水体富营养化是一种氮、磷等植物营养物质含量过多所引起的水质污染现象。由于人类的活动，将大量工业废水和生活污水以及农田径流中的植物营养物质排入湖泊、水库、河口、海湾等缓流水体后，水生生物特别是藻类将大量繁殖，使生物量的种群种类数量发生改变，破坏了水体的生态平衡。

三、水的自净

(一)地面水的自净作用  

地面水受到污染后，经一定时间，由于物理化学和生物学的各种因素综合作用，使受污染的水逐渐消除污染恢复原来的水质，这个过程称为水的自净作用(self-purification of waters)。

 地面水的自净作用与污水排入量、污染物种类、性质和浓度、气象、水文和地质状况、水中溶解氧含量及微生物种类、含量等都有密切关系。  

1.混合稀释：污水进入流动水内，主要靠水的湍流运动形成涡流扩散，使水和污水混和，污染物逐渐被稀释。湖泊受风力作用或表底水温差上下对流而使水与污水混和稀释。污水与地面水的温差或因溶解盐类的不同亦有利于两者混和扩散。  

河流的混和和稀释能力随流速、流量、河床形状等因素而不同。河流流速快、流量大、河床弯曲不平，其混和稀释作用就较强。湖泊、水库水量虽大，但流动较慢，因此混合稀释不能起到很好作用。此外，污水排出口的位置与构造也和混和过程有关。如将污水排出口深入河心，并将排水管设置成多个出水口，将有利于污水的混和稀释。  

2.沉降和逸散：污水中的悬浮物进入地面水后逐渐下沉，悬浮物比重越大，颗粒越粗，水流越慢，沉降作用也越好，故湖泊、水库沉降自净就比较明显。通过沉降作用还可将附着于悬浮物的一部分微生物和寄生虫卵同时下沉。除重力沉降外，污染物也可通过吸附沉降，即悬浮于水中的污染物可被水中胶状物质、固体微粒、浮游生物所吸附随之沉降，如 DDT，对硫磷就有明显被吸附倾向。有的污染物如砷化物易与水中氧化铁、硫化物结合而发生共沉淀。溶解性物质亦可通过生物体吸收而随残骸下沉。  

沉降于水底的污染物可积存于淤泥中，但当流水量增加，流速加快时，又可将河底淤泥重新冲起，引起二次污染如一些难以降解的重金属。因此污染物沉降到水底时，水的污染虽暂时被消除，但仍可成为潜在的污染源。  

此外，污染地面水的一些挥发性物质如酚类、硫化氢、氰氢酸等，可在阳光和水流搅动下挥发逸散于大气。如据试验在含酚与氰化物的污水上方空气中即可测得酚与氰化物。含酚的污水即使没有经过稀释，在水渠内流动 2.5-5h，酚也可经挥发而减少 99%。  

3.中和：地面水中常含有一些磷酸盐矿物和石灰石、硅酸盐、粘土等对酸性废水有一定的中和作用。而溶解于水中的二氧化碳和混悬的二氧化硅则对碱性废水有中和作用。酸性和碱性废水间互相也可中和一部分。  

河水 pH 值不同，对污染物在河流中的净化与迁移有很大影响。在弱酸河水中磷、铜、锌、三价铬等污染元素易随水迁移，在碱性河水中砷、六价铬、钼、硒等也易随水迁移。

4.生物净化：生物净化在地面水自净中是最重要的。参与生物净化过程的有水栖细菌层、真菌、藻类及许多单细胞与多细胞低等生物。它们可将有机物分解，将有毒物质分解为无毒的产物。

有机物的分解主要是微生物作用，可分为需氧和厌氧分解两种类型。当水中溶解氧足够有机物需要时，则进行需氧分解，需氧分解较快，有机物含有的硫、磷、氮和碳等化合物分解成硫酸盐、磷酸盐、硝酸盐和二氧化碳等无机物，这些最终产物是稳定的，没有特殊臭气。但当水中溶解氧供应不足时，则进行厌气分解，有机物分解为硫化氢、氨、甲烷等不稳定化合物，且具有难闻臭气，厌气分解进行较缓慢。  

水中某些有毒物质如某些酚类化合物和杀虫剂对微生物、藻类有一定毒性，因而可影响水的自净作用。

当河流受到污染时，一些对污染很敏感的生物很快消失如蜉游幼虫、鱼、硅藻等。相反的，那些耐污染生物如淤泥蠕虫、真菌及某些绿藻就存留下来，并得到大量发展。而当河流因自净作用逐渐变成清洁时，耐污染的生物又消失，不耐污染的生物又复出现。所以这些生物也可以作为评价河流汛染与自净的一个指标。  

5.耗氧与复氧：在水中除有机物分解需消耗氧外，沉积水底污物的分解，废水中一些还原物质及水生植物呼吸(夜间)也都要消耗水中的氧使溶解氧含量下降。  

在消耗水中溶解氧的同时，空气中氧亦不断地溶入地面水中，补充水中的溶解氧，这个过程称为复氧作用。急流和起伏不平的河床及风力引起的波浪可使水的复氧过程加快。雨水和清洁支流也可以带入部份溶解氧。水中的绿色植物如藻类等，在光合作用下放出氧气亦可补充水中溶解氧。复氧过程是地面水自净的必要条件，有些河流冬季冰封，不能进行自然复氧，因此河水对耗氧污染物的自净也差。  

6.病原体的死亡：在地面水自净过程中，水中微生物由于受到日光、温度作用，水生生物拮抗作用，噬菌体的吞噬作用，以及不适宜的环境因素影响而逐渐死亡。但目前对污水中微生物进入水内的消长规律还不清楚。寄生虫卵进入水内后，除血吸虫、姜片虫、肺吸虫能在水中孵化外，其它虫卵多先沉降到水底，然后逐渐死亡。

7.生物学转化和生物富集：有些污染物进入水体后，可经微生物作用使之转化，转化后其毒性可增高或降低，水源受污染的危害性亦随之加重或减轻。例如随污水进入水中的无机汞在微生物作用下可转化为毒性更大的甲基汞和二甲基汞。  

水中的污染物亦可被水生生物吸收，而在生物体内浓集，并通过食物链可逐渐富集到几万至几十万倍。如水内汞浓度为 0.01μg/L，经浮游生物、鱼、虾、大鱼逐步富集，最后大鱼体内含汞量为 1-10mg/kg，较原水浓集 10-100 万倍。

除汞外，有机毒物如有机氯农药、多氯联苯、多环芳烃及芳香族氨基化合物等，都很难被生物分解，但却能通过食物链逐级富集，对生物和人类造成长期危害。但水的环境容量是有限的，即水的自净是有一定限度的，如超过环境容量的污染，即使河流有较长的流程或较长时间，仍不能达到自净，不能以为大江河流量大，就可以任意排放。例如世界第三大河美国的密西西比河，流量虽大，仍受到严重污染，在河水内发现数十种有害物质。我国第一大河长江，流量大，水量占全国水资源的 36%，但因沿岸城市污水和工业废水基本未经处理排入长江而受到严重污染，致沿江 170 多个自来水厂有半数的水厂出厂水不合格。  

(二)地下水的自净作用  

地下水因上面复盖有土层或不透水层，以及土壤具有机械隔滤、吸附、离子交换、稀释和微生物分解作用，污水渗入土层到一定的距离，可以自净到无害或无毒的程度。自净的程度与污染物种类、土壤的性质、地下水的情况等因素有关。

地面水或污水中的微生物往土壤渗透时，90%的微生物被阻留在 40cm 深度，微生物渗入的深度与土壤性质有关。如在细砂中渗透距离为 10-15cm，而在透水性好的卵石和裂隙石灰岩中迁移距离可达 800-1000m。土壤表层如遭受破坏，微生物能深入土壤污染地下水。由于地下水不易接触到大气，溶解氧含量低，又受不到日光照射，流速缓慢，其他微生物少，因此自净作用差，时间也长。  

污水中的化学污染物在渗透过程中自净主要是由于吸附作用。吸附作用对重金属如汞、镉、铅、铁等，有机物如有机氯农药、石油产品、氯苯、多环芳烃等影响较大，如中细矿对镉、铅、铜、锌的去除深度为 30cm，去除率可达 95%以上。

酚则要 100cm 才达最大去除率。化学污染物在地下水迁移过程中常发生沉淀和已沉淀物的溶解作用，使地下水中某些成分减少或增加。化学污染物在地下水中可较微生物迁移得更远，如在砂中可达 200m，在石灰岩地区可迁移得更远。地下水对化学污染物的自净能力较差，有的可能需百年之久。