4 水环境监测(上)

材料科学与化学工程学院上一页下一页2019/9/12环境监测技术第一节水质污染与监测第二节水质监测方案制订第三节水样的采集和保存第四节水样的预处理第五节物理指标检验第六节金属化合物的测定第七节非金属无机物的测定第八节有机污染物的测定第九节底质监测第十节活性污泥性质的测定水和废水监测材料科学与化学工程学院上一页下一页2019/9/12环境监测技术第一节水质污染与监测一．水资源概述二．水污染情况三．水质监测与评价四．水污染防治策略材料科学与化学工程学院上一页下一页2019/9/12环境监测技术水是人类社会的宝贵资源海水,97.30%淡水,2.70%全球水资源可利用1%不可利用99%淡水资源一、水资源概述人类易于利用的淡水约占全部淡水的20％左右，而直接能取用的河、湖淡水仅占全部淡水的0.3％（14亿）km3（3800万）km3材料科学与化学工程学院上一页下一页2019/9/12环境监测技术•水体是地表水圈的重要组成部分，指的是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、江河和相对静止的塘堰、水库、湖泊、沼泽，以及受潮汐影响的三角洲与海洋。•把水体当做完整的生态系统或综合自然体来看待，其中包括水中的悬浮物质、溶解物质、底泥和水生生物等。•水体可划分为“类型”的概念和“区域”的概念。1．按“类型”可划分为：(1)海洋水体：包括海和洋。(2)陆地水体：包括地表水体——河流、湖泊、沼泽；地下水体。2．“区域”的概念：是指某一具体的被水覆盖的地段，如太湖、洞庭湖、鄱阳湖，按类型划分它们同属于陆地地表水体中的湖泊；按区域划分它们是三个区域内的水体。材料科学与化学工程学院上一页下一页2019/9/12环境监测技术•区分水质与水体的概念十分重要。水质主要指水相的质量。通过水体的物理(色度、悬浮物等)、化学(有机和无机物含量)和生物(细菌、微生物、浮游生物、底栖生物)的特征及组成状况，反映了水体环境自然演化过程和人类活动影响的程度。•水体则包含有除水相以外的固相物质，内容广泛得多。例如重金属元素污染物可从水相转移到固相底泥中，水相中重金属含量较低，而底泥受到重金属污染。从水体范畴已受到重金属的污染。材料科学与化学工程学院上一页下一页2019/9/12环境监测技术•水资源供应不足是世界各国所面临的严重问题。•由于地理条件的差异引起的水资源分布不均•水污染导致的水质性缺水•海水被蒸发后，又以大气降水形式回归海洋的，称为局部的海洋水分循环。陆地水自地表蒸发到大气中，又以降水形式回到陆地的称为局部的内陆水分循环。上述两种情况融合以后，形成比较复杂的水分循环，称为全球水分循环。•淡水循环的主要形式为降雨，循环分布区域为大气层到地下5公里，淡水储藏主要为地下水（浅水层蓄水层）和地表水（河流、湖泊、沼泽、冰川等）人类能够较好利用的只是那些循环较快的淡水（大约1100万km3）材料科学与化学工程学院上一页下一页2019/9/12环境监测技术•目前世界各国每年所消耗的淡水约2088km3，连同可以循环使用的水，总量约为3300km3／a，约占全球全年总径流量的90％，其余10％的淡水流到海洋中。因而从全球角度来看水资源是丰富的。•但是，随着世界人口的不断增加和工农生产的迅速发展，人类对水量的需求日益增多；而水资源的利用和水量分布极不平均，可用的水源和人口分布不成比例关系。•与此同时，人类利用水资源时，又使未经处理的废水和废物排入水体造成人为的水质污染。材料科学与化学工程学院上一页下一页2019/9/12环境监测技术A.有限的水资源•各种威胁世界人口急剧膨胀；平均每人用水量上升；工业用水急剧增加；拉美和亚洲的大农业生产；全球变暖；工业生产（采矿业）；地球表面“硬壳化”•缺水实例美国Ogallala蓄水层；墨西哥谷地城市下陷；中东危机--努比亚蓄水层、海水侵蚀；中国“奇迹”华北平原--地下水位年均下降1.5米材料科学与化学工程学院上一页下一页2019/9/12环境监测技术B.水的厄运•有毒物的排放：农药、化肥、细菌、医院废弃物、化学物质和放射性物质•污染：工业、农业、畜牧业等的污染（S、N等→酸雨）•湿地、森林的消失湿地功能：控制侵蚀、储蓄水份、过滤污染物、工业化、城市化、大规模的农业灌溉导致湿地消失森林功能：保护和净化水源阻挡污染物入侵，出口创汇砍伐森林•全球气候变暖海平面上升、沿海湿地消失；土壤水份，江河湖海加剧蒸发；积雪场数量减少；湖水更新时间变长材料科学与化学工程学院上一页下一页2019/9/12环境监测技术•过渡灌溉和不可持续的农业灌溉并不总是好事，可能的负面影响：土地盐碱化；沙漠化；表层土寝室；水资源短缺咸海：世界第四大湖阿姆河、锡尔河机械化农业→体积减少80％毒盐•大坝和水库大坝目的：水力发电、改进航运、城市用水和农业灌溉弊端：淹没植被→滋生细菌→吸收土壤中的汞→被鱼吸收→生物链富集作用；淹没植被→分解释放温室气体和硫化氢等；地震生态系统的破坏•实例：充满毒物的世界水系统中国80％的主要河流不适合鱼类生存亚洲之最日本：污染源主要为高度氯化的溶剂俄罗斯：75％的河水和湖水不适宜引用美国：液化粪便溢出粪便和抗生素致死塑料袋和药品的污染：阻塞湿地和排水系统；化学物质和荷尔蒙（德国：部分地区自来水含高浓度的雌性激素）材料科学与化学工程学院上一页下一页2019/9/12环境监测技术中国的水资源状况•中国水资源紧张，多年平均水资源总量为28124亿立方米。按1998年人口计算，人均水资源占有量为2221立方米，仅为世界人均的1/4。居世界第121位。•水土资源的区域分布条件不相匹配——南方片北方片内陆河片•生态环境用水问题突出黄河、永定河泥沙河道西北内陆地区河流生态脆弱•全国300多个城市缺水，其中近百个城市严重缺水。材料科学与化学工程学院上一页下一页2019/9/12环境监测技术中国的地表水资源主要集中在七大水系：•长江（年径流量：9513亿立方米）•黄河（年径流量：661亿立方米）•松花江（年径流量：762亿立方米）•辽河（年径流量：148亿立方米）•珠江（年径流量：3338亿立方米）•海河（年径流量：228亿立方米）•淮河（年径流量：622亿立方米）材料科学与化学工程学院上一页下一页2019/9/12环境监测技术按人均拥有水量计，我国仅有2200m3/人，约占世界平均水平的1/4。据上海2000年的统计，上海淡水资源：全球平均我国不可利用地表水需水量可利用地表水地下水总量：595.6亿m3地表水593.5亿m3可利用118.8亿m3地下水2.1亿m3上海2000年需水量为158.5亿m3材料科学与化学工程学院上一页下一页2019/9/12环境监测技术•污染物进入水体后首先被稀释，随后经过复杂的物理、化学和生物转化，使污染物浓度降低、性质发生变化，水体自然地恢复原样的过程称为自净。自净能力决定着水体的环境容量（洁净水体所能承载的最大污染物量。•当污染物进入河流、湖泊、海洋或地下水等水体后，其含量超过了水体的自然净化能力，使水体的水质和水体底质的物理、化学性质或生物群落组成发生变化，从而降低了水体的使用价值和使用功能的现象，被称作为水体污染。•1984年颁布的中华人民共和国水污染防治法中为“水污染”下了明确的定义，即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征的改变，从而影响水的有效利用，危害人体健康或者破坏生态环境，造成水质恶化的现象称为水污染。二、水污染情况材料科学与化学工程学院上一页下一页2019/9/12环境监测技术（一）水质污染分类化学型污染——由酸碱、有机和无机污染造成的污染；物理型污染——色度、浊度、悬浮固体、热污染、放射性；生物型污染——生活污水、医院污水。（二）水体污染来源水体污染源指的是向水体排放污染物的场所、设备和装置等。通常也包括污染物进入水体的途径。工业废水、农业退水（含灌溉、农药喷洒、养殖排泄等）、生活污水（含复杂的混合型城市污水）（三）主要水污染类型材料科学与化学工程学院上一页下一页2019/9/12环境监测技术分类污染物质污染原因与污染危害化学类污染无机污染物质：酸、碱和一些无机盐类。酸碱污染使水体的pH值发生变化。妨碍水体自净作用，还会腐蚀船舶和水下建筑物，影响渔业。无机有毒物质：主要有汞、镉、铅、砷等元素重金属。工业企业的排放。有潜在长期影响。有机有毒物质，主要是各种有机农药、多环芳烃、芳香烃等。工业企业的排放。化学性质很稳定，很难被生物所分解。需氧污染物质：碳水化合物、蛋白质、脂肪和酚、醇等。生活污水和某些工业废水排放影响。有机物质可在微生物的作用下进行分解，在分解过程中需要大量氧气，影响水生生物的繁殖植物营养物质：含氮、磷等植物营养物质。主要是生活与工业污水和农田排水残余。富营养化。油类污染物质：石油对水体的污染。多数是海洋采油和油轮事故产生。材料科学与化学工程学院上一页下一页2019/9/12环境监测技术物理类污染不溶性浮物质:包括固体物质和泡沫塑料等。由生活污水、垃圾和工业企业所产生的废物泄入水中或农田的水土流失所引起的。影响水体外观与水中植物的光合作用，减少氧气溶入，影响水生生物生长。热污染：水体不正常升高。来自各种工业过程的冷却水，直接排入水体。溶解氧含量降低、水中存在的某些有毒物质的毒性增加等现象，从而危及鱼类和水生生物的生长。放射性污染：放射性废水、废物存在于水体中。原子能工业的放射性矿藏的开采,核试验和核电站的建立，以及医学、工业、研究中的同位素。发射性对接触人体产生发射性作用生物类污染生物性污染：主要是原来存在于人畜肠道中的病原细菌，如伤寒、副伤寒、霍乱细菌等。生活污水，特别是医院污水和某些工业废水污染水体。材料科学与化学工程学院上一页下一页2019/9/12环境监测技术日本水俣病事件•从1949年起，位于日本熊本县水俣镇的日本氮肥公司开始制造氯乙烯和醋酸乙烯。由于制造过程要使用含汞（Hg）的催化剂，大量的汞便随着工厂未经处理的废水被排放到了水俣湾。•1954年，水俣湾开始出现一种病因不明的怪病，叫“水俣病”，患病的是猫和人，症状是步态不稳、抽搐、手足变形、神经失常、身体弯弓高叫，直至死亡。经过近十年的分析，科学家才确认：工厂排放的废水中的汞是“水俣病”的起因。•汞被水生生物食用后在体内被转化成甲基汞（CH3HCl），这种物质通过鱼虾进入人体和动物体内后，会侵害脑部和身体的其他部位，引起脑萎缩、小脑平衡系统被破坏等多种危害，毒性极大。在日本，食用了水俣湾中被甲基汞污染的鱼虾人数达数十万。材料科学与化学工程学院上一页下一页2019/9/12环境监测技术（四）富营养化•“营养化”(Eutrophication)是一种氮、磷等植物营养物质含量过多所引起的水质污染现象。•水体富营养化类型:天然（湖泊）、人为•营养化的特征：共同特征为藻类和浮游生物大量繁殖，水体溶解氧量下降，使鱼类或其他生物大量死亡、水质恶化的现象。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、乳白色等，这种现象在江河湖泊中称为“水华”，在海洋则称为“赤潮”。•水体富营养化状态判断标准：吉克斯塔特（Gekstatter）提出的划分水质营养状态的标准，并为美国环境保护局（EPA）在水质富营养化研究中得到采用。材料科学与化学工程学院上一页下一页2019/9/12环境监测技术贫营养湖泊与富营养湖泊特征比较贫营养湖泊富营养湖泊1.营养物质贫乏2.浮游藻类稀少3.有根植物稀疏4.湖盆通常较深5.湖底常为砂石、砂砾6.水质清澈透亮7.湖水温度较低（冷水）8.特征性鱼类：鲑鱼等1.营养物质丰富2.浮游藻类较多3.有根植物茂盛4.湖盆通常较浅5.湖底多为淤泥沉积物6.水质混浊发暗7.湖水温度较高（温水）8.特征性鱼类：鲤、草、鲢等吉克斯塔特划分水质营养状态的主要参数和标准参数项目单位贫营养中营养富营养总磷浓度叶绿素a浓度塞克板透明度溶解氧饱和度mg/Lµg/Lm%0.0143.7800.01-0.024-102.0-3.710-800.02102.010材料科学与化学工程学院上一页下一页