水体自净
试述水体自净机制和影响因素有哪些
水体自净机制和影响因素1. 水体自净机制概述水体自净是指水体自身通过一系列的物理、化学和生物过程，净化和恢复水质的能力。
水体自净机制主要包括生物自净、化学自净和物理自净三个方面。
1.1 生物自净生物自净是指水体内的生物通过代谢活动和相互作用，对水体中的有机物和无机物进行分解、转化、吸附和沉淀，从而净化水质。
生物自净的主要过程包括生物降解、生物吸附和生物沉淀。
•生物降解：水体中的微生物通过代谢作用将有机物分解为水和二氧化碳等无害物质。
例如，细菌可以分解有机废物中的蛋白质、脂肪和糖类，将其转化为无害的物质。
•生物吸附：水体中的生物通过吸附作用将有机物和无机物吸附在其表面，从而使其从水体中去除。
例如，藻类可以吸附水中的重金属离子，净化水质。
•生物沉淀：水体中的生物通过生长和繁殖过程形成的生物体，可以与水中的悬浮物质结合并沉淀到水底，从而净化水质。
1.2 化学自净化学自净是指水体中的化学反应通过氧化、还原、酸碱中和等过程，将有害物质转化为无害物质，从而净化水质。
化学自净的主要过程包括氧化、还原和酸碱中和。
•氧化：水体中的氧气和氧化剂可以与有机物和无机物发生氧化反应，将其转化为无害物质。
例如，氧气可以将有机物氧化为二氧化碳和水。
•还原：水体中的还原剂可以与氧化剂反应，将有害物质还原为无害物质。
例如，还原剂可以将重金属离子还原为金属沉淀，净化水质。
•酸碱中和：水体中的酸和碱可以相互中和，将水体中的酸碱度调节到适宜的范围，净化水质。
1.3 物理自净物理自净是指水体中的物理过程通过沉淀、过滤和扩散等方式，将悬浮物质和溶解物质从水体中去除，从而净化水质。
物理自净的主要过程包括沉淀、过滤和扩散。
•沉淀：水体中的悬浮物质由于重力作用而沉降到水底，从而净化水质。
例如，悬浮在水中的泥沙会随着时间的推移逐渐沉淀到水底。
•过滤：水体通过地下层土壤和岩石的过滤作用，将悬浮物质和溶解物质去除。
例如，地下水经过土壤层的过滤后，水质得到净化。
简述天然水体的生物自净过程
简述天然水体的生物自净过程天然水体是指自然形成的湖泊、河流、湿地等水域，它们通常具有自净能力，能够通过一系列的生物、化学和物理过程，将污染物质降解并提供适合生物生存的环境。
本文将详细阐述天然水体的生物自净过程，并逐步回答中括号内的问题。
第一部分：生物自净的概念和背景知识1. 生物自净的概念和意义（200字）- 生物自净是指天然水体中生物通过各种生物化学反应和作用，将污染物质减少或除去的过程。
- 生物自净是水体净化和生态平衡的重要保障，有助于维持水体的健康和生物多样性。
2. 天然水体的基本特征（200字）- 天然水体具有一定的自我修复能力，例如湖泊、河流等水体可以通过自然过程消除一定程度的污染。
- 天然水体的自净能力取决于水体的水动力学、水质状况以及生物群落的种类和数量等因素。
第二部分：天然水体的主要生物自净过程1. 光合作用（300字）- 水中植物通过光合作用吸收二氧化碳并释放氧气，这有助于氧化水体中的有机物质。
- 光合作用还能净化水体中的氨氮、硝酸盐等无机污染物，通过生物群落的光合作用将无机污染物转化为有机物。
2. 蓝藻和浮游植物的净化作用（300字）- 水体中存在的蓝藻和浮游植物能吸收水中的氮、磷等营养盐，以生长维持自身生活活动。
- 蓝藻和浮游植物的大量繁殖消耗了水体中的营养盐，使得水中的富营养化程度下降。
3. 细菌的降解作用（400字）- 水体中存在的一些特定细菌具有降解污染物质的能力，如细菌可以分解有机物质和腐败物，使其减少浓度。
- 细菌还能将某些重金属离子转化为不溶性沉淀物，从而减少其对水体的毒性。
4. 水生动物的净化作用（400字）- 各类水生动物如鱼类、贝类、浮游动物等通过捕食植物、细菌和其他生物，帮助净化水体。
- 鱼类和有壳生物如贝类还能过滤水体中的悬浮颗粒物，提高水质的透明度。
5. 湿地的净化作用（300字）- 湿地是水体生物自净的重要环节，湿地中的植物和微生物能吸附和降解有机物质和营养盐。
什么是水体自净
第七章1、什么是水体自净？怎样理解水环境容量？怎样理解水污染的概念？(1)水体能够在其环境容量的范围以内，通过物理、化学、生物的作用，使排入的污染物质的浓度和毒性随着时间的推移在向下游流动的过程中自然降低，称为水体的自净作用。
(2)自然环境包括水环境对污染物质都具有一定的承受能力，既所谓的环境容量。
(3)水污染是指排入水体的污染物在数量上超过该物质在水体中的本底含量和水体的环境容量，从而导致了水体的物理特征、化学特征和生物特征发生不良变化，破坏了水中固有的生态系统，破坏了水体的功能及其在经济发展和人民生活中的作用。
2、水体的主要污染物及其危害？（1）点污染源：生活污水和工业废水。
（2）面污染源（3危害：引起急性或慢性中毒、致癌作用、发生以水为媒介的传染病、间接影响。
3、水体的主要污染物有那些？污水的水质指标包括那些内容？（1）悬浮物、耗氧有机物、植物性营养物、重金属、难降解有机物、酸碱污染、石油类、放射性物质、热污染、病原体。
4、水污染防治对策有那些？效果如何？（1）“防”，污染源的控制、，减少污染物的排放（2）“治”，废水无害化（3）“管”，管理控制对策5、污水处理技术包括那些类型废水的物理处理法、废水的化学处理法、废水的生物处理法6、大气污染源有哪几种？主要污染物有那些？（1）生活污染源、工业污染源、交通污染源（2）颗粒污染物、气态污染物7、在大气污染治理中，对颗粒物的治理方式有那些？可以通过改变燃料结构、改进燃烧方式、安装除尘装置8、治理气态污染物的主要方式有那些？SO2和NO X的治理、汽车尾气的治理9、汽车尾气污染与气态污染物的异同？常用的治理方式有那些？10、全球气候变暖的主要因素是什么？其主要的危害是什么？主要是CO2的增加。
主要危害：危害自然生态系统、威胁人类的食品供应和居住环境。
11、酸雨的主要类型是哪些？它产生的原因与主要危害是什么？（1）主要有硫酸型酸雨和硝酸型酸雨（2）主要是工业排放大量的二氧化硫和氮氧化物。
水体自净的原理
水体自净的原理嘿，你问水体自净啥原理呀？这事儿吧，让我好好给你唠唠。
咱先说说啥是水体自净呢？简单来说呀，就是水自己把自己弄干净喽。
就像咱人会打扫房间一样，水也有它自己的办法把脏东西弄走。
我给你讲个我小时候的事儿吧。
那时候我家住在一个小村子里，村子旁边有一条小河。
那河水可清了，清得能看见水底的小鱼小虾在游来游去。
我们小伙伴们经常去河里捉鱼捉虾，玩得可开心了。
有一次，下了一场大雨。
雨停了之后，我们又跑去河边玩。
结果发现河水变得有点浑浊了，里面还有一些树枝啊、树叶啊什么的。
我们就觉得很奇怪，这河水咋变脏了呢？但是过了几天，我们再去看的时候，发现河水又变清了。
那些树枝树叶啥的都不见了。
这是咋回事呢？后来我才知道，这就是水体自净的作用。
水体自净主要有几个方面的原理呢。
首先啊，水会自己流动。
就像那条小河，河水一直在流。
那些脏东西呢，就会被水流带着走。
水流就像一个清洁工，把脏东西都运到别的地方去了。
还有啊，水里有很多微生物。
这些微生物可厉害了，它们能把一些脏东西吃掉。
比如说，有些微生物能把有机物分解成无害的物质。
就像我们吃了东西，要消化一样，微生物也会把水里的脏东西消化掉。
另外呢，水里的植物也能帮忙。
河边那些水草啊、芦苇啊啥的，它们的根可以吸收水里的营养物质。
这样一来，那些对水有害的物质就会减少。
就拿那条小河来说吧，下了雨之后，河水变浑浊了。
但是随着水流的流动，那些树枝树叶就被冲走了。
水里的微生物也开始工作，把一些有机物分解掉。
河边的植物也在发挥作用，吸收着水里的营养物质。
慢慢地，河水就又变清了。
水体自净真的很神奇呢！它让我们的水变得干净，让我们能有一个好的环境。
我们也要保护好水，不要往水里扔垃圾，不要污染水。
这样水才能更好地发挥它的自净作用。
哎呀，说了这么多，你应该明白水体自净的原理了吧？就像那条小河一样，水有它自己的办法把自己弄干净。
我们也要珍惜水，让水一直保持干净清澈。
嘿嘿，咋样，我说得够明白不？。
水体自净及其主要机理
水体自净及其主要机理
水体自净具有广泛的应用，是自然界生物所不可缺少的功能。
它不但可以提高
水体的清洁度，也有利于提升生态环境质量。
本文将简要介绍水体自净及其主要机理。
水体自净是指水体在清除有害物质时，不需要外加任何设备和能量，只需要依
靠水体内自然发生的物理、化学和生物过程来完成净化。
这些过程反映出自净技术具有非常高的技术效率，并不需要过多的能源，如电力或汽油。
主要的水体自净机理包括物理机理和生物机理。
物理机理包括沉淀、离子交换、蒸发、吸附和蒸发沉淀等，它能够有效地去除沉淀物和溶解性有机物。
而生物机理主要利用生物反应器中生物的代谢作用，把有害物质转化为不活性物质，从而净化水体。
水体自净的过程反映出一种包容的精神，既能够释放有害物质，又能够复原水
体的自然状态，带来更好的生态环境。
在实践中，水体自净不仅可以提高水体的清洁度，还能有效的处理重金属、人工添加物或有毒物质，从而为水体保护提供了重要的参考。
综上，水体自净具有广泛的应用，可以改善水体环境质量，改善生态环境，提
高水体清洁度，完成水体净化、重金属处理等功能，是一项重要的污染控制工程。
3水环境容量及水体自净化
研究和正确运用水体自净的规律，采取人工曝气或 引水冲污稀释等辅助措施，强化自净能力，是减 少或消除水体污染的途径之一。同时，在确定允 许排入水体的污染物量时，水体的自净能力也是 一个重要的决策因素。 水体自净大致分为三类，即物理净化、化学净化和 生物净化。它们同时发生，相互影响，共同作用。 （1）物理净化。物理净化是指污染物质由于 稀释、扩散、混合和沉淀等过程而降低浓度。污 水进入水体后，可沉性固体在水流较弱的地方逐 渐沉入水底，形成污泥。悬浮体、胶体和溶解性 污染物因混合、稀释，浓度逐渐降低。污水稀释 的程度通常用稀释比表示。
二、水体自净化
广义的水体自净是指在物理、化学和生物作用下，受 污染的水体逐渐自然净化，水质复原的过程。狭义的水体 自净是指水体中微生物氧化分解有机污染物而使水体净化 的作用。水体自净可以发生在水中，如污染物在水中的稀 释、扩散和水中生物化学分解等；可以发生在水与大气界 面，如酚的挥发；也可以发生在水与水底间的界面，如水 中污染物的沉淀、底泥吸附和底质中污染物的分解等。 自然界各种水体都具有一定的自净能力，这是由水自 身的理化特征所决定，同时也是自然界赋予我们人类的宝 贵财富。如果我们能够科学有效地利用水的自净功能，就 可以降低水体的污染程度，使有限的水资源发挥最大的效 益，包括经济效益、社会效益、环境效益等。特定地区、 一定时间内水体的自净能力是有限的。
（2）化学净化。 化学净化是指污染质由于氧化还原、 酸碱反应、分解化合和吸附凝聚等化学或 物理化学作用而降低浓度。流动的水体从 水面上大气中溶入氧气，使污染物中铁、 锰等重金属离子氧化，生成难溶物质析出 沉降。某些元素在一定酸性环境中，形成 易溶性化合物，随水漂移而稀释；在中性 或碱性条件下，某些元素形成难溶化合物 而沉降。天然水中的胶体和悬浮物质微粒， 吸附和凝聚水中污物，随水流移动或逐渐 沉降。
第二章-水体污染与污染源之水体自净
主要问题回顾
（1）水体自净的概念 （2）水体自净原理 （3）自净过程中溶解氧的变化规律 （4）水体自净过程的特征 （5）衡量水体自净的指标有哪些 （6）不同水体自净的特点 （7）提高水体自净能力的措施
➢ 根据指示生物的不同，污化系统中的污化带分为 多污带、-中污带、-中污带和寡污带。
多污带
• 靠近排污点下游，河水深暗、浑浊，含大量有机 物，BOD高，呈缺氧或厌氧状态，污染严重。有 机物分解产生H2S、NH3，使河水有异味。
• 水生生物种类极少，以厌氧和兼性厌氧微生物为 主，无鱼类、显花植物等。
河流污染和自净过程图
污
水
自净
污化系统及其指示生物
➢ 污化系统 (也称有机污染系统)是根据水体有机物 污染程度的不同，对水体的一种分类法。当有机 污染物排入河流，在其下游河段的自净过程中， 形成一系列污化带。
➢ 因各种水生生物需要不同的生存条件，故在各个 带中可找到不同的代表性指示生物，这些指示生 物包括细菌、真菌、藻类、原生动物等微生物， 以及轮虫、浮游甲壳动物、鱼类及底栖动物等。
有机物氧化分解好氧过程
化学自净（化学、物理化学和生物化 学）
• 酸碱反应：（1）某些元素在酸性环境中 形成易溶化合物，随水流动迁移而稀释； （2）有些在中性和碱性环境中形成难容 的氢氧化物而沉降。
生物自净
• 水中微生物在溶解氧充分的情况下，将 一部分有机污染物当作食饵消耗，同时 将另一部分有机污染物氧化分解成无害 的简单无机物。
• 代表性生物：藻类的水花束丝藻、变异直链硅 藻、短棘盘星藻、舟形藻、梭裸藻 ；原生动 物的草履虫、聚缩虫；微型后生动物的腔轮虫、 水蚤。
盘星藻
舟形藻
草履虫
大型蚤
寡污带
水体自净
多污带（polysaprobic zone）
• 靠近排污点下游，河水深暗、浑浊，含大量有机 物，BOD高，呈缺氧或厌氧状态，污染严重。有 机物分解产生H2S、NH3，使河水有异味。 • 水生生物种类极少，以厌氧和兼性厌氧微生物为 主，无鱼类、显花植物等。 • 代表性的指示生物是细菌，且种类多、数量大， 每ml水中可达几亿个，例如硫酸盐还原菌与产甲 烷菌等，此外还有颤蚯蚓、蚊蝇幼虫。
中污带(-mesosaprobic zone)
• 在多污带下游，有机物量略减少，BOD下 降，河水依然灰暗，溶解氧低，水面上可 有浮沫和浮泥。生物种类增加，细菌数减 少，但每毫升仍有几千万个。
• 代表性的指示生物举例如下：天蓝喇叭虫、 椎尾水轮虫、栉虾、独缩虫、颤藻、小球 藻等。
-中污带（-mesosaprobic zone） • 光合微生物和绿色浮游生物大量出现， 水中溶解氧升高，有机质含量少， BOD 很低，悬浮物进污 水
自
净
污化系统及其指示生物 污化系统 (也称有机污染系统)是根据水体有机物污染 程度的不同，对水体的一种分类法。当有机污染物排 入河流，在其下游河段的自净过程中，形成一系列污 化带。 因各种水生生物需要不同的生存条件，故在各个带中 可找到不同的代表性指示生物，这些指示生物包括细 菌、真菌、藻类、原生动物等微生物，以及轮虫、浮 游甲壳动物、鱼类及底栖动物等。 根据指示生物的不同，污化系统中的污化带分为多污 带、-中污带、-中污带和寡污带。
• 河流自净作用完成，有机物完全分解为无机物， BOD极低，溶解氧恢复正常，基本不含H2S，CO2 含量较低，氮元素全部氧化为NO3-。 玫瑰旋轮虫及其它藻类，钟虫、旋轮虫、水生
• 指示生物：鱼腥蓝细菌 、隔板硅藻 、黄群藻 、 植物与鱼类等。
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（2）评价水体富营养化的方法与AGP
感谢各位评委老师提出宝贵意见
环境工程微生物学
环境与资源学院环境工程系 王冰
Email：wangbing@
主要内容：
▲一 土壤自净
▲二 水体自净
▲三 污染水体生物净化
思考：
土壤自净？
土壤有吸附和生物降解能力，通过各种 物理、生化过程自动分解污染物使土壤恢复 到原有水平的净化过程，称为土壤自净。
二.水体自净
水体外观、化学指标、 生物种类、数量及比例 关系、溶解氧等等
山东小清河
A．P／H指数与BIP指数
P代表光合自养型微生物（如藻类） H代表异养型微生物（如细菌等），两者的比即P／H指数。 P/H =（有叶绿素的微生物数量）/（异养微生物数量） BIP =（无叶绿素的微生物数量）/（全部微生物数量）≈H/ （P+H）×100%
污染前 P/H： 高 BIP： 0~8
污染 下降 上升
净化开始 最低点 60~100
持续 上升 下降
结束 高 0~8
通常使用的是BIP指数。
B．氧浓度昼夜变化幅度
提问：为什么不同的净化程度昼夜变化幅度不同？
氧浓度高低与细菌含量有关，昼夜变幅与藻类数量有关，因此与 P/H或BIP有关。
河流污染中氧浓度昼夜变化示意图
1.水体自净——自然净化
物理作用：稀释、沉淀 （强） 化学作用：日光、氧气等对污染物的分解 (弱） 生物作用：生物降解（食物链）（强）
阳光 ↓ 一级生产者 → 原生动物 → 轮虫、浮游甲壳动物 → 鱼→ 其他动物 异养细菌 废物、排泄物
人
提问：水体自净速度有哪些限制因素？
• 物理？ 因此水体的自净速度是有限的。在正常情况 净水流量、流速、污染物物理性质 下，水体单位时间内通过正常生物循环中能 化学？ 地域、季节、天气 够同化有机污染物的最大数量称为同化容量 生物？ 或自净容量。 生物种类、数量（营养物浓度、环境因子）、
4.水体自净指标综合应用——污化系统
较洁净水体（可使用）——国家地表水水质标准 化分（共Ⅴ类）
劣Ⅴ类的水体（无使用价值）——用污化系统划分， 依据上述判断指标。
污化系统将污染水体划属为不同的污染带类型。多污 带、α中污带、β中污带、寡污带
多污带
类型 河 流 流 向 多污带 外观 BIP 生物特征 1． 种类很少，厌氧菌和 兼性厌氧菌种类多，数 量大，每毫升水含有几 亿个细菌。有能分解复 杂有机物的菌种，硫酸 还原菌、产甲烷菌等。 2． 无显花植物，鱼类绝 迹。 3． 河底淤泥中有大量寡 毛类(颤蚯蚓)动物。*
1． 有机物较少， BOD 和 悬浮物含量低，溶解氧 浓度升高； 2． NH3 和 H2S 分别氧化为 β -中污带 N03 — 和 S042- ，两者含 量均减少。
8~20
***β-中污带的藻类见下图。
变异直链硅藻
水花束丝藻
梭裸藻
短棘盘星藻
寡污带
类型 河 流 寡污带 流 向 外观 1． 有机 物 全 部无 机 化 ， BOD 和悬浮物含量极 低，水的浑浊度低，溶 解氧恢复到正常含量。 2． H2S 消失； 3． 河流自净过程已完成的 标志 BIP 生物特征 1． 细菌极少； 2． 出现鱼腥藻、硅藻、 黄藻、钟虫、变形虫、 旋轮虫、浮游甲壳动 物、 水生植物及鱼。 ****
1． 暗灰色， 很浑浊， 含大 量有机物，BOD 高， 溶解氧极低(或无)，为 厌氧状态。 2． 在有机物分解过程中， 60~100 产生 H2S、C02 和 CH4 等气体。臭味。 3． 水底沉积许多由有机 和无机物形成的淤泥。 水面上有气泡。
注：*颤蚯蚓属后 生动物，与陆地上 的蚯蚓从体态和习 性上都十分相似， 他们也是环节动物， 栖息于水底污泥中， 与蚯蚓类似吞食污 泥故俗称水蚯蚓， 与蚯蚓不同的是， 他们体表多毛。
污染前 溶氧变化： 幅度 0
污染
净化开始 0
持续 增大
结束 减小
• 这种指标与BIP从根本上是相同的 • 但由于溶解氧可以用溶解氧测定仪随时测定并迅速地 得出结果，而BIP指标需要细菌鉴定、培养、显微镜观 察，周期长操作不便，因此实际操作中溶解氧变化幅 度比BIP指标更为实用。
C．水体外观
外观特征：混浊程度、颜色及气味等 原 因：水中细菌种类数量、悬浮物种类数量
α中污带
类型 河 流 流 向 外观 BIP 生物特征 1． 生物种类比多污带稍 多。细菌数量较多，每 毫升水约有几千万个。 2． 出现有蓝藻、裸藻、 绿藻，原生动物有天蓝 喇叭虫、美观独缩虫、 椎尾水轮虫、臂尾水轮 虫及栉虾等。** 3． 底泥已部分无机化， 滋生了很多颤蚯蚓。
1．水为灰色，溶解氧少， 为半厌氧状态，有机 物 量 减 少 ， BOD 下 降； 2． 水 面 上 有 泡 沫 和 浮 α -中污带 20~60 泥，有 NH3 、氨基酸 及 H2S。臭味。
代谢的极限速度
提问：在自净容量范围内水体的净化是 如何进行的呢？
2.自净的过程
如下图河流污染和自净过程
河流污染和自净过程图
污 水ห้องสมุดไป่ตู้
提问：原理？
自
净
被污染的水体都是自净水体！ 但自净恢复的程度不同，或称污染现状不同。
3．衡量水体污染与自净的指标
提问：用什么指标可以衡量河段水体污染与自净所处的阶段?
0~8
****寡污带的指示生物见附图轮虫、水蚤、鱼腥藻、 玫瑰旋轮虫。
前节晶囊轮虫
大型水蚤
蚤状水蚤
玫瑰 旋轮 虫
鱼腥藻
提问：水体能自净我们为什么还要进行废水的控制与
处理呢？
自净速度有限，我们常常没有足够的时间去等待，各行各业都 需要合格的水源，而可供选择的水源又是十分有限的。
需要人工手段控制污染物排量及强化水体污染物去除速度。 预防为主 各国制定的污废水排放标准主要依据就是自然水体 中微生物的净化能力。
** 有关生物的形态见下图天蓝喇叭虫、椎尾水 轮虫、栉虾。
天蓝喇叭虫
椎尾水轮虫
栉虾
β中污带
类型 河 流 流 向 外观 BIP 生物特征 1． 细菌数量减少，每毫 升水只有几万个。 2． 藻类大量繁殖，水生 植物出现。*** 3． 原生动物有固着型纤 毛虫如：独缩虫、聚缩 虫等活跃，轮虫、浮游 甲壳动物及昆虫出现。
污染前 污染 净化开始 持续 结束 外观: 无色 暗灰色 灰色 继续变清 无色 澄清透明 很混浊、臭 混浊 浊度下降 澄清透明 水面有泡沫 泡沫减少
D．指示生物
例如 污染前 生物: 植物 、鱼 污染 消失 净化开始 藻类、原生 动物出现 持续 鱼虾 出现 结束 植物 、鱼
• 可作为指示生物的生物种类很多， 包括细菌、真菌、 藻类、原生动物、轮虫、浮游甲壳动物、底栖动物有 寡毛类的颤体虫、软体动物和植物和水生昆虫等。
5.水体富营养化
（1）水体富营养化的概念与发生
水体从贫营养向富营养发展，主要是自然、缓慢的发展过程。 当由于某些自然因素，尤其是人类将富含氮、磷的城市生活 污水和工业废水排放人湖泊。河流、海洋，使上述水体的氮、 磷营养过剩，促使水体中藻类过量生长，使淡水水体发生 “水华”，使海洋发生“赤潮”，造成水体富营养化。 一般，水体中总磷为20mg/m3,无机氮为300mg/m3以上就会 出现富营养化。