2.2　水污染物的分类及危害

2.2.1　水污染物的分类

在研究水污染防治过程中，国内外许多学者按照不同的标准，把水体污染划分成多种类型。水体污染按其产生的方式可以划分为自然水污染和人为水污染；按照污染源的分布特征可以分为点源污染、面源污染（也称非点源污染）和扩散性污染；按照组成污染杂质的不同，可以分为生物性污染、物理性污染和化学性污染；按照水体所处的空间位置不同，可以分为地面水体污染、地下水体污染和海洋水体污染。

这些关于水体污染的分类在诸多文献中均有阐述，而造成水体污染的“罪魁祸首”是各种水污染物，因此，本书着重从水污染物的角度出发，将不同水体污染来源的污染物进行归纳总结，共分为8种类型的水污染物。

（1）耗氧有机物。

水污染物中有一类属于耗氧有机物，它们是来自于城市生活污水及食品、造纸、印染等工业废水中，本身无毒性，但在分解时需消耗水中的溶解氧，故称为耗氧（或需氧）有机物。耗氧有机物的组成比较复杂，诸如一般的腐殖质、人体排泄物、垃圾废物及各种生活与工业废水中的动植物纤维、脂肪、糖类、有机酸、蛋白质、有机原料及人工合成有机物等。显然，要分别测定这些物质的含量是比较困难的，但它们有一个共同的特点，即这些物质在水中被微生物生物氧化分解时会消耗水中的溶解氧，使水体处于缺氧状态，发生腐败分解，恶化水质。此外水中有机物增多还会使细菌和藻类繁生，对卫生也是不利的。因此，有机物是水体污染的主要指标。

在实际工作中，利用有机物耗氧的特性，常用几项耗氧的综合指标来表示水中有机物的含量。

1）生化需氧量（BOD）。生化需氧量指在好氧条件下微生物分解水中有机物所需的氧量，是衡量有机物对水体潜在污染能力的一个常用参数。微生物氧化分解有机物的过程，分为两个阶段：第一阶段主要是有机物被转化为二氧化碳、水和氨，称碳化阶段；第二阶段主要是氨被转化为亚硝酸盐和硝酸盐，称硝化阶段。因微生物活动与温度有关，一般以20℃作为测定BOD的标准温度。污水中的有机物通常需20d左右才能基本完成碳化阶段的氧化分解过程，这给测定工作带来一定困难，所以多用5d的生物化学需氧量作为衡量标准，简称五日生化需氧量（BOD5）。BOD5大约占碳化阶段生化需氧量的65%～80%。

2）化学需氧量（COD）。化学需氧量指用化学氧化剂氧化工业废水和生活污水中有机污染物所需的氧量。COD越高，表示水中有机物越多。目前常用的氧化剂为重铬酸钾（K2Cr2O7）或高锰酸钾（KMnO4）。同一污水所用氧化剂不同，测得到COD值亦不同。为区别起见，将COD分别写为CODCr和CODMn；或称CODMn为高锰酸盐指数。COD与BOD的差值表示废水中不能被生物降解的那部分有机物含量，一般情况下BOD5＜BOD20＜COD。化学需氧量对各种无机还原物质（如硫化物、亚硝酸盐和氨等）也具有氧化作用，但不能反映出可被微生物氧化的那部分有机物的含量。

（2）无机物。

无机物分为有毒的和无毒但有害的两大类。有毒有机物具有强烈的生物毒性，它们排入天然水体，常会影响水中生物，并可通过食物链危害人体健康，主要包括CN-（氰化物）、F-、S2-等。无毒有害无机物则主要是指酸、碱与一般无机盐。

氰化物，特指带有氰离子或氰基的化合物，如氰化钠、氰化钾等，是人们所知的最强烈、作用最快的有毒药物之一。氰化物多数是人工制造的，但也有少量存在于天然物质中，如苦杏仁、琵琶仁、桃仁、木薯和白果等。污染水体的氰化物主要来源于化工、冶金、炼焦、电镀和选矿等工业废水。天然水中不含氰化物，如有发现，即属污染。水体中的氰化物不仅可被稀释，也可被水解生成氢氰酸，然后挥发进入大气，水中的氰化物也就逐渐消失。

酸性污染物主要来自矿坑废水、工厂酸洗水、硫酸厂、黏胶纤维以及酸法造纸等，酸雨也是某些地区水体酸化的主要来源。碱性污染物主要来自造纸、化纤、炼油等工业。酸、碱废水彼此中和，可产生各种盐类，它们分别与地表物质反应也能生成一般无机盐类，所以酸和碱的污染，也伴随着无机盐类污染。

（3）有毒有机物。

有毒有机物主要包括有机氯农药、酚类、氯联苯、多环芳烃、高分子聚合物（塑料、人造纤维、合成橡胶）、染料及有机锡等有机化合物。随着现代化石油化学工业的高速发展，产生了很多原来自然界没有的、难分解的、剧毒的有机物，这些有机物有合成洗涤剂、有机氯农药等。较为常见的有毒有机物为酚类和有机氯农药等。

酚类是一类含苯环化合物，是一种中等强度的化学毒物，易与细胞原浆中的蛋白质发生化学反应。酚类又分为挥发与不挥发两大类，通常多测定挥发酚含量。酚类化合物种类繁多，有苯酚、甲酚、氨基酚、硝基酚、萘酚、氯酚等，而以苯酚、甲酚污染最突出。水中酚类主要来自煤气、炸药、香料、化肥、合成橡胶等工厂企业的生产废水。

有机氯农药是用于防治植物病虫害的组成成分中含有有机氯元素的有机化合物。主要分为以苯为原料和以环戊二烯为原料的两大类。前者如使用最早、应用最广的杀虫剂（DDT和六六六），以及杀螨剂（三氯杀螨砜、三氯杀螨醇）、杀菌剂（五氯硝基苯、百菌清、道丰宁）等；后者如作为杀虫剂的氯丹、七氯、艾氏剂等。氯苯结构较稳定，生物体内酶难于降解，所以积存在动植物体内的有机氯农药分子消失缓慢。由于这一特性，它通过生物富集和食物链的作用，环境中的残留农药会进一步得到扩散。

（4）石油类。

石油为很多化学有机物的混合物，其各种成分都有一定的毒性，一般都对人体有害。石油及其制品进入水体之后，可发生复杂的物理和化学变化，如扩展、蒸发、溶解、卤化、光化学氧化，不易氧化分解的形成沥青块而沉入水底，可破坏生物的正常生活环境，造成生物机能障碍的物理作用。

石油类污染在数量上占海洋污染的首位。据统计，每年通过各种渠道排入海洋的石油类产品可高达数百万吨乃至上千万吨，约占世界石油总产量的0.15%。水体油污染主要是工业排放、运油船只的洗舱水以及意外事故的溢油、海上采油或运转事故等造成的。

（5）重金属。

重金属可分为危害较大的，如汞（Hg）、镉（Cd）、铬（Cr）、铅（Pb）和危害较小的锰（Mn）、铜（Cu）、锌（Zn）等。砷（As）由于化合价可变，性质与金属类似，也划归此类。通常将汞、镉、铬、铅以及非金属砷等生物毒性显著的五种重元素，称为“五毒物质”。它们在水体中不能被微生物降解，而只能发生各种形态相互转化和分散、富集。

重金属污染的特点是：①除被悬浮物带走的之外，会因吸附沉淀作用而富集于排污口附近的底泥中，成为长期的次生污染源；②水中各种无机配位体（氯离子、硫酸离子、氢氧离子等）和有机配位体（腐蚀质等）会与其生成络合物，导致重金属有更大的水溶解性而使已进入底泥的重金属有可能重新释放出来；③重金属的价态不同，其活性与毒性不同。其形态又随pH值和氧化还原条件而转化。

其中，汞为“五毒”之首，水中有无机汞和有机汞两种形式的汞。有机汞中的甲基汞毒性最大。而二甲基汞可溶解于水，水中生物摄入的二甲基汞，可在体内积累，并通过食物链不断富集。受汞污染水体中的鱼体内，甲基汞浓度可比水中高达万倍。无机汞易沉入河底，沉入河底的无机汞经厌氧性细菌分解后，可以转化成甲基汞，而且转化率很高，所以无机汞的潜在危险性也很大。

（6）植物营养素。

污水中除大部分是含碳的有机物外，还包括含氮、磷的化合物及其他一些物质，它们是植物生长、发育的养料，称为植物营养素。含氮的有机物中最普遍的是蛋白质，含磷的有机物主要为洗涤剂等。

物质营养素污染主要表现为水体富营养化。含有大量氮、磷的废水进入水体后，在微生物的作用下，分解为可供水中藻类吸收利用的形式，藻类大量繁殖，成为水体中的优势种群，水面因而呈现不同的颜色，成为“水华”或“赤潮”。通常用来反映水体富营养化的指标有：氨氮（NH3—N）、亚硝酸盐氮（NO2—N）、硝酸盐氮（NO3—N）、总氮（TN）、磷酸盐和总磷（TP）等。

（7）病原微生物。

病原微生物主要来自城市及港口的生活污水、医院污水、垃圾及地面径流等，主要包括病菌、病毒和原生动物三大类。水体中的病原微生物一般并不是水中原有的微生物，大部分是从外界环境污染而来，特别是人和其他温血动物的粪便污染。水中的病原微生物是引起水传播疾病爆发的根源。与水有关的微生物感染疾病可分为饮水传播性疾病、洗水性疾病、水依赖性疾病和水相关性疾病。

（8）热污染及放射性物质。

水体热污染是指受人工排放热量进入水体所导致的水体升温。大量热能排入水体，使水中溶解氧减少，并促使水生植物繁殖，鱼类的生存条件变坏。热污染主要来源于发电厂和其他工业的冷却水。如发电厂燃料中只有1/3热能转化为电能，其余2/3则流失于大气或冷却水中。水温高还会使氰化物、重金属离子等污染物的毒性增强。随着世界能源消耗不断增加，热污染问题也将日益严重。

放射性物质在化工、冶金、医学、农业等行业使用，放射性废水及冲刷放射性污染物的地面径流，往往会造成附近水域的放射性污染。放射性废水注入地下含水层，从地面渗入地下和放射性废物埋入地下等。地下水中放射性核素也可能迁移扩散到地面水中，造成地面水污染。

2.2.2　水污染物的危害

水体受到污染后影响社会和自然的很多方面，其中对人体健康、工农业生产、水生生态环境的危害特别显著。

当水中含有害物质、致癌物质，通过饮水进入人体后，将致病甚至致死。据调查，饮用受污染水的人，患肝癌和胃癌等癌症的发病率，要比饮用清洁水的高出61.5%左右。工农业生产过程中使用了被污染的水后，工业设备会受到破坏，严重影响产品质量；土壤的化学成分可能会改变，肥力下降，导致农作物减产和严重污染，这些都给人类社会发展带来危害。

水生生物之间进行着复杂的物质和能量交换，从数量上保持着一种动态的平衡关系。当水污染造成水环境条件改变时，由于不同的水生生物对环境的要求和适应能力不同，产生不同的反应，将导致种群发生变化，破坏水环境的生态平衡。例如，污水进入水体后，某些有益的水生生物会中毒死亡，而一些耐污的水生生物会加剧繁殖，大量消耗水中溶解氧，使有益的水生生物因缺氧被迫迁徙他处，或者死亡，水生生物之间的动态平衡也随之打破。

下面分别介绍各类水污染物的危害。

（1）耗氧有机物的危害。

耗氧有机物质可造成水体溶解氧亏缺，影响鱼类和其他水生生物生长，破坏水生态系统。正常情况下，20℃水中溶解氧量（DO）为9.77mg/L，当DO不小于7.5mg/L时，水质清洁；当DO不大于2mg/L时，水质发臭。当水中溶解氧耗尽后，这时水体中的一些需氧代谢的生物如鱼虾、昆虫、高级藻类和植物等将生存困难，甚至绝迹，而有机物厌氧分解产物富集，从而使水体受到进一步污染。

（2）无机物的危害。

有毒无机物——氰化物是剧毒物质，它能在水中形成一定比例的氰化氢，其毒性比氰化物还强。氰化物和氰化氢可以通过呼吸道和皮肤被人体吸收，抑制氰的代谢，造成人体细胞缺氧窒息死亡。水中氰化物含量折合成氰离子，浓度达0.04～0.1mg/L时，能使鱼类致死。对浮游生物和甲壳类生物的氰离子最大容许浓度为0.01mg/L。简单的氰化物经口、呼吸道或皮肤进入人体内极易被吸收，氰化物进入胃内，在胃酸的作用下，立即水解为氢氰酸而被吸收，进入血液。氰化物能抑制细胞呼吸，引起细胞内窒息，造成人体组织严重缺氧的急性中毒。0.12g氰化钾或氯化钠可使人立即致死。

酸、碱废水破坏水体的自然缓冲作用，消灭或抑制细菌及微生物的生长，妨碍水体的自净功能。例如，酸碱污染不仅可腐蚀船舶和水上构筑物，改变水生生物的生活条件，还增加水的硬度（生成无机盐类），影响水的用途。

此外，一些无机悬浮物如泥沙、土粒煤渣、灰尘等颗粒状物质，在水中可能呈悬浮状态。这类物质一般无毒，会使水变浑浊，带颜色，给人厌恶感，因此属于感官指标。通常，这类物质常吸附和携带一些有毒物质，扩大有毒物质污染。

（3）有毒有机物的危害。

有毒有机物大多数为难降解有机物，或持久性有机物。它们在水中的含量虽不高，但因在水体中残留时间长，有蓄积性，可造成海洋生物及人体的慢性中毒、致癌、致畸、致突变等生理危害。例如，酚类化合物属于高毒类物质，有臭气味，能刺激皮肤和黏膜，毒害神经，使蛋白质凝固。酚可以通过消化道、呼吸道和皮肤被吸收。长期饮用被酚污染的水，能引起头昏、出疹、瘙痒、贫血及各种神经系统症状，甚至中毒，损伤肝脏。人饮用浓度为14mg/kg酚的水可对胃肠产生影响，饮用浓度为140mg/kg酚的水，则可导致人死亡。

有机氯类农药的特点是化学性能较稳定，易溶于脂肪，难分解残留性强，当人们用喷雾方式使用农药时，实际上只有5%落到植物体上，而有一半以上散布在大气之中，其余将落到土地上，而后流入江河海洋造成污染。有毒有机物进入水物体后，在生物体内高度富集，会引起生物死亡或影响其生殖。

（4）石油类的危害。

石油类比水轻又不溶于水，覆盖在水面形成薄膜，阻碍水与大气的气体交换，抑制水中浮游植物的光合作用，造成水体溶解氧减少，产生恶臭，恶化水质。油膜还会堵塞鱼鳃，致其死亡。

（5）重金属的危害。

重金属毒性强，对人体危害大，是当前人们最关注的问题之一。重金属对人体危害的特点：①饮用水含微量重金属，即可对人体产生毒性效应。一般重金属产生毒性的浓度范围大致是1～10mg/L，毒性强的汞、镉产生毒性的浓度为0.1～0.01mg/L；②重金属多数是通过食物链进行恶性传递；③重金属进入人体后不易排泄，往往造成慢性累积性中毒。

重金属元素如汞、镉、铅、锌、硒、铜、砷等，能抑制酶的活性；六价铬可能是蛋白质和核酸的沉淀剂，可抑制细胞内谷胱甘肽还原酶，导致高铁血红蛋白，可能致癌。砷的化合物三氧化二砷（又称砒霜）和五氧化二砷都有很大毒性。长期饮用含砷量为0.3～10.0mg/L的水，就会对人体产生慢性毒害作用，砷被人体吸收后能引起神经系统、毛细血管及其他系统的功能障碍，并能在人体内积累并致癌。铬对人体消化道、皮肤黏膜有刺激和腐蚀作用，长期饮用铬污染的水，能引起人体内部组织的破坏，还能引起皮肤癌和肺癌。

（6）植物营养素的危害。

过量的植物营养素进入水体后，将破坏原有生态平衡，也会使水质恶化、影响渔业生产和危害人体健康，最为典型的就是引起水体的富营养化。水面在光合作用下溶解氧达到过饱和，而底层则因光合作用受阻，藻类和地生植物大量死亡，它们在厌氧条件下腐败、分解，又将营养素重新释放进水中，再供给藻类，周而复始，因此，水体一旦出现富营养化就很难消除。富营养化水体，对鱼类生长极为不利，过饱和的溶解氧会产生阻碍血液流通的生理疾病，使鱼类死亡；缺氧也会使鱼类死亡。而藻类太多堵塞鱼鳃，影响鱼类呼吸，也能致其死亡。

含氮化合物的氧化分解会产生硝酸盐，硝酸盐本身无毒，但硝酸盐在人体内可被还原为亚硝酸盐。研究认为，亚硝酸盐可以与仲胺作用形成亚硝胺，这是一种强致癌物质。因此，有些国家的饮用水标准对亚硝酸盐含量提出了严格要求。

（7）病原微生物的危害。

水体受病原微生物污染后，微生物激增，其中许多是致病菌、病虫卵和病毒。它们往往与其他细菌和大肠杆菌共存，数量大、分布广、存活时间长、易产生抗药性，很难灭绝。饮用污染的水后，最常见的是引起各类肠道传染病，如霍乱、伤寒、痢疾、胃肠炎及阿米巴、蛔虫、血吸虫等寄生虫病。另外还有致病的肠道病毒、腺病毒、传染性肝炎病毒等。

（8）热污染及放射性污染的危害。

热污染是一种能量污染。水体受到热污染后的直接效应是使水中的溶解氧减少，严重时可降至为零；可使水中某些毒物的毒性提高；鱼类生存困难、不能繁殖或死亡；破坏水生生态平衡的温度环境条件，加速某些细菌的繁殖，助长水草丛生、厌氧发酵、恶臭等。如美国皮尔哥里姆核电厂热冷却水使受纳水渠总溶解性气体饱和度常常高于120%，使油鲱患气泡病。另外，水温升高后，水中化学反应和生化反应速率也随之提高，导致许多有毒物质（如氰化物、重金属离子）的毒性增强，对水生生物造成严重威胁。

核工业设施释放出来的人工放射性物质，主要是上锶、上铯等半衰期为30年左右的同位素，这些物质半衰期长，经水和食物进入人体后，能在一定部位积累，增加对人体的放射性辐照，可引起遗传变异或癌症。据估计，目前进入海洋中的放射性物质总量为2亿～6亿居里，这个量相当大。在较强放射性水域中，水生生物可以通过体表吸附或通过食物进入消化系统，并逐渐积累在器官中，通过食物链作用传递给人类。