我國(guó)天然水體的嚴(yán)重污染已受到普遍關(guān)注。當(dāng)前水質(zhì)污染集中表現(xiàn)在富營(yíng)養(yǎng)化和藻類繁生現(xiàn)象，其實(shí)質(zhì)是耗氧有機(jī)物及氮、磷化合物的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)。它們已成為我國(guó)環(huán)境保護(hù)的熱點(diǎn)甚至十分棘手的控制治理問(wèn)題。實(shí)際上，這只是水體污染治理系列難題的初級(jí)遭遇，它在表觀上易于察覺(jué)而首先浮現(xiàn)出來(lái)，并為世界許多國(guó)家在20 世紀(jì)初期已基本解決。水質(zhì)污染隨之出現(xiàn)的一些深層次的潛在問(wèn)題，例如：有機(jī)有毒化學(xué)品、微界面顆粒物、水體污染沉積物等，已經(jīng)日益突現(xiàn)而成為現(xiàn)時(shí)國(guó)際上的環(huán)境熱點(diǎn)，尤其對(duì)于生活飲用水的水源保護(hù)及處理技術(shù)備受關(guān)注。這些水質(zhì)問(wèn)題在我國(guó)目前尚被富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象所掩蓋，仍停留在一些科學(xué)研究的實(shí)驗(yàn)階段，還沒(méi)有真正提上環(huán)境保護(hù)和控制的主要日程。預(yù)計(jì)在不久時(shí)期后，富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題有所緩解時(shí)，它們必然會(huì)突出地成為我國(guó)水環(huán)境和人體健康保護(hù)的迫切難題。解決水環(huán)境污染問(wèn)題需要政策、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的多方面綜合防治，而更重要的是全社會(huì)公眾的深刻認(rèn)識(shí)和實(shí)事求是的科學(xué)對(duì)策。及早提高對(duì)前瞻性問(wèn)題的認(rèn)識(shí)，進(jìn)行適合我國(guó)國(guó)情的科技研究和擬定實(shí)用對(duì)策是十分必要的。本文僅對(duì)上述幾個(gè)有關(guān)的環(huán)境水質(zhì)學(xué)問(wèn)題作一些介紹。
1有機(jī)有毒化學(xué)品
近代世界有機(jī)化學(xué)品的生產(chǎn)量逐年成直線上升，達(dá)到每年數(shù)億t之多，據(jù)統(tǒng)計(jì)，日常應(yīng)用的就有70000多種，在工業(yè)化國(guó)家進(jìn)入環(huán)境的化學(xué)品量相當(dāng)于300g/（㎡·a），其中相當(dāng)部分對(duì)生態(tài)和人類具有毒性。各類有機(jī)有毒化學(xué)品是當(dāng)前國(guó)際上最關(guān)注的污染物，國(guó)外目前已注意到除致癌物外甚至包括神經(jīng)毒素、發(fā)育和生殖障害物，雌激素等化學(xué)品，近來(lái)歐洲的二惡因事件就是突出的例子。水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)也日益嚴(yán)格，檢測(cè)和處理都要求高新技術(shù)。化學(xué)品的環(huán)境問(wèn)題，我國(guó)雖然尚未完全提到主要日程上來(lái)，但已達(dá)到相當(dāng)污染水平。
在當(dāng)前制定的環(huán)境優(yōu)先污染物中都是以有機(jī)有毒化學(xué)品為主要項(xiàng)目，例如：美國(guó)1977年制定的環(huán)境優(yōu)先污染物129種中有機(jī)有毒化學(xué)品就占114種，中國(guó)1989年制定的68種中有機(jī)有毒化學(xué)品占58 種。其中主要包括單環(huán)多環(huán)芳烴、鹵代烴、苯及聯(lián)苯、硝基、酚類和各類農(nóng)藥、殺蟲劑等。目前國(guó)際上制定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)可在百項(xiàng)以上，多者可達(dá)數(shù)百項(xiàng)。我國(guó)新擬定88項(xiàng)，但受儀器水平所限，常行檢測(cè)不過(guò)數(shù)十項(xiàng)，許多有機(jī)有毒化學(xué)品尚未進(jìn)入監(jiān)控范圍。
有毒化學(xué)品的環(huán)境科技問(wèn)題可以包括以下4個(gè)方面：（1）在環(huán)境中空間遷移和形態(tài)轉(zhuǎn)化，涉及化學(xué)熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)和動(dòng)態(tài)學(xué)。（2）對(duì)生物、生態(tài)系統(tǒng)、人體效應(yīng)，涉及生物化學(xué)、化學(xué)生態(tài)學(xué)、生命化學(xué)、生態(tài)毒理學(xué)、人體化學(xué)與醫(yī)學(xué)。（3）環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)與樣品的檢測(cè)、評(píng)價(jià)，涉及樣品采集學(xué)、痕量分析化學(xué)、儀器鑒定、模式計(jì)算。（4）生產(chǎn)與使用環(huán)境的控制、凈化和處置，涉及化工原理與工藝技術(shù)。由于有毒化學(xué)品的相當(dāng)部分都吸附及結(jié)合在顆粒物表面或孔隙中，上述各方面又全涉及界面水質(zhì)過(guò)程。
有機(jī)有毒化學(xué)品大多屬于難降解的持久性化合物，其凈化處理技術(shù)用生物氧化技術(shù)往往難以奏效。目前的發(fā)展趨勢(shì)是應(yīng)用高級(jí)化學(xué)氧化法（Advanced Chemical Oxidation Process）加以降解。這是利用現(xiàn)代的物理、化學(xué)催化氧化技術(shù)，強(qiáng)化有機(jī)物的降解過(guò)程，達(dá)到凈化除毒的效果。其作用機(jī)理實(shí)質(zhì)是充分利用產(chǎn)生大量羥基自由基的氧化過(guò)程。目前，提出的各種組合技術(shù)，例如：
均相反應(yīng)：O3/UV，H2O2/UV，超聲/UV，電子束，O3/H2O2，H2O2/Fe2+
多相反應(yīng)：半導(dǎo)體催化劑（TiO2），電化學(xué)氧化，天然礦物催化劑
輻射催化：電光，日光，射線，微波
近年來(lái)，國(guó)外及我國(guó)對(duì)有機(jī)有毒物的催化氧化特別是多相界面催化氧化有大量研究成果，已經(jīng)逐步進(jìn)入實(shí)用階段。對(duì)有機(jī)有毒物在光催化降解過(guò)程的途徑、中間形態(tài)、化學(xué)結(jié)構(gòu)的降解規(guī)律（QSAR）、催化氧化動(dòng)力學(xué)等均有深入研究。同時(shí)，對(duì)TiO2界面催化劑的改性和固化，礦物還原溶解中對(duì)有機(jī)物的光催化降解等都是研究熱點(diǎn)。
2微界面顆粒物
現(xiàn)代環(huán)境水質(zhì)學(xué)中，水體顆粒物的范疇除原來(lái)的0.45μ以上的礦物微粒外，已包括溶膠與高分子物質(zhì)在內(nèi)，即廣義定義為1nm以上的實(shí)體物質(zhì)。它們不但包括粘土礦物、金屬氫氧化物等無(wú)機(jī)物，也包括腐殖質(zhì)、高聚合物等有機(jī)物，還包括細(xì)菌、藻類等有生命物質(zhì)。水體顆粒物在環(huán)境污染中更重要的意義在于：微量痕量污染物的大部分都吸附在其表面上，發(fā)生各種表面轉(zhuǎn)化反應(yīng)和生態(tài)效應(yīng)，隨之遷移而歸宿于沉積物中，再釋放出來(lái)造成水體的二次微污染。
因而，在水處理過(guò)程中顆粒物也是凈化的主要對(duì)象。飲用水標(biāo)準(zhǔn)對(duì)它的控制也日益嚴(yán)格，由過(guò)去的10mg/L逐步趨嚴(yán)到0.3mg/L甚至0.1mg/L （NTU）。這主要是由于其表面可吸附痕量有毒化學(xué)品、病毒及致癌物等。凈化去除顆粒物的過(guò)程如絮凝、過(guò)濾、氣浮、膜分離等，幾乎遍及所有給水與污水處理工藝（見(jiàn)下表）。
顆粒物群體與水溶液組成微界面體系，上述各種過(guò)程包含了在表面上進(jìn)行的配合、聚合、沉淀、多核物及簇生成、結(jié)晶、催化降解、覆蓋與架橋等多種化學(xué)反應(yīng)，還包含著界面動(dòng)力學(xué)、界面?zhèn)髻|(zhì)、流體中顆粒物的化學(xué)動(dòng)態(tài)學(xué)、分形學(xué)等過(guò)程。正是這些反應(yīng)和過(guò)程確定著水質(zhì)，近年研究表明，并非化學(xué)平衡而是界面反應(yīng)速率才成為水質(zhì)化學(xué)組成的決定因素。可以說(shuō)微界面水質(zhì)過(guò)程中集中綜合了最活躍的前沿研究問(wèn)題。與此同時(shí)，在微界面的形態(tài)結(jié)構(gòu)研究中也應(yīng)用了靜態(tài)和動(dòng)態(tài)激光光散射、固態(tài)MAS NMR、X-射線吸收光譜的EXAFS和XANES、原子力顯微鏡等現(xiàn)代界面微觀鑒定技術(shù)。
微界面水質(zhì)過(guò)程理論的核心是表面配合反應(yīng)與計(jì)算模式，它是由W. Stumm于70年代初期首先提出的，其基本觀點(diǎn)是可以把固/液界面吸附看作表面配位化學(xué)作用，應(yīng)用溶液中化學(xué)平衡的類似方式，把固有常數(shù)加以電荷校正后作為條件平衡常數(shù)即可按質(zhì)量作用定律進(jìn)行計(jì)算。這一理論和方法突破了把吸附現(xiàn)象主要作為物理過(guò)程，而定量規(guī)律用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合為等溫式描述的傳統(tǒng)方式。
在以后的20多年來(lái)，經(jīng)過(guò)眾多學(xué)者的大量研究工作，表面配合理論與計(jì)算模式已經(jīng)發(fā)展成為相當(dāng)完整的體系。先后提出了若干應(yīng)用不同雙電層結(jié)構(gòu)模型的計(jì)算方法及相應(yīng)的FITEQL、MINEQL等計(jì)算機(jī)程序，推薦了各種實(shí)驗(yàn)方法，求定了不少表面配合常數(shù)。并且，這一原理的應(yīng)用從顆粒物中的氧化物、氫氧化物推廣到腐殖質(zhì)、蛋白質(zhì)等有機(jī)高分子物，從氫氧化物類礦物推廣到硫化物、碳酸鹽礦物，溶液溶質(zhì)從金屬離子推廣到各種陰離子和有機(jī)物，應(yīng)用范圍從純?nèi)芤旱教烊凰臀鬯叭舾晒に囘^(guò)程�？傊�，表面配合理論已經(jīng)發(fā)展成為吸附和絮凝過(guò)程定量計(jì)算的重要概念和方法，特別在水體顆粒物和水質(zhì)微界面過(guò)程中得到廣泛應(yīng)用。
顆粒物的水質(zhì)處理技術(shù)一般是由絮凝過(guò)程及其后的分離過(guò)程組成。近代發(fā)展的有機(jī)高分子和無(wú)機(jī)高分子絮凝劑已經(jīng)成為系列產(chǎn)品。我國(guó)的無(wú)機(jī)高分子絮凝劑特別是復(fù)合絮凝劑的研制生產(chǎn)技術(shù)具有特色，相應(yīng)的絮凝處理也有廣泛應(yīng)用，適于充分發(fā)揮新型絮凝劑優(yōu)異性能的水處理工藝正在發(fā)展中。
3水體污染沉積物
河流、湖泊、水庫(kù)、海灣等水域受到嚴(yán)重污染后，大量污染物將由顆粒物吸附而蓄存在沉積物中。在適當(dāng)條件下，它們會(huì)重新釋放出來(lái)，成為二次污染源。沉積物中的耗氧有機(jī)物、藻類殘?bào)w、氮、磷等可促成水體的富營(yíng)養(yǎng)化、赤潮，重金屬、有毒化學(xué)品，細(xì)菌、病毒等會(huì)促成水體生態(tài)傷害和給水水源的微污染，成為給水處理的很大負(fù)擔(dān)。目前，水體污染沉積物的評(píng)估、處置、處理和恢復(fù)已日益成為世界上水環(huán)境凈化的難題。它們的形態(tài)及毒性鑒定，質(zhì)量評(píng)價(jià)和控制處置都涉及各門學(xué)科技術(shù)。
在美國(guó)沉積物的污染和處置已經(jīng)成為當(dāng)前的迫切難題，可以說(shuō)是環(huán)境污染的第二次浪潮�？梢�(jiàn)以下兩段報(bào)告：
在全美國(guó)許多水域污染沉積物都造成生態(tài)和人體健康的危機(jī)，沉積物成為污染物的儲(chǔ)存庫(kù)。魚類和底棲生物從它們富集有毒化合物傳送入食物鏈。污染物從沉積物進(jìn)入魚、鳥和哺乳類動(dòng)物體內(nèi)直到有毒水平。毒性效應(yīng)包括神經(jīng)的、發(fā)育的和生殖的影響。
美國(guó)已發(fā)生2100次事件聲稱魚類消費(fèi)中的問(wèn)題，許多次證實(shí)污染源來(lái)自沉積物，EPA調(diào)查了1372處沉積物質(zhì)量數(shù)據(jù)，證實(shí)有96處存在污染沉積物的惡化問(wèn)題。（美國(guó) EPA 污染沉積物戰(zhàn)略總報(bào)告 1998，9）
目前對(duì)河流、湖泊最大的威脅并不是某些有毒化學(xué)品和殘留的農(nóng)藥，而是進(jìn)入水體的污染沉積物。它們成為潛在的殺手，堵塞水生動(dòng)物的腮、窒息仔魚、傷害貝類和水生昆蟲、輸送和富集有毒化學(xué)品、污染水產(chǎn)食品、降低溶解氧量、破壞無(wú)數(shù)種群生態(tài)系統(tǒng)。（美國(guó)北卡羅來(lái)納州環(huán)境報(bào)告 1998）
美國(guó)由于污染源控制和富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題已大部分解決，因而生態(tài)毒理問(wèn)題突出。我國(guó)目前尚處于污染源治理和富營(yíng)養(yǎng)化階段。實(shí)際上，水體富營(yíng)養(yǎng)化的解決關(guān)鍵也仍與沉積物密切相關(guān)，繁生的藻類和氮、磷殘余物都蓄積在底部沉積物中。沉積物中的重金屬、有機(jī)有毒化學(xué)品則會(huì)長(zhǎng)期蓄積。我國(guó)污染嚴(yán)重，河流、湖泊、海灣的污染沉積物巨量積累，將會(huì)成為21世紀(jì)的重大難題。
目前，對(duì)污染沉積物的處置最常用的方法是挖掘清除，但這是工程量浩大、經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)很重的方式，而且如果措施不當(dāng)反會(huì)造成污染擴(kuò)散的后果。因此，在實(shí)施挖掘以前，必須對(duì)所在水域進(jìn)行慎密的評(píng)估。對(duì)污染沉積物的潛在危害程度、需要清除的面積和深度、挖出污泥的處置和處理方法等確定合理的方案。此時(shí)，理應(yīng)有評(píng)估的科學(xué)基準(zhǔn)及法定標(biāo)準(zhǔn)作為依據(jù)，而這需要有科學(xué)的工作方法和程序。美國(guó)及歐洲已由眾多學(xué)者研究十幾年，至今，國(guó)際上還沒(méi)有制定出統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)方法，尚在研究發(fā)展中。
污染沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)的擬定方法，目前最常用的是平衡分配法和三合一法，它們除利用現(xiàn)場(chǎng)或?qū)嶒?yàn)室的化學(xué)和生物測(cè)定數(shù)據(jù)外，都可應(yīng)用表面配位理論和模式處理界面吸附過(guò)程。
三合一法（Triad）是把化學(xué)、毒性、生態(tài)3方面的實(shí)測(cè)和計(jì)算數(shù)據(jù)加以綜合，得到污染沉積物的質(zhì)量基準(zhǔn)，其需要數(shù)據(jù)和求定程序更為復(fù)雜。特別是痕量污染物的含量及毒性的鑒定和底棲生物的群落結(jié)構(gòu)變化，需要進(jìn)行大量精細(xì)工作。
挖掘出的污泥必須處置得當(dāng)才能防止擴(kuò)散污染，進(jìn)行適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)處理提取或固定常是必要的。
在水域中不作挖掘而在現(xiàn)場(chǎng)加以固定或掩蓋也是研究中的方法，各種無(wú)機(jī)和有機(jī)的固定劑、掩蔽劑、覆蓋材料也在發(fā)展中。
