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水化学第五节天然水中的有机物

一、1.天然水中有机物的概念和分类

(1)天然水中的有机物是指自然界中存在的一类含碳化合物，它们广泛分布于地表水、地下水以及海洋等水体中。这些有机物可以来源于生物体，如植物、动物和微生物的代谢产物，也可以是非生物来源，如土壤、岩石和大气中的有机物质。有机物的种类繁多，包括碳水化合物、蛋白质、脂类、核酸以及多种有机酸和醇类等。

(2)根据有机物的化学性质和来源，可以将天然水中的有机物分为几大类。首先是天然有机物（NOM），主要包括腐殖质、富里酸和胡敏酸等，这些物质通常来源于植物残体和微生物的代谢活动。其次是合成有机物（NOS），主要是指人为排放的有机污染物，如农药、化肥、洗涤剂和个人护理用品等。此外，还有微生物有机物，包括细菌、真菌和藻类等微生物的代谢产物。

(3)天然水中有机物的分类对于水质评价、水处理工艺选择以及环境监测等方面具有重要意义。有机物的含量和种类直接影响着水体的色度、嗅味、毒性以及生物降解性等水质指标。例如，腐殖质类有机物会使水体呈现特有的颜色和气味，而某些合成有机物则可能具有潜在的毒性，对人类健康和水生生态系统构成威胁。因此，对天然水中有机物进行科学分类和深入研究，有助于制定合理的水处理策略和保护措施。

二、2.天然水中有机物的来源和分布

(1)天然水中有机物的来源多样，主要包括自然来源和人为来源两大类。自然来源方面，有机物主要来源于植物残体、微生物活动以及大气沉降等。例如，全球河流中约有20%的碳含量来源于土壤侵蚀，这部分碳主要以腐殖质的形式存在。在湖泊和水库中，藻类和微生物的代谢活动也是有机物的重要来源。据统计，全球湖泊和河流中约有一半的有机碳来自藻类和微生物。

(2)人为来源方面，随着工业化和城市化进程的加快，大量的有机污染物被排放到水体中。工业废水中的有机物主要来源于石油化工、制药、食品加工等行业，这些废水中的有机物含量较高，如石油化工废水中苯系物的含量可达几十到几百毫克每升。在农业领域，农药、化肥的使用导致大量有机污染物进入水体，其中氮、磷等营养盐的富集容易引发水体富营养化现象。据估计，全球每年约有3000万吨化肥进入水体，其中约有一半未能被植物吸收，而是以各种形式进入水体。

(3)天然水中有机物的分布受到多种因素的影响，如气候、地形、水文条件和人为活动等。在气候方面，温度和降水是影响有机物分布的重要因素。例如，在温带地区，由于降水充沛，地表径流携带的有机物较多，使得这些地区的河流和湖泊中有机物含量较高。在地形方面，山区河流携带的有机物比平原地区河流多，这是因为山区土壤侵蚀较为严重。在水文条件方面，河流的流速和流量会影响有机物的输移和沉积。例如，在洪水期间，河流携带的有机物量会显著增加。人为活动方面，城市污水排放、农业面源污染等都会导致水体中有机物含量增加。以长江为例，近年来由于工业化和城市化进程的加快，长江水体中的有机物含量逐年上升，其中总有机碳（TOC）含量已超过3毫克每升，超过了地表水环境质量标准。

三、3.天然水中有机物的性质和特点

(1)天然水中有机物的性质和特点十分复杂，它们在水体中的行为和转化过程受到多种因素的影响。首先，有机物的分子量较大，通常在1000以上，这使得它们在水中的溶解度较低。例如，腐殖质类有机物的分子量可达到数万甚至数十万，其溶解度通常在10-6至10-8之间。此外，有机物具有亲水性，但亲水程度因分子结构而异，这导致它们在水体中可能形成胶体或悬浮颗粒。

(2)有机物的生物降解性是衡量其环境行为的重要指标。不同的有机物具有不同的生物降解速率，这取决于其分子结构、化学性质以及水体中的微生物种类和活性。一般来说，低分子量的有机物（如短链脂肪族化合物）较易被微生物降解，而高分子量的有机物（如长链芳香族化合物）降解速率较慢。例如，苯并[a]芘是一种典型的难降解有机污染物，其生物降解半衰期可达数十年。在实际环境中，有机物的生物降解性还受到水体温度、pH值、营养物质含量等因素的影响。

(3)有机物在水体中的光降解作用也是一个重要的转化过程。光降解是指有机物在光照条件下发生化学反应，最终分解为小分子物质的过程。光降解速率受光照强度、水质、有机物浓度等因素的影响。例如，太阳光照射下，水体中的有机物光降解速率约为1-2天。在光照条件下，有机物会发生光氧化、光还原、光水解等反应，生成一系列中间产物。这些中间产物可能具有更高的毒性或更难降解，因此在实际水处理过程中，需考虑光降解对有机物去除效果的影响。以珠江为例，由于珠江流域光照条件较好，水体中的有机物光降解作用较为明显，导致有机物的去除效果受到一定程度的限制。

四、4.天然水中有机物对水质的影响

(1)天然水中有机物的含量和种类对水质具有重要影响。首先，有机物含量的增加