1、污染物的降解能力與湖泊納污能力綜述吳超（南昌工程學(xué)院）摘要：湖泊作為封閉、半封閉的水體，具有與河流不同的水力特性和 自凈規(guī)律。它具有納污吐清的功能，不僅是農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、以及生活 用水的主要水源，同時(shí)還具有維持生物多樣性，調(diào)節(jié)氣候，蓄納洪水， 調(diào)節(jié)地表徑流，凈化水質(zhì)等功能。湖泊生態(tài)系統(tǒng)通過(guò)吸附、植物的吸 收、沉降等作用阻截懸浮物而使水體得到改善。 但是隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展， 城鎮(zhèn)人口不斷增加，工業(yè)廢水、生活污水的排放量也日益增加，大量營(yíng)養(yǎng)物不斷流入湖泊，湖泊已成為接納污水的天然大水體， 面臨著嚴(yán) 重的污染問(wèn)題。1.污染物的降解定義與降解系數(shù)定義污染物的降解分為三種：（1）有機(jī)化合物分子中的碳原子數(shù)目減

2、少， 分子量降低。（2）高分子化合物的大分子分解成較小的分子。（3）塑 料降解：高分子聚合物達(dá)到生命周期的終結(jié)，使 聚合物分子量下降、 聚合物材料（塑料）物性下降。典型表現(xiàn)是：塑料發(fā)脆、破裂、變軟、 增硬、喪失力學(xué)強(qiáng)度等。塑料的老化、劣化就是一種降解現(xiàn)象。但一 般塑料要降解為對(duì)環(huán)境無(wú)害經(jīng) （少害化）的碎片或變成C02和水，回 歸自然循環(huán)，需經(jīng)歷幾十年、上百年的時(shí)間。降解系數(shù)：?jiǎn)挝坏纳锪吭趩挝粫r(shí)間內(nèi)可以降解掉的污染物量。如污染物降解系數(shù)為0.2（/天）,表示單位的生物量在一天時(shí)間內(nèi)可以降解掉的污染物量為 0.2 。2. 污染物的降解過(guò)程及降解系數(shù)污染物進(jìn)入水體后， 立即受到水體的平流輸移、 縱

3、向離散和橫向混合 作用，同時(shí)與水體發(fā)生物理、 化學(xué)和生物生化作用，是水體中污染物 濃度逐漸降低，水質(zhì)逐漸轉(zhuǎn)好，這就是污染物在水中的稀釋降解過(guò)程。 在這一過(guò)程中， 大多數(shù)有毒污染物經(jīng)過(guò)各種物理化學(xué)和生物作用轉(zhuǎn)化 為低毒或無(wú)毒的化合物；一些不穩(wěn)定的化合物轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的化合物； 重金屬等污染物隨著吸附作用而逐漸沉淀，進(jìn)入底泥； 而一些復(fù)雜的有機(jī)物， 逐步氧化分解為較簡(jiǎn)單的化合物。 污染物的稀 釋降解過(guò)程是連續(xù)不斷的， 其濃度呈逐漸下降趨勢(shì)， 并且在整個(gè)自凈 過(guò)程中， 初期水體中的溶解氧會(huì)因參加反應(yīng)急劇下降， 而隨著自凈過(guò) 程的進(jìn)行，水中的溶解氧在降低到一定程度后，緩緩上升，恢復(fù)到原 有水平。污染物的稀

4、釋降解過(guò)程主要是水體對(duì)污染物進(jìn)行物理作用、 化學(xué)作用 和生物作用的共同結(jié)果。 物理作用主要包括水體對(duì)污染物的稀釋、 吸 附、沉淀、凝聚等方面， 例如高濃度廢污水進(jìn)入水體后， 首先會(huì)受到 水體的混合、稀釋，水量越大或徑污比越大， 稀釋效果越好；污染物 同時(shí)也會(huì)被水體中的懸浮物如泥沙所吸附、 沉淀， 致使污染物濃度下 降；化學(xué)作用是污染物與水體組份發(fā)生化學(xué)反應(yīng)， 使污染物濃度降低， 化學(xué)作用主要包括氧化、還原、分解等方面。例如水體中亞硝酸鹽等 一些還原性污染物會(huì)在氧的作用下， 逐步氧化至硝酸鹽； 一些重金屬 離子如Fe、Pb等，在堿性水環(huán)境條件下（如黃河水體的PH值一般在8.0左右，呈弱堿性），會(huì)

5、和水中的0H結(jié)合產(chǎn)生沉淀，使水中重金屬 離子濃度下降；水體的生化作用是污染物被水體中各種微生物所分解 的過(guò)程， 如水中的好氧微生物會(huì)在氧的作用下， 把一些有機(jī)物分解成 無(wú)機(jī)物，如二氧化碳、水，把氨轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，使水體得到凈化。 在水體實(shí)際納污能力計(jì)算中， 為了反映污染物的稀釋降解過(guò)程， 常引 入污染物綜合降解系數(shù)這一參數(shù)。 將污染物受水體的物理、 化學(xué)和生 物等作用通過(guò)綜合降解系數(shù)來(lái)反映， 其反映了污染物自凈過(guò)程的快慢 程度，一般情況下其精度能夠滿足水資源保護(hù)規(guī)劃與管理的要求。 3污染物綜合降解系數(shù)的影響因素 污染物的稀釋降解過(guò)程是個(gè)復(fù)雜、 多變的過(guò)程， 因此反映污染物自凈 過(guò)程的綜合降解系數(shù)

6、受諸多因素影響，其中較為重要的有：水溫、污 染物的濃度梯度、水文特征、河道狀況等。3.1 水溫的影響 污染物受納水體的溫度直接影響到污染物的自凈過(guò)程中各種化學(xué)、 生 化作用的進(jìn)行，例如水溫的提高可以加劇污染物的分解、氧化反應(yīng)、 微生物的活性，有利于污染物的降解。因此， 在同等條件下，水溫較 高的水域的綜合降解系數(shù)要高于水溫較低的水域。水溫對(duì)綜合降解系數(shù)影響較大，一般來(lái)說(shuō)， 對(duì)于北方河流，夏季的降 解系數(shù)要比同河段冬季的降解系數(shù)高出 12倍，這也是有些河流枯 水期水質(zhì)惡化的一個(gè)重要原因。3.2 污染物濃度梯度的影響污染物由于組成成分不同， 其自凈快慢程度也是不相同的， 并且同一種污染物進(jìn)入水體的

7、濃度梯度不同， 或水體中該污染物的濃度梯度不 同，其自凈的快慢程度也不盡相同。 一般說(shuō)來(lái)，若濃度梯度較大，即 污染物在水體中的濃度較高， 污染物就較易于同水體發(fā)生作用， 其物 理、化學(xué)、生化作用速度較快，程度較高，那么其自凈相對(duì)較快，反 之低濃度污染物的自凈就相對(duì)較慢。同時(shí)，污染物在其自凈過(guò)程中， 自凈降解的速度是呈動(dòng)態(tài)變化的， 一般來(lái)說(shuō)，污染物進(jìn)入水體的初期， 自凈速度較快， 隨著自凈程度的提高，污染物濃度的下降，其自凈速 度也是越來(lái)越慢的，最終達(dá)到一定的平衡。3.3 水文特征的影響 河流的水文特征包括流量、流速、河寬、水深、含沙量等方面。一般 來(lái)說(shuō)，河流的流量越大，那么徑污比也越大，也越有

8、利于污染物的混 合稀釋，自凈程度相對(duì)就較快；受納水體中若含沙量較高，那么泥沙 對(duì)污染物的吸附能力較大， 其自凈程度就相對(duì)清水河流較高， 需要注 意的是泥沙對(duì)污染的吸附情況很復(fù)雜， 如泥沙粒徑大小、 所帶電荷及 污染物的種類都對(duì)吸附有影響， 這需要針對(duì)具體情況具體分析； 河面 較窄、水深較淺相對(duì)有利于污染物的盡快、 充分的混合稀釋，因此其 自凈速度較快。3.4 河道狀況的影響我國(guó)河流眾多， 河道情況也千差萬(wàn)別，如峽谷性河道、平原沖擊性河 道、寬淺游蕩性河道， 有的河道較為順直，有的相對(duì)彎曲，有的河道 兩岸有控導(dǎo)工程，有的就是自然河道。一般來(lái)說(shuō)， 有利于污染物快速 擴(kuò)散混合稀釋的河道， 如彎曲性河

9、道、建有控導(dǎo)工程的河道、寬淺游 蕩性河道，污染物的自凈速度相對(duì)較快，其降解系數(shù)也相對(duì)較大。4 綜合降解系數(shù)的確定方法 如何較準(zhǔn)確的確定污染物綜合降解系數(shù)， 直接影響到水體能力計(jì)算結(jié) 果的準(zhǔn)確、合理性，通常綜合降解系數(shù)的確定有以下幾種方法：4.1 資料類比分析利用國(guó)、 內(nèi)外有關(guān)河流已有的研究成果， 與研究河流的實(shí)際情況進(jìn)行 類比分析確定耗氧系數(shù) K1。4.2 降解綜合模式法在有條件的情況下，可選擇適當(dāng)?shù)奈廴疚铮?進(jìn)行示蹤試驗(yàn)，選擇比較 順直、穩(wěn)定均勻河段， 對(duì)于非持久性污染物， 采用一維穩(wěn)態(tài)稀釋，降 解綜合模式計(jì)算公式為：C(x) = C0 * Exp - K L/v * 86400式中，K污染

10、物降解系數(shù)；C0排放污水或入流支流與上游來(lái)水稀釋后的混合濃度；L河道沿程距離；V河道水流流速；4.3 利用常規(guī)監(jiān)測(cè)資料估算 一般情況下，河流均設(shè)有水質(zhì)監(jiān)測(cè)站并擁有年限較長(zhǎng)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)資 料，這些水質(zhì)監(jiān)測(cè)站布設(shè)較為合理、 能夠比較全面的代表河流水質(zhì)狀 況和污染物稀釋降解情況，選擇模型化較好的河段 (如河道順直、水 流平穩(wěn)、沒(méi)有排污口、支流匯入等) ，利用監(jiān)測(cè)資料并結(jié)合河流的水 力學(xué)同期測(cè)值進(jìn)行耗氧系數(shù)的推算。 這樣經(jīng)過(guò)大量統(tǒng)計(jì)資料推算求得 的數(shù)值具有較好的歸納、 概括性， 能夠代表河段水體中污染物的降解 特性。實(shí)際工作中為了較準(zhǔn)確的求出河段的綜合降解系數(shù)， 一般都是利用常 規(guī)監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行推算。 有

11、條件時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)， 用示蹤試驗(yàn)進(jìn)行降解系數(shù) 的確定， 若試驗(yàn)次數(shù)較少，由于具有一定的隨機(jī)性，對(duì)其代表性要進(jìn) 行分析。 亦可結(jié)合國(guó)內(nèi)外有關(guān)資料列比分析， 最終確定合適的河段水 體綜合降解系數(shù)。. 5. 水體納污能力 ：指在給定水域的水文、水動(dòng)力學(xué)條件、排污口位 置及排放方式情況下， 滿足水功能區(qū)劃確定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的污染物最大 排放量，定義為該水域在上述情況下所能容納的污染物總量。 水體的納污能力由稀釋容量、 遷移容量、自凈容量三部分組成， 分別 反映污染物在水體中遷移轉(zhuǎn)化的物理稀釋與自然凈化作用。 一般情況 下，稀釋容量大于自凈容量，在徑污比大于1020倍的水體，可僅計(jì)算稀釋容量， 而對(duì)于北方徑流量

12、較小的河流，由于徑污比較小，對(duì) 于可降解污染物而言，自凈容量在水資源保護(hù)中就顯得尤為重要。5.1 湖泊水體的特點(diǎn)及自凈 水體自凈的機(jī)理，包括沉淀、稀釋、混合、揮發(fā)、氧化還原、分解化 合、吸附、凝聚、 離子交換等物理化學(xué)過(guò)程，以及厭氧和好氧生物同 化作用。 各種過(guò)程可同時(shí)或連續(xù)發(fā)生，并相互影響和交織地進(jìn)行。湖 泊與河流具有不同的水流特性，因而水體自凈的主要機(jī)理與因素不 同。湖泊水流流速緩， 基本上保持水平面靜止，豎向方向的水體流動(dòng) 主要是由于溫度差造成的。 所以流入的廢水不易在其中進(jìn)行混合、 稀 釋和擴(kuò)散，因此，湖泊污染往往具有污染物質(zhì)來(lái)源和種類復(fù)雜而且易 于引起局部嚴(yán)重污染的特點(diǎn)。6.以鄱陽(yáng)湖

13、為例觀察枯水期水體特征鄱陽(yáng)湖水域各水化學(xué)參數(shù)結(jié)果見表 1.表1顯示；鄱陽(yáng)湖水域PH為中 性偏堿、總體透明度較低、溶氧飽和度較高 （撫河入湖口和三江口除 外）、葉綠素a含量較低、湖泊流域各采樣點(diǎn)的水化學(xué)特征明顯不同。如：4號(hào)修河入湖口水體的透光度最高，電導(dǎo)率和葉綠素 a的含量最低；6號(hào)饒河入湖口水體的溶氧、電導(dǎo)率以及葉綠素 a的含量較高， 該地水體的PH最低，鄱陽(yáng)湖南北主湖區(qū)的透光度明顯低于各河入湖 口等。這與鄱陽(yáng)湖是一過(guò)水性吞吐型湖泊有關(guān)。注丄湖口；乞星子土松門山鳳修河入湖口 I5贛江北丸入湖口 6 饒河入湖口 U 南磯山碟形湖j 艮疣河入湖口沖*信江入湖口 * LU,三江口 圖1 鄱陽(yáng)湖水樣

14、采集位點(diǎn)圖衣1鄱陽(yáng)湖水域物化參數(shù)l ab, 1 Phyicochemical Characteristicsof Lake Poyang AreaSanipk-SD( cm)M )pH1x)(EC nil fni)ChPa( tng/m1)1)515-197, 12&氐0015. R92. 2G712i m i7.277().2o2” NH311t-L S97-2593.CDIS. 292. 791If)17. 697, 30r- 1.009, 50U, 9052(6 23弓 rmJ . C $95,2(f2l). ()3山麗i17. 8692.2仏702. 2S728I -L 7 t7.98

15、1So1L163. 872(314, A27. 45IK7(klu, 762. 1793(h M-V* |T%1 / . 37d 54Fil.2“13. H5L22in2(5. M27h :55 6,)0IF. no2. 11注AD為透光度I T為水淋；DO為旃氧* FT為電導(dǎo)率*6. 1鄱陽(yáng)湖氮、磷含量分布2.2 鄱陽(yáng)湖流域的氮料磷含量變化分別對(duì)水樣進(jìn)行了 TN.NH+ N.NOf-N以及TP的測(cè)定鄱陽(yáng)湖TN.NHf -N. NO： 的含量見圖2/FP變化特點(diǎn)見圖3,圖2鄱陽(yáng)湖各種形態(tài)氮含量圖3鄱陽(yáng)湖總磷作彊鄱陽(yáng)湖湖水TN TP含量存在著空間變化特征，各水域TN含量空間波 動(dòng)程度大，空間分布

16、很不穩(wěn)定，可能是鄱陽(yáng)湖漁業(yè)極其發(fā)達(dá)所致。TP含量波動(dòng)大，除饒河外，由入江口的湖口向主湖區(qū)遞減。鄱陽(yáng)湖下游靠近長(zhǎng)江口一帶，鄱陽(yáng)湖南北主湖區(qū)以及修河、贛江北支、饒河地區(qū) 采砂業(yè)發(fā)達(dá)，采砂攪動(dòng)底泥致使沉積物中的磷釋放到水體中，可使得這幾個(gè)樣地的水體總磷含量升高。7.結(jié)論(1) 鄱陽(yáng)湖流域表層水體總氮，總磷濃度較高，達(dá)富營(yíng)養(yǎng)化水平，且湖泊水體質(zhì)量受總氮、氨態(tài)氮、總磷和 PH的影響大。(2) 鄱陽(yáng)湖主湖區(qū)、五湖入湖口以及碟形湖等樣地水體理化參數(shù)及氮、 磷含量存在著明顯的空間差異。 其中饒河入湖口污染最嚴(yán)重，修河入 湖口污染程度次之，南磯山碟形湖水體污染最小。參考文獻(xiàn)：1 鄱陽(yáng)湖研究編委會(huì)，鄱陽(yáng)湖研究【M】上海：上海科學(xué)技術(shù)出版 社，1988: 3940.2 王毛蘭，周文斌，胡春華，鄱陽(yáng)湖區(qū)水體氮、磷污染狀況分析J.湖泊科學(xué)，2008, 20 (3): 334338.3 崔麗娟，鄱陽(yáng)湖濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值評(píng)估研究；生態(tài)學(xué) 雜志； 2004, 23( 4)；47514 蔚秀春,河流中污染物綜合降解系數(shù)的影響因素淺析； 2007 年第 2 期；5 劉倩純,胡維,葛剛,熊勇,賴勁虎,吳蘭；鄱陽(yáng)湖枯水期水 體營(yíng)養(yǎng)濃度及重金屬含量分布研究；長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境；第 21 卷 第 1