第一章_绪论-水环境保护

水环境保护教师：姜欣欣电话：55191521绪论1.1水环境保护的意义、内容与任务1.2水体污染物及其危害1.3水文循环中水的污染与自净1.5水环境质量的度量与评价1.4水环境保护的生态工程措施1.1.1水环境保护的重要意义与作用环境保护？19621992~至今洪荒~上世纪60年代“向大自然宣战”、“征服大自然”自然仅仅是人们征服与控制的对象《寂静的春天》在美国问世，唤起了人们的环境意识，引发了公众对环境问题的注意联合国世界环境与发展大会，通过了《关于环境与发展的里约热内卢宣言》淮河污染事件松花江污染事件广西龙江河镉污染事件•水环境问题已经成为制约我国经济发展的一个重要因素。•对于水资源合理开发利用，除要知道未来各地水量的时空变化外，还必须预测、评价相应的水环境质量状况，进行水环境保护规划，确保用水安全，这已经成为工程规划设计与管理的一项必不可少的工作内容。1.1.2水环境保护工作的任务与内容水研究水量水质水文学水环境降水、蒸发、下渗、渗流溶解氧、有机物、无机物、重金属污染负荷预测水环境质量评价水环境保护规划环境保护的最优化管理建立水环境模拟预测数学模型水环境的监测、调查与试验1.2水体污染物及其危害•水中存在的各种物质（包括能量），其含量变化过程中，凡有可能引起水的功能降低而危害生态健康，尤其人类的生存与健康时，则称它们造成了水体污染，于是它们被称为污染物。1.2.2水体污染物的分类与来源按污染来源点源污染面源污染工业废水城镇生活废水农业废水化学性污染物理性污染生物性污染酸碱污染重金属污染有机物污染油类污染表观污染热污染放射性污染水体污染致病细菌病毒污染藻类污染1.2.3水污染的危害•耗氧有机物污染：•来源：主要来自工业废水和生活污水中的碳水化合物、蛋白质、脂肪、木质素等；•危害：①微生物作用下氧化分解为CO2、H2O、NO3--N等的过程中，不断消耗水中的溶解氧；②解释放出的植物营养素N、P等，会引起湖泊、水库、河口等流速缓慢的水体富营养化；③有的耗氧有机物，如酚、苯、醛等本身就有毒性可溶性盐类和酸、碱物质污染•盐类：碳酸盐类、硝酸盐类、磷酸盐类等可溶性物质，使水变硬，在输水管道内结成水垢。•酸性物质：使植物枯萎死亡；使土壤酸化；使湖泊、水库酸化，危及鱼类生存；腐蚀金属器具、文物和建筑物等。•碱性物质：腐蚀引起管子碎裂；使水稻烂秧、蔬菜死亡，土壤板结。重金属污染•比重达4.0以上的金属元素，常称之为重金属。•工厂和矿山废水中常含有某些重金属，如汞、镉、铅、铬、铜、锌等。这些金属及其化合物非常稳定，极难降解，尽管在水中的浓度很低，也会因在食物链的传递中不断浓缩，而最终给人类带来严重疾病。有毒化学品污染•性能比较稳定，不易分解消失，可长期残留在土壤和作物上，或受雨水冲刷进入水体，危害水生生物的生长和生存，并以食物链的方式危害人类。水中悬浮固体•来源：来自垦荒、农田、采矿、建筑引起的水土流失，以及工厂排放废水和生活污水等。•危害：淤塞河道，妨碍航运，促成洪水泛滥，而且妨碍水资源利用，污染水环境。能够截断光线，妨碍水生植物的光合作用，并能伤害鱼鳃，浓度大时可使鱼类死亡油类污染•组成：主要是烷烃、烯烃和芳香烃等碳氢化合物。•来源：自油船、输油管和海上油井事故，船只的压舱水、洗舱水和船底废水，油厂、船厂等排放的废水，以及各种机械泄漏在地面上的油类。•危害：阻碍水分蒸发和氧气溶入水体。危及鱼类及鸟类生存，破坏渔场、海产养殖场及鱼的繁殖场所。热污染•来源：是一种能量污染，热电厂、核电厂、钢铁厂、焦化厂等的冷却水。•危害：①使水体的溶解氧降低；②会破坏生态平衡；③加大水中某些毒物的毒性；④当受热污染的水体的温度超过相应的范围时，妨碍鱼类生长和繁殖，甚至引起大量死亡。放射性污染•来源：主要来自铀矿开采、选矿和精炼厂的废水，原子能工业和反应堆设施的废水，原子武器试验的沉降物，放射性同位素应用时产生的废水。•危害：引起生物体细胞、组织和体液中的原子、分子电离，直接破坏机体内某些大分子结构。使某些生物酶失去活性，还可直接破坏机体细胞和组织，引起贫血、白内障、不育症、致畸、恶性肿瘤、发育不良，严重者致死。病原微生物污染•来源：生物制品厂、制革厂、屠宰厂、洗毛厂、畜牧场、医院和生活污水中。•种类：病毒、立克次氏体、细菌、螺旋体、真菌和放线菌等。•危害：人们饮用或接触受病源微生物污染的水体时，便会感染许多疾病，引起传染病蔓延。1.3水文循环中水的污染与自净自然界中水的这种不断蒸发、输送、凝结、降水、产流、汇流的往复循环，称为水文循环，或自然界的水分循环。水文循环自然污染由于自然地理因素引起的。指特殊的地质构造或其他自然条件，使一个地区的水体中某些化学元素富集，或天然植物在腐烂过程中产生某些有毒物质等，地面地下径流将这些物质大量带入河流、湖泊。人为污染是人为因素引起的。如大量的工业废水不加处理而直接排放，农药、化肥随降雨径流进入水体等。1.3.1水体的污染1.3.2水体的自净纳污：污染物在水文循环中不断地进入水体。水体自净：水体中的污染物随水体的运动不停地发生变化，自然地减少、消失或无害化。水体自净是一个物理、化学、生物作用极其复杂的过程。物理净化过程化学净化过程生物净化过程物理净化过程：是指污染物在水体中混合、稀释、沉淀、吸附、凝聚、向大气挥发和病菌死亡等物理作用下使水体污染浓度降低的现象。例如污水排入河流后，在下游不远的地方污染浓度就会大大降低，就主要是扩散作用混合、稀释的结果。化学净化过程：是指污染物在水中由于分解与化合、氧化与还原、酸碱反应等化学作用下，致使污染浓度降低或毒性丧失的现象。例如水在流动中大气里的氧气不断溶入，使铁锰等离子氧化成难溶的盐类而沉淀，从而减少了它们在水中的含量。生物净化过程：水体内的庞大的微生物群，在它们分泌的各种酶的作用下，使污染物不断发生分解和转化为无害物质的现象。例如有机物在细菌作用下，部分转化为菌体，部分转化为无机物；接着细菌又成为水中原生动物的食料，原生动物又成为后生动物、高等水生动物的食品，无机物为藻类等植物吸收，使之发育成长，这样有机物便逐步转化为无害无机物和高等水生生物，达到无害化，从而起到净化作用。水体自净过程污染物的自我衰减过程，如放射性污染；污染物被水体同化过程，如热污染；复杂有机物降解为简单的有机物，进一步分解为无机物的过程；溶解物发生反应形成沉淀，如水中金属离子发生络合反应形成沉淀（镉离子和聚合氯化铝）；不稳定污染物转化为稳定的污染物高毒害物质转化为低毒害物质或者无毒害物质由耗氧过程转化为复氧过程1.3.3水环境容量•水的自净能力：水中污染物浓度自然降低而恢复到较清洁的能力。•环境容量：自然情况下，对于一定的水体，在满足规定的环境质量标准下，允许有的一个年最大纳污量。体现了不造成污染的情况下水体的最大自净能力。•水功能区水域纳污能力：一定设计水文条件和排污情况下，为满足水功能区水质目标要求，水体所能容纳某种污染物的最大数量。流域合作综合整治清洁生产水土保持生态农业水利工程人工湿地污水处理厂生态工程措施1.4水环境保护的生态工程措施生态工程：依据生态学原理，进行优化设计的能使资源充分利用、循环利用、且污染程度最小的可持续发展的综合性系统工程技术，它是各种适宜的环境保护与治污技术的多层次优化组合系统，强调经济发展与环境保护同步进行，人与自然和谐共处。1.4.1流域(区域)合作综合整治•1.建立权威性的流域水污染防治和水资源保护、利用的管理机构。•2.制定和实施水环境保护的法律法规及相关标准•3.实施综合性的水环境保护技术措施•4.实现水环境保护的产业化1.4.2清洁生产•清洁生产：是指既可满足人们的需要，又可合理地使用自然资源和能源，并保护环境的实用生产方法和措施，其实质是一种物料和能耗最少的人类生产活动的规划和管理，将废物减量化、资源化和无害化，或消灭于生产过程之中。1.4.3水土保持措施•水土流失：是指流域表面的土壤在植被较差的情况下，因降雨径流、风力、重力、冰川等因素影响下，表层的土壤和水分流失，造成土地干旱、沙化和生态退化，洪涝灾害加剧，严重威胁人类生存的一种环境恶化现象。水土流失水力侵蚀：为地面植被差、坡度陡的情况下，降雨径流冲刷造成的土壤侵蚀。风力侵蚀：为植被差的西北和北部风沙地区，主要由风力作用造成的侵蚀。农耕措施生物措施工程措施水土保持措施.1.4.4生态农业工程生态农业工程：即利用生态学原理，依据生态系统内物质循环和能量转化的基本规律建立的一种农、林、牧、副、渔相互结合、相互利用的综合生产模式。其生产结构是初级生产者农作物的产物能依食物链的各营养级进行多层次转化、循环与利用，充分发挥资源、能源效益。1.4.5水利工程水利工程：主要指对河流有重要控制作用的大型工程，包括水库、水电站、堤防、引水渠等。通过对水利工程系统的优化调度，将会积极提升人类的生产生活环境，如消除洪旱灾害、生产清洁能源、减少河道淤积、增加枯季径流、改善水质、保护湿地等。1.4.6人工湿地污水处理系统•湿地：是指自然的或人工的，长久的或暂时性的沼泽地、泥炭地、水域地带，静止的或流动的淡水、半咸水、咸水水体，包括低潮时水深不超过6m的水域。•湿地就是地球表面水陆交互作用的水体系统，被誉为“地球之肾”。•作用：调节径流、蓄洪抗旱、污水净化、水禽栖息繁衍、水产养殖、调节气候、淤地造陆、改善环境。•人工湿地：是一个综合的生态系统，它应用生态系统中物种共生、物质循环再生原理，结构与功能协调原则，在促进废水中污染物质良性循环的前提下，充分发挥资源的生产潜力，防止环境的再污染，获得污水处理与资源化的最佳效益。优化的植物生态系统单元湿地构筑物适宜降解污染物的微生物种群适合当地气候和污水条件的水生高级动物进、出水系统被处理的污水人工湿地组成2004年7月，北京元大都公园的人工湿地建成，位于元大都公园东端，面积达17000平方米。河道污水储水池一级氧化塘表面流湿地二级氧化塘潜流湿地碎石床集水沟景观水塘净化出水云南滇池宝象河污水人工湿地处理系统工艺流程①储水池，用于调节水流和沉积泥沙；②一级氧化塘(实际为兼氧塘)，种植水葫芦、大藻，两者均为浮水植物，耐污性强，生长快，一方面可以输送氧气到根系周围，促进那里的好氧微生物分解污水中的有机物成为营养盐，供植物吸收利用，另一方面，水葫芦、大藻对水面的覆盖，造成离根系较远的水体为强厌氧环境，促使那里的污染物厌氧分解；③表面流湿地，接纳一级氧化塘的出水，其填料为砂土，水流从床面流过，床面上种植的植物为香蒲、芦苇、水芹菜，系由当地70余种水生植物筛选出来的吸收去除污染物能力比较强的种群；④二级氧化塘，种植水芹菜和大藻，强化一级氧化塘的去污效果；⑤潜流湿地，接收二级氧化塘的出水，其填料为碎石，上面种植的植物为香蒲、菖蒲、美人蕉、水葱、旱伞竹，水流以潜流的方式通过碎石床，利用湿地植物的生长对悬浮物过滤和碎石床生物膜的降解，继续去除污水中的碳、氮、磷污染物；⑥碎石床集水沟，接收潜流湿地的出水，沟底为碎石，上面种植的植物为香蒲、美人蕉，主要作用是对净化后的水流曝气增氧，最后流入观景水塘并排出。•人工湿地优点:•①建造和运行费用便宜•②易于维护,技术含量低•③可进行有效可靠的废水处理•④可缓冲对水力和污染负荷的冲击•⑤可提供和间接提供效益,如水产、畜产、造纸原料、建材、绿化、野生动物栖息、娱乐和教育。•人工湿地缺点：•①占地面积大•②易受病虫害影响•③生物和水力复杂性加大了对其处理机制、工艺动力学和影响因素的认识理解，设计运行参数不精确，因此常由于设计不当使出水达不到设计要求或不能达标排放，有的人工湿地反而成了污染源。•④缺乏长期运行系统的详细资料。1.4.7污水处理厂•污水处理厂视污水情况和要求处理的程度将有所不同。根据处理程度不同，城镇污水处理可分为预处理、一级、二级和三级（高级）处理。•1.废水在企业和工厂内预处理为使工厂输往污水处理厂的污水满足输水管道和处理厂的水质要求，如不能腐蚀管道，不能有剧毒、放射性物质、重金属等，在出厂之前要针对这些污染物做特殊处理，使出厂的污水必须满足国家规定的排放