什么是水体自净?

[拼音]：shuiti zijing

[外文]：self-purification of water body

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。

水体自净能力是有限度的。研究水体自净，就是要探索水体自净的规律，正确计算和评价水体的自净能力，依据最优化设计方案确定所排入污水必须处理的程度，达到有效防止水体污染的目的。

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，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。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。

污水或污染物排入水体后，可沉性固体逐渐沉至水底形成污泥。悬浮体、胶体和溶解性污染物则因混合稀释而逐渐降低浓度。污水稀释的程度用稀释比表示。对河流来说，即参预混合的河水流量与污水流量之比。污水排入河流须经相当长的距离才能达到完全混合，因此这一比值是变化的。达到完全混合的时间受许多因素的影响，主要有：稀释比，河流水文条件和污水排放口的位置和型式。在湖泊、水库、海洋中影响污水稀释的因素还要加上水流方向、风向和风力、水温和潮汐等。

化学净化过程中化学反应的产生和进行取决于污水和水体的具体状况。如在一定条件下，水体中难溶性硫化物可以氧化为易溶性的硫酸盐；可溶的二价铁、锰的化合物可转化为几乎不溶解的三价铁、四价锰的氢氧化物而沉淀下来。又如水体中硅、铝氧化物胶体或蒙脱土、高岭土一类胶体物质，能吸附各种阳离子或阴离子而与污染物凝聚并沉淀。

悬浮和溶解于水体中的有机污染物，在有溶解氧时会因需氧微生物作用，氧化分解为简单的、稳定的无机物，如二氧化碳、水、硝酸盐和磷酸盐等，使水体得到净化。在这过程中，要消耗一定量的溶解氧。溶解氧除水体中原有的以外，主要来自水面复氧和水体中水生植物光合作用。这个过程中，复氧和耗氧同时进行。溶解氧的变化状况反映了水体中有机污染物净化的过程，因而可把溶解氧作为水体自净的标志。溶解氧的变化可用氧垂曲线表示。如图所示，a为有机物分解的耗氧曲线，b为水体复氧曲线，c为氧垂曲线，最低点Cp为最大缺氧点。若Cp点的溶解氧量大于有关规定的量，说明从溶解氧的角度看，污水的排放未超过河段的自净能力。若排入有机污染物过多，超过河流的自净能力，则Cp点低于规定的最低溶解氧含量，甚至在排放点下的某一段会出现无氧状态，此时氧垂曲线中断，水体失去自净能力。在无氧情况下，水中有机物因厌氧微生物作用进行厌氧分解，产生硫化氢、甲烷等，水质变坏，腐化发臭。

关于河流中水体自净过程，各国学者进行了大量的研究工作并提出了数学模式。其中比较著名的是斯特里特-费尔普斯公式：

式中Dt为污染物分解t日后水中溶解氧不足饱和的量，即t日时的亏氧量（毫克/升）；La为排放点污水和河水混合液中有机污染物浓度（毫克/升）;Da为污水排放点的亏氧量（毫克/升）;K1、K2分别为耗氧和复氧速率常数，随水温变化。只要测得河流有关常数K1、K2和始点的Da，即可按不同污染物的排入量求出不同河段的亏氧量。但由于存在水体内植物的光合作用和底泥分解等因素，实际情况与计算结果常有出入。因此还提出了一些考虑了光合作用产氧、底泥有机物耗氧、氨氮硝化耗氧等因素的数学模式。

水体存在的生物群可反映河流自净的进程。河流被污染时，对污染敏感的蜉蝣稚虫、鲑鱼、硅藻就会消失，而真菌、泥蠕虫和某些蓝、绿藻则占优势。经过自净作用水质恢复洁净，水生生物群落结构也随之变化，因此，可用水生生物群落结构来判断和评价水体自净的状况。

20世纪70年代以来，利用水生生物群落结构的变化来评价水体污染情况，成为一个活跃的研究领域。在研究过程中，还引用了水污染生物指数和生物种的多样性指数等数学手段。

水体自净是环境科学中的重要研究课题，同水体污染的研究密切相关。建立关于水体自净过程规律的通用数学模式将有助于控制水体污染。对不同水体进行考察并掌握各种水体的自净规律，就能充分利用水体自净能力，减轻人工处理污染的负担，保证水体不受污染，并据此安排合理的生产布局和以最经济的方法控制和治理污染源。

参考书目

Г.Л.扎克著，胡杰勋译：《水体自净》，中国工业出版社，北京，1960。

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