当前的世界环境

简介

背景

生态系统包括生物和非生物成分以及它们之间的相互作用。一个运转良好的生态系统是生物体生存的必要条件。生态中心的“五个基本要素”在Prasna《奥义书》为“Kshiti, jal, pawak, gagan, sameera;Panch tatwa yah adham sharira”。这意味着土壤、水、火(能量)、天空(空间)和空气分别是我们的存在和我们周围的生活世界不可分割的一部分。^1、2水是我们赖以生存的“基本要素”之一。水是所有自然资源中最奇妙的一种，它被称为生命的灵丹妙药是正确的，因为没有水，生命就不能存在。第10卷的第九赞美诗《梨俱吠陀》认识到水在物质和精神上给予生命的能力。它负责生物的营养、健康和福祉。祷告强调水的充足供应，最美味的汁液，应该总是以纯净的形式提供。^3.要保持水资源的纯净，就必须有适当的水资源保护和管理知识。的Isha《奥义书》说:“大自然给了人类赖以生存的资源，掌握利用这些资源的知识是绝对必要的。”^{4、5、6所示}

目标

在许多淡水资源中，河流是我们文化和经济的生命线;严重的水污染正在使它们越来越多地死亡。减少水污染和资源管理的相互关联的概念正日益成为节约用水方案的最高优先事项。水的可获得性不仅仅意味着数量;事实上，它也包括质量部分。由于污染水平的上升，河流淡水资源日益受到威胁，严重影响了河流生态。^{7 8 9 10 11}更糟糕的是，印度大部分河流都是雨水灌溉的，因此是季节性的;只有少数河流是常年的。

在印度，河流的环境研究至关重要，因为河流是国家的生命线。它们不仅提供淡水生产食物，还提供饮用水，从而维持人口数量。在印度，即将进行的河流连接项目也需要定期检查河流。最近，在2014年的预算中，财政部长强烈主张河流的连接，其中包括30个河流连接项目。¹²河流的连接也会使污染物从一条河流流向另一条河流。因此，为了保护和管理这些宝贵的资源，对河流的研究变得非常重要。然而，水环境的检测离不开工具，在这方面，一些理化和生物指标的应用是关键。就人类的消费而言，水质是根据用途而定的。这意味着，例如，饮用目的所要求的质量与农业目的差别很大。水质是以需求为基础的，其对特定用途的适用性取决于供水的特性。这些特性是根据某些物理、化学和生物参数确定的，这些参数经过评估，以确定水质是否符合预期用途。为了确定可接受的质量范围，有必要调查水成分的原因及其与观察到的问题的关系。这些因果关系有助于生成与质量相关的问题的适当指标，以及与预期用途的适用性有关的指导值。然而，为了确定合适的环境指标，需要对水质成分和观察到的问题进行充分的报告。⁷除了Subramanian的工作，¹³其中涉及一些主要的南亚河流，但最近没有任何关于印度地表水环境的综述，特别强调河流系统。除了主要河流之外，对次要河流的评估和监测对于保护河流系统免受污染同样至关重要。

本通讯提供了印度一些地表水资源的水质和河床质量状况，特别强调河流环境，并讨论了29个常用的水质和泥沙质量指标及其来源。工作分为一般水化学和微量元素化学。微量元素化学进一步分为水化学和地球化学。虽然指标分析方法也被提倡作为水质状况的指标，但这方面与泥沙质量指南一起，将在下一步的评审工作中被采用。目前的综述工作也强调了未来河流环境研究的一些研究策略和可能的污染缓解措施。

水资源

印度水资源情景，特别强调河流流域

了解印度的水资源情况和流域知识是至关重要的。以下两段简要描述了印度的水资源和河流流域(节选自我们以前的工作;详情见Manoj和Padhy)。¹⁴

据估计，在印度，包括地表水和地下水在内的总可用水量约为1869亿立方米。在这些总量中，约60%(其中还包括地表水的6900亿立方米)是可用的形式。由于各种地质和地形因素的影响，在目前的情况下，剩余40%的可用水无法用于消费。降水，如雨和雪，可提供约4000亿立方米的可用淡水。然而，大部分的水都通过河流流失到海洋中。^{15日,16日,14岁}农业部门消耗约89%的地表水，工业和家庭部门则分别消耗2%和9%。^16日14

根据流域面积，河流流域被分为三组，指定为大、中、小。主要的13个流域，占流域总面积的82.4%，占地表总流量的85%。此外，这些盆地居住着印度80%的人口。此外，这个国家也有一些沙漠河流。^17日14河流流域的分类体系见表1。表2对主要河流流域作了简要说明。尽管这个国家拥有丰富的河流流域网络，并受到西南季风(占全年降雨量的75%)的大力支持，但水资源的可获得性正日益成为其社会经济和可持续发展的一个巨大挑战。^17日14

表1:印度河流流域分类体系

(来源^14、17）

表2:印度主要河流流域的描述

(来源^14日18）

水作为一种自然资源及其现状

自然地表水，包括海水、河流、湖泊、极地冰和冰川，含有大量的生命形式，如浮游植物、浮游动物、鱼类和许多其他生物。氧气和二氧化碳等溶解气体的存在对水生生物群是必不可少的。另一方面，纯净水是指不含生物，特别是微生物，不含各种有毒物质，盐分在可容忍范围内的水。纯净水的出现对于饮用和烹饪是绝对不可或缺的;工业、农业和其他各种用途也需要。虽然地球的四分之三是由水球组成的，但只有很少一部分是可用的。此外，为了追求更好的生活质量，由于城市化、工业化、土地利用模式的改变，人类向水中引入了大量有毒物质和其他污染物，使得水在许多方面都不安全，包括饮用。目前，由于人类的发展活动，水已经成为一种珍贵的商品，而由于污染，水的质量受到威胁。¹⁹

1992年，巴西里约热内卢，联合国环境与发展会议承认水质恶化和由此产生的问题。关于“保护淡水资源的质量和供应”的“21世纪议程”文件第18章规定了有效管理水资源的原则和指导方针。^20.淡水本质上是一种有限和脆弱的自然资源，对维持生命、发展和环境至关重要。²¹现代社会和生活方式在很大程度上促进了化学品生产和使用的兴起;与此同时，人们对水资源中环境化学品的存在感到担忧。尽管“污染”和“污染”这两个术语在日常讲话和新闻报道中以类似的含义使用，但在科学界对它们有不同的含义。当一种化学物质存在于特定的样品中而没有任何危害的证据时，用“污染”一词;当这种化学物质的存在正在造成危害时，用“污染”一词。因此，污染物是可以造成环境危害的化学物质。²²受污染的地表水严重地改变了平衡的生态系统，而生态系统对生物与环境的有益相互作用至关重要。²³换句话说，污染会破坏自然界的和谐。

并不是只有发展中国家正在遭受严重的水污染问题，发达国家仍在继续与水生污染的威胁作斗争。例如，在美国最近发布的一份关于水质的全国报告中，45%的经评估的河流总英里、32%的经评估的河口和海湾总平方英里以及47%的经评估的湖泊总英亩被归类为受污染。²¹由于与提供安全用水相关的高昂成本，水污染影响了生产力。这反过来又限制了经济活动。²²据统计，印度人口约占全球的17.5%，淡水资源约占全球的4%。可用水方面，人均可用水1820米^3.估计在2001年下降到1341亿和1140亿^3.分别到2025年和2050年。^24日14这些预测表明，到2020年，印度将发展成为一个水资源紧张的国家;人均可用水量骤降至基准水量1667米以下^3./人/年。造成这种水资源紧张状态的一些因素是不断增长的人口和从工业到农业等各个部门不断升级的需求压力。^25日14污染使淡水不能饮用，不适合在工农业活动中消耗。大多数被认为是污染物的物质实际上是环境中自然产生的组成部分，尽管其水平通常是无害的。当这些自然成分的浓度(通常是受人类活动影响)增加到可能产生有害影响的水平时，问题就出现了。²⁶当人为污染物损害了水的特性，使其不适合人类使用(如饮用)和/或导致其维持其生物成分(如鱼类群落)的能力显著偏离时，水就被称为受污染。水被称为一种独特的物质，因为它具有固有的更新和净化特性，可使污染物分解并沉淀，或将污染物的有害浓度稀释到可容忍的水平。然而，自然净化过程是耗时的，并且当人为干扰增加过多的有害污染物在水体中变得困难。²¹

水是一种至关重要的资源，对人类文明和生态系统的生存和健康的各个方面都不可或缺。然而，近年来出现了日益严重的水污染(以及由此造成的污染)和水资源短缺的令人担忧的情况²⁷；这需要对水科学和相关过程有广泛的了解。要理解水科学，就必须了解水的来源、组成、反应和运输等多维方面的知识。水环境过程知识是认识水污染及其治理的基础。

水体-床沉积物相互作用

地表水和河床沉积物都是水生生物的栖息地。水和沉积物性质的变化会影响居民的福祉。这可能导致一系列影响包括人类在内的所有生命形式的行动。释放到水体中的有害物质与悬浮颗粒物结合。这些微粒物质在水体底部沉降，成为河床沉积物的一部分。吸附在河床沉积物上的有毒元素等物质，在水体pH值、有机质含量等变化的环境条件下，可以进行再迁移。因此，作为有毒物质固定沉淀的河床沉积物可以成为水体中有毒物质的直接来源。河床泥沙退化反映了整个河流环境的退化，因为它是河流水质恶化的直接后果。因此，研究人为开发工程对河床沉积物质量的影响，必须对其进行环境评价。

水生系统与环境健康

应该指出的是，水生资源的保护在数量和质量方面同样重要。²⁸水污染每年导致数十亿人生病，200多万人死亡。受污染的水所造成的病理生理条件是巨大的。^21日,22日缺水使这些健康问题更加严重。当污染物进入水生生态系统时，它们不仅会影响水生生物，也会影响陆地生物，包括人类。水生生态系统中氮和磷类化学物质等营养物质数量的增加可能导致藻类生长增加，进而可能导致对水生生物区系有害的富营养化现象。²⁹水生资源的污染也在细菌中传播抗生素耐药性基因，导致许多危及生命的疾病。为了阻止这些潜在的超级细菌的扩散，当务之急是控制水生资源的污染。水质和沉积物质量差也会导致生物多样性和水生生物数量的下降。地表水的化学污染可能对健康造成危害，因为这些水资源通常直接用于家庭消费，或与用于饮用水的浅井相连，特别是在印度等发展中国家。除了饮用、烹饪、洗涤和清洁等家庭用途外，这些水道还广泛用于捕鱼和养鱼，也用作娱乐用途。水污染影响土壤健康，干扰植被，包括农作物生产。²²

一般水化学

在印度，河流流域人口密集，城市化和工业化程度高;因此，它们是供水的主要来源和城市和工业排放的接收主体。此外，这些河流最终流入海洋，带着废物。因此，对河流水系进行系统的检查和评价是必不可少的。发展活动增加的后果之一是环境中超出其建议或管制标准的物质的增加。表3列出了由中央污染控制委员会(CPCB)和印度标准局(BIS)推荐的一些一般地表水水质参数的标准限值，供特定用途。^30、31日

表3:CPCB和BIS建议的用水

^＊TC =总大肠菌群;^＃MPN =最可能数;^{# *}钠吸附比

贡提河(印度北部)是恒河最重要的支流之一，是印度北方邦首府勒克瑙市的主要水源。在它的过程中，水也被用于农业和工业用途。对戈蒂河进行的调查显示，河水被有机废物严重污染。³²在部分地点，录得的溶解氧含量为零。平均最低DO值记录为0.95 mg/l。河水的生化需氧量(3.35-18.93 mg/l)超过CPCB的建议限值，不适合包括沐浴在内的任何生活用水。有机污染负荷的富集也被戈蒂河中总大肠菌群和粪大肠菌群的超高存在所证实。这条河已经成为印度污染最严重的河流之一，因为流域沿岸的勒克瑙、苏坦普尔、琼普尔和贾格迪什普尔等人口密集地区排放未经处理的生活污水;化工厂、酒厂和制糖厂等工业的废水;还有农业径流。

对北阿坎德邦苏斯瓦河(印度北部)的污染负荷程度进行了评估。³³这条河眷恋着拉伊瓦拉的人民。然而，越来越多的人类活动，如倾倒垃圾、排放污水、洗澡、洗涤和过度捕鱼，已大大恶化了河流。人类的干扰不仅影响了水生生物的生态，而且使河水不适合社会经济用途。对河流生态的大多数不利影响来自杜恩酒厂的废水。作者记录了总碱度(255.51-312.60 mg/l)和镁(mg^{2 +}) (41.13-44.78 mg/l)，远高于其推荐的理想限度。总硬度(TH)为229.49 ~ 249.80 mg/l，钙含量(Ca^{2 +})(最大值为70.35 mg/l)含量也显著高于水中。

科very河(印度南部)被认为是神圣的，是印度的主要河流之一。卡纳塔克邦曼迪亚区科very河的四条溪流供应当地80%的生活用水，受到小型制糖业和啤酒厂的严重影响。³⁴50%的采样点的DO含量低于水生物群生存所必需的最低建议值5 mg/l。工业装置的污水排放不仅造成了浑浊度、总溶解固体(TDS)、氯化钠水平的增加，以及DO水平和透明度的降低;但也对水生生态系统的非生物和生物组成部分造成不利影响，包括动物群的多样性降低。研究强调，污水处理效率低和普通污水处理厂在处理废水方面的局限性是水质恶化的主要原因。

报告提供了中央邦昌巴尔河(印度中部)在公共供水、灌溉和水产养殖方面的污染状况。³⁵部分地区的总碱度(290 mg/l)、TDS (500 mg/l)和BOD (5.67 mg/l)等指标均较高。总体而言，该河流被归类为低污染河流，这表明该河流污染相对较少，适合各种用途和水生动物的生长。

坎汗河及其两条重要支流彭奇河和纳格河流经印度中部高原地区。水资源广泛用于该地区的城市供水和农业用途。对坎汉河水系的污染负荷进行了评价，并对坎汉河水质适宜灌溉进行了调查。⁷从钠吸附比(SAR)、钠含量百分比(Na%)和剩余碳酸钠(RSC)值来看，坎汉河和彭赤河具有较好的灌溉用水水质。经过常规处理后，这些水也显示出适合饮用。然而，人类活动对纳格河水质的影响很大。例如，总碱度在374 ~ 486 mg/l之间;TDS超标500 mg/l。最重要的值得注意的结果是，该河的所有水样中完全没有DO。化学需氧量(COD)记录在124 ~ 172 mg/l范围内;总大肠菌群和粪大肠菌群多得难以计数。对该流域的分析显示，那格浦尔市的污水严重恶化了纳格河的水质，使其不适合家庭和农业用途。

Mahanadi河水系(印度东部)是奥里萨邦最大的水系，也是印度半岛第三大水系。与工业、市政和其他有用用途相比，该流域的水广泛用于灌溉(约占总耗水量的87%)。对Mahanadi河系统的水化学进行了评估，并对该河流系统是否适合进行灌溉活动进行了评估。³⁶大多数站点在SAR、渗透指数(PI)、Na%、镁危害、Kelly指数和美国盐度实验室(USSL)图和Wilcox图等指标上表现出灌溉用水的适宜性。然而，位于盆地主要城镇(Sambalpur和Cuttack)下游的一些受污染站表明，这些水不适合灌溉活动。从桑巴尔普尔和卡特克排放的污水污染了该盆地的下游地区。人类活动引起的水质变化也在阿塔班基小溪得到了证明。pH值在3.66到5.07之间。水的酸性是由Paradip磷酸盐有限公司等以化肥为基础的工业排放的酸性废水造成的。从记录的硫酸盐(SO)值也可以看出淡水区人类活动的负面影响₄^{2 -})(高达360.50毫克/升)，远远超过了国内消费的推荐可取限度。

欣顿河(印度北部)是印度北方邦西部人口众多、以农村人口为主的主要淡水资源。评价了工业废水和城市废水对欣敦河水质的影响。³⁷研究结果不仅显示水质参数的含量远远超过CPCB和BIS的规定限值，不适合任何家庭使用;同时也突出了人类活动与水环境质量之间的相互关系。Ca^{2 +}，氯(Cl)^-)和硝酸盐(NO_3.^-)离子在河水中的浓度分别高达402.20 mg/l、1312.10 mg/l和250 mg/l，达到警戒水平。有机污染负荷的情况更为严重，从DO (3.1 ~ 4.03 mg/l)、BOD (27 ~ 51 mg/l)和COD (85 ~ 337.4 mg/l)值可以明显看出。Ghaziabad、Noida和Sahibadad地区的工业区是造成河流严重污染的主要原因。东德里市区废水和垃圾的排放严重加剧了河流状况的恶化。人为干扰不仅影响了欣顿河的自净能力，而且影响了整个生态系统的质量。

对Chhoti Gandak河(印度北部)的水化学调查显示，在大多数地方，它的硬质(高达370毫克/升)。⁸研究发现TH和Mg的含量^{2 +}在某些地方，超过饮酒安全标准会导致身体不适。河流环境的恶化源于家庭和农业部门的浪费。然而，具有讽刺意味的是，就农业用途而言，根据SAR和Na%值以及USSL和Wilcox图等图，大多数地点的水被记录为良好的灌溉水质。最近，SAR、Na%、PI、USSL图和Wilcox图工具也被用于调查达莫达尔河(东印度)及其运河水域是否适合农业用途。³⁸虽然该研究表明该河流系统适合农业活动，但在该流域发现了严重的有机污染负荷。BOD (12.3 ~ 28.3 mg/l)和DO (1.3 ~ 3.8 mg/l)值表明，由于垃圾、生活污水和工业废水的倾倒，河流和运河水域有机质丰富;枯死的水葫芦在主河道中过度腐烂。

纳尔马达河(印度中部)被认为是中央邦的生命线，研究了人为开发活动对这条河的影响。¹⁰这项研究强调，工业单位(例如安全造纸厂)排放工业废水、生活废物、未经处理的城市污水和农业径流等活动是河流水质日益恶化和失去饮用水性质的主要原因。例如，河水中TH在515 ~ 689 mg/l之间，Cl在515 ~ 689 mg/l之间^-在270 ~ 342 mg/l范围内，超出了BIS的标准可取限度。

流经古吉拉特邦商业首府艾哈迈达巴德市的萨巴尔马蒂河(西印度)是另一个利用河水的例子。河水被用作饮用水和灌溉的来源，也被用作工业(主要是纺织厂)和城市地区废水的汇流池。对该河进行的研究发现，由于工业废水、生活废水和农业废物的排放，艾哈迈达巴德的萨巴尔马蒂河水质受到了不利影响。⁹城市的扩大城市化增加了河流的污染负荷。主城区水体污染程度较上游水体严重，上游水体TH、Ca、Ca等参数值较上游水体污染程度高^{2 +}、镁^{2 +}, Cl^-BOD和COD分别高达459.43、242.84、216.58、1822.30、133.28和549.92 mg/l。此外，粪便大肠菌群数量为9561 MPN/100 ml，也超出了CPCB (C类)的理想限值。DO的可忽略值和高盐度表明了河流生态系统的灾难性状况。

瓦尔达河(印度西部)是马哈拉施特拉邦的一条重要河流，被广泛用于饮用、工业和农业用途。对瓦尔达河的水质进行了检查，发现它受到了轻度污染。³⁹水体BOD为2.68 ~ 6.53 mg/l，有机污染负荷较大，不适合生活用水。河流中营养物质和有机物含量较高的原因是地表径流和污水的流入。

亚穆纳河(印度北部)是印度被开发最多的水资源之一。亚穆纳盆地沿岸的各个城市中心为许多人类活动提供淡水。对亚穆纳河的水质进行了调查，发现它不适合人类使用。^40、41该水表现出高碱性，在两项研究中记录的值高达240和310毫克/升。大多数采样点的碱度都超过了BIS的理想极限。此外，据报道，大多数地点的水也非常坚硬，其值高达475毫克/升。同样，对于Ca^{2 +}水质为72.8 ~ 86.4 mg/l，不适合家庭使用。该研究还报告了亚穆纳的盐度非常高，这从钠的含量可以明显看出⁺(404.9-524 mg/l)^-(180 - 218 mg / l)⁴¹．据报道，该河流也被有机污染，BOD水平为3-8 mg/l。提交人的调查表明，该流域城市中心的工业废水和整个生活/城市废水要么未经处理，要么只经过部分处理，就排入亚穆纳河。

印度也进行了一些关于湿地生态系统的研究。例如，研究了工业和农业等人类活动对拉贾斯坦邦Kalakho湖水质的影响。⁴²分析结果表明，湖泊水质严重枯竭，不适合饮用、野生动物繁殖和鱼类养殖。农业径流和来自家庭和城市来源的废物倾倒被确定为主要的水降解剂。本季节研究(夏季、季风和冬季)记录的最低BOD值为34.4 mg/l，平均值为42.26 mg/l。为了避免湿地被宣告生态死亡，恢复湖泊的质量是当务之急。对达尔沃伊湖(迈索尔，卡纳塔克邦)的生活和农业水质进行了评估。⁴³TDS (773 ~ 837 mg/l)、mg^{2 +}所有水样(47-75 mg/l)均超标。关于Ca^{2 +}， 76%的样本超过BIS的理想推荐标准。虽然基于SAR, PI值和USSL图，水似乎适合农业，碳酸氢盐(HCO_3.^-)的含水量异常高，表明水不适合农业用途。灌溉用HCO_3.^-1.50-7.50 meq/l的含量被认为是中等安全的。⁴⁴当该水平超过7.50 meq/l时，灌溉工程就不安全了。研究记录的碳酸氢盐在470-587 mg/l的范围内，相当于7.70-9.62 meq/l。

水环境的检测离不开工具，在这方面，一些理化和生物指标的应用是关键。文献综述表明，一般水质评价常用的参数有:pH、电导率(EC)、TDS、碱度(尤其是HCO)_3.^-)， TH, Ca^{2 +}、镁^{2 +}钠(Na)⁺钾(K⁺),氯^-,所以₄^{2 -}磷酸(PO)₄^3－),没有_3.^-，亚硝酸盐(NO₂^-)、氨氮(AN)、DO、BOD、COD和大肠菌群。为了检验地表水的农业用途的适宜性，一些指示工具是SAR, Na%， PI, RSC, USSL图和Wilcox图。表4、5和6概述了一些地表水的一般水化学，特别强调河流。

表4:部分淡水系统水质与六个理化参数的关系

*只在淡水带，不包括河口系统;^＃包括支流;pH单位为pH;EC单位为mS/cm;其他参数以mg/l为单位;Min =最小值，Max =最大值

表5:一些淡水系统的水质与七个水化学参数的关系

^＃Na⁺+ K⁺价值;所有参数单位为mg/l;Min =最小值，Max =最大值

表6:关于六个水化学和生物参数的一些淡水系统的水质

TC和FC(粪大肠菌群)MPN/100 ml;其他参数以mg/l为单位;Min =最小值，Max =最大值;TNC =多得数不清;^＃菌落形成单位(CFU)/100毫升

pH值

pH是最重要的水质测量指标之一，可以定义为氢离子浓度的负对数;和用来表示水溶液的酸性或碱性条件的强度。^45、46这些河流通常被分类为碱性水类型，pH值在6.8-7.8单位之间。⁴⁷天然水体中氢离子的浓度主要与碳酸与游离离子的数量比有关;因此含有大量溶解二氧化碳的水pH值<7.0。另一方面，硬水由于含有钙和镁的石灰石和其他矿物的溶解而呈现轻微的碱性状态。在地表水中，由于植物消耗二氧化碳和有机物分解，pH值的变化与光合作用活动密切相关。矿井排水的排放;工业废水，如冶金工业，含有矿物酸可以显著改变接收水系统的pH值。硫氧化细菌将废水中的硫、硫化物或黄铁矿转化为硫酸和硫酸盐。此外，矿水中存在的铁(Fe)、锌(Zn)、铜(Cu)和镉(Cd)等元素的盐的水解也在确定接收水体的pH值方面起着重要作用。通过类似的过程，城市和生活垃圾也可以改变淡水生态系统的pH值。氢离子浓度对水生态系统的化学和生物过程有重要影响; such as growth of aquatic biota, especially fish population. Acidified waters can also cause mobilization of toxic metals.²⁶pH值在6.5 ~ 8.5范围外，会影响粘膜和供水系统。它在腐蚀控制中也很重要，因为低pH值会导致供水系统的腐蚀。高pH值影响口感，给人肥皂的感觉。pH值在环境工程实践中很重要，如供水:水和废水处理过程，水软化，消毒和化学混凝。^45岁,26

电导率和总溶解固体

电导率，也叫比电导，是衡量电流通过水系统的难易程度的指标。因为纯水是弱电解质，水溶液的电导率取决于带电离子的发生。EC与溶液中离子数的关系接近线性，随着离子数的增加，溶液中离子数也随之增加。由于水的电导率取决于离子的总浓度，因此常用它作为TDS的指标。然而，电子商务有一个局限性;它对溶解的不带电物质如二氧化硅的存在没有反应。⁴⁸在水化学中，TDS是溶解物质小到可以通过2 μ m筛过滤的测量值;主要由无机盐、有机物和其他溶解物质组成。^49岁的50TDS的主要成分通常是Ca^{2 +}、镁^{2 +}, Na⁺和K⁺阳离子;和HCO_3.^-, Cl^-,所以₄^{2 -}，和NO_3.^-阴离子。⁵¹溶解固体会影响饮用水的适口性，可分为:优良(<300 mg/l)、良好(300-600 mg/l)、一般(600-900 mg/l)、不良(900-1200 mg/l)和不可接受(>1200 mg/l)。⁵¹．但是，应该指出的是，TDS是水的全貌，不区分各成分。任何特定参数的存在都可能使水变得不可口。流域的地质条件以及蒸发和降水等过程，自然决定了地表水中TDS的浓度和组成。⁴⁹城市污水、城市地区废水径流、工业废水/废水、农业径流和采矿径流等来源可极大地改变自然水体的TDS。TDS可作为一般饮用水水质的初步指标。由于TDS是对溶解离子的测量，也与电导率直接相关，因此它是评价水质的一个合适指标。高水平的TDS浓度可能表明存在潜在的有害污染物，如硝酸盐、金属和其他农业或工业化学品⁵⁰．溶解在水中的固体可能通过增强盐度和改变离子组成和特定离子的毒性而产生毒性。盐度的增加可能会限制生物多样性，改变自然生物群落的结构，对特定生命阶段的生物产生急性或慢性影响，并导致耐受性较差的物种被排斥。⁴⁹由于水的密度决定了水流入和流出细胞，TDS浓度的变化可能会给生物群带来有害的影响。高浓度的TDS可引起水体清澈度降低、光合作用降低、与有毒化学物质结合、水温升高等生态干扰。⁵²高水平的TDS(>500毫克/升)会导致锅炉、热水器、水管和许多家用电器的过度结垢。结垢严重影响电器的使用寿命，使经济成本更高。⁵¹

碱度和碳酸氢盐

水体的碱度是其缓冲能力的一种度量，是水中所有可滴定碱的总和。简单地说，碱度是衡量水体中和酸的能力的指标。天然水的碱度主要是强碱和弱酸盐的作用;主要是由碳酸氢盐、碳酸盐和氢氧根的浓度引起的。HCO_3.^-是自然水体中碱度最重要的贡献者，它来自于水体中二氧化碳的溶解。^45岁,26

有限公司₂+ H₂O→h₂有限公司_3.(碳酸)

H₂有限公司_3.→H⁺+ HCO_3.^-(碳酸氢钠)

HCO_3.^-→H⁺+有限公司_3.^{2 -}(碳酸盐)

然而，二氧化碳在水中的溶解只提供少量的HCO_3.^-；它主要来自于石灰岩的溶解，如下图所示⁵³：

CaCO_3.+有限公司₂+ H₂O→Ca^{2 +}+ 2 hco_3.^-

(钙质石灰)

CaCO_3.一个ˆ™MgCO_3.+ 2有限公司₂+ 2 h₂O→Ca^{2 +}+毫克^{2 +}+ 4 hco_3.^-

(白云石灰岩)

HCO_3.^-在水中也可能来自于水中的氢离子和沉积物中的碱性离子如钙、镁、钠和钾的交换反应，如下图所示⁵³：

Sediment-Ca^{2 +}+有限公司₂+ H₂O→沉积物- h⁺+ HCO_3.^-+ Ca^{2 +}

碱度的其他潜在来源包括天然水和废水中化合物的存在，如氨和弱酸盐，例如硅酸盐、硼酸盐和磷酸盐;以及乙酸、腐殖酸和丙酸等有机酸盐。²⁶

尽管碱度对公共卫生意义不大，但大量碱度会使水有苦味，使水难以下咽。对于家庭用水，碱性低于200毫克/升是可取的，因为超过这个限度，味道就会变得不舒服^30.．碱度数据用于水的应用，例如，确定淡水和废水的缓冲能力，化学混凝和水软化过程，水的曝气，厌氧消化，工业锅炉水，腐蚀控制和氨汽提。^45岁,26水中超过钙和镁浓度的碱度在决定其是否适于灌溉方面起着重要作用。²⁶HCO含量高_3.^-在灌溉水中可引起钙、镁的沉淀，导致钠在水中以碳酸氢钠的相对比例增加。RSC是衡量HCO的表达式_3.^-当值超过2.5 meq/l时，会导致:土壤中盐分的积聚、土壤孔隙的堵塞、土壤中水和空气的流动受阻，从而导致土壤物理结构的退化。⁵⁴HCO_3.^-对于灌溉用途，超过7.50 meq/l的水平被认为是不安全的。高HCO_3.^-灌溉水的含量可引起许多作物的黄化等毒性。这增加了磷的溶解度，因此它的大量吸收干扰了植物体内铁的代谢。因为高pH，高HCO_3.^-水平也会导致微量营养素缺乏，例如，许多作物缺乏铁。在植物中，HCO_3.^-有将铁氧化成生物活性铁的倾向⁴⁴．

钙，镁和硬度

钙和镁是人体必需的营养物质，是多种代谢功能所必需的。它们普遍存在于天然水中，对水的硬度起主要作用。虽然其他多价阳离子，如Fe^{2 +}、锰^{2 +}(锰),Sr^{2 +}(锶)、锌^{2 +}和艾尔^{3 +}(铝)也有助于硬度，他们的参与通常是微不足道的。钙和镁的天然来源是浸出它们的矿物岩石。当浓度很高时，它们会减少家庭用水的使用量⁴⁵．在以小肠为主的活组织中，Ca和Mg的吸收是竞争性的，过量的Ca会部分抑制Mg的吸收⁵⁵．饮用水中镁的含量随水的硬度增加而增加。镁盐能对人产生泻药和利尿作用，特别是那些不习惯其高剂量的人⁴⁵．在化学上，硬度是溶解在水中的多价阳离子浓度的总和。硬度通常分为两类，碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度。前者是由于碳酸氢盐(Ca(HCO)的存在_3.）₂毫克(HCO_3.）₂)和碳酸盐岩(CaCO)_3., MgCO_3.)多价阳离子钙盐^{2 +}和毫克^{2 +}后一种是由CaCl等物质造成的_2，MgCl₂和MgSO₄盐⁵⁶．根据硬度，水可以按CaCO进行分类_3.相当于:软(<75 mg/l)，中等硬(75-150 mg/l)，硬(150-300 mg/l)和极硬(>300 mg/l)⁵⁷．自然地，地表水的硬度主要是地质矿物的溶解作用和大气CO的溶解作用的结果₂．由于碳酸氢盐和碳酸盐的溶解，有石灰岩地层的地区可能在地表水中显示出较高的硬度。水的硬度也来自白云石和石膏的风化作用。硬度已被证明对某些金属的毒性有缓解作用。然而，缓解效应最有可能是由于个别多价硬度离子(例如Ca^{2 +}和毫克^{2 +})与有毒金属进行拮抗竞争，以结合到生物体上或体内的活性部位⁵⁶．经济上硬水不受欢迎主要有两个原因:硬水消耗更多的肥皂，给消费者造成经济损失;水的硬度会影响它在工业工程中的使用，因为它会在工业系统中形成水垢，如热水器、管道、锅炉和其他设备^45岁,56．镁的硬度，特别是相对于SO的硬度₄^{2 -}离子，可以产生泻药作用的人不习惯它⁴⁵．

钠

钠是大多数天然水中广泛分布的元素。在地表水中，其浓度可从小于1毫克/升到超过300毫克/升不等⁴⁵．它的自然来源包括地表水的岩水相互作用和陆地环境的淋滤。矿藏的沉积、污水和工业废水的排放、农用化学品的运输、动物和人类排泄物的运输都能显著提高水资源中的钠含量。钠盐通常用于工业，如化工厂，例如使用氯化钠生产亚氯酸钠，次氯酸钠，苛性钠和氯⁵⁸；玻璃;肥皂;纸;制药;以及食品加工单位。金属钠被用于制造氢化钠、钛生产、实验室试剂以及合成橡胶的催化剂。使用盐，如次氯酸钠，氟化钠和碳酸氢钠作为水处理化学品在腐蚀控制，混凝和消毒提高环境钠⁵⁸．在适当的时候，作为水软化剂的钠盐也进入地表水系统。虽然钠是生命所必需的营养物质，但在高浓度时，钠是Cl的盐^-所以₄^{2 -}在美国，它会给水带来咸味，使水变得难吃。此外，钠含量高也会引起高血压。水中含盐量高，锅炉运行困难;并使灌溉水，会导致土壤恶化，不适合使用⁴⁵．通常钠盐不会产生急性毒性作用，因为肾脏可以有效地清除它们。然而，过量摄入盐，特别是氯化钠，会加重慢性充血性心力衰竭;并可能导致一些严重的健康影响，如脑水肿和肺水肿，肌肉抽搐和僵硬;还有恶心，呕吐和抽搐。过量的钠摄入也会导致体内钾的消耗⁵⁸．

钾

就这些化合物在地壳中出现的程度和溶解度而言，钾与钠非常相似。但由于迁移能力弱，表层水体钾含量较低。这是因为它积极参与生物活动，如微生物和活植物的吸收⁴⁷．钾是一种必需元素;并且自然存在于硅酸盐、云母、长石(如正长石和微斜长石)和粘土材料/矿物的风化和侵蚀水中⁵⁹；植物和动物(废物)残留物的腐烂和浸出。由于钾是植物生长发育所必需的三种主要营养物质之一，另外两种是氮和磷，其化合物在现代农业实践中被广泛用作化肥。开采钾肥以及在铝回收、金属电镀、钢铁热处理、水软化和氯碱工业生产氢氧化钾等方面使用氯化钾等化合物，都大大提高了环境钾含量。氢氧化钾在工业上的应用包括工业水处理、碳酸钾的生产、不同类型的磷酸钾、其他几种含钾化合物以及肥皂的制造。另一种工业化学品碳酸钾被用于生产玻璃工业中的电视和电脑显示器、水泥、照相化学品、几种灭火器、纺织品、动物饲料补充剂和食品。钾的另一种非肥料用途是通过碳酸氢钾，用于酿造业、制药业和合成橡胶制造业⁶⁰．在饮用水处理过程中使用高锰酸钾作为氧化剂，以及使用钾盐作为水软化剂，也可能会接触到水中的钾。当钾过量存在时，钾会干扰正常的镁吸收。研究数据表明，过量的钾对健康造成的影响主要是高危人群，包括肾功能不全、肾上腺功能不全、心脏病、冠状动脉疾病、糖尿病、高血压、既往高钾血症的人;婴儿和老年人⁶¹．

氯

氯化物一般以盐类的形式分布在环境中，如氯化钠、氯化钾、氯化钙和氯化镁。的Cl^-由于其盐的高溶解度，离子具有很强的流动性，并被运输到靠近其源头的河流流域和其他自然溪流中⁶²．基岩/矿物、表层物质和土壤的自然风化导致Cl的淋失^-进入水体。Cl的浓度^-在地表水中也可发生蒸发-蒸腾过程。Cl湿法沉积^-来自诸如发电和制造业等人为来源的污染也可能发生在地表水中。广泛应用于氯碱工业;以及其他单位，如金属加工、纺织染整、石油生产、造纸生产、食品加工和化肥等。软水器，用于饮用水和废水处理设施，以处理水的硬度，可以释放相当大量的Cl^-在水生环境中。氯化盐^-用于农业产品，如杀虫剂和化肥，也作为动物饲料添加剂。作为盐的氯化物来自动物饲料和用作肥料的粪肥，可能排放到地表水中。氯的其他农业来源^-对接收水包括在化肥中使用氯化钾;以及从深层地下水来源灌溉农田，随之而来的是Cl的集中、溶解和径流^-盐⁶³．Cl的浓度^-在淡水中，1到100毫克/升是正常摄入量。它们在水体中的过量存在使生态系统变得脆弱，因为没有生物过程可以去除它们。尽管如此,Cl^-是污水的重要组成部分，在水处理厂，它们通常不会被清除，因为清除它们的成本很高。高氯^-浓度可干扰淡水生物的渗透调节机制，从而可能阻碍其生存、生长和繁殖能力。两栖动物，如青蛙，它们在春天的池塘里产卵，尤其容易受到高氯的影响^-在卵和变态过程中的浓度⁶⁴．WHO(世界卫生组织)没有提出任何基于健康的Cl^-可能是因为摄入了大量Cl^-可以容忍;如果淡水也同时被取走。一些调查显示，与氯化钠摄入有关的高血压与钠有关，而不是氯化钠⁶²．

硫酸

硫酸盐是存在于所有地表水中的主要离子之一。硫酸盐从化学风化和矿物如石膏、附生石和重晶石的溶解中自然进入水中⁶⁵；单质硫和硫化物的氧化;和分解动植物残留物²⁶．SO的存在₄^{2 -}过量被认为是河水污染的一个指标。SO的发布₄^{2 -}几种废物排放到地表水中的离子会极大地增加自然水中的硫酸盐含量⁶⁶．水中硫酸盐的人为来源是来自矿山、冶炼厂和工业单位(如制革厂、硫酸盐纸浆和造纸厂、纺织厂、金属和电镀单位)的废水排放。硫酸盐和硫酸产品也用于制造染料和肥皂;杀菌剂、杀虫剂和杀藻剂(硫酸铜)等杀菌剂;化肥、化工、化妆品、收敛剂;以及污水处理。明矾(硫酸铝)是一种沉淀剂，用于处理饮用水。化石燃料燃烧和冶金焙烧过程造成的人为二氧化硫污染，以及由此造成的长时间大气沉积也可能增加地表水中的硫酸盐数量⁶⁵．处理城市污水、施用硫酸盐肥料(例如硫酸铵)及其随后的排水和径流等人类活动是水生生态系统中硫酸盐的其他直接来源²⁶．与氮化合物不同的是，在天然水中，硫酸盐不会发生重大的转变，通常是相当稳定的。然而，硫还原细菌的出现可能导致硫酸盐转化为硫化氢;而在这些还原环境下，如果存在足够的铁含量，可能会导致硫化铁沉淀，导致水质进一步恶化²⁶．使用含有大量硫酸盐的水会导致热交换器和锅炉中形成坚硬的水垢。在厌氧条件下，由于产生硫化氢，亦会产生难闻气味及腐蚀污水渠系统。供水中硫酸盐含量过高会引起人体排毒、脱水和胃肠道刺激等紊乱。硫酸盐在300-400 mg/l的范围内会在水中产生苦味，过量的硫酸盐可能会产生不良的通便作用⁴⁵．

磷酸

磷主要以磷酸盐的形式存在于水和废水中;并分为正磷酸盐、浓缩磷酸盐和有机磷酸盐。这些化合物存在于溶液、生物体体、微粒或碎屑中⁴⁵．磷是生物的基本需求。然而，在高浓度时，它被认为是一种污染物，主要是因为它在引起富营养化方面的作用。尽管没有_3.^-污染也负责富营养化，PO₄^3－主要原因是淡水吗^45岁,26．富营养化不仅对鱼类等水生生物造成危害，而且增加了水体净化过程的成本。岩石中的磷酸铁和磷酸钙形成了最大的磷酸盐储层。自然地，降雨引起的侵蚀和河流径流导致磷的流失，如风化作用，从水库池中消失。土壤中的磷在水中溶解，进而流入水生生态系统。地表水中磷的另一个来源是从沉积物中释放出来的。一些特定的细菌作用从有机磷化合物中释放磷酸盐，主要是由生物机制形成的，存在于植物残体等碎屑中⁶⁷．有机磷也可能在自然水生系统和生物废水处理过程中形成。来自家庭食物残渣和身体废物的有机磷酸盐最终进入污水²⁶．自然动物粪便，包括动物排泄物，也会在水资源中释放磷酸盐。普通的家用洗涤剂已经成为水生生物中磷的现代来源。这些洗涤剂进入废水系统，然后被排放到河流、池塘、湖泊和河口⁶⁷．浓缩磷酸盐，包括焦磷酸盐、元磷酸盐和聚磷酸盐化合物，是许多洗衣液的主要成分，如三聚磷酸钠和商业清洁产品;也广泛用于锅炉结垢控制²⁶．因此，淡水资源中的磷既可以来自工业废水的排放，也可以来自未经处理或处理过的污水⁴⁵．现代洗涤剂的问题是，聚磷酸盐在水中会慢慢变成正磷酸盐(磷酸的水溶性盐)。磷酸盐也用于供水，在处理过程中添加少量磷酸盐以抑制腐蚀²⁶．在农业中大量使用含磷的矿物肥料，如过磷酸钙(一种磷酸二氢钙和石膏的混合物)，也会使来自地表径流的磷酸盐使水更加丰富⁶⁷．总磷浓度在0.1 mg/l是不可接受的高;0.02 mg/l的浓度经常是个问题⁶⁸．

氮物种

氮化合物是生物的基本营养物质，也是污染物，有一些潜在的有害副作用。水化学中最常研究的三种氮化合物是NO_3.^-,没有₂^-和一个。在未受污染的地表水生态系统中，氮物种是由有机物(碎屑)的矿化、硝化和反硝化过程自然产生的。地表水硝态氮污染主要是由于工业和城市/生活废水和农业径流的排放，包括动物饲养场。高NO引起的氮污染_3.^-AN可引起地表水富营养化。经过氮肥处理的农田的酸性径流导致附近的水生态系统酸化。工业排放的大气沉积也提供NO_3.^-到表层水域²⁶．AN含量的升高表明最近的有机污染主要来自动物⁴⁵．氨氮的主要来源是污水，它是由脲酶细菌作用于尿素而产生的。食品和冶金等工业单位的废水中NO的浓度较高₂^-由于申请NO₂^-盐²⁶．在水中，NO_3.^-可以转换为NO₂^-AN通过还原形成NO₂^-通过氧化过程。一氧化氮含量非常高₂^-在水中表明微生物活性不理想⁴⁵．在三种氮中，最具毒性的是NO₂^-．它以其对水生植物、生物群和人类的毒性作用而闻名。氨氮只有在摄入超过解毒能力时才会产生毒性作用⁶⁹．水中硝酸盐的毒性主要是通过其NO的降低来实现的₂^-形式，这可能导致甲基血红蛋白血症或铁血红蛋白血症(也称为蓝色婴儿综合征)的发展。此外，在胃肠道NO_3.^-也可以转换为NO₂^-通过某些细菌的作用。亚硝酸盐诱导正常血红蛋白中的铁氧化，其中亚铁(Fe^{2 +})态变为Fe^{3 +}铁状态^70年,71年．亚硝酸盐与两分子血红蛋白反应生成甲氧血红蛋白(metHb)⁷⁰．受损的血红蛋白无法携带氧气，导致血液发绀和变暗⁷¹．当甲基血红蛋白的浓度达到正常血红蛋白的10%或以上时，就会发生甲基血红蛋白血症。婴儿比成人更容易发生甲基苯丙胺⁷²．硝酸盐在还原为亚硝酸盐后，可在成人胃中与仲胺化合物发生反应，从而产生N-亚硝基化合物如N亚硝胺;在许多动物实验中，其中一些已被证明是强致癌物和诱变剂^73年,26．

溶解氧

溶解氧含量的测量是水质、特别是地表水、评估和监测方案的一个基本部分，因为氧在水生生态系统中发生的几乎所有化学和生物过程中都起着至关重要的作用⁷⁴．除了在大多数水生动物的呼吸中需要它之外;它还与碳、氮、硫和磷等元素结合，形成各自的化合物，如碳酸盐岩、硝酸盐、硫酸盐和磷酸盐，这是水生生物群生存所必需的⁷⁵．水体中的DO含量是多种因素的函数，如环境温度、盐度(离子强度)、湍流、大气压力和生物活性。大气通风和藻类及其他水生植物的光合作用为水体提供了DO⁷⁶．然而，由于氧气在自然水中的扩散速度较慢，除了在强湍流条件下，光合活动是水体中最重要的氧气来源⁷⁵．溶解氧水平可因温度变化而在24小时内发生暂时性变化和季节性变化;以及生物活动，如呼吸和光合作用。由于河流流速低，生物氧化速率高(温度升高)，DO含量通常在夏季高于其他季节。DO的浓度用来表示有机物污染负荷的程度、有机物降解的程度和水体自净能力的强弱。浓度低于5 mg/l时，生物群落的生存和功能可能受到严重影响，低于2 mg/l时可能导致大多数鱼类死亡。生物过程如呼吸和分解导致DO含量的减少。有机物和营养物质的高负荷存在会导致DO水平的耗竭，因为在有机物降解过程中，以呼吸形式增强的微生物作用会导致氧气消耗的增加⁷⁴．由于废物为微生物提供营养，它们迅速生长和繁殖，在这个过程中也消耗氧气。通常，这些微生物分解废物并净化地表水，但过量污染废物的存在可能会导致氧气的完全耗尽。氧气需求量的增加会导致微生物的死亡，水的净化能力下降，厌氧环境的发展。厌氧分解在水中产生讨厌的物质，如甲烷、硫化物和氨²⁶．除测定生化氧化外，氧的研究对配水系统和锅炉钢管的腐蚀控制也很重要⁴⁵．

生化需氧量和化学需氧量

对BOD的分析是为了估计微生物在好氧条件下分解有机废物/物质(即碳质BOD)和硝化氨(即含氮BOD)时对水柱中氧气(需求)的消耗或利用。BOD测试提供了关于水柱中DO消耗控制的信息;，用于获取水质模型的分解率⁷⁷．简单地说，BOD可以定义为单位体积水中降解有机物所需的氧气量。大多数水生系统都有一些分解有机废物的天然能力。当接收水体被过量的需氧废物供应时，这种情况就会出现问题。这种对水体自然净化能力的压制可能会清除整个DO，对水生生物造成不利后果。当BOD值大于4 mg/l时，河流失去自净能力²⁶．在自然水体中，许多生物和非生物过程控制着有机物的组成和浓度，例如水生生物群的排泄;存在水溶性腐殖质;大气沉积输入;地表径流;接收工业废水、家庭/城市和农业废物。根据5天BOD测试，可将水质分为:非常干净(< 1mg /l)、干净(1.1-1.9 mg/l)、中度污染(2-2.9 mg/l)、污染(3-3.9 mg/l)、严重污染(4 - 10mg /l)和极污染(> 10mg /l)。²⁶．COD是另一种实证检验，也用于衡量水体的污染程度和水体的自净能力。COD是一种非特异性测试，不能区分水中的可氧化有机和无机物质。它被广泛用于评估在强化学氧化剂(如重铬酸盐)存在的情况下，水体中的有机物和无无机物质对氧化的敏感性。在未污染的地表水中，COD的浓度一般在20mg /l以下⁷⁴．然而，该测试存在局限性，如它不能显示总有机碳的存在;以及它无法区分生物可氧化性和惰性有机物质，这使得分析与自然过程的相关性低于BOD分析^{74年,45岁,26岁}．但是，COD的测定与需氧量测定相比有一些优点，如COD分析速度快，结果可在数小时内得到，结果重现性好，不受干扰⁴⁵．

总大肠菌群和粪大肠菌群

大肠菌群生物被用作水污染的适宜指标，因为它们的存在提供了粪便污染的证据，因此，也提供了发生致病生物的高风险。与其他种类的微生物相比，废水和污染水中的病原微生物数量相对较少。此外，检查许多不同类型的致病微生物是不切实际的，因为每一组都需要独特的分离和分析技术。另一方面，大肠菌群大量存在，很容易检测。淡水中大肠菌群污染的可能来源包括城市/生活污水/废水的排放、在水体附近露天排便、家禽或野生动物粪便的输入、洗澡和洗衣服，以及农业径流。水微生物学中常用的标准是“总大肠菌群”和“粪大肠菌群”的分离和枚举。“总大肠菌群”包括大量需氧和兼性厌氧杆状革兰氏阴性非孢子形成细菌，在35或37°C温度下发酵乳糖并在48小时内产生气体^78年,45．这类细菌包括埃希氏杆菌属，克雷伯氏菌，肠杆菌属而且枸橼酸杆菌属它们栖息在人类和其他温血动物的肠道中。因为,埃希氏杆菌属而且克雷伯氏菌基本上只在肠道中繁殖，它们被归类为粪便大肠菌群;而另外两种细菌可以在肠道以及土壤或有机物等环境来源中繁殖，因此被归类为非粪便大肠菌群⁴⁵．因此，“总大肠菌群”的记录不一定表明水中出现了粪便污染。“粪大肠菌群”试验是水质监测中用来区分“总大肠菌群”和“粪大肠菌群”的试验，是指在44℃或44.5℃下发酵乳糖并形成酸和气体的大肠菌群生物。因此，术语“耐热大肠菌群”更适合于这些生物体，并在科学文献中越来越普遍地使用^78年,45．

微量元素化学

地表水微量元素

被污染的水可以显示出几种有毒元素的存在，如铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)、砷(as)和锑(Sb)。这些有毒元素对公众健康和水体生物系统产生危险影响。淡水系统中铅、镉和汞等元素的存在尤其不受欢迎。镉会改变人体肾脏动脉系统的功能;对鱼类是有毒的。铅是一种严重的累积性人体毒素，可引起胃肠功能紊乱;还有神经肌肉和中枢神经系统紊乱^{27日、28日}．虽然铁(Fe)、铜(Cu)、锰(Mn)和锌(Zn)等元素是必需的;在高浓度的情况下，它们也可能具有破坏性。Fe和Cu可以通过Fenton化学/Haber-Weiss反应直接产生反应态，导致细胞机制的氧化损伤。过量的锌可以通过增强活性氧自由基的产生而加剧氧化应激，导致细胞坏死死亡^79年,80年．脑内锰过量还可引起氧化损伤，导致神经毒性^{81, 82, 83, 84}．更多关于暴露于微量元素引起的生理变化的细节在我们之前关于氧化应激的综述论文中给出了⁸⁵．在本手稿中，元素的规范值取自印度标准局的饮用水规范，IS 10500:1991, 2.1版，UDC 628.1.033, 1^圣修订⁸⁶．

研究人员对位于北方邦的贡蒂河(印度北部)进行了调查，以测定河水中Fe、Zn、Cu、Pb、Cd、Mn、Cr(铬)和Ni(镍)的含量⁸⁷．除Fe和Cr外，其余水样中大部分元素均低于BIS指标值，其中Cr在Barabanki站高于BIS指标值。然而，大多数地点的铁含量经常超过理想限度。虽然大多数微量元素都没有超过理想的限度，但它们在水中的存在并不是自然原因造成的。未经处理的污水和其他生活/城市废物、工业废水和农业径流从该流域的城市和村庄直接排放，导致它们出现在河水中。由于河坝的修建，限制了河水的自由流动，降低了河流的自净能力。

位于西孟加拉邦的Bhagirathi-Hooghly河(印度东部)是一种被广泛开发的淡水资源。通过Fe、Zn、Cu、Pb、Cd、Mn、Cr和Ni等参数评估了Bhagirathi-Hooghly河的水质状况，以检查其是否适合饮用和灌溉用途⁸⁸．Cu、Zn、Cr、Cd含量均在饮用水和农作物生产安全标准范围内，但有24个、79个、84个和67%的样品中Pb、Fe、Ni、Mn含量均超过饮用水BIS标准。Mn含量超过农业生产/作物生产安全限值(Fe = 5.0 mg/l;Cu = 0.2 mg/l;Pb = 5.0 mg/l;Cd = 0.01 mg/l;Mn = 0.2 mg/l)。河水中Fe、Ni、Pb、Mn含量超标，不适合饮用。水中锰含量超标也表明锰不适合作物生产。Bhagirathi-Hooghly河因微量元素而造成的污染负荷是人为和自然原因造成的，如城市/生活废物的排放、工业废水、集水区和河床的地质情况。

对卡纳塔克邦(Kodagu, Mandya和Mysore地区)科very河(南印度)段的分析显示，某些微量元素的污染主要发生在下游集水区⁸⁹．研究元素Cr、Cu、Mn、Co(钴)、Ni、Pb和Zn的含量从Kogadu地区到Mysore地区呈递增趋势。河流中Cr、Cu和Pb的浓度均超过了BIS的适宜标准。最后在迈索尔区发现的元素浓度为:Cr = 0.32 mg/l, Cu = 2.23 mg/l, Mn = 1.25 mg/l, Zn = 10.70 mg/l, Pb = 9.95 mg/l，分别是适宜范围的6.4、44.6、12.5、2.14和199倍。下游河流元素分布格局表明，工业废水、人工废弃物、农药和农用灰的进入加重了污染负荷。

对Uttar Pradesh的Hindon河(北印度)进行了微量元素Fe、Zn、Cu、Pb、Cd和Mn的评价⁹⁰．从报告的元素值可以明显看出人为干扰对河流生态的影响。不同地点记录的元素浓度分别为Fe = 1.229 mg/l、Zn = 0.833 mg/l、Cu = 4.390 mg/l、Pb = 0.901 mg/l、Cd = 0.024 mg/l和Mn = 0.857 mg/l。虽然锌没有超标，但Fe、Cd和Mn的浓度分别是标准值的4倍、2倍和9倍。Cu和Pb的浓度强度达到了令人担忧的水平，分别达到了理想浓度的88倍和18倍。调查清楚地表明了欣敦盆地最近的工业和城市发展工程对河流水质的负面影响。

米那契尔河(印度南部)是喀拉拉邦最重要的河流之一。这条河的水被广泛利用供人类使用。为测定米那克水质中Fe、Zn、Cu、Pb、Cd、Mn的含量，对米那克水质进行了评价⁹¹．除Zn外，所有其他参数都超过了各自的理想极限。最易区分的污染物是有毒元素Pb和Cd，浓度分别为0.16 ~ 0.86 mg/l和0.06 ~ 0.13 mg/l。与标准限量相比，Pb和Cd的存在度分别高达17倍和13倍。米纳切尔河是科塔亚姆地区主要的饮用水来源之一。结果表明，河水的高污染负荷及其消耗会造成严重的健康危害。研究还表明，大型工业活动的存在并不是河水微量元素负荷的必要条件。Meenachil水中微量元素的过量主要是由于生活垃圾、城市污水和农业径流的移动。

布拉马尼河(印度东部)是位于其流域的工业的主要水源。另一方面，这条河也是工业废水的一个水槽。工业活动影响了盆地的各种生物和非生物生态成分，并对布拉马尼水造成微量元素污染。对奥里萨邦布拉马尼河及其支流的水质状况进行了评价，评价了微量元素Fe、Zn、Cu、Pb、Cd、Mn、Cr、Co、Ni和Hg的浓度⁹²．大多数地点记录的元素浓度都在BIS的可取限度内。很少有水样报告在流域中部集水区有轻微显著的元素含量。这可以归因于该区域存在各种矿山和相关工业。布拉马尼河及其支流没有受到严重的微量元素污染，这是因为该河的水量充足，矿山水和工业废水迅速稀释。由于采矿业和相关工业严格执行了一些有效的环境措施，并使用了一些清洁技术，污染负荷有所减轻。

河床沉积物中的微量元素

沉积物是监测进入淡水系统的有毒物质的敏感指标⁹³．对沉积物质量进行调查是必要的，因为它们可能是淡水系统中微量元素铅和镉等毒物的移动、运输和生物利用度的潜在来源^94、95、96；确定由天然岩石或人为原因引起的污染物来源^97年,89年；并了解污染物的行为和运输，如元素，在水体中⁹⁸．最近的研究强调了微量元素在河床中的存在，因为它们具有持久性和不可降解的特性。它们也有可能进入生态系统的运作食物链。为了评估人为发展活动对淡水系统沉积物生态的潜在影响，必须定期监测和评估这些系统中元素的存在⁹⁹．

测定了北方邦贡蒂河(北印度)河床沉积物中Fe、Zn、Cu、Pb、Cd、Mn、Cr和Ni的含量⁸⁷．除了Cd和Pb，在大多数情况下，报告的其他元素的平均浓度都低于页岩标准(由Turekian和Wedepohl编译)。^{One hundred.}．Cr、Cu、Fe、Mn、Ni、Zn在河床沉积物中的富集因子(EF%)分别为52.45、27.93、37.41、40.50、39.12和39.50;这表明河流沉积物中含有大量这些元素。Cd和Pb的浓度分别是页岩标准的8倍和2.5倍。有毒元素Cd(27.29)和Pb(43.59)的EF%表明河床沉积物受到了严重污染。根据地质堆积指数(Igeo)值，将Gomti沉积层划分为未受Zn、Cr、Cu、Fe和Mn污染的沉积层;Pb未污染至中度污染;在Barabanki和Jaunpur两个地点，沉积物受Ni的污染非常严重。戈蒂河最重要的污染源是它的支流，这些支流携带着工业/城镇的原始废水;未经处理的废水从排水沟直接排放到河流中，给鲁奇诺、苏坦普尔、贾格迪什普尔和琼普尔等城镇带来了废物。 Lucknow, a capital city in the Gomti-Gangetic basin, contributed most to the degradation of the river. Agrochemical runoff in the catchment also contributed to the trace element pollution load of the river.

阿尚科维尔河(印度南部)是喀拉拉邦西高止山脉的重要水资源。这条河流入Vembanad湖，形成喀拉拉邦最大的入海口。该盆地的特点是农业和种植园活动密集。对该河流进行的一项研究记录了河流表面和核心沉积物中显著的微量元素浓度，即Fe、Cu、Zn、Mn、Cd和Pb⁹⁸．除铁和锰外，其他元素均超过页岩标准。Zn超标3 ~ 6倍，Cu超标3 ~ 10倍，Pb超标2 ~ 5倍，Cd超标12 ~ 38倍。由于当地岩性、土壤条件和土地利用模式的共同作用，下游地区的元素富集程度高于上游流域。从富集比(ER)看，Cu、Zn和Pb主要来源于人为活动，Cd和Fe主要来源于陆源，Mn既来源于陆源，也来源于人为因素。有毒元素Pb在该区域受人为干扰富集程度最高。研究还表明，沉积物中Pb的富集时间较长，而Fe、Mn和Cu的富集时间较短。岩心沉积物上层元素含量明显高于下层。这突出表明，由于该区域密集的农业做法，土地利用模式开始发生变化，从而增加了阿尚科维尔盆地的污染负荷。

对北方邦Hindon河(印度北部)中Fe、Zn、Cu、Pb、Cd、Mn、Cr等微量元素进行了评价⁹⁰．Fe、Zn、Mn含量均低于页岩平均标准值;Cu、Pb、Cd含量分别超过页岩标准4倍、3倍和11倍。根据Igeo值，Zn、Mn、Pb表现为未污染至中度污染;Cr、Cu、Fe为中度污染;Cd在河床沉积物中表现出很强的污染。有毒元素Cd是Hindon的主要污染物;它主要来自电池、油漆、电镀和金属加工行业。Hindon流域及其两条主要支流(Kali河和Krishni河)的工业单元对河床沉积物中元素污染负荷的贡献最大。在加济阿巴德地区，欣顿河及其支流是若干工业和城市污水排水沟的终点。 In addition to industrialization, rapid urbanization in the Ghaziabad region posed major threat to the ecology of the River Hindon. Moreover, disposal of wastewater and dumping of garbage by the urban localities of the Eastern Delhi national capital territory into the Hindon branch also increased its pollution load to some extent.

科very河(印度南部)形成了卡纳塔克邦Kodagu地区的主要流域。对卡纳塔克邦(Kodagu, Mandya和Mysore地区)考弗里河河段沉积物中微量元素Cr, Cu, Mn, Co, Ni, Pb和Zn进行了分析⁸⁹．调查显示，河床受到某些微量元素的污染，主要集中在下游集水区。从科加杜区到迈索尔区，各研究元素含量逐渐增加。除Zn和Pb外，其他元素的含量均低于页岩标准。河床Zn含量在120.50、145.59、156.47、190.62、263.51和467.30 mg/kg之间呈递增趋势，始终高于页岩标准。Pb呈递增趋势，分别为59.30、102.43、167.94、185.51、199.50、230.67和450.52 mg/kg，始终高于页岩标准。Zn和Pb的含量分别达到各自页岩标准的5倍和23倍。工业废水、农用化学品(如化肥)、农业废料、家庭和城市废物的过量排放，主要流入下游集水区，造成河床沉积物中元素的积聚。

迪克朗河，流经印度东北部，是苏班西里河的一条支流，侧翼位于雅鲁藏布江北岸。对迪克朗河沉积物进行了地球化学研究，评价了沉积物中Fe、Zn、Cu、Pb、Mn、Al(铝)、Ti(钛)、Cr和Ni等微量元素的含量¹⁰¹．除Cu和Pb外，其他元素的存在度均低于各自的背景值。本研究使用的背景值取自世界表面岩石中元素的平均值^102103年．Cu和Pb分别超过其背景值6倍和2倍。Cu也表现出很高的ER值(>10)，表明该元素在河床中明显富集。Pb的ER在沉积物中表现为适度富集。只有Cu和Pb存在显著的Igeo值。由于该流域没有任何重大工业活动，河流中这些元素的来源主要来自岩屑涌入，更重要的是来自上游集水区，在某种程度上来自生活废物的排放。为该流域确定的污染负荷指数(PLI)也表明，没有明显的人为元素输入迪克朗河。

Vembanad湿地系统形成了印度南部喀拉拉邦最大的河口生态系统。湿地有淡水区(上游)和咸水区(下游)，它们被堤岸隔开。湿地上游的农田非常肥沃。利用Fe、Zn、Cu、Pb、Cd、Mn、Ni、Cr、Hg等元素对Vembanad湿地沉积物岩心进行了地球化学和毒理学评价，以确定该地区的环境质量⁹³．大部分地点的Fe、Zn、Pb、Cd含量都超过了各自的平均页岩标准。沉积物中Fe、Cu、Ni和Zn从底部向表层富集呈递增趋势，说明该地区的人类活动随时间的推移而增加。根据TEC(阈值效应浓度)和PEC(可能效应浓度)限值¹⁰⁴Zn和Ni对整个湿地区域的生态环境构成威胁，Cu和Pb对部分区域的生态环境也构成威胁。与USEPA(美国环境保护署)的SQGs(沉积物质量指南)相比¹⁰⁵大部分采样点呈现中、重度Zn、Ni污染负荷。根据ERL(有效范围低)/TEL(阈值效应水平)和ERM(有效范围中位数)/PEL(可能效应水平)，sqg¹⁰⁶Zn、Ni和一定程度的Cu在湿地生态系统中长期表现出潜在的生态毒性。为评估湿地因元素存在而产生的潜在急性毒性而开发的毒性单元显示，湿地中部和淡水带下游地区的污染比上游地区更严重。PLI值在中部(1.30)和下游淡水区(1.47)也表现出更多的泥沙质量恶化。污染物从科钦工业区和城市污水转移到Vembanad湿地淡水区加剧了其水质和沉积物质量的恶化。在淡水区和咸水区之间建立堤防，防止咸水侵入相邻水田，增加了淡水沉积环境中微量元素的积累。

由于工业和生活废物的沉积，城市湖泊越来越脆弱。这些湖泊是重要的地表水生态系统，支持着周围的生物环境，也是候鸟的避难所。研究了班加罗尔城市湖泊河床沉积物中Zn、Cu、Pb、Cd、Mn、Cr、Ni等微量元素的富集程度和程度¹⁰⁷．许多国际权威机构提出的沉积物毒性限值的SQGs被用来评价元素的富集程度和对水生生物的生态毒理学响应。平均浓度的Cd (8.38 mg/kg)和Pb (206 mg/kg)未能通过FDEP(佛罗里达州环境保护部)和CCME(加拿大环境部长理事会)的SQGs^108109年而Cr (96.7 mg/kg)仅超过CCME毒性限值。Zn的平均浓度(220.9 mg/kg)在所有研究的泥沙指南目标中都存在;Mn(176毫克/公斤)完全符合安大略环境和能源部SLGs(筛选水平指南)¹¹⁰．Cu和Ni是湖泊生态系统中最严重的污染物。而Cu (203.5 mg/kg)不符合除NOAA(国家海洋和大气管理局)以外的所有SQGs标准¹¹¹；平均Ni (97.64 mg/kg)远远高于SLG和NOAA限值。Cu和Ni的Igeo在湖床中也表现出相当的富集。PLI指出，班加罗尔的一些湖泊系统正在逐步恶化。班加罗尔将近1600英亩的城市土地正在进行工业活动。城市湖泊有时非常接近工业场地及其排水道。危险的工业废水渗入湿地并流入湿地，导致班加罗尔市湖床沉积物中元素的富集增加。

Kottuli湿地位于印度喀拉拉邦沿海城市卡利卡特，具有国家意义，是国家湿地保护计划的一部分。这片湿地有丰富的水生生物群。人类对Kottuli湿地系统生态的干扰已导致其退化和生物多样性的不良损失。研究了Kottuli湿地系统河床沉积物中Zn、Cu、Pb、Cd、Mn、Ni、Cr等微量元素的含量¹¹²．下游地区Cu (56 ~ 243.6 mg/kg)和Zn (218.65 ~ 456.3 mg/kg)的含量均高于页岩背景平均值和陆壳平均值¹¹³．铅的含量也高于页岩标准和陆壳标准，达到23.62 mg/kg。Kottuli湿地中这些元素的存在主要是由于城市和工业废水、排放颗粒在大气中的沉积、城市径流和汽油的广泛使用。湿地沉积物化学与生态毒理学参考值(如美国环保署毒性参考值)效应的比较¹¹⁴美国能源部(USDoE) TEC¹¹⁵， OMEE LEL(最低影响水平)显示河床沉积物污染负荷严重。元素在USDoE、HNEC(高无效应浓度)和PEC以上也有富集;和OMEE所划定的SEL(严重影响水平)¹¹⁰．因此，当前水平的元素出现将对湿地生态系统造成严重的负面影响。湿地中Pb、Zn、Cu的er值较高，表明这些元素对水生态系统造成了严重污染。从Igeo计算中也得到了类似的问题趋势。Kottuli湿地PLI平均值为10，表明湿地沉积物退化严重。

在地表水和河床沉积物中研究最多的微量元素是Fe、Zn、Cu、Pb、Cd和Mn。除了这些元素，水和沉积物环境中的Ni和Cr也得到了评价。利用ER、PLI和Igeo技术对河床沉积物的污染进行了定量评价;同时也指出了沉积物化学恶化的自然或人为原因。sqg即(ERL)/(TEL)和(ERM)/(PEL);TEC和PEC;安大略省环境部(加拿大)关于低和严重毒性水平的SLG;显示ERL和ERM极限的NOAA sqg;外经贸单位的TEL和PEL;CCME临时加拿大SQGs具有临时泥沙质量目标和PEL已被用于研究泥沙生态毒性反应。 Additionally, Government of Netherland’s sediment quality objectives showing target values and maximum permissible concentration (not discussed in the present text) have also been employed to study sediment quality. A summary of estimated values of trace elements (Fe, Zn, Cu, Pb, Cd and Mn) in some surface water bodies and bed sediments is displayed in Table 7 and Table 8 respectively.

表7:部分淡水水体中的微量元素

Min =最小值;最大值

表8:部分淡水水体河床沉积物中的微量元素

^＃Fe in %;Min =最小值;Max =最大值;未检测到

铁

铁是地壳中第四丰富的元素和第二丰富的金属¹¹⁶．铁的离子形式是Fe^{2 +}和菲^{3 +}易于与氧和硫的化合物结合形成新的化合物，如氧化物、氢氧化物、碳酸盐和硫化物¹¹⁷．铁以不溶性氧化铁和硫化铁以及相对可溶性的碳酸亚铁的形式存在于土壤和矿物中。地质物质的化学风化作用是天然水体铁的主要来源。风化作用导致固态铁化合物转变为可溶性和/或胶体态²⁶．水中铁的人为来源包括炼铁、纺织、颜料/涂料和农业等单位的工业废水²⁶．氧化铁被用作颜料用于油漆和塑料。许多铁盐也被用作水处理的混凝剂¹¹⁷含铁2mg /l的水有苦涩的味道⁴⁵．当浓度超过0.3毫克/升时，衣物和管道可能会发生染色¹¹⁷．铁还会促进有害的“铁细菌”的生长，如Frenothrix，Galionella而且Laptothrix在供水系统和自来水厂内。这会导致黏糊糊的细菌涂层沉积在管道系统上，从而在水中产生味道和气味问题^117年,45．铁(II)盐作为不溶的铁(III)氢氧根沉淀在供水系统中产生铁锈色的泥沙¹¹⁷．铁是许多生理过程正常运作的必要成分，如血红蛋白、肌红蛋白和细胞色素的合成和血细胞的产生。过量会对生理功能产生不利影响，例如，经常导致纤维化的血色素沉着病的发生¹¹⁸．铁在体内的过量沉积也可能导致心血管疾病的发展，如动脉硬化和缺血性心脏病⁵⁵．

锌

锌是一种必需金属，是许多代谢过程的功能成分;维持健康的免疫系统;对身体的正常生长发育起着至关重要的作用。锌依赖的转录因子和锌金属酶是多种生理功能必不可少的物质⁵⁵．然而，浓度较高时，它可能是有毒的⁸⁵．环境锌的来源包括锌矿的开采，以及生产耐腐蚀合金和镀锌钢铁产品等产品的工业废料^119年,26．例如，用作橡胶白色颜料的氧化锌是最常见的工业锌化合物^119107年．轮胎磨损是环境中锌输入的主要来源。另外两种主要的商用锌化合物是用于干电池、橡胶硫化和消毒剂的氯化锌;以及用于制造含锌杀虫剂的硫化锌，例如锌和锌电镀¹²⁰．锌的其他来源包括化肥和农药(如氨基甲酸锌)、电池、印刷工艺、建筑材料、污水废水、动物废物和粪便、煤炭燃烧和大气沉积²⁶．黄铜的脱锌和镀锌铁/钢的变质也为供水提供了锌⁴⁵当锌含量超过3毫克/升时，饮用水会呈乳白色，并产生一种不受欢迎的涩味¹¹⁹．长期暴露在锌中，会耗尽饮食中铜的吸收，可能导致早期铜缺乏症状，如红细胞数量减少⁵⁵．长期摄入锌的主要后果之一是铜缺乏的表现¹¹⁹．过量的锌可引起胰腺外分泌细胞毒性，也可引起神经元死亡⁵⁵．

铜

铜是维持生物体健康发育的必要金属之一，因为许多生理过程都依赖于铜的存在。然而，高浓度的暴露会在生物群中产生许多毒性作用^{120年,73118年}．它在金属状态下是稳定的，并形成铜(+1)和铜(+2)阳离子¹²¹．工业废料、采矿和金属电镀是天然水中常见的铜来源¹²⁰．铜因其用途广泛而在商业上得到广泛应用。用于电线、管材、铜管、垫片、垫片等¹²⁰．其他应用包括阀门，硬币，配件，建筑材料，烹饪用具，黄铜和青铜合金和涂料¹²¹．它被用于管道，屋顶和化学工业，例如，作为油漆和颜料，偶氮染料制造^{121年,26107年}．铜盐应用于供水系统，用于锰的氧化，也用于水库和配水管的生物生长控制⁴⁵．铜化合物还用于杀菌剂、杀虫剂、杀藻剂、木材防腐剂、电镀、光刻、烟火、雕刻、石油精炼。铜化合物被添加到动物饲料中作为支持动物生长的营养物质和支持植物生长的肥料。这些化合物也被用作食品添加剂，例如，作为营养剂和着色剂^121107年．长期接触高水平的铜会引起几种疾病，如眼睛、鼻子和嘴巴的刺激;头晕、胃痛、呕吐和腹泻。在严重的情况下，可能会发生肝和肾损伤¹¹⁸．当铜的浓度超过约3mg /l时，会对某些人造成胃肠道刺激⁷³．

引领

无机铅以+2氧化态以碳酸盐和氢氧化物的形式存在于水中。铅在水中的人为输入主要包括工业、采矿和冶炼厂。它也从污水污泥进入水中。它被用于生产铅酸电池、防锈剂、塑料稳定剂、焊料、合金、颜料、农药、电缆护套、弹药、釉料、水管、印刷字体和建筑材料^26107122年．轻度铅中毒可引起贫血、头痛、肌肉酸痛、疲劳和易怒。急性铅中毒可引起肾脏、肝脏、生殖系统和中枢神经系统的严重功能障碍¹²⁰．它干扰血红素合成，抑制造血，并对血管产生不良影响^55118年．铅还可以取代骨头中的钙，导致骨质疏松症⁵⁵．铅在引起智力迟钝方面的作用在许多文献中都有记载^{120年,73123年}．

镉

在河水中，+2氧化态的镉主要以CdCO形式存在_3.物种¹²³．近几十年来，镉及其化合物的生产和使用有所增加。镉从许多来源进入河水，例如，工业排放、采矿废料和由于化石燃料燃烧和镉的释放而在大气中沉积^124120年．另一个来源是农田的冲刷，因为有些肥料的镉含量甚至高达40毫克/公斤¹²⁴．漫漫性镉污染的主要来源之一是由磷矿生产无机肥料^107125年．环境镉的主要来源是锌矿和铅矿，因为它自然存在于它们的硫化矿中。在商业上，它是铅和锌冶炼过程中的副产物^55125年．原锌、锌合金和锌化合物可能含有高浓度的镉，因此，除了采矿残余物和废水排放外，镉甚至可能从固体废物进入河流环境¹²⁴．镉金属主要用于钢、铁、铜、黄铜和其他合金的电镀作为防腐蚀剂。其他用途包括电池、焊料和电子零件;还有镀锌铁^123125年．硫化镉和硒化物被用作塑料和油漆的颜料^107125年．镉还被用于制造橡胶和杀虫剂。特殊用途包括半导体、飞机制造和核反应堆¹²³．在污水处理厂，废水中镉的存在是一个非常值得关注的问题，因为被镉污染的污水污泥不适合用于施肥土壤²⁶．人体中镉堆积最多的部位是像肝脏和肾脏这样的重要器官。经胃肠道吸收后，Cd集中在肾脏中。镉中毒导致肾毒性(肾脏损伤)。镉暴露的其他毒性包括血红蛋白浓度降低和红细胞破坏;血压升高;肝损伤;以及男性的不育^123年,26．

锰

锰是地壳中含量最丰富的元素之一，是100多种矿物质的组成部分，是人类和动物必不可少的营养物质。锰对许多细胞和代谢活动的功能是必不可少的，因为它是许多金属酶的功能成分，如锰超氧化物歧化酶和丙酮酸羧化酶，并作为许多酶促反应的辅助因子^126年,26．在细胞中，它可能从最常见的二价(+2)形式转化为更反应性和毒性更强的三价形式⁵⁵．锰自然存在于许多地表水中。然而，近年来，人类活动对自然水体锰污染的影响越来越大。环境锰可能来自二氧化锰矿山和冶炼厂;制造钢铁合金和含锰化合物的工业装置。二氧化锰和其他锰的化合物被用来制造电池、烟花和玻璃等产品。工业生产高锰酸钾以及将其用作消毒、漂白和清洁活动中的氧化剂，也可能导致水中存在锰。锰化合物的生产和使用，如杀菌剂、肥料、清漆和作为牲畜饲料补充剂，可能导致环境中锰的存在。环境锰也可能是由于锰绿砂应用于饮用水处理;无铅汽油辛烷增强剂甲基环戊二烯三羰基锰有机化合物(MMT)的生产和使用^{127126年,55107年}．许多国家将Mn的浓度设定为0.05 mg/l，超过这个浓度可能会出现变色问题。当浓度超过0.1毫克/升时，锰离子会玷污衣物，并给饮料带来难闻的味道¹²⁶．虽然锰在低剂量下是一种必需营养素，但过量接触高剂量可能会造成有害影响。长期暴露于锰中可能会导致被称为“锰中毒”的神经效应致残综合征¹²⁷然而，关于经口接触锰对健康的影响的报告是相当不确定的^127126年．

镍

自然情况下，镍可以以各种氧化态存在，如+1、+2、+3和+4。但在环境条件下，最普遍的氧化态是+2价态。Ni从自然来源和人类活动中释放到环境中。自然来源包括岩石和土壤的风化作用。镍是几乎100种矿物的基本成分。镍及其化合物广泛用于工业和商业用途。镍及其合金在化工(如镍镉电池)、冶金(如电镀)和食品加工工业中有广泛的应用，特别是用作颜料和催化剂¹²⁸．镍主要用于生产不锈钢等耐高温耐腐蚀的有色合金和超级合金¹²⁹．氯化物、硫酸盐、醋酸盐、碳酸盐、硝酸盐、氢氧根和氧化物的镍盐具有最重要的商业价值。由于煤、燃料油和柴油的燃烧在大气中沉积，镍也会进入水体。水生生态系统中镍的其他来源包括生活污水和有色金属冶炼厂^123128年．虽然镍对生物体的一些重要生理功能是必不可少的，但在高度接触时，它可能对生物有毒。饮用水和食物是人体中Ni最重要的来源。根据世界卫生组织的指南，70 μ g/l是饮用水中Ni的值¹²⁹．然而，由于肠道的吸收能力有限，胃肠道途径的重要性较低。皮肤暴露在被镍及其化合物污染的水中，特别是敏感人群，可能会导致被称为“镍痒”的皮炎。瘙痒的一些直接症状是头痛、头晕、恶心、呕吐、虚弱和上腹疼痛。继发性症状，包括胸闷，在潜伏1-5天后出现^123118年．

铬

铬的三种形式，即Cr(0)， Cr(III)和Cr(VI)是商业使用的，并在环境中出现。铬对生物体的有效性及其毒性很大程度上取决于铬的种类^130131年．尽管Cr(III)被认为是维持葡萄糖、脂质和蛋白质代谢所必需的，但Cr(VI)据报道具有毒性和致癌性，因为它具有氧化潜能，而且易于跨生物膜运输^130132年．在三种Cr中，Cr(VI)在环境中的流动性最强¹³³．环境中各种形式的铬的存在是由于它在合金制造中的大量应用;镀铬;化学工业、颜料、涂料和催化剂的制造、杀菌剂、木材的保存;皮革晒黑;陶瓷和玻璃工业等众多产品^131133年．按重量计算，不锈钢占Cr的20%。饮用水中也可能含有Cr(VI)，这是由于自然存在的Cr(III)被Mn(III/IV)的氧化物氧化。由于铬铁矿的浸出和倾倒不当，地表水中的铬含量增加¹³³.六价铬对水的污染已变得普遍，使其存在成为一个对公共卫生具有重大意义的问题¹³²．世界卫生组织提出了饮用水中铬(VI) 0.05 mg/l的初步指导值¹³¹．

重要成果和未来方向

印度的河流流域在盐度增加方面显示出水化学变化的迹象。Hindon河的氯含量较高(203.2-1312.1 mg/l)³⁷由于城市废水和工业废水与河水混合。由于工业废水处理效率低下，考弗里河中NaCl含量的增加也有文献记载³⁴．由于污水排放，纳格河的水含盐量很高⁷．污水排放和工业废物是钠含量增加的原因⁺(512 ~ 1040 mg/l)^-(1118-2594毫克/升)¹³⁴．最近，据报道亚穆纳河水中氯的浓度大幅上升^-(180-218毫克/升)，钠含量大幅上升⁺-524 (404.9 mg / l)⁴¹．在微量元素方面，人为开发活动对河流河床沉积物的镉污染正日益成为一个主要问题⁹⁹．这种情况主要出现在戈蒂河⁸⁷；Achankovil河⁹⁸；和欣敦河⁹⁰．据报告，班加罗尔城市湖泊等湿地系统也受到镉污染¹⁰⁷以及喀拉拉邦的Vembanad湿地系统⁹³．随着城市化进程的加快，来自城市地区的暴雨径流也成为重要的面源污染源。

传统上，在印度场景中，河流水污染是从三个维度描述的，即农业径流、工业废水和生活/城市污水²⁸．还应研究以前未调查的活动，例如评价从河床开采微量矿物对河流环境的影响。矿山污水排入河水及其可能造成的生态影响应予以认真研究。在微量元素的物种形成和生物利用度方面，印度的研究很少。地球化学研究中使用各种背景标准，如页岩标准和世界表面岩石平均标准。需要就背景标准的使用达成共识，因为对不同标准使用相同的测量浓度会产生不同的地球化学指标结果。

印度废物产生及其处理概况

根据市政机构的报告，印度城镇每年产生约4700万吨垃圾(固体废物)，或每天产生约13万吨固体废物。此外，大约30%的印度城市人口生活在这些城市之外。因此，印度城市每年产生的垃圾总量约为6800万吨。近30%产生的垃圾根本没有被收集，被丢弃在印度城市的街道上腐烂。收集的固体废物(70%)被倾倒在垃圾填埋场或城市主要居住区以外的任何可用空间。在季风季节，问题恶化，废物堆积¹³⁵．城市径流导致垃圾转移到附近的水体。在收集到的固体废物中，只有约18%被用于回收或生产燃料。498个一线城市(根据2009年的估计)每天产生的污水量约为380亿升。处理废水的装机容量约为120亿升，不足污水处理厂总需求的三分之一。因此，每天约有260亿升污水排入河流和其他溪流¹³⁵．根据印度审计长(CAG)最近的一份报告，污水和工业废物排放是印度水生系统的主要污染源;在所有产生的废水中，只有大约10%在排放到水体之前经过了处理¹³⁶．

水中污染物的来源

在印度的总用水量中，农业部门消耗了89%，而家庭(9%)和工业(2%)部门共消耗了11%。然而，家庭和工业部门对水污染的威胁负有压倒性的责任。从前文的讨论可以清楚地看到，人类活动在水环境污染物增加的自然原因中占据了主导地位，简而言之就是:采矿过程的缺陷;排放富含离子溶液的工业废水/废水;随意乱扔垃圾，倾倒固体废物/垃圾，包括宗教废物，导致盐分渗入河水;偶像沉浸;雨水径流(特别是在季风季节);向河流排放未经处理/部分处理的城市生活和城市污水;农村生活污水;金属基杀菌剂和化肥在农业生产中的应用(农业废物)¹¹⁸；排放动物排泄物;清洗车辆，dhobi ghats²⁹；工业排放和排放粒子的沉降。

减少污染的替代方案

水污染是一个巨大的问题，需要综合的方法来处理。图1给出了一些预防和控制水污染的策略。据观察，为了处理工业和城市废物，建造了处理厂，但维护不善。这些处理厂最终会倒闭。随着工业和城市的不断发展，未经处理的废物被排入河流。随着“印度制造”(Make-in-India)运动的兴起，印度对环境的担忧直线上升。“零缺陷、零效应”的议程只有通过制度改革才能实现。急需废物处理的基础设施，同样重要的是它们的维护。可采用公私合作(PPP)模式建立和维持污水处理厂的运行。

图1:减少河流水污染的备选方案;(详情和其他选项见正文);WWTP =废水处理厂，CETP =普通污水处理厂，MSW =城市固体废物;修改后的137 点击这里查看图

与风能和太阳能等可再生能源发电不同，城市垃圾发电没有补贴。浪费发电技术需要政策干预和激励。城市堆肥和肥料的使用也需要政策干预。氮磷钾化肥得到了很高的补贴，这使得使用市政堆肥更加昂贵和不具吸引力¹³⁵．另一种水质管理方案是通过废水养殖等策略回收废水¹³⁸．必须迫使污染单位在规定的时间内投资于清理活动。为此，应首先制定废水质量指数，以确保处罚措施的严肃性。

有必要制定一个新的绿色制度，以服务于国家的经济增长和环境保护的双重目标。可以采取的一些措施包括，根据水(以及空气)污染的可能性对工业进行重新分类，加强工业废水回收的规范，以减少对饮用水的依赖，严格规范固体废物，特别是危险固体废物的管理，如医疗、塑料和电子废物。为了重新对工业进行分类，建议根据工业对水(和空气)污染的潜力和产生废物的性质，将工业按污染严重程度降序分为三种颜色的框架，即红、橙、绿。生态敏感区的划定应立即展开竞争，红色产业不应被允许在这些地区发展。红色类工业单位在城市和保护区内也应予以豁免。应该允许各个部门的个别单位因遵守环境规范而获得“星星”¹³⁹．

结论

传统上，在印度情况下，河流水污染是根据三种活动来定义的，即农业径流、工业废水和生活/城市污水排放。随着城市化进程的加快，固体废物，特别是危险废物也进入了河水中。印度河流的水质多年来一直在恶化。河流环境的盐分问题和镉污染可能导致水生生态系统严重的生态失衡。污水和工业废水是河流环境退化的主要原因，因为在印度产生的所有废水中，只有约10%得到处理，其余则排放到水体中。在收集到的固体废物中，只有约18%被用于回收或生产燃料。随着“印度制造”(Make-in-India)运动的兴起，印度对环境的担忧直线上升。“零缺陷、零效应”的议程只有通过制度改革才能实现。即将进行的连接河流的工程需要不断监测和评估河流环境。

致谢

印度科学和工业研究理事会向主要作者库马尔·马诺基先生提供初级和高级研究金，得到极大的肯定。作者还感谢印度西孟加拉邦杜尔加普尔市Kendriya Vidyalaya Panagarh高级教师K.B. Jha先生在审查工作过程中提供的宝贵意见。

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