3水环境

第三章水体环境Chapter3Waterenvironment主要内容1.水体主要污染物和污染源；2.水体中溶解氧平衡原理；3.水体富营养化等重要概念；4.几种主要水体污染物的迁移转化规律及其危害。一、水资源分布全球总贮水量估计为13.9亿立方千米其中淡水总量仅为0.36亿立方干米除冰川和冰帽外，可利用的淡水总量不足世界总贮水量的1%第一节水环境section1Waterenvironment2.5%易得的江河湖淡水不到总淡水量1%二、水循环地球上每年降水量40万立方千米，占总水量0.03%，约1/4强降落到陆地，其中56%蒸发和蒸腾，34%形成地面径流，10%下渗补给地下水。由自然力促成的水循环称为水的自然循环。自然界中的水在太阳照射和地心引力等作用下不停流动和转化，通过蒸发、降水、径流和渗透等方式循环不止。水的社会循环由人的因素促成的水循环，称为水的社会循环。人类为了满足生活和生产的需要，不断取用天然水体中的水，经过使用，一部分天然水被消耗，但绝大部分却变成生活污水和生产废水排放，重新进入天然水体。在社会循环中，水质不断发生变化，其污染程度随用水性质、方式而变。地面水降水海洋蒸发地下渗流地面径流蒸发给水工业农业新陈代谢生活和商业产品用水冷却用水灌溉废水收集处理处置地面水地下水回用水水的循环示意图三、我国水资源特征与利用的问题1、水资源：广义：地球上各种形态的水。狭义：可供人们经常取用的水量，在大陆上由大气降水补给的各种地表水，浅层地下水的储量和动态水量组成。人均、亩均水量低于世界水平；分布不均：地区、时间；水量变化大、可利用水少；水土流失严重，许多河流含砂量大；水资源开发中存在问题：水利对水文的影响、用水浪费、水污染。2、主要问题2002年，七大水系741个重点监测断面中，29.1％的断面满足Ⅰ～Ⅲ类水质要求，30.0％的断面属Ⅳ、Ⅴ类水质，40.9％的断面属劣Ⅴ类水质。其中七大水系干流及主要一级支流的199个国控断面中，Ⅰ～Ⅲ类水质断面占46.3％，Ⅳ、Ⅴ类水质断面占26.1％，劣Ⅴ类水质断面占27.6％。各水系干流水质好于支流水质。水环境状况七大水系污染程度由重到轻依次为：海河、辽河、黄河、淮河、松花江、珠江、长江。七大水系主要污染指标是石油类、生化需氧量、氨氮、高锰酸盐指数、挥发酚和汞等。超采地下水的危害：地处渤海之滨的河北沧州市由于过量开采地下水，市中心地面整体沉降已达1.68米，成为我国“成长”最快的地下水漏斗群之一。我国华北地区已经形成世界最大的“地下水漏斗”。解决调水和水资源短缺问题不单单是工程问题，也是一种哲学、思想和社会经济发展问题。南水北调不过是一种手段，而建立节水型社会才是解决中国水资源短缺难题的关键！黄河边上的贫困孩子干旱带来的水荒断流的黄河第二节水体与水体污染section2Waterandwaterpollution一、水体二、水质三、污染源一、水体1.两种含义：指以相对稳定的陆地为边界的天然水域，包括有一定流速的沟渠、河流和相对静止的塘堰、湖泊、沼泽、水库、地下水、海洋。环境学领域中则把水体当作包括水中的悬浮物、溶解物质、底泥相、水生生物等完整单元的生态系统或完整的综合自然体。2、水体污染水体因某种物质的介入，而导致其化学、物理、生物或者放射性等方面特性的改变，从而影响水的有效利用、危害人体健康、破坏生态环境，造成水质恶化的现象。1.天然水悬浮物质：细菌、藻类、原生动物、泥沙、粘土胶体物质：溶胶、高分子化合物、其他不溶性物质盐类：Ca、Mg、Na、Fe、Mn气体：O2、CO2、H2S、N2、其他二、水质物理指标：温度、色度、臭味、浑浊度、透明度、总残渣、过滤性残渣、非过滤性残渣、电导率等。化学指标：pH值、矿化度、总硬度、金属离子、酸根离子生物指标：细菌总数、大肠杆菌。天然水2、水质指标污染水体：还有BOD、COD、TOD、TOC、DO表示耗氧有机物指标生物化学需氧量（BOD）化学需氧量（COD）总有机碳（TOC）总需氧量（TOD）溶解氧（DO）①化学耗氧量(COD)：（Chemicaloxygendemand），又称化学需氧量。在规定条件下，使水样中能被氧化的物质氧化所需耗用氧化剂的量，以每升水消耗氧的毫克数表示。其值可粗略地表示水中有机物的含量，用以反映水体受有机物污染的程度。②生物化学需氧量(BOD)：（Biochemicaloxygendemand)，在好气条件下，微生物分解水体中有机物质的生物化学过程中所需溶解氧的量，是反映水体中有机污染程度的综合指标之一。有机物的生物化学作用分两个阶段：有机物转化为无机物的二氧化碳、水和氨；氨被转化为亚硝酸盐与硝酸盐；目前国内外普遍采用20℃培养5天的生物化学过程需要氧的量为指标(以mg/L为单位)，记为BOD5。③总有机碳量(TOC)：(Totalorganiccarbon)，水中溶解性和悬浮性有机物中存在的全部碳量，是评价水体需氧有机物的一个综合指标。④总需氧量(TOD)：(Totaloxygendemand)，水中有机物除含有机碳外，尚含有氢、氮、硫等元素。当有机物全部被氧化时，碳被氧化为二氧化碳，而氢、氮、硫则被氧化为水、一氧化氮和二氧化硫等。此时氧化所需的氧量称为总需氧量。⑤溶解氧（DO）溶于水中自由状态氧分子的量。水体中溶解氧的来源:（1）由大气中的氧通过扩散方式补给，这是水中溶解氧的主要来源；（2）水生植物的光合作用释放出氧。水体中溶解氧减少有三种途径：耗氧有机污染物在降解时耗氧；还原性无机物质氧化时耗氧；生物呼吸过程吸收氧。氧补给=消耗：水体中溶解氧处于平衡，属正常状态。氧补给消耗：水体中溶解氧呈饱和状态。氧补给消耗：水体缺氧，水质处于恶化状态。来源工业废水生活污水农业退水形状点源：面源三、污染源工业废水：各种企业在生产过程中排出的废水，包括工艺过程用水、冷却水、烟气洗涤水、设备、场地清洗水以及生产废液等。特点：成分复杂、含量变化大、毒性强、净化处理困难。1、工业废水2、生活污水生活污水：日常生活中产生的各种污水混合液，包括厨房、洗涤室、浴室、集体单位公用事业排出的污水。城市污水：排出城市管网的各种污水的总和。特点：含氮、磷、硫高，成分主要为纤维素、淀粉、糖、蛋白、脂肪、尿素。3、农业退水农业退水：农作物栽培、牲畜饲养、食品加工过程中排出的污水和液态废物。特点：含氮、磷高，成分主要为微生物、化肥、农药、不溶解固体和盐分。四、水体主要污染物及其危害（一）物理污染颜色：说明污染物的含量。浊度：胶体或细小悬浮物。温度：地表水全年0-35℃，地下水稳定。悬浮物：影响水的透明度→光合作用。放射性：蓄积在人体内造成长期危害。热污染的危害：（来源冷却水）水中溶解性气体发生显著变化；水中化学生化反应速率上升；生物种群、群落变化：20℃硅藻；30℃绿藻；35℃蓝藻。（二）化学污染无机无毒无机有毒有机无毒有机有毒1、无机无毒无机无毒：酸、碱、无机盐类。危害：使淡水的矿化度增高，影响用水水质富营养化2、无机有毒1）重金属：汞、铬、镉、铅、砷危害：富集、致癌2）氰化物：含CN-的物质，急性中毒死亡3）氟化物：氟骨症、损害肾脏有机无毒：主要是需氧有机物耗氧有机物是水体中最普遍的一种污染物。生活污水和某些工业废水中所含的碳水化合物、蛋白质、脂肪、木质素等有机物，可在微生物的作用下最终分解为简单的无机化合物。这些化合物在分解过程中需要消耗大量的氧气。3、有机无毒主要是需氧有机物。酚类化合物：煤气、焦化、石油化工、制药、油漆。有机农药：有机磷、有机氯。多环芳烃：由石油、煤、天燃气等不完全燃烧或高温处理条件下产生。多氯联苯：电器绝缘和塑料增塑剂。洗涤剂：泡沫、富含磷、表面活性剂。4、有机有毒（三）生物污染生物污染是指城市生活污水、医院污水或污水处理厂排水排入地表后，引起病源微生物污染。第三节污染物在水体中的扩散Section3Thepollutantinwaterbodydiffusion污染物在水体中的运动特征：推流迁移分散作用污染物的衰减和转化污染物进入水体，随着水的迁移运动、污染物的分散运动以及污染物质的衰减转化运动，使污染物在水体中得到稀释和扩散，从而降低了污染物在水体中的浓度，它起着一种重要的“自净作用”1、推流迁移指污染物在水流作用产生的迁移作用。只改变水流中的污染物的位置，并不能降低污染物的浓度。2、分散作用污染物在河流水体中的分散作用包括：分子扩散、湍流扩散和弥散。既改变水流中的污染物的位置，也降低了污染物的初始浓度，但总量不变。3、污染物的衰减和转化进入水环境中的污染物分两大类：保守物质和非保守物质。保守物质进入水环境以后，随着水流的运动而不断变换所处的空间位置，还由于分散作用不断向周围扩散而降低其初始浓度，但它不会因此改变总量。重金属，很多高分子有机化合物都属保守物质。那些对于生态系统有害，或暂时无害但能在水环境中积累，从长远来看是有害的保守物质，要严格控制排放，因为水环境对它们没有净化能力。非保守性物质进入水环境以后，除了随着水流流动而改变位置，并不断扩散而降低浓度外，还因污染物自身的衰减而加速浓度的下降。非保守性物质的衰减有两种方式：一是由其自身的运动变化规律决定的；二是在水环境因素的作用下，由于化学的或生物的反应而不断衰减，如可以生化降解的有机物在水体中的微生物作用下的氧化分解过程。第四节污染物在水体中的转化Section4Thepollutantinwaterbodytransformation主要内容：水体中耗氧有机物降解；需氧污染物分解与溶解氧平衡；水体富营养化过程；重金属在水体中的迁移转化。一、水体中耗氧有机物降解（一）有机物生物化学分解1.水解反应：是指复杂的有机物分子在水解酶参与下加以水分子分解为较简单化合物的反应。2.氧化反应：生物氧化主要有脱氢作用和脱羧作用。（二）代表性耗氧有机物的生物降解碳水化合物降解脂肪和油脂降解含氮有机物降解1、碳水化合物降解碳水化合物是由C、H、O组成的不含氮的有机物Cn（H2O）m表示，分为三类：单糖、二糖、多糖。（1）碳水化合物经细菌和微生物水解二糖水解单糖Cn（H2O）m至少转化为二糖后才能进入细胞膜内。（2）单糖丙酮酸CO2+H2O如若：丙酮酸酸、醇、酮（发酵），此时，会产生大量的有机酸，时常超过水体的缓冲能力，使PH值下降，甚至会抑制细菌的生命活动，称为酸性发酵。单糖转化有O2或无O2有O2条件酶和细菌在无O2条件下2、脂肪和油脂降解它们也是不含氮的有机物。是由脂肪酸和甘油生成的酯类物质，这类物质比碳水化合物难于被生物降解，如果有乳化剂将它们分散开，将有利于发生降解。脂肪甘油+脂肪酸甘油丙酮酸水解降解有O2无O2CO2+H2O有机酸（发酵）3、含氮有机物降解指除C、H、O外，还含有N、S、P等元素的有机化合物，其中包括蛋白质、氨基酸以及尿素、脂类、腈类、硝基化合物等。含氮有机物的生物降解难于不含氮有机物，其产物污染性强。蛋白质的降解蛋白质氨基酸丙酮酸CO2+H2O有机酸（发酵）有O2无O2有O2条件水解酶有机物进入水体1、生态学效应：使水体中的生物在种类和数量上发生变化。如果自养生物生产率用P表示，异养生物生产率用R表示，则加入有机物后，平衡受到破坏，P下降，R上升。生态学效应溶解氧效应二、需氧污染物分解与溶解氧平衡2、溶解氧效应：水体中溶解的分子态氧在数量上的变化。曝气作用：空气氧溶于水的作用（复氧作用）光合作用：绿色植物光合作用放氧在正常情况下，溶解氧达到饱和状态。氧亏值D（缺氧量）=饱和溶解氧-实际溶解氧一条假定被污染河流中生化需氧量和溶解氧的变化曲线溶解氧耗氧复氧BOD清洁区分解区水质恶化区恢复区清洁区ppm2610141821012345678910（日）116135154174（公里）横坐标从左至右表示河流的流向和距离（流经的距离以公里计，流经的时间以日计）。纵坐标表示溶解氧和生化需氧量的浓度，单位是ppm。将污水