污染生态学710章

第七章水体污染及其主物防治水体污染是指污染物进入水体中的数量达到破坏水体原有功能的程度。水体是指以相对稳定的陆地为边界的天然水域，包括何流、湖泊、招泽、水库、地下水、川和海洋等。水体不仅包括水，还包括水中的悬浮物质、溶解物质、底泥及水生生物等完整生态系统，它是地表被水覆盖的自然综合体。我国水资源总量相对较丰富，地表径流总量为27万亿m3，占世界第六位；相当于陆地流总量的5％。但我国入均占有水量非常少，人均占有地表水仅2639m3，居世界第110位，世界人均径流量的四分之一。我国城币缺水更为严重，全国统什有434个城市缺水，其中50个城市属水荒城市。我国有三亿多亩农田受干旱威胁，成灾面积约1亿亩，14亿亩草场缺水。农村有5000多万人饮困难。3000多万头牲畜缺水。我国是世界13个贫水国之一。2000年全国工业（不包括火、核电工业，下同）废水排放量为509亿m3，工业废水中化学需氧量（COD）和氨氮排放量分别为1239万t和113万t。东部地区工业废水及COD、氨氮排放量分别占全国工业排放量的49%、55%和40%；中部地区分别占35%、31%和40%；西部地区分别占16%、14%和20%。2000年全国城镇（包括所有具有下水管网的建制市和建制镇）生活污水排放量为229亿m3，城镇生活污水中COD和氨氮排放量分别为655万t和69万t。东部地区城镇生活污水及COD、氨氮排放量分别占全国城镇排放量的57%、62%、58%；中部地区分别占27%、27%、30%；西部地区分别占16%、11%、12%。全国七大水系（珠江、长江、黄河、淮河、辽河、海河和松花江）、湖泊、水库、部分地区地下水及近岸悔域都受到了不同程度的污染。黄河断流时间最长的年份废污水排放量的变化1980～2000年，全国城镇生活用水由81亿m3增加到325亿m3，年均增长率达7.2%；工业用水量由418亿m3增加到1163亿m3，年均增长率达5.3%。城镇生活用水和工业用水之和占总用水的比例由11.3%提高到26.5%。与用水量增长趋势一致。水资源短缺和水体污染已经严重影响我国经济的发展。开展水体污染及其生物防治的研究是污染生态学中重耍的研究课题。污水灌溉、氧化塘和上地处理系统是污水生物处理的重大措施第一节污水灌溉污灌增加的原因：水土分布不均匀，华北、西北污水排放增加，农业用水矛盾加大概念污水灌溉（sewageirrigation）一般是指使用经过一定处理的城巾污水灌溉农田、森林和草地。城市污水通常是指含有大量生活污水和商业污水以及少量工业废水的混合污水，也有全部用工业废水（主要指农产品加工废水）进行灌溉的。污水灌溉可分为：纯污水灌溉（全年用污水灌溉》、清污混灌（清水、污水棍合使用或轮流灌溉）间歇污水灌溉（只在冬季或作物生长期迸行污水灌溉）应用工业和生活污水进行农业灌溉在世界各地已有近百年的历史，美国、澳大利亚、日本和以色列等国家污水灌溉技术比较成熟。尤其是以色列，由于水资源的严重不足，该国91%的工业和生活污水由下水道收集57%的污水经过了净化处理后仍用于农业灌溉和园林草地灌溉。目前，以色列每年大约用3亿m3处理过的净化水用于农业灌溉，计划2010年全国1/3的农业灌溉将使用处理过的废污水。一、发展现状我国污水灌溉的发展大体可划分为3个阶段3：1957年以前为自发灌溉时期。自古以来，我国就有利用废水灌溉的习惯，自20世纪40年代起，在北京附近开始利用工业与生活废污水进行农田灌溉；1957～1972年为初步发展时期。1957年当时建工部联合农业部、卫生部把污水灌溉列入国家科研计划，从此开始兴建污水灌溉工程，污水灌溉得到了初步发展；1972年至今为迅速发展时期。尽管1972年在石家庄召开了全国污水灌溉会议，制定了“积极慎重”的发展方针，并制定了污水灌溉暂行水质标准，但由于自20世纪80年代中后期，随着我国北方地区水资源短缺的加剧和我国南方地区乡镇企业的迅猛发展，使得我国污水灌溉面积得到迅速扩大。据统计，我国1999年污水排放量达401亿m3，污水灌溉面积从1963年的4.1万hm2发展到1998年的361.8万hm2，占全国灌溉总面积的7.3%，特别是20世纪70年代末至90年代中期，污水灌溉面积由33.33万hm2猛增到333.33万hm2。地域分布上，我国污水灌溉的农田主要集中在北方水资源严重短缺的海、辽、黄、淮四大流域，约占全国污水灌溉面积的85%。大型污水灌溉主要分布在我国北方大中城市近郊区，如北京、天津、辽宁、山西和新疆石河子污水灌溉区。二、污水灌溉存在的主要问题1.污水处理技术水平较低，污水灌溉水质严重超标、农田污染严重。2.污水灌溉面积盲目发展，相关监控、管理体系严重滞后，作物污染严重。3.城市郊区渠道灌溉功能退化，大多变成污水排放的河道。4.污水灌溉的理论与技术研究不够三、污水灌溉的效益污水灌概的效益可以归纳为3个方面：（一）提供灌溉水源（二）提高土壤肥力污灌能增加士壤肥力污灌改善了上壤物理性质污灌能增强土壤微生物活性（三)净化污水四、污灌净化水体的机制1、物理化学吸附和交换吸附作用2、生物氧化作用3、化学和光化学降解4、植物的吸收和代谢五、污灌存在的问题1、有机质过多消耗土壤中的氧气，导致营养环境。2、微量元素过多，对植物产生毒害。3、油过多，杜塞土壤空隙，隔绝氧气，加速土壤的还原。4、有害物质（重金属、有机氯等）破坏农田生态系统稳定。5、城市和医院污水造成病原菌污染。六、措施（1）利用氧化塘处理污水，再用于农灌。（2）排污管道的净化作用七、污灌技术的研究（一）各类污水灌溉的可能性和措施污水分为：城市生活污水：有机质工矿污水：重金属、酚、氰、农药、石油等（二）、研究污染物在土壤－植物系统中迁移、转化和富集规律，合理调整作物布局。（三）、土壤环境容量和净化功能的研究（四）、污灌的监测和管理（五）、污水的预处理技术第二节富营养化云南高原的明珠——昆明滇池，一向以山清水秀而闻名遐迩。清末著名诗人孙髯公以著名的110字长联来讴歌她。可是，近20年来，由于昆明地区人口剧增大量有机废弃物无节制的排入湖体，湖泊富营养化严重，直接影响到滇池旅游功能的发挥，最近完成的一期治理工程，虽耗资40亿，可是仍未见明显效果。一、富营养化概念富营养化（eutrophication）它是指水体中营养物质过多，特别是氮、磷过多而导致水生植物（浮游藻类等）大量繁殖，影响水体与大气正常的氧气交换，加之死亡藻类的分解消耗大量的氧气，造成水体溶解氧迅速下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡，加速水体衰老的进程。破坏水体生态系统。是水体衰老的一种表现，也是潮泊分类与演化的一个指标。水体出现富营养现象时，浮游生物大量繁殖，因占优势的浮游生物的颜色不同，水面往往呈现蓝色、红色、棕色等。这种现象在江河、湖泊中称为水华，在海洋上则称为赤潮。这些藻类有恶臭，有的还有毒，表面有一层胶质膜，鱼不能食用。藻类聚集在水体上层，一方面发生光合作用，放出大量氧气，使水体表层的溶解氧达到过饱和；另一方面藻类遮蔽了阳光，使底生植物因光合作用受到阻碍而死去。这些在水体底部的死亡的藻类尸体和底生植物在厌氧条件下腐烂、分解，又将氮、磷等植物营养元素重新释放到水中，再供藻类利用。这样周而复始，就形成了植物营养元素在水体中的物质循环，使它们可以长期存在于水何中。富营养化水体的上层处于溶解氧过饱和状态，下层处于缺氧状态，底层则处于厌氧状态，显然对鱼类生长不利，在藻类大量繁殖的季节，会造成大量鱼类的死亡。同时，大量藻类尸体沉积水体底部，会使水深逐渐变浅，年深月久，这些湖泊、水库等水体会演变成沼泽，引起水体生态系统的变化，如图所示。因此，水体的富营养化亦是水体遭受污染的一种很值得注意并应予给予足够重视的严重现象。水体富营养化与水中氧平衡有密切的联系。因此，常用一些反映水体氧平衡的指标来描述水体富营养化：1、溶氧量DO：指溶解于水中的分子态氧。2、生化耗氧量BOD：指水体中的有机物在好气条件下经微生物分解咸CO2和H2O时所需要的氧气。3、化学耗氧量COD：指化学氧化剂氧化水中有机污染物时所需的氧气。高锰酸钾法和重铭酸钾法4、总有机碳与总需氧量总有机碳（TOC）包括水中所有有机物质的含碳量，是评价水体有机物污染的一个综合指标。总需氧量（TOD）是指把水体中的碳、氮、硫、氢等元素全部氧化时所需氧的总量。TOC、TOD与BOD只在水质条件基本相同的情况下．才能表示为一定的相关关系。二、富营养化形成的条件1、营养元素氮、磷是主要元素，最小值定律：P2、光决定植物的分布：富光带光补偿面深水带水体中的光照强弱、水生植物光合强度的强弱直接影响水体的富养化。3、温度水体温度的时间变似季节、昼夜）形成水体的运动，是影晌水中氧和营养物质的垂直运动和在各层分布的重要因索。夏、冬季节水体的上下对流弱春、秋季对流强二、富营养化的指标与评价（一）富营养化的指标1、物理指标（1）透明度（2）营养状态指数，不同的营养状态水应水质参数。表2、化学指标氮、磷的含量表3、生物学指标生物多样性指标，如浮游生物表贫营养性浮游硅藻（小环藻、平板藻〕浮游黄鞭毛藻（锥囊藻）富营养拴浮游硅藻（星杆藻、囫杆型、冠盘藻，颗粒直连藻）富营养性浮游绿藻（盘星藻、栅藻）浮游蓝藻（向囊藻、囊丝藻、鱼腥藻｝眼虫藻类浮游生物（裸藻）细菌类浮憎生物（二）富营养化评价没有统一的评价模型。模糊决策法：三、富营养化的危害感官恶化，不利观光渔类窒息或中毒死亡影响植物生长水质变劣，净化费用提高加速湖泊衰亡附件：废水处理的基本方法废水处理按其处理程度不同可分为三级：一级处理，主要是去除废水中呈悬浮状态的固体污染物质。基本上采用物理方法。一级处理后的废水，通常仍含有有机物及其它污染物，不宜排放，还必须进行二级处理。二级处理主耍去除废水中呈胶体和溶解状态的有机性污染物，BOD的去除率可达80％以上，常用的处理方法是生物化学法。二缀处理后的废水，水质已很大改善，一般可达到排放标准。三级处理用干去除不能降解的有机物，以及氮、磷等可溶性无机物。混凝沉淀、砂滤、活性碳过糠、离子交换、电惨析、生物脱氮等。物理方法主要是通过物理作用采分离或回收废水中的悬浮物质，常用常用的方法主要有筛滤、沉淀、气浮、过滤、离心分离、蒸发、结晶等方法；化学法，主要是借助化学反应的作用，来回收或去除废水中的溶解性物质或胶体物质，常用的化学方法有化学沉淀法、混凝法、中和法、氧化还原法等；物理化学法，是从废水中回收有用成分，分离溶解物威，以及使废水循环利围等，常用的方法有吸附法、离子交换法，萃取取法、汽提法、吹脱法、电渗析法、反渗透法等；生物方法是利用微生物的作用，使废水中溶解性和胶体性有机污染物降解，转化为简单的物质，将有毒物质转化为无害物质。四、富营养化治理1、污泥法除氮三段污泥法：去除BOD硝化脱氮污泥2、活性污泥法除磷3、高等水生植物：水葫芦、眼子菜4、建立良好的水生生态系统初级生产者：植物消费者：动物分解者：微生物第三节氧化塘氧化塘（oxidationponds）又称稳定塘或生物塘。它是利用库塘等水生生态系统对污水的净化作用，进行污水处理和利用的生物工程措施。氧化塘作用的基本原理是生物降解。当废水进入塘后，可沉淀的固体沉至塘底，其中有机物进行厌氧分解．产生的沼气（CH4）逸出水面，二氧化碳、氨等溶解于永中。溶解或悬浮干水中的有机物经微生物作用进行有氧分解，同时释放的氨和二氧化碳溶解于水中，供水中藻类营养和繁殖。藻类进行光合柞用放出的氧气供微生物分解有机物。一、我国氧化塘的主要特点（1）充分利用地形（2）超大型氧化塘工程（3）净化和利用相结合（4）广谱、高效、稳定的净化能力（5）人工强化系统塘的研究和利用二、氧化塘的结构和净化机制采用厌氧、兼性和好氧串联氧化塘。每塘又由于水深浅不同区分为好氧区、兼性区和厌氧区。•氧化塘的净化作用主要是通过氧化、还原、合成的过程去除污水中的污染物（生物可降解的物质）。•生物不能降解的物质，则由污水中物理化