16.2 水体污染及其调查方法
一、水体中主要污染物
水体中的污染物种类很多，一般分为无机污染物、致病微生物、植物营养素、耗氧污染物和重金属离子等五类。
1.无机污染物
主要来自炼焦、电镀、塑料、化肥、硫酸和硝酸等工厂排出的废水，如各种氢氰酸、氰化钾、硫酸、硝酸等。水体中如果有过量的无机污染物，会改变水的pH值，使微生物不能生长，还会消耗水中的溶解氧，危害淡水生物。
2.致病微生物
主要来自生物制品、制革业、饲养场和生活污水，有各种病菌、病毒和寄生虫等种类。常能引起各种传染病。
3.植物营养素
主要来自食品、化肥、工业的废水和生活污水。有硝酸盐、亚硝酸盐、铵盐和磷酸盐等。这些营养素如果在水中大量积累，造成水的富营养化，使藻类大量繁殖，导致水质恶化。
4.耗氧污染物
主要来自食品工业、造纸工业、化纤工业排放的废水及生活污水，如碳水化合物、蛋白质、油脂、木质素、纤维素等。当水中微生物分解这些有机物时，要消耗水中的溶解氧，使水中缺氧，并产生硫化氢、氨等气体，使水质恶化。
5.重金属离子
主要来自农药、医药、仪表及各类有色金属矿山的废水，如汞、镉、铬、铅、砷等各种重金属离子毒物，它在水中比较稳定，是污染水体的剧毒物质。
二、水污染对水生生物的影响
水生生物包括浮游生物、自游生物、漂浮生物和底栖生物等不同类群，这些生物类群和周围水体环境条件，共同组成了水域生态系统。因此，水污染对水生生物的影响十分复杂，主要有以下三个方面。
1.直接毒害
水体中的各种重金属、游离氯、硫化物、酚等有害物，在水中达到一定浓度时，便可引起鱼类和其它水生生物急性中毒。
(1)氰化物的毒害作用。氰化物是影响水生生物呼吸作用的毒物。当水中CN-含量达到0.1毫克/升时，浮游生物和甲壳类便开始中毒受害；当含量达到0.15～0.5毫克/升时，很多鱼类开始死亡。氰化物对各种鱼类的毒性见表16－4。
(2)酚类的毒害作用。酚的毒性大大抑制了水中细菌、藻类、软体动物等低等生物的生长。浓度高时能引起鱼类的大量死亡，见表16-5。
(3)重金属等毒物的毒害作用。汞、镉、银、铜、硫化物等有毒物质在水中达到一定浓度时，便会引起某些鱼类发育不良或死亡。有人用这些有毒物质进行毒害鱼类的试验，其结果见表16－6。
2.减少水体的溶氧量
生活污水和某些工业废水中常含有大量耗氧污染物。这些污染物在微生物作用下进行分解，消耗掉大量氧气。在一般情况下，每分解1克分子（162克）碳水化合物，需消耗6克分子（192克）氧气。另外，当水体中植物营养素过多成为富营养化状态
表16－4 氰化物对鱼类的毒性
表16－5 酚及其衍生物对鱼的毒性
表16-6 几种毒物对鱼类慢性中毒的试验
时，兰藻、硅藻等藻类大量繁殖，在水面形成“水华”。随着这些藻类的陆续分解，水中的溶解氧也要被大量消耗。
在正常大气压下、气温20℃时，水中溶解氧为9.17毫克/升，水中氧的这一含量完全能满足水生动物呼吸的需要，如果水中耗氧污染物和植物营养素数量过多，势必造成溶解氧缺乏，使水生动物呼吸困难，甚至窒息死亡。一些鱼类对水中溶解氧的要求很严格，如河流鱼要求氧含量为8～12毫克/升，鲤鱼6～8毫克/升，家养青鱼、草鱼、鲢鱼等要求5毫克/升以上，当水体中的溶解氧不能满足鱼类要求时，鱼类便纷纷逃离，当下降到1毫克/升时，大部分鱼类窒息死亡。
3.改变水生生物群落类型
在被耗氧污染物严重污染的水体中，各种鱼类、甲壳类、水生昆虫和藻类等生物基本绝迹，而适应污水坏境的细菌和原生动物却发展起来。人们将接纳大量生活污水的河流，从污水注入处开始，按BOD和溶解氧曲线划分为三个相连接的河段，即严重污染的多污带、污染较轻的中污带和污染最轻的寡污带。每一带除了各自的理化特点外，群落组成明显不同，见表16-7。
表16-7 三种污水带的特征
三、调查水体污染的方法
1.污染源的调查
调查方法步骤如下：
(1)选择已被污染的一条小型河流。并划定该河流的流域面积范围。
(2)在流域范围内，调查污染源的分布、类型及其产品性质，完成一幅本条河流的污染源分布示意图。
(3)根据“河流污染源分布示意图”，选择主要污染源，进行实地调查。如果是工业污染源，则应调查工厂名称、建厂年份、产品性质及产量，了解其生产过程中产生水污染物质的主要生产环节，并了解其日排污量及排污口位置。如果被调查的工厂设有环保科室，可用访问方式进一步了解所排出废水中的污染物种类及排放浓度。将调查结果整理成表格。
(4)写出该条河流污染源的总结。内容应包括污染源的类别、污染物种类和排放数量等内容。
2.物理性质的测定
(1)色度。用铂钴比色法进行。
①原理。用氯铂酸钾和氯化钴配成标准色列，与被测水样进行比较，规定1毫克/升以氯铂酸离子形式存在的铂产生的颜色，称为1度。
②用具。50毫升比色管13支（可用其它玻璃容器代替）。
③试剂。铂钴标准溶液：称取1.246克氯铂酸钾（K2PtCl6）及1克氯化钴（CoCl2·6H2O），溶于100毫升水中，加入100毫升浓盐酸，用水稀释至1000毫升，此标准溶液相当于色度500度。
④步骤。先配制标准色列。向12支比色管中加入铂钴标准溶液0.50，1.00，1.50，2.00，2.50，3.00，3.50，4.00，4.50，5.00，6.00，7.00毫升用水稀释到标准线。其色度分别为5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、60、70度。若能封严瓶口可长期使用。
然后进行水样测量。用比色管盛取50毫升澄清水样与标准铂钴色列在自然光线下进行比较。比较时，应在比色管底部衬一张白纸或白色瓷板，比色管要稍倾，让光线由液柱底部向上透过。分析者对着比色管液面，自上而下观察，记下色度。
⑤计算。水样色度：相当于铂钴色列的色度×水样稀释倍数。
⑥注意事项。若无氯铂酸钾，可用重铬酸钾代替，其制备方法为：称取0.0437克重铬酸钾及1克硫酸钴（CoSO4·7H2O），溶于少量水中，加入0.5毫升浓硫酸，用水稀释至500毫升，此溶液色度为500度。
当水体被污水或工业废水污染，水样的颜色与标准色列不一致，不能进行比色时，可改做颜色描述。颜色描述可用无色、微绿、绿、微黄、黄、浅黄、棕黄、红……等文字，记载颜色种类及特征。
(2)pH值。用pH计或pH试纸直接对水样进行测量。
(3)气味。可采用定性描述的方法进行测定。定性描述又分为冷法和热法两种。
①冷法。是取100毫升水样，置于250毫升锥形瓶中，调节水温至20℃左右。振荡后从瓶口闻其气味。
②热法。是取100毫升水样，置于250毫升锥形瓶中，盖一表面皿，加热至沸，立即闻其气味。
将上述冷法或热法闻取的气味，按表16-8的格式记录其强度。
表16-8 嗅强度等级法
(4)温度。如水层较浅，可只测表层水温，如大的江河、湖泊，应分层测温。中学生调查水体污染，大多水层较浅，可用普通水银温度计进行测量。测量时，应将温度计没入水中10厘米以下部位，在流动水中至少需感温3分钟，若水静止不动，可轻轻晃动温度计，使之尽快达到温度平衡。
在现场测量水温的同时，应进行气温观测。
(5)浊度。用比浊法进行测定。即将水样和用白陶土配制的浊度标准溶液进行比较。
①用具 100毫升具塞比色管；
250毫升、1000毫升容量瓶；
250毫升具塞无色玻璃瓶。
②试剂。二氧化硅浊度标准溶液：称取3克纯白陶土，置于研钵中，加入少量水，充分研磨成糊状，移入1升的量筒中，加水至标线。充分搅拌后静置24小时，用虹吸法弃去表面的5厘米液层，收集500毫升中间层的溶液。取50毫升此悬浊液，置于恒重的蒸发皿中，在水浴上蒸干，在105℃烘干箱中烘2小时，再在干燥器内冷却30分钟，称重。重复烘干并称重，直至恒重。求出每毫升悬浊液中所含白陶土的重量（毫克）。
在边振边摇状态中，吸取含250毫克白陶土的悬浊液，置1000毫升容量瓶中，加水至标线，振荡摇匀，此溶液的浊度为250度。取100毫升此溶液，置于250毫升容量瓶中，加水至标线。此溶液为浊度100度的标准溶液。
③步骤。测定浊度在1～10毫克/升的水样时，先吸取浊度为100度的标准液0、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00毫升，置于100毫升比色管中，加水至标线，其浊度依此为0，1.0、2.0，4.0，6.0，8.0，10.0度。再取100毫升均匀水样，置于100毫升比色管中，和上述配制的标准溶液进行比较（可在黑色底板上进行目视比较），确定其浓度。
如果浊度是10～100毫克/升的水样，则应取浊度为250度标准溶液0、10.0、20.0、30.0、40.0、50.0、60.0、70.0、80.0、90.0、100.0毫升，置于250毫升容量瓶中，加水至标线，其浊度为0、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100度分别转入250毫升具塞无色玻璃瓶中，再取250毫升水样，加入250毫升具塞无色玻璃瓶中，和标准溶液进行比较，眼睛从瓶前向后看，确定其浊度。
3.水体富营养化状态调查
富营养化是水体污染的表现之一。水体富营养化的调查方法很多，中学生可用优势种评价法和透明度法进行调查。
(1)优势种评价法。不同营养状况的水体中存在不同的浮游植物，特别在优势种方面差异明显。一般来说，贫营养型湖泊中
表16－9 不同营养状态湖泊、水库中的常见浮游植物优势种类
续表
以金藻、黄藻类为主，中营养型湖泊中常以甲藻、隐藻、硅藻占优势，富营养型湖泊中则常以绿藻、蓝藻占优势。其具体优势种类见表16-9。
用定性、定量采集的方法，采集水体中的浮游植物，进行种类鉴定和数量统计，确定其中的优势种。然后根据表16-9内容，判断水体是否已成为富营养化（优势种评价法的操作方法和用具用品见本书第八章第三节）。
(2)透明度法。当水体中浮游植物增殖时，叶绿素相应增
加，从而造成水体透明度下降。表16-10中的数字说明透明度的大小反映水体的营养状况。
表16-10 透明度与水体营养状况关系
透明度用黑白盘（塞奇氏盘）测定。黑白盘可以自制。用1～3毫米厚的铁片板，切割成直径为20厘米的圆板，在板的一面通过圆心作两条垂直相交的直线，分为四个等分，上面以黑白漆相间涂色。圆盘中心钻一个孔，穿入铁丝并在盘下加系铅锤，再将铁丝与带有长度标记的细绳相连结。使用时将圆盘逐渐下沉，直到看不见圆面的白色为止，此时的深度即为水的透明度。
4.细菌总数的测定
(1)用具用品（见本书第九章第二节）。
(2)培养基。营养琼脂培养基（成分及制法见本书第九章第三节）。
(3)步骤。以无菌操作方法吸取10毫升充分混匀的水样，注入盛有90毫升灭菌水的玻璃瓶中，混匀成1∶10稀释液。再吸取1毫升1∶10的稀释液注入盛有9毫升灭菌水的试管中，混匀成1∶100稀释液。按同法依次稀释成1∶1000，1∶10000稀释液备用，吸取不同浓度的稀释液时必须更换吸管。
用灭菌吸管吸取2～3个适宜的稀释液1毫升，分别注入灭菌培养皿中，再倾注约15毫升已融化并冷却到45℃左右的营养琼脂培养基，立即旋摇培养皿，使水样与培养基充分混匀。每个水样应倾注2个培养皿。每次检验时，另用1个培养皿只倾注培养基作为空白对照。
待培养基凝固后，使其底面向上，置于37℃恒温箱内培养24小时，然后进行菌落计数。2个培养皿的平均菌落数即为1毫升水样中的细菌总数。
（杨 悦）
