环境保护与可持续发展-第4讲-水污染及控制

第四讲水污染及控制目录第一节地球上的水第二节水资源第三节水污染第四节水污染控制•明确四个基本概念：–水圈–水体–流域–水系第一节地球上的水水圈：海洋、陆地、大气中固态水、液态水、气态水构成的一个大体连续、相互作用又相互不断交换的圈层。水体：指河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、海洋，它包括水中的悬浮物、溶解物质、水生生物和底泥等完整的生态系统。流域：是以分水岭为界的，是流入某个河流、湖泊或海洋等的所有水系所覆盖的区域。1、水的自然循环大循环海洋小循环陆地小循环湖泊海洋水自然循环示意图2、水的社会循环抽提处理河流、湖泊生产、生活人与水的关系－水的用途1、生活用水2、生产用水3、生态用水农业用水工业用水第二节水资源水资源的含义水资源则一般仅指地球表层中可供人类利用并逐年得到更新的那部分水量资源。如大气降水，江河、湖泊、水库、土壤和含水层的淡水。天然水量=可利用水量？地球上的水分布地球上水资源的分布水资源存在状态总水量体积（104km3）占总水量%淡水量体积（104km3）占总水量%1．海洋水13380096.542．地下水23401.69其中：地下咸水12870.94地下淡水10530.75105330.063．土壤水1.70.0010.054．冰川与永久积雪24061.74240668.685．永冻土底水300.022300.866．湖泊水17.10.013其中：咸水8.50.006淡水9.10.0079.10.267．沼泽水1.10.00081.10.088．河川水0.20.00020.20.0069．生物水0.10.00010.10.00310．大气水1.30.0010.30.04总计138597.51003500.8100水资源的可利用量很低，主要是河流、湖泊等地表水和地下水的一部分。只有约20%的淡水是人类易于利用的，而能直接取用的河、湖泊水仅占淡水总量的0.3%。可见，可供人类直接利用的淡水资源是十分有限的。水资源的可利用情况水资源的特性•水是一切生物必不可少的物质•水是构成人体的极重要的化学物质，约占到成年人体重的60%～70%。而且，年纪越小，含水量越高。人体的水每日新陈代谢，补充新的，排泄旧的，进出各2升左右，严格维持平衡。缺水1%～2%，感到口渴；缺水5%，口干舌燥、十分难受，甚至皮肤起皱、意识不清，以至产生幻觉；缺水超过10%～20%时，生命就危险了。）•水具有物质运输的功能、水是人类生成和生产的最基本的物质基础①作用上的重要性②补给上的有限性水源地③时空上的多变性丰枯水季、湿润与干旱区④利用上的多样性生产、生活、生态•调节气候•水塑造地球表面的形态世界水资源的利用状况（1）世界水资源概况世界各地自然条件不同，降水和径流相差也很大。除极地外，非州、澳州降水较少，亚州亦属降水较水区域，南美洲雨水充沛。（2）世界水资源供给与利用通常人们将全球陆地入海径流总量作为理论上的水资源总量，即全球水资源总量为13．8亿立方公里世界用水量逐年增长，1900-1975年间，每年以3%～5%的速度递增，即每20年左右增长一倍。2000年，世界总用水量达到6000亿m3，占世界总水量的15%。全球各大洲年降水和年径流状况全球的水资源短缺水资源的短缺联合国世界淡水资源综合评价报告指出，世界约1/3人口生活在面临中度和高度水紧张的地区，水资源的短缺制约了当地经济和社会的发展，如果不采取行动，预计2025年世界人口的2/3或近55亿将有面临着这种局面的风险。我国是一个干旱缺水严重的国家。淡水资源总量为28000亿立方米，占全球水资源的6％，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，居世界第四位。联合国已将我国列为全球13个最缺水的国家之一。我国水资源短缺严重农业缺水城市缺水生态缺水灌溉、养殖生活、工业景观、绿化我国水资源特点及利用（1）我国水资源特点A.水资源总量较丰富；我国多年平均年降水量为28214亿m3，其中河川径流约占94%，低于巴西、全苏联、加拿大、美国和印度尼西亚，约占全球径流量的5.85%，居世界第六位。B.人均和地均拥有量少；a.平均每人每年占有的河川径流量2260m3，不足世界的1/4，分别是美国人均占有量的1/6，前苏联的1/8，巴西的1/9和加拿大的1/58。b.平均每公顷耕地的河川径流占有量约为28320m3，为世界平均的80%。c.以占世界7%的耕地和6%的淡水资源养活着世界上22%的人口C.水资源时空分布不均降水是我国河川径流的主要补给来源，而我国降水量受海陆分布和地形等因素的影响，在地区上分布很不平衡，年降水量和径流深都由东南沿海向西北内陆递减。水资源分布状况东南沿海径流深为1200mm，而西北干旱地区小于5mm，甚至等于零•我国水资源人均水量和亩均水量少•水资源时空分布不均匀•水土资源组合不平衡•水土流失严重，许多河流含沙量大•我国水资源开发利用各地不平衡（2）我国水资源利用的主要问题开源A水利工程措施（时间、空间上的调节）如南水北调工程B其它措施（雨水、海水、再生水利用）节流城市节水－－节水型城市农业节水－－节水型农业水资源开发与利用对策开源、节流治污、管理南水北调总体规划推荐东线、中线和西线三条调水线路。A东线工程从长江下游扬州抽引长江水，利用京杭大运河连接洪泽湖、骆马湖、南四湖、东平湖。出东平湖后分两路输水：一路向北过黄河；另一路向东到烟台、威海。B中线工程：从丹江口水库引水到北京、天津。C西线工程：在长江上游通天河、支流雅砻江和大渡河上游，调长江水入黄河上游。西线工程的供水目标主要是解决涉及青、甘、宁、内蒙古、陕、晋等6省（自治区）黄河上中游地区和渭河关中平原的缺水问题。1952年10月30日毛泽东主席提出“南方水多，北方水少，如有可能，借点水来也是可以的”治污开源节流、治污为本综合管理综合管理：一龙管水，多龙治水经济手段：水价核心：提高用水效率第三节水污染（1）水体概念指河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、海洋，它包括水中的悬浮物、溶解物质、水生生物和底泥等完整的生态系统。•水体系河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、冰川和海洋等“贮水体”的总称。•在环境科学领域中，水体不仅包括水，而且还包括水中的悬浮物、底泥及水中生物等。•从自然地理的角度看，水体是指地表水被覆盖的自然综合体。•在环境污染研究中，区分“水”和“水体”的概念十分重要。如：重金属污染物易于从水中转移到底泥中，水中重金属的含量一般都不高，仅从水着眼，似乎水未受到污染，但从整个水体来看，则可能受到较严重的污染。水体的分类水体可以按“类型”区分，也可以按“区域”区分。A按“类型”区分地表贮水体可分为海洋水体和陆地水体。陆地水体又可分为地表水体和地下水体。B按“区域”划分是指某一具体的被水覆盖的地段，如太湖、洞庭湖、鄱阳湖，是三个不同的水体，但按陆地水体类型划分，它们同属于湖泊；又如长江、黄河、珠江，它们同为河流，而按区域划分，则分属于三个流域的三条水系。水体污染•排入水体的污染物在水体中的含量超过了水体的本底含量和水体的自净能力，使水和底泥的物理、化学性质或生物群落组成发生变化，从而破坏了水体原有的用途。•按来源分：–自然污染和人为污染。当前对水体危害较大的是人为污染。•按污染物质的不同分：–化学性污染、物理性污染和生物性污染三大类。污染类型和污染指标纯净的水是无色透明的。天然水经常呈现一定的颜色，主要来源于植物的叶、根、茎、腐殖质以及可溶性无机矿物质和泥沙。当各种工业废水如染料、纺织等废水排入水体后，可使水的颜色变为极其复杂。颜色可以说明所含污染物的含量。1、颜色污染类型和污染指标悬浮物是水体污染的基本指标之一。它指的是污水中呈固状的不溶解物质，单位为mg/L。思考：水体被悬浮物污染可能造成哪些危害？2、悬浮物（SS）水体被悬浮物污染的可能危害A）悬浮物可影响水体的透明度，降低光的穿透能力，减少水中的光合作用。B）悬浮物可限制水生生物的正常运动，堵塞鱼鳃，导致鱼的死亡。C)悬浮物可能是各种污染物的载体，它可能吸附一部分水中的污染物并随水流动迁移。D）悬浮物可使水体同化能力降低，并妨碍水体的自净能力。污染类型和污染指标由于原子能工业的发展，放射性矿藏的开采，核试验和核电站的建立以及同位素在医学、工业、研究等领域的应用，造成一定的放射性污染。污染水体最危险的放射性物质是锶（90）、铯（132）等。这些物质半衰期长，经水和食物进入人体后，能在一定部位积累，从而增加人体的放射线辐射，严重时可引起遗传变异或癌症。3、放射性污染污染类型和污染指标4、有机物浓度：是一个重要的水质指标。由于有机物组成比较复杂，要想分别测定各有机物含量比较困难，一般采用以下指标。（1）生物化学需氧量（BiochemicalOxygenDemand）：用BOD表示。BOD表示单位体积水中有机污染物经微生物分解所需的氧量（用毫克/升表示）。BOD越高，表示水中需氧有机物质越多。BOD5表示一定量污水内的有机污染物在5天内经微生物分解所耗的氧量。为什么要选5天？•第一阶段是有机物转化成CO2、NH3和H2O的过程。第二阶段是硝化过程，即NH3进一步在亚硝化菌和硝化菌的作用下，转化为亚硝酸盐和硝酸盐。•NH3已经是无机物。BOD一般指在第一阶段生化反应所需要的氧量。•在测定生化需氧量时，必须规定一个标准温度，一般以200C作为测定的标准温度。一般有机物在微生物新陈代谢作用下，其降解过程可分为两个阶段：•在200C和BOD的测定条件下，一般有机物20天才能基本完成第一阶段的氧化分解过程。这就是说，测定第一阶段的全部生化需氧量，需要20天。这在实际工作中是难以做到的。•为此，规定了一个标准时间，一般以5天作为测量BOD的标准时间，记为BOD5。•BOD5约为BOD20的70％左右。（2）化学耗氧量（ChemicalOxygenDemand）：用COD表示。COD指用化学氧化剂氧化水中的有机污染物所需的氧量。COD越高，表示有机污染物越多。常用的氧化剂有重铬酸钾和高锰酸钾（分别记为CODcr、CODMn）一般用高锰酸钾氧化法，其氧化率为50～60%，用重铬酸钾氧化法，其氧化率为80～90%。重铬酸钾能够比较完全的氧化水中的有机物。它对低碳直链化合物的氧化率为80％～90％，其缺点是不能像BOD那样表示微生物氧化的有机物量，此外，它还能氧化一部分还原性物质。所以CODcr、也含有一定的误差。•高锰酸钾也能够将有机物氧化，测出的耗氧量较CODcr低。这时测得的值也称为耗氧量。（3）总有机碳（TotalOrganicCarbon):用TOC表示。TOC指的是污水中有机污染物的总含碳量，其测定结果以C含量表示，单位为mg/L。（4）总需氧量（TotalOxygenDemand):用TOD表示。有机物主要由C、H、N、S等元素所组成。当有机物完全被氧化时，C、H、N、S分别被氧化为CO2、H2O、NO和SO2,此时的需氧量称为总需氧量。污染类型和污染指标用DO表示。DO是水质的重要参数之一，也是鱼类等水生动物生存的必要条件。DO完全消失或其含量低于某一限值时，就会影响到这一生态系统的平衡。水中DO耗尽后，有机物将进行厌氧分解，产生H2S、NH3和一些有难闻气味的有机物，使水质进一步恶化。5、溶解氧（DissolvedOxygen)过多的氮和磷等植物营养物质进入天然水体，藻类大量繁殖，引起DO大量减少，导致鱼虾等水生生物死亡，使水质恶化，引起富营养化。这种现象在海湾出现叫做赤潮。一般总磷超过20毫克/米3或无机氮超过300毫克/米3，即可认为水体处于富营养化状态。测定指标为TN、TP、NH4+、NO2－、NO3－、H2PO4－、HPO4＝污染类型和污染指标6、植物营养物污染类型和污染指标由于排放的工业废水引起天然水体温度的上升，严重的可形成热污染。热污染使水体水温升高，增加水体中化学反应的速率，会使水体中有毒物质对生物的毒性提高。水温升高可使一些藻类繁殖增快，增加水体“富营养化”的过程，使水体中的溶解氧下降，破坏水体的生态平衡和影响水体的使用价值。7、温度（热污染）pH值是污水水质的重要指标之一。水体