坏生态环境，造成水质恶化的现象称为水污染。[1]
水体在自然状态中，有一定的空气溶解到水中，是支持水中生物呼吸的主要来源，其中最重要的指数是溶解氧(DO)，外来物质进入水体后，可以被微生物分解，被溶解氧氧化，这都要消耗一定的溶解氧，这叫做水体的“自净能力”，如果外来物质太多，溶解氧被完全消耗，就是超过了水体的自净能力，水中生物会因缺氧窒息死亡，或中毒，这就是污染状态。
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污染物 [编辑]
水中的污染物通常可分为三大类，即生物性、物理性和化学性污染物。生物性污染物包括细菌、病毒和寄生虫。到目前为止，有关致病细菌和寄生虫的研究较多，且已有较好的灭活方法。但对致病病毒的研究尚不够充分，也没有公认的病毒灭活要求标准。物理性污染物包括悬浮物、热污染和放射性污染。其中放射性污染危害最大，但一般存在于局部地区。化学性污染物包括有机和无机化合物。随着痕量分析技术的发展，至今从源水中检出的化学性污染物已达2500种以上。
水污染物有多种来源，主要分为自然产生的和人为产生的两种。
- 自然产生的污染，如森林落叶落花，暴雨冲刷造成的污泥流入，火山喷发的熔岩和火山灰，矿泉带来的可溶性矿物质，温泉造成的温度变化等，如果是短期的，会造成水生生物死亡，但过后水体会逐渐恢复原来的状态，如火山喷发；如果是长期的，生态系统会变化而适应这种状态，如黄河长期被泥土污染，水變得黃色，不耐污的鱼类会消失，而耐污的鱼类如鲤鱼会逐渐适应这种环境，生长出黄河金色大鲤鱼。
- 人为产生的污染要复杂的多，其中工业由于采矿和生产制造，排出含有毒的重金属或难分解的化学物质，农业使用的农药和化肥，这些物质流入水体都会迅速杀死所有水生生物，并且使水体无法恢复正常状态。如果浓度低，也会逐渐在生物体内积累，造成无法弥补的损失。如日本发生的水俣病事件，就是工业排出的低浓度汞，在水中微生物作用下转化成可溶性甲基汞，逐渐在水虫体内积累，鱼吃水虫后甲基汞在鱼体内逐渐积累，人吃鱼后在人体内积累，积累到一定浓度，人就开始发病，而且无法治愈。DDT农药也是先在鱼体内积累，水鸟吃了鱼后也在体内积累，即使还不到发病浓度，但鸟产下的蛋变成软壳，无法孵化。据说美国国鸟白头海雕濒临灭绝的原因就在于此。
除了工农业污染物外，随着人口增加，人类生活用水也增加了排放量，如洗澡、厨房、厕所等，这类水虽然不含有毒物质，但含有大量含氮、磷的植物营养物质，促使水中藻类迅速超常地繁殖并吸收溶解氧，同时大分子的有机物被微生物分解也消耗水中的溶解氧，因此造成水体成为缺氧状态，藻类死亡还产生有毒物质，致使水中鱼类大量死亡。在海水中一般迅速繁殖的藻类是红色的，因此叫“赤潮”，在淡水中的藻类可能有各种颜色，所以叫“水华”。水体出现赤潮和水华都表明是污染状态。
目前地球表面虽然有70%是被水覆盖，但人类可利用的淡水资源不足1%，淡水资源又是经常被人类活动污染的对象，被污染的水体要想恢复是非常困难的，因此进行水污染控制是非常必要和迫切的，需要全球合作进行。
廢水構成成分 [编辑]
廢水(英语：Effluent)的構成成分變化廣泛。這是它可能構成成分的部分清單：
- 水（> 95%）：是在沖水馬桶（flush toilet）沖水帶走廢棄物進入水流時，最常被加入的物質
- 病原體：像細菌、病毒、朊毒體與寄生蟲
- 非病原性的細菌（污水中 > 100,000 /ml）
- 有機微粒：如糞便、毛髮、食物、嘔吐物、紙張纖維、植物材料與腐殖質等等
- 可溶性有機材料：如尿素、果糖、可溶性蛋白質、藥物與毒品等等
- 無機微粒：如沙、砂石、金屬微粒與陶瓷等等
- 可溶性無機材料：如氨、道路用鹽（road-salt）、海鹽、氰化物、硫化氫、硫氰酸鹽（thiocyanate）與硫代硫酸鹽（thiosulphate）等等
- 動物：如原生動物、昆蟲、節肢動物與小魚等等
- 大型固體：如衛生棉、尿片、保險套、針頭（needle）、兒童的玩具、寵物的屍體與身體部位等等
- 氣體：如硫化氫、二氧化碳與甲烷等等
- 乳劑：如塗料、膠粘劑、蛋黃醬、染髮劑與乳化油（emulsified oil）等等
- 毒素：如農藥、毒物與除草劑等等。
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廢水品質指標 [编辑]
在自然的水路或是工業廢水中任何可氧化的材料都可以被生化（如細菌）或是化學的方式所氧化。這樣會導致水中的含氧量降低。基本上，生化氧化作用的反應式可寫作：
- 可氧化的材料 + 細菌 + 營養素 + O2 → CO2 + H2O + 已氧化的無機物如NO3或SO4
為了還原像硫化物和亞硝酸鹽等化學物質而造成的氧消耗量可以由下列表示：
- S-- + 2 O2 → SO4--
- NO2− + ½ O2 → NO3−
因為所有自然水路都包含細菌跟營養素，所以幾乎任何引入這樣的水路的廢化合物都會產生如同上面所述的生化反應。這些生化反應創造了一個可以在實驗室中量測的生化需氧量（BOD）。
被引入自然水路中的可氧化之化學物質（如還原物）也會同樣的產生如同上面所述的化學反應。這些化學反應創造了一個可以在實驗室中量測的化學需氧量（COD）。
生化需氧量與化學需氧量兩種測試都是廢水汙染物的相對缺氧作用的量測。此二者皆廣泛應用在污染作用的量測上。生化需氧量測試用來量測可生物降解（biodegradation）的污染物需氧量，而化學需氧量測試則是用來量測可生物降解的污染物需氧量加上不可生物降解卻可氧化的污染物需氧量之總需氧量。
所謂的「五日生化需氧量」（5-day BOD，BOD5）是用來量測五天的期間內廢水汙染物的生化氧化作用的總耗氧量。當生化反應完全進行完成之後的耗氧總量稱為「最終生化需氧量」（Ultimate BOD）。最終生化需氧量的量測太過於曠日費時，故五日生化需氧量幾乎已經是普遍性地應用在量測相對污染作用上。
也有許多的化學需氧量測試。或許，最常用的就是「四小時化學需氧量」（4-hour COD）。
值得一提的是，在五日生化需氧量與最終生化需氧量之間，沒有普遍化的相互關係。同樣的，在生化需氧量與化學需氧量之間，沒有普遍化的相互關係。在特定廢水水流中，特定的廢水污染物是有可能發展出上述的相互關係，但是這樣的相互關係不能夠推廣到任何其他的廢水污染物或是其他任何的廢水水流中。
用來確定上述的需氧量的實驗室試驗流程可以在下列《試驗水與廢水的標準方法》（Standard Methods For the Examination Of Water and Wastewater）[2] 的章節中詳細描述：
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- 五日生化需氧量與最終生化需氧量：Section 5210B 與 5210C
- 化學需氧量：Section 5220。
污水排放 [编辑]
在一些都會區，污水與街上的逕流被分別用衛生下水道(Sanitary sewer)及雨水下水道(Storm drain)載運。沙井是典型進入這兩種下水道的進出口。在高降雨量的時期，可能會發生下水道溢流(Sanitary sewer overflow，SSO)的現象，造成潛在的公共衛生與生態上的傷害。
污水可以在未經處理或是僅少量處理的情形下，直接流進主要的流域之中。在沒有處理的情形下，污水會對環境的品質與人類的健康產生重大的影響。病原體會導致各種各樣的病症。一些化學物質即使在低濃度的情形下也會具有風險，而且在長時間下因為動物體或是人體的生物累積(Bioaccumulation)，它們會持續保持威脅性。
水污染的治理 [编辑]
在清理廢水上，根據類型和汙穢的程度，有許多方法可以使用。大多數的廢水可以在工業規模的廢水處理場（Wastewater Treatment Plants，WWTPs）中處理，其中會使用包括物理式、化學式還有生物式的處理程序。然而，化糞池與其他污水就地處理設施（On-Site Sewage Facility，OSSF）普遍在鄉下地區被廣為使用，這其中包括了美國四分之一以上的家庭。最重要的好氧性處理系統是活性污泥法，這個方法必須維持並再循環可以減少廢水中有機物的微生物總量。厭氧性的處理方法廣泛的被應用在工業廢水與生物污泥的處理上。一些廢水可以高度淨化過後而回收成為中水。生態學取向的廢水處理方式，像是使用蘆葦床處理系統（reed bed treatment system，RBTS）的人工溼地（constructed wetland）是可能可以採取的方式。現代的處理系統包括由首先是微孔濾膜法（Membrane filtration或是Micro filtration，MF）或合成透析膜（synthetic membranes）過濾的三重處理過程。經過濾膜過濾後，處理過的水和從自然水源得到的水，在飲用的水質上無法分辨。可以透過微生物的脫硝作用（denitrification）來移除廢水中的硝酸鹽（Nitrate），通常會加入小量的甲醇來防止細菌以廢水當作碳的來源而滋生。臭氧廢水處理（Ozone Waste Water Treatment）也逐漸開始流行，這樣的系統需要臭氧產生機（Ozone Generator）[3]，利用臭氧氣泡過濾通過水槽來淨化廢水。
來自於工業工廠的廢水處理是個困難而且昂貴的問題。大多數的石油煉製廠與石化廠[4] [5] 有就地的處理設施去處理它們的廢水，故處理後廢水在排放到民用的廢水處理場或是河流、湖泊或海洋之前，水中污染物濃度必須符合當地或/和國家的合法標準。
回收再用 [编辑]
經過處理過的廢水可利用回收作為飲用水，如新加坡；或是作為工業上的使用，如冷卻塔（Cooling tower）；或是用來作地下水補注（artificial recharge of aquifers）；或是用在農業上，像以色列70%的農業灌溉都是用高度淨化的廢水；或是如佛羅里達的沼澤地（Everglades）那樣，利用處理過的廢水來進行自然生態系的修復重建工作。 Suggest: The sewage is arranged and put in to the sewage conal
历史与现状 [编辑]
| 时期 | 情况 |
|---|---|
| 18世纪 | 英国工业发展中大量的工业废水废渣倾入江河，开始造成泰晤士河污染。后经过百余年的治理，1970年代，水质才得到改善，河流生态逐渐恢复。 |
| 19世纪 | 世纪初，莱茵河发生严重污染。 |
| 20世纪 |
更多的突发性水污染事故参看水污染事故列表
参见 [编辑]
参考文献 [编辑]
- ^ 《中华人民共和国水污染防治法》：http://www.gov.cn/flfg/2008-02/28/content_905050.htm
- ^ 可以在www.standardmethods.org取得
- ^ http://www.biozone.com/ozone_generators.html
- ^ Beychok, Milton R. Aqueous Wastes from Petroleum and Petrochemical Plants 1st Edition. John Wiley & Sons. 1967. LCCN 67019834.
- ^ Tchobanoglous, G., Burton, F.L., and Stensel, H.D. Wastewater Engineering (Treatment Disposal Reuse) / Metcalf & Eddy, Inc. 4th Edition. McGraw-Hill Book Company. 2003. ISBN 0-07-041878-0.
外部鏈接 [编辑]
- 綠色和平：水污染防治網站
- 中國水污染‧現況
- （英文）Industrial Pollution Information from the Coastal Ocean Institute, 伍茲霍爾海洋研究所（Woods Hole Oceanographic Institution）
- （英文）Domestic Pollution and Sewage Information from the Coastal Ocean Institute, 伍茲霍爾海洋研究所（Woods Hole Oceanographic Institution）
- （英文）Nijhuis Water Technology
- （英文）Ozone Technology
- （英文）Wastewater treatment with Activated Carbon by Chemviron Carbon
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