第五章 水体污染

环境科学概论第五章水体污染主讲：章玲环境科学概论一、水是宝贵的自然资源地球上水的分布大致是这样的：海洋占97.2％，冰山和冰川占2.15％，地下水占0.31％，湖泊占0.009％。大气中水蒸气占0.001％，而河流与小溪仅占0.0001％。地球可供人类和陆地上的动植物竞争使用的淡水量尚不足地球总水量的1％。第一节概述环境科学概论全世界河流径流总量按人平均，每人在一万立方米以上，我国地面稳定的径流量近2.7亿立方米，居世界第六位，若按人均计算，每人占有2300立方米，只相当于世界人均量的1/4。在时空上分布也不均匀，东南方多，西北部少，夏秋季多，冬春季少。环境科学概论我国水资源分布极不均衡，与土地、矿产资源分布组合不相适应。全国水资源的81%集中分布在长江及其以南地区，该地区耕地面积仅占全国的36%；而淮河及其以北地区，耕地面积占全国的64%，水资源量仅占全国的19%。华北地区已探明的49种主要矿产资源的潜在价值占全国的41.2%，而水资源只占4.7%；江南地区矿产资源仅占全国10.2%，而水资源却占全国的42.6%。因而形成了南方水多耕地矿产少，水量有余；北方耕地矿产多，水资源短缺的局面。环境科学概论二、水资源短缺（一）主要原因：1、自然条件方面（1）空间分布不均全球有效淡水不及总水量的1%，但可满足200亿人低水平的需要，不过由于人口分布和降水的时空分布不均匀，造成很多地区缺水（2）时间分布不均环境科学概论2、城市与工业集中发展全世界城市人口占41.6%，而城区面积只有0.3%，城市人口和工业的过分集中，造成了城市用水严重短缺。环境科学概论3、水体污染严重由于工农业生产和人民生活产生的大量污染物，使很多水体受到污染，失去了使用功效，也是水资源短缺的一个原因。全世界每年排放的废水达到4000多亿吨，造成50000多亿吨水资源被污染。据推测，在2025年以前，因为水的原因而成为难民者将多达1亿人。我国南方地区虽然水多，但由于污染，水质性缺水相当严重4、用水浪费和盲目开采造成水资源不足环境科学概论序号富水国家人均M3/人年序号缺水国家人均M3/人年1加拿大1219301马尔它702巴拿马660602利比亚1903尼加拉瓜534803巴巴多斯2004巴西382804阿曼54013美国1043013中国2400环境科学概论《全球环境展望》发布：“目前全球一半的河流水量大幅度减少或被严重污染，世界上80个国家或占全球40%的人口严重缺水。如果这一趋势得不到遏制，今后30年内，全球55%以上人口将面临水荒”环境科学概论第二节水体污染一、水体污染的概念水体污染是指排入水体的污染物使该物质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，导致其物理、化学、生物、放射性特性的改变，从而影响了水体的有效利用，危害人体健康或者破坏生态环境，造成水质恶的现象。环境科学概论从以上定义可以看出：①水污染是一种水质恶化的现象；②这种恶化是由于水体中进入了某种物质或能量而造成的；③水体所承纳的物质或能量之多已达到了导致水体水质发生改变的程度，即超过了水体的自净能力；④这种变化影响了水的有效利用，即将本来可用于某种目的的水恶化为只能用于更低目的的水环境科学概论国家环保总局局长周生贤就水污染防治法修订草案所作的说明：2005年全国七大水系的411个地表水监测断面中有27%的断面为劣Ｖ类水质，全国约50%的城市市区地下水污染严重。3亿多农村人口的饮用水存在安全问题。一些地区甚至出现了“有河皆干、有水皆污”的现象。水污染事故频繁发生。2005年全国共发生环境污染事故1406起，其中水污染事故693起。上述数字只是一个平均数，不少学者认为，仅仅根据现有的数据仍不足以反映中国水污染的真实状况。环境科学概论二、水体污染源和污染物（一）水体污染源水体污染源是指造成水体污染的污染物的发生源。通常是指向水体排入污染物或对水体产生有害影响的场所、设备和装置。按污染物的来源可分为工业污染源、生活污染源和农业污染源；按照排放污染物的空间分布方式，可以分为点源和非点源。环境科学概论点源是指以点状形式排放而使水体造成污染的发生源；非点源也称面源，是以面积形式分布和排放污染物而造成水体污染的发生源。目前湖泊水体富营养化主要是由于面源带来的大量氮、磷等所造成的。环境科学概论1）工业污染源特点：悬浮物含量高。最高可达30000mg/l；需氧量高，有机物一般难于降解；PH值变化幅度大：PH=2-13；温度高，排入水体可引起热污染；易燃，常含有低燃点的挥发性液体，如汽油、苯、甲醇、酒精、石蜡等；含有多种多样的有害成分。环境科学概论2）生活污染源特点：浑浊，含大量有机物，且均无毒；含有大量合成洗涤剂；含有多种微生物。环境科学概论3）农村水体面源污染源分析下水尚未与市区污水干道连通的村镇生活污水未收集或未及时收集的各种垃圾农田残留氮磷肥和农药裸露土地和农田的水土流失分散性餐饮废水农户分散畜牧家禽养殖业废水大气中的降尘、机动车辆排出气体中的油类物质和颗粒特点：面广、分散、难于治理。环境科学概论三、几种重要水体污染物的性质及来源水体中的污染物按其性质及组成可分为无机无毒、无机有毒、有机无毒、有机有毒、放射性物质、热污染、病原微生物等。环境科学概论1.需氧污染物：某些有机化合物可在微生物的作用下最终分解成简单的无机物质、CO2和H2O等，这些有机物在分解过程中需要消耗大量的氧，故又称为需氧污染物。如：C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O1801920.01x所以：X=0.011g/l环境科学概论实际工作中，一般采用下列指标来表示水中需氧有机物的含量：（1）化学需氧量：COD（ChemicalOxygenDemand）用化学氧化剂氧化水中有机污染物时所需的氧量。目前常用的氧化剂主要是：重铬酸钾（CODCr）和高锰酸钾（CODMn）。（2）生化需氧量：BOD（Bio-chemicalOxygenDemand）表示水中的有机污染物经微生物分解所需的氧量（mg/l）。环境科学概论有机污染物经微生物氧化分解的过程，一般可分为两阶段，第一阶段主要是有机物被转化为CO2、H2O和NH3等。RCH（NH2）COOH+O2=RCOOH+CO2+NH3第二阶段主要是氨被转化为亚硝酸盐和硝酸盐：2NH3+3O2=2HNO2+2H2O2HNO2+O2=2HNO3在测定BOD时一般以20℃作为测定的标准温度，以五天作为测定BOD的标准时间，简称五日生化需氧量（BOD5表示）环境科学概论（3）总有机碳：TOC（TotalOrganicCarbon）包括水中所有有机污染物质的含碳量，以化学燃烧方法测定。(4)总需氧量：TOD（TotalOxygenDemand）TOC和TOD均是以化学燃烧氧化反应，前者测定结果以碳表示，后者测定结果以氧表示。环境科学概论水体中需氧有机物的来源污染水体中的需氧污染物主要来自生活污水、牲畜污水及食品造纸、制革、印染、焦化、石油化工等工业废水。环境科学概论⒉植物营养物所谓植物营养物主要是指N、P、K、S及其化合物。（1）水体中植物营养物质的来源第一，也是主要方面，来自化肥，施入农田的化肥只有一部分为农作物所吸收，未被吸收的则被农田排水和地表径流携带至地下水与地表水中；环境科学概论第二，来自生活污水的粪便（N的主要来源）和含P洗涤剂；第三，由于雨、雪对大气的淋洗和对磷灰石、硝石、鸟粪层的冲刷，使一定量的植物营养物质汇入水体环境科学概论（2）植物营养物质的危害-水体富营养化水体富营养化：水体中植物营养物质含量的增加，将导致水生生物，主要是各种藻类大量繁殖，藻类过度旺盛的生长繁殖将造成水体溶解氧急剧变化，使水体处于严重缺氧，而造成鱼类大量死亡。这种现象称为水体富营养化一般来说，水体中P超过20mg/m3，或无机氮超过300mg/m3，即可认为水体处于富营养化状态。可见，对发生富营养化作用来说，P的作用大于N。环境科学概论水体富营养化的主要危害：①藻类大量繁殖，耗去水中溶解氧，造成水中鱼类窒息而无法生存，水产资源遭破坏；②水中含氮化合物的增加，对人畜健康带来很大危害，硝酸盐超过一定量时有毒性，亚硝酸盐又能在人体内与仲胺合成亚硝胺，可使人得癌症，生畸胎并影响遗传。环境科学概论富营养化的防治富营养化的防治的困难表现在：（1）污染源的复杂性，导致水体富营养化的N、P来源既有天然源，又有人为源，既有外源性污染源又有内源性污染源。（2）营养物质去除的高难度。环境科学概论富营养化的主要治理技术措施1.工程性措施：挖掘底泥沉积物；深层曝气；注水冲稀。2.化学方法：凝聚沉降方法；用杀藻剂杀死藻类3.生物性措施：利用水生生物吸收；投放鲢鱼以控制蓝绿藻的生长。环境科学概论3.重金属污染在环境污染方面所说的重金属实际上主要是指汞、镉、铅、铬以及类金属砷等生物毒性显著的，也指具有一定毒性的一般金属如Zn、Cu、Co、Ni、Sn等。目前最引人注意的是Hg、Cd、Cr、Pb、As等，也有人称之为“五毒”。环境科学概论重金属污染物的最主要的特征是：在水体中不能被微生物所降解，而只能发生各种形态间的相互转化，以及分散和富集的过程，这些过程称为金属迁移。重金属污染物的危害最主要的是生物毒性。环境科学概论重金属的污染有三个特点：①在天然水体中，只要微量浓度即可产生毒性效应，一般重金属产生毒性的范围大致在1-10mg/l，毒性较强的金属如Hg、Cd产生毒性的浓度范围在0.01-0.001mg/l。②通过食物链的生物放大作用，重金属可以在较高级生物体内成千成万倍地富集,然后通过食物进入人体，在人体某些器官中积累造成慢性中毒。③水体中的某些重金属可在微生物的作用下，转化为毒性更强的金属化合物，如甲基化（甲基汞）。环境科学概论⒋热污染废热污染，可能产生的影响包括：（1）造成水体温度升高，使水中溶解氧减少；（2）影响生产者的物种组成，因而影响整个食物链；（3）刺激水中有害物质的反应活性，增强有毒物质、重金属等的生物毒性。（4）使鱼类抗病能力下降，变得极易感病。环境科学概论⒌氯代烃氯代烃也叫有机氯，是一种合成有机物，其中1个或几个氢原子被氯原子取代。溴原子和氟原子在化学上类似氯原子。也能取代氢原子，所以，这个族的取代烃称为卤代烃，这种化合物广泛用于塑料、电绝缘体、农药、灭火剂、木材防腐以及许多其他产品。环境科学概论许多氯代烃具有2个使其特别容易产生生物累积的特点：化学性质极端稳定，脂溶性强，水溶性低，因而很易在生物体内积累。环境科学概论⒍酚类化合物酚属于有机有毒类污染物，可使蛋白质凝固，主要作用于神经系统。水体受酚污染后，会严重影响各种水生生物的生长和繁殖，使水产品产量和质量降低。环境科学概论⒎氰化物污染水体中氰化物主要来自化学、电镀、煤气、炼焦等工业排放的含氰废水。氰化物是剧毒物质。水体对氰化物有较强的净化能力，天然水体中净化过程，主要有二个途径：一个是挥发排除：CN-+CO2+H2O=HCN↑+HCO3-（这一过程的净化量可以占到水体对氰化物自净的90%左右）；环境科学概论另一过程是氧化过程（即生物化学氧化）2CN-+O2→2CNO-CNO-+2H2O→NH4++CO32-在一般天然水条件下，微生物氧化过程所造成氰化物的自净量只占水体对氰化物总自净量的10%左右，在夏季，微生物氧化过程的自净量可以达到30%左右。环境科学概论⒏酸、碱及一般无机盐类酸性废水主要来自三个方面：①矿山排水是酸性废水主要来源之一，矿山排出水中的酸是由硫化矿物的氧化作用产生的，反应式：4FeS2+15O2+14H2O=8H2SO4+4Fe（OH）3↓环境科学概论②冶金和金属加工酸洗废水。③雨水淋洗含SO2烟气后形成酸雨，流入水体。碱性废水主要来自碱法造纸、人造纤维、制碱、制革等工业废水。环境科学概论酸、碱污染的危害酸、碱废水破坏水体的自然缓冲作用，消灭或抑制细菌及微生物的生长，妨碍水体自净，还可腐蚀船舶，改变水体的pH值，另外，还可大大增加水中的一般无机盐类和水的硬度，（因为，酸、碱中和可产生某些盐类，酸、碱与水体中的矿物相互作用，也产生某些盐