淡水透镜体水污染物质分析

（1）污染物的来源和种类

西沙岛屿远离大陆，地下淡水由降雨形成的，属于天然水体。通过对岛上植被及环境的考察分析，发现水体中的污染物质来源有两种：一种是驻岛军民生活污水渗入地下，造成淡水透镜体水的污染；另一种来源是雨水在渗入地下的过程中，溶解、携带地面和珊瑚沙中的无机与有机物质。岛上植被非常茂盛，一年四季枝叶葱翠，而且气候炎热潮湿，植物的枯枝落叶极易腐烂。这些腐烂生成的腐殖质类物质随着雨水渗入地下淡水水体，成为淡水透镜体水的主要污染源。

渗入地下的有机物一般可以分为两类：一类为非腐殖质，另一类为腐殖质。非腐殖质包括可以辨认化学特征的化合物，有碳水化合物、蛋白质、氨基酸、脂肪和色素等有机物质。一般来说，这类化合物易被微生物分解，其残留量很低。淡水透镜体水中存在的腐殖质是微生物在一定的环境条件下，将植物的枯枝落叶等有机物分解形成的一类新物质。腐殖质还可以被微生物再分解，但其速度十分缓慢。根据腐殖质在酸碱盐溶液中的溶解度，可划分为四类：富里酸类、腐殖酸类、胡敏酸类和腐黑土等。

由于地下水的来源与所处环境不同，各类物质的含量也不同。一般认为，在木本植物群落之下，主要微生物是真菌，在其作用下，形成的腐殖质是富里酸和腐殖酸；在草本植物群落之下，主要微生物是兼氧性细菌和好氧性细菌，其形成的腐殖质为胡敏酸。珊瑚岛上的椰树、麻枫桐、枇杷树和羊角树等均为木本植物，淡水透镜体水中的腐殖质类物质当以富里酸和腐殖酸为主。

淡水透镜体水中的污染物质除了受岛上植被的影响外，井周围的环境状况对水质影响也很大。实地考察发现，井周围环境清洁、没有其他杂物时，水质较好，反之，水质较差。由于珊瑚岛礁独特的地质构造，淡水透镜体一般埋深浅，珊瑚沙土又具有很强的渗透性，所以，地面的状况直接影响地下水水质。珊瑚岛礁一般不大，一处的污染很可能会造成大面积淡水透镜体水的污染。

（2）有机污染物的特征和性质

淡水透镜体水中的有机污染物腐殖质是由多种化合物混合组成的，这些化合物无单一固定的结构式，每一种成分都是由一系列不同结构的分子组成，很少有完全相同的结构式或反应基。其分子是稳定的多聚结构，具有很大的比表面积和较多的功能团，可以吸附和固着水中的有机物。腐殖质分子量范围为102～106，大部分是胶体颗粒，部分呈溶解分散状态，部分呈悬浮物状态。腐殖酸的分子量为5 000～100 000，功能团主要为羧基。富里酸的分子量较小，为500～5 000，其功能团主要为羟基，具有较强的表面活性。富里酸的部分酚羟基和苯羧基由氢键结合在一起，形成相当稳定的多聚结构。结构体中遍布着不同直径的空间和洞穴，它能容许分子量低的有机化合物进入这些洞穴。

腐殖质污染水体的直接表现是使水体呈现明显的色度。在某些高色度的水源中，腐殖质的比例可高达90%以上。有机分子中产生颜色的部分称为“发色团”或“发色功能团”。

腐殖质性质有多种，其中与水处理有关的主要有：①腐殖质在水中电离形成带负电荷的阴离子聚合电解质；②腐殖质能与金属离子发生反应；③腐殖质能够吸附在黏土颗粒表面；④腐殖质与氯发生反应生成有机氯化物。

前三种与水处理混凝工艺过程中的凝聚与絮凝密切相关，后一种则影响消毒工艺的选择。由于腐殖质（富里酸或腐殖酸）溶解于水时形成带负电荷的阴离子聚合电解质，所以腐殖质的水解过程受水中pH值的影响。

腐殖质等胶体有机物所含功能团可与水分子形成氢键，吸附大量的水分子，形成高分子溶液（亲水胶体）。它与黏土胶体不同，黏土等胶体的稳定性来源于胶体表面的双电层结构，而对于高分子溶液，其稳定性则取决于它所吸附水分子构成的水膜。因此，高分子溶液的去除机理也不同于胶体的压缩双电层机理，而是一种盐析作用。

（3）有机污染物的危害

有机污染物都有一定的毒性，由于其种类繁多，其毒性影响远比无机物复杂。一般说来，在烃系列中，碳原子数越多，毒性越大；不饱和程度越高，毒性越大。而且，有机化合物根据其组成元素的种类和结合状态（即不同的化学结构）表现出不同的毒性。植物的根、茎、叶和种子中，存在着含氮结构的复杂生物碱，它们的毒性多样。这些物质在水中的存在会给驻岛军民的健康带来极大的危害。即使饮用烧开的未经处理的淡水透镜体水，仍会发生腹泻。有研究表明，长期摄入腐殖质偏高的水是大骨节病发生的主要原因。另外，由于腐殖质的离子交换及络合，它们成为大多数有毒物质的载体。

腐殖质的存在还给水的净化带来许多困难。腐殖酸和富里酸是形成卤化物的主要前趋物质。腐殖酸的结构很容易与氯反应，其键位上的两个氢氧基为氯仿的活性点。腐殖质能够吸附在胶体和悬浮物（黏土、细菌、病毒、藻类等）的表面，增大了它的稳定性，使去除溶解性的富里酸、腐殖酸较之去除无机的胶体及悬浮物更为困难。未能有效去除的腐殖质，又可慢慢转化成可生物降解的物质，为细菌的滋生提供了条件；或者当富里酸分子的功能团与金属离子络合或因为氧化作用而导致结构破裂后，吸附和络合在其中的有机物将被释放，导致水质恶化。(www.xing528.com)

（4）有机物的处理技术

目前，水中有机物去除技术沿着两个方向发展：一是强化传统工艺，通过将现代化的材料和技术引入传统工艺，使这些工艺更完善、更有效。如使用新型混凝剂、斜板斜管沉淀、纤维球过滤、多层过滤等。二是在常规水处理工艺基础上，发展预处理和深度处理，如预臭氧氧化、膜处理、光催化氧化和生物陶粒预处理等。这两个发展方向都取得了一定的成果，有的工艺已经应用于生产实践。然而，水处理工艺中最基础而又广泛应用的仍然是混凝、沉淀、过滤。活性炭吸附和膜分离也是主要的深度水处理工艺。

1）混凝分离技术

混凝分离技术是向水中投加一定量的混凝剂，使水中胶体、悬浮颗粒或其他污染物脱稳并凝聚成大颗粒，从水中分离出来，以达到水质净化的一种水处理方法。

国内外在采用混凝分离技术去除天然水体中引起色度的腐殖质方面做了大量工作，研究了影响混凝效果的因素以及各因素之间的关系。影响混凝过程的因素主要有原水水质（腐殖质的种类、分子量等）、混凝剂的种类、凝聚的物理化学条件（pH值、混凝剂投加量、原水的硬度和碳酸氢盐碱度等），以及后续的分离过程。

原水水质是影响混凝过程的重要因素。一般说来，水体中腐殖质的去除效率随腐殖质分子量的大小而变化。相对于含浊水而言，含有腐殖酸的水处理要复杂得多，而且腐殖酸与所用混凝剂中铝的状态之间存在着密切关系。

不同混凝剂对同一种水质有不同的混凝效果，必须根据具体的水质采用不同性质的混凝剂、助凝剂。

此外，混凝时的水力条件、pH值、混凝剂的投加方式和投加量等对混凝效果都有很大的影响。为提高混凝效果，可以改变加药和搅拌方式，改进混凝设备或构筑物，采用强化混凝技术的新技术、新工艺，例如：电凝聚和微絮凝技术。近年来，微涡旋混凝动力学理论渐渐引起了人们的关注。

2）吸附过滤技术

吸附是在两相介面上，一相中的物质向另一相转移或积聚，使两相中物质浓度发生变化的过程。吸附剂的吸附性能与其比表面积、表面能和表面化学性质有关。表面积提供了吸附剂与被吸附物之间的接触机会，表面能则从能量的角度提供了吸附过程发生的动力。吸附剂的表面化学性质在各种特性吸附中起着重要的作用。目前研究和使用较多的吸附剂是活性炭和沸石。

3）膜分离技术

膜分离技术是20世纪后半叶发展起来的新兴水处理技术。1993年10月在匈牙利布达佩斯第十九届国际水协会议上较系统地公开发表了《膜技术在饮用水处理中的最佳应用》论文，宣告了这一当代重大的技术突破。21世纪以来，人们在膜技术的开发和应用方面取得了很大进展。