提要：文章以数字从水资源的数量组成到水污染的程度与后果进行了分析研究,总结了水环境保护的方法、技术与相关措施，指出了今后工作的努力方向。

关键词：水资源、水污染、水环境保护、污水处理、离子交换膜

社会发展到今天，科学技术日新月异，信息网络和计算机技术的广泛应用，计算机用于医学手术、建筑设计和工程予决算、科技文化教学、天气预报、还可以计算分析各种各样的数据、信息资料或图象处理，更可以预计地球上的可利用淡水量，计算各种污染物对水资源造成的污染种类和程度等。使人类社会进入了信息革命的计算机（COMPUTER）时代即C时代。

1         水资源和水体

1.1 水资源  水是地球上一切生命赖以生存、人类生活和生产必不可少的基本物质，它是宝贵的自然资源。约占地球表层地壳（5公里）的50％以上，覆盖地球表面积的70.8％(为36160万km2)。地球上的水的总储蓄量约为1396349.5万亿m3，表1   地球上的水资源

表1   地球上的水资源

表2   地球上的淡水资源

人类可以开采利用的淡水资源只占地球水资源总量的0.26％，这有限的淡水资源，在世界各大陆地区分布又极不均匀，人均亚洲最少。我国是一个干旱缺水严重的国家，水资源总量为2.8万亿m3，居世界第6位，但也是世界上13个贫水国之一，人均占有水量为世界人均水量的1/4、约2220m3，居世界第121位。首都北京人均水量为全国人均水平的1/7、世界城市罕见，天津人均水量为全国人均水平的1/15，山东人均水量是全国人均水平的1/6。我国水资源具有年降水时空分布不均、污水排放量大、有效利用率和重复利用率低、浪费惊人等特点。

1.2   水体  在环境学上，水体包括了水本身和其中存在的悬浮物、肢解物、肢体物、水生生物和底泥等完整的生态系统。广义的水体有“类型”和“区域”之分，按类型可分为海洋水体和陆地水体，后者又分地表水体（河流、湖泊）和地下水体。按区域分是指某条水系所覆盖的地段。

1.3   水的作用  在自然界里，没有一种物体不含水。尤其生物体的构成，一半以上是水，蔬菜、水果里大约90%是水，鱼的身体里80%也是水，某些水藻含水90%以上。一个成年人体内的含水量约占其体重的61.8%，而且，每昼夜仍需2500ml水来补充消耗，维持生命活力。人体失水2％感觉口渴，6％时乏力、抑郁、无尿，20％以上则无法进行氧化还原、分解合成等生化活动，进而危及生命。几十亿年前，生命首先诞生在水中。水为“百药{zw}”，水是一切生物的宏量营养物，没有水，其它所有营养物质就象干枯河床上的干透的泥沙，废物一堆。水具有很不平凡的溶解力、扩散力、渗透力、洗刷力和乳化力。自然界里的水，大约含有50多种化学元素。水能把这些化学元素源源不断地输送给生物体，供给其足够的养分，同时，又利用其溶解性等把生物体代谢出来的废物带走，保持生物体的健康成长以致成熟。水是大部分化学反应的溶剂或媒体介质，如果没有水，生命的世界将不可想象。农业、采矿业、冶金化工业、机械电子制造业、饮食商贸服务业等所有一、二、三产业的生产活动全都离不开水。因此，水资源是人类赖以生存的首要资源，是社会经济发展的{dy}基础资源，水资源保护和水污染防治是环境资源保护和自然资源保护的首要任务，是减少疾病发生、传染和保证国民经济协调可持续发展的关键所在。

2           水体污染的演变和分类

2．1 水体污染  水污染是指河流、湖泊、海洋、水库、港湾以及与这些水域相通的运河、渠道等中的水的功能的状态恶化（如热污染、赤潮、功能指标退化），影响使用和水生物生存的现象。纯净的水，系由两个氢原子和一个氧原子结合而成的水分子的集合体。所谓水体污染，其实是指水体受到的污染：即水体的资源、环境和生态功能遭到破坏、不能满足人类和水生物需要的性质。自然界的水受到各种复杂因素的影响，通常不是纯净的，含有多种物质、系混合物。其中含有物理、化学和生物的成分，水中各成分及含量不同，反映到水的感官性壮（色、嗅、味、浑浊度等），物理化学性能（温度、反应值、电导率、氧化还原电势、放射性等），化学成分（无机物和有机物），水生物（种类组成、种群、数量）以及底部淤泥状况彼此均有差异。

2.2 水体污染的演变  早期的水污染，主要是人口稠密的大城市所排出的生活污水所造成的，这种水污染自人类大规模居住在一起就产生了，曰生活污水。18世纪产业革命以后，工业生产排放的“三废”成为水体污染的主力，名曰工业污水，此时城市生活污水与工业污水几乎平衡。19世纪以来，随着工业的发展，水污染的范围在扩大、程度在加强，工业污水成为主体。20世纪50年代以后，由于水污染而在不同地区分别影响到了人类健康和生物生存。70年代以后，随着改革开放和个体工商户的大规模发展，工业污水呈现级数形式的增长，80年代以后，农业生产普遍采用大剂量化肥和农药，形成了农业污染，此时污染大军已经很多了，根据排放污染物的对象不同，则有城市污水、生活污水、工业污水、农业污水、建筑污水和医疗污水等，除农业污水外，几乎分不出哪种污染物造成的污水更多，也在此时才开始实行环境保护措施、对排污企业实行废物排放指标控制，但已经为时已晚。随着人口增长、工业化和城市化的普及与提高，人类对水资源和水体的破坏与污染也日益剧增，造成了目前水资源的短缺和可饮用水的减少。

2.3 水体污染的分类  向水体排放污染物的场所、设备和装置称为污染源。 水体污染的物质来源大致可以分为两种：一是自然污染源、二是人为污染源，以人为污染源为主。按造成水污染的物质种类可以分为物理性污染源、化学性污染源和生物性污染源，按其分布特征分为点污染源、面污染源和扩散污染源；按受污染的水体位置可分为地表水污染源、地下水污染源和海洋污染源。见附表3。农业和农村面临污染严重、食品安全问题突出。我国种植业化肥平均使用量是发达国家的2倍，而平均利用率仅有40％左右，养殖业的污染物总量是工业固体废物的2倍多，农业面源污染已成污染大户。2000年16个省会城市的蔬菜批发市场监测表明：xx检出率为20％—60％、总超标20％—45％，农业产品质量已经严重危害人类自身。今年5月份河南阜阳奶粉事件更是工业xx或对工业食品的严重污染，建筑医疗废物对水环境的破坏和污染更是触目惊心。

附表3   水体中的主要污染物分类和来源

2.4 水体污染的水质指标   悬浮物、有机物、生化需氧量BOD、化学需氧量COD、PH值、xx数量、有害物质和可以回收物质等。地表水基本有30~34项指标可供监测。

3  水环境

国家环保局自然生态司司长杨朝飞10月22日指出：当前我国生态环境形势依然严峻，生态恶化的趋势没有得到根本性扭转，恶化范围在扩大、程度在加剧、危害在加重，尤其存在“一方治理、多方破坏，点上治理、面上破坏，治理少、破坏多”的三个特点。生态环境的整体功能在下降，抵御各种自然灾害的能力在减弱。

3.1  水污染  人类活动产生的化学物质总计400多万种，日常生活使用的化学物质也达63000多种，其中有毒物质多达25000种，这些物质除经过大气、食品和直接接触危害人类之外，还经各种污染源进入水体、水生态系统和人类及周围环境、产生严重危害。由于人类的活动，加之经济发展，水污染由来已久，愈来愈烈。截至1995年6月底，黄河流域年排污32.6亿吨，在干支流1.25万km的河长中，Ⅰ、Ⅱ类水质河长减少了42.8%，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类水质河长分别增加了7.2%、24.7%和10.9%，黄河已亮“黄牌”。长江即将成为第二黄河，目前年输砂7亿吨，超过世界三大河流（密西西比河、亚马逊河和尼罗河）的总砂量，年排污127亿m3达140亿吨。全国年排污水363亿吨、80％未经处理。我国四大海区，以渤海、黄海污染最重，东海油污超标64%，N、P超标分别为94%和85%，渤海赤潮不断，鱼虾生存困难，1995年渤海承受污水28亿吨。全国七大江河水系的江河湖库及沿海不同程度的受到了严重污染，已危及物种生存。地下水的8％需经专门处理才能用于工业、12％不能饮用但可用于工农业、17％需处理后才能饮用、直接可以利用的只有63％，全国50％的城市地下水污染比较严重；10000多座大中型水库的33%出现水质病变、不能饮用。全国79%的人引用次生污染的水，其中7亿多人饮用有机污染的水；3.6亿农村居民吃不上干净、卫生的达标水，其中1.3亿人饮用高硬水，0.6亿人饮用高氯水，0.8亿人饮用高氟水，0.4亿人饮用高硝酸盐水。

更有甚者，今年五月份，烟台市某单位出巨资从韩国进口40余吨废旧手机、电池等生活日用垃圾，来浪费我们宝贵的外汇储备，污染我们的生存环境。据美国商务部统计，去年美国共向中国出口了12亿美元的垃圾废料，是5年前的6倍。垃圾在美国对中国的出口物品中排在飞机、半导体之后，在大豆和电脑之前，位列第三。这些污染物被大量释放到自然环境中，进入了土壤；甚至随水分移动被带到了更为广泛的区域，造成了更大范围和更多种类的污染。目前，淮河、黄河、海河和辽河的水资源利用率远大于国际公认的30％—40％的水资源利用警戒线，海河为85％、黄河为65％ 、淮河为67％、辽河为45％ ，污水与河道清水之比大于1：2，低于河流自身净化能力，上述河流失去自净功能。

3.2  水资源短缺  70年代，天津水荒，80年代，烟台、潍坊两市因缺水年损失21.5亿元。我国历史上{zd0}的咸水湖——罗布泊于1972年彻底干涸，“华北明珠”白洋淀80年代连续8年见底；流域面积达35万km2的最长内陆河——塔里木河于20世纪末几近干涸；处于江南多雨丰水区的“桂林山水甲天下”的漓江流域，干流最枯时只有3.8m3/s；世界第5大河——黄河于2000年断流226天；地处黄河源头的青海省玛多县已有上千个湖泊因缺少水源而干涸见底，“千湖之县”已经消失；“千湖之省”湖北已名不符实，50年代百亩以上湖泊1352个，目前只有325个，500亩以上湖泊已剩100个；新疆博斯腾湖1958年有水面1001km2，水质优良，目前水面931km2，水质微咸、生物群落衰退。内蒙古的居延海，70年代湖泊320 km2，芦花飞舞、鹅雁戏泊，1992年彻底干涸、如今通过工程调水才部分恢复生态水量。2002年底，山东南四湖干裂。我国湖泊大量减少，50年间至少减少了134万hm2，损失淡水350亿m3，鄱阳湖、洞庭湖、太湖、洪泽湖、巢湖五大湖泊，水面损失尤重。2000年5月和2002年3月发生在华北大部分地区的几次强砂尘暴就与干旱缺水有关。

北方缺水，南方也不乐观。70年代厦门用水告急，90年代深圳用水警慌，然而，最干渴的还是黄土地，西北地区的山西、陕西、甘肃、新疆、内蒙等省区。目前，全国农村有7000万人、6000万头大牲畜饮水困难，全国668座城市，缺水城市550多个，严重缺水城市300余个，比较严重缺水城市114个，46座城市出现不同程度的地面沉降、下陷和裂缝、30多个城市出现比较严重的地面沉降、下陷和裂缝，沉降超过2米的有4个，如上海、天津、太原市等。全国平均每年受旱面积0.2174亿hm2，成灾893.4万hm2，过量超采地下水80多亿m3，形成漏斗区达100多个，冀京津鲁大漏斗达9万多km2。因干旱缺水直接损失144.7亿元，间接行业损失852.3亿元。全国累计丧失海滨湿地219 km2，占海滨湿地的50％，江河断流、湖泊萎缩现象进一步加剧，水生态环境继续恶化。据专家计算：目前，我国有15个省、自治区、直辖市的人均水资源量低于严重缺水线，7个省、区的人均水资源量低于生存起码线；农业灌溉有效利用率一般为25％～40％，工业用水重复利用率仅有45％。

4   水环境保护的意义

4.1  水环境破坏后果  由水污染、进而水资源短缺、继而林草面积减少，造成水土流失和土地荒漠化。{zh1}土地荒漠化的原因自然因素占5%、人为因素占95%。由于各种污染综合影响，导致冬暖夏热、洪涝旱灾频繁、酸雨降临、砂尘暴频来、臭氧层破坏和温室效应等气候变异，我国更是世界少有的18个酸雨国之一。水资源的减少，加剧了水污染的比重和林草资源的退化、减少，继而导致了土地荒漠化程度的扩大和水生态环境的破坏与污染，进而既降低了生物体的xxx，同时又扩大了病毒和xx的传播途径和方式，导致了疾病的传染和范围的扩大，还影响了气候变化。而林草资源的退化、减少，反过来更加剧了降水的减少和水资源的短缺，从而恶性循环。上述诸类污染物污染环境的同时；又可能导致生物基因突变，降低生物xxx。

总之，据世界卫生组织调查表明：80％的疾病和52％的儿童死亡与饮用水水质不良有关，因水污染而患病死亡的人约占世界各医院总住院人数的50％（全球因水污染致病每年死人2500万）。生态环境的改变引起疾病流行已是必然趋势。

4.2  水环境保护的意义 目前，生态功能继续衰退、生态安全受到威胁、水源涵养能力退化，水生态环境已十分恶劣，如不抓紧进行根本性保护和治理，必将危及人类自身。因此，节约用水，保护环境，减少垃圾和废物，保持水生态系统和水环境少受或不受污染，维护人类居住的地球环境，促进人类健康长寿。伴随水资源危机而出现的“环境难民”1998年为2500万、首次超过“战争难民”人数。目前,全球约占世界人口的40％的80多个国家和地区供水紧张。据预测，在2025年前，“环境难民”将超1个亿。2025年，全球2/3的人口将生活在不同程度的缺水地区、25亿人将面临严重用水短缺。国内水事纠纷不断，国际为争夺石油控制权先后发生了海湾战争和今年的伊拉克战争，世行副行长塞拉吉尔丁预言：就全球水危机而言，21世纪世界战争将因争水而起。

5         污水处理的技术方法  

废水处理的主要任务是去除废水中的悬浮物和BOD，一般分三级处理。一级为物理处理，主要去除废水中的固体悬浮物、城市污水中的BOD只能除掉30％。二级处理又叫生化处理，它能大幅度地去除废水中的胶体和溶解状态的有机污染物，BOD能除掉90％以上、降到20~30mg/L，达到国家排放标准。三级处理又称深度处理，其目的是进一步去除二级处理中未能除掉的污染物，其中包括微生物未能降解的氮、磷和有机物。

5.1  物理处理法  是指通过物理作用分离和去除废水中的不容于水的固体悬浮物，其设备简单、操作方便、效果良好使用广泛。

5.2  化学处理法  通过化学反应，使水中的污染物被除去或回收利用。又分为混凝法、中和法、氧化还原法、电解法等。

混凝法是通过向水中加入一定的化学药剂、使水中的细分散颗粒和胶体物质脱稳、并进一步形成粗大絮壮凝体的技术过程。它可以降低污水的浑浊度和色度、去除多种高分子、有机物、部分重金属（铬、汞、铅）和放射性物质等，其设备简单、操作方便、效果良好、便于间歇使用，但费用高、沉渣多。传统的药剂有硫酸铝、硫酸亚铁、氯化铁。新型的药剂有聚合铝、聚合铁、聚合铁铝和聚丙烯酰胺、活化硅酸、骨胶等高分子。该法受水力条件和水文水质影响。

中和法又分投药中和和过滤中和两种。原理是利用中和性质xx废水中的酸或碱，优点是前者可以中和任何浓度种类的污染物、但操作复杂、设备多、卫生差；后者是操作简单、卫生、PH值稳定、但进水酸度受到限制。

氧化还原法可分氧化与还原两种，它能使出水中的污染物转变为微毒或xx，COD与BOD可以处理到接近于零。水处理常用的氧化还原剂有氧、氯、臭氧、高锰酸钾和二氧化氯以及金属铁、锌、二氧化硫、亚硫酸盐、亚铁盐。电解法是利用电解原理进行氧化还原反应处理废水，它包容了上述三种方法的全部过程，但过程复杂费用高。

5.3  物理化学处理法   该法有吸附法、离子交换法、萃取法、汽提法和膜分离法等几种。吸附法是利用多孔性固体物质吸附废水中的一种或几种污染物的净水方法。分物理吸附和化学吸附两种吸附作用。常用的吸附剂有活性碳、焦炭、木炭、泥煤、磺化煤、高岭硅藻土、硅胶、煤渣、木屑金属粉等。吸附剂饱和后可以再生利用。

离子交换法是指固体颗粒与液体之间的界面上发生的离子交换过程，例子交换剂必须是不容于溶液、同时又能与此溶液中的电解质进行交换的物质。分无机离子和有机离子交换药剂两种，后者得到广泛应用，它有多种合成树脂。该法主要用于水的软化、纯水和高纯水的制备以及工业废水、特别是含有重金属、放射性物质的污水处理。膜分离法是利用膜的选择透过性进行分离和浓缩的净水方法。膜分离技术包括电渗析、反渗透、超过滤、微孔过滤、自然渗透和热渗析多种，而电渗析、反渗透、超过滤三种是目前在给水和废水处理中最广泛应用的膜分离技术。电渗析用于咸水淡化初级纯净水制造、废水废液回收利用。反渗透利用半透膜的渗透原理，在废水边施加一个相当于渗透压的推动力，使溶剂分子通过半透膜扩散到溶剂一边的净水方法用于工业污水处理。其膜有纤维素类脂膜和非纤维素类脂膜两类。优点是效果好、纯净、大批量但成本高。超过滤用于工业废水、城市污水和生活污水的最终处理。国产超过滤膜有二醋酸纤维素、聚砜、聚砜酰胺和聚丙烯腈。国外产品有聚偏氟乙烯、聚酰胺、聚丙烯腈荷电膜与聚丙烯酸类膜。

5.4  生物处理法  在自然界里存在着数量巨大的以有机物为营养物质的微生物，它们具有氧化分解有机物并将其转化为无机物的功能。生物处理技术是指采用一定的人工措施、创造有利于微生物生长、繁殖的环境，使微生物大量繁殖、以提高微生物氧化分解有机物能力的一种技术，是目前污水处理技术中效率{zg}、技术{zxj}、工艺最多、结构最复杂、也是最科学、排出废物最少、再生能力最强的综合利用的复合技术。它主要用于去除废水中呈溶解状态和胶体状态的有机物。根据需要氧气的多少，分为需氧处理和厌氧处理两类。前者效果好、效率高、应用广泛；分为活性污泥法和生物膜法。其它生物处理法还有自然生物处理法、稳定氧化塘法、水生植物塘和土地处理法等。

6         水环境保护的相关技术措

6.1   制定法律法规，控制污水排放标准和规模。

6.2   加大环保工作力度，控制污水排放范围的扩大和蔓延。

6.3   发展旱作农业、使用节水技术、措施和抗旱良种，节约用水，提高农业灌溉水的渠系利用率，从目前0.25~0.4提高到0.5，年可节约用水400亿m3。

6.4   加大宣传力度，宣传生态环境恶化形势和环境保护的重大意义。

6.5   加大科研部门的工作投入、开发环保设备和生产工艺，减少污水排放。

6.6   研究开发高效率的污水处理技术和措施。对污水进行汇总处理、中水利用。

6.7   启用新设备新技术、新工艺，减少水资源的浪费和损失，从而控制污染源的扩大。

6.8   开征环境保护的生态税种，如垃圾税、污染税、水资源浪费税等，以控制垃圾和废物、尤其是工业“三废”、建筑垃圾、医疗垃圾等各类垃圾废物的的增加，减轻对水环境破坏和污染。德国、荷兰等西方国家根据污染负荷分别开征了水污染税和水资源使用调节税，美国则自1991年开始实行循环利用设备免税或者对净化水的设施加速折旧或不计税基。  

6.9   我国城市生活用水总量的1/5被渗漏、滴冒，有的地区渗漏量高达45％，将此降低10％，则年可节水2250万m3。我国的工业万元产值用水为103 m3，是西方发达国家或地区的10~20倍（如日本6 m3、美国为9 m3、荷兰为4 m3），而工业用水的重复利用率只达40％，多数发达国家却是75％~85％，将此利用率提高10个百点，则年可节水则年可节水100亿m3

总之，全国工农业年可节水500.225亿m3，可使全国年排污水总量的50％~65％得到改善水质或缓解水污染状态，改善人类居住环境，促进经济发展。

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2003.11.23