环境学概论 第三章水体环境

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1、第三章 水体环境 2 主要内容 第一节 水体环境概述 第二节 污染物在水体中的扩散 第三节 污染物在水体中的转化 第四节 水环境污染控制及管理 补充 海洋油污染 3 第一节 水体环境概述 一一 天然水在环境中的循环天然水在环境中的循环 二二 天然水的水质天然水的水质 三三 水体的概念和水体污染水体的概念和水体污染 四 水体污染源和污染物 4 第一节 水体环境概述 一一 天然水在环境中的循环天然水在环境中的循环 1 水循环的环境意义 净化作用 冲刷 侵蚀 水土流失 酸雨 腐蚀地面 污染水体 土壤 径流 地面净化 降水 大气净化 负面作用 5 3 水资源的特性 与其它自然资源相比 A 资资源的循环

2、环性 B 储储量的有限性 C 分布的不均衡性 E 利害的两重性 图图 D 利用的多用性 2 水资源 water resources 的定义 水资源 是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 水资源 可以利用或有可能被利用的水源 具有足够的数量和 可用的质量 并能在某一点为满足某种用途而可用 水资源评价活动 国家评价手册 6 4 地球上局部存在水荒的原因 B 城市 工业业区高度集中 耗水量大 C 水污污染严严重 水水质质质质型缺水型缺水 突出 图图A 图图B 二二 天然水的水天然水的水质质质质 1 天然水化学成份的形成 3 各种类类型的天然水质质 2 天然水的化学组组成 4 天然水

3、体的自净净作用 A 淡水在地球上的分布极不平衡 A 物理净净化 B 化学及物理化学净净化 C 生物化学净净化 7 三 水体的概念和水体污染三 水体的概念和水体污染 2 水体分类类 3 水体与水质质的区别别 按区域分 某一具体的被水覆盖的地段 水质质 water quality 指水相的质质量 1 水体 指以相对稳对稳 定的陆陆地为边为边 界的天然水域 水体 water bodies water bodies 在环环境学中是一体系 不仅 仅包括 水 也包括水中的悬悬浮物 溶解物 水生生物和底泥 即为为液相和固相的混合体 地下水体 按类类型分 海洋水体 陆陆地水体 地表水体 8 4 水体污染 Po

4、llution of water bodies 是指排入水体的污染物含量超过了水体的自净能力污染物含量超过了水体的自净能力 导致导致水 体的物理 化学和生物特征物理 化学和生物特征发生不良变化 从而影响影响水的有效利 用 危害危害人体健康 破坏破坏生态环境 造成 造成水质恶化的现象 图 5 水体污染的特征 1 地表水污染特征 河流污染 图 A 污染程度随径流量变化 B 污染扩散快 C 污染影响大 湖泊污染 图 A 污染来源广 途径多 种类复杂 B 污染稀释和搬运能力弱 C 生物降解和累积能力强 9 2 地下水污染特征 图 A 污染来源广泛 图 B 污染难于治理 C 污染危害严重 图 3 海洋污

5、染特征 图 A 污染源多而复杂 B 污染持续性强 C 污染扩散范围大 10 四 水体污染源和污染物 1 水体污污染源 根据不同的方法有不同的分类类 u 按照 水 污 染源的 分 布 特 征 点污染源 面污染源 扩散污染源 u按 受 污 染 的 水 体 地面水污染源 地下水污染源 海洋污染源 u按污染源释放的有害 物质种类 物理性污染源 化学性污染源 生物性污染源 11 工业废业废 水 Industrial wastewater A 来源 工业业企业业在生产过产过 程中排出的废废水 表 B 特点 量大 面广 成份复杂杂 毒性大 不易净净化 难处难处 理 u按造成水体污污 染的原因 自然污染源 人

6、为污染源 工业废水 点源 生活污水 点源 农业退水 面源 C 污污染效应应 耗氧 有毒 12 生活污水 Domestic wastewater A来源 生活中各种洗涤涤水 B特点 主要是城市生活污污水 杂质杂质 很多 以N P S为为主 一般呈弱碱性 PH值约值约 7 2 7 8 C污污染效应应 引起水体富营营养化 农业退水 Agricultural wastewater A来源 牲畜粪粪便 农药农药 化肥 B特点 农药农药 化肥 有机质质含量高 C污污染效应应 水体富营营养化 农药污农药污 染 13 2 主要污污染物 按释释放的污污染种类类可分为为物理 化学 生物等几方面 表 物理类类 1

7、颜色 可以说明水中污染物的含量 纺织 印染 染料 造纸等废水排入水体后 可使水色变得极为复杂 2 浊度 由胶体或细小的悬浮物引起 生活污水中铁和锰的 氢氧化物引起的浊度十分有害 3 温度 因工业废水的排放引起天然水体温度上升 严重 的可形成热污染 thermal pollution 4 悬浮固体 指水体中胶体或细小的悬浮固体 可降低水体 的透明度和藻类的光合作用 限制水生生物的正常运动 减缓水底活性 导致水体底部缺氧 使水体同化能力降低 14 化学类类 1 无机无毒物质 uA 酸 碱及一般无机盐类盐类 uB 氮 磷等植物营营养物质质 来源 生活污水 工业废水 施用磷肥 氮肥的农田排水 危害 引

8、起 水体富营养化 来源 酸来自矿山排水 工业废水及酸雨 碱来自碱法造纸 制碱 制革及炼油等工业废水 酸碱废水相互中和并与 地表物质反应会产生各种无机盐类污染 危害 水体PH值发生变化 增加水中无机盐类的浓度和水的硬度 15 2 无机有毒物质 uA 重金属毒性物质质 汞 镉镉 铅铅 铬铬 铜铜 砷 uB 非重金属的无机毒性物质质 氰氰化物 氟化物 来源 化石燃料的燃烧 采矿和冶炼 来源 氰化物 电镀废水 焦炉和高炉的煤气洗涤水 含氰废水 金银选矿废水 氟化物 电镀加工含氟 废水和含氟废气洗涤水 危害 使各种酶失去活性 不能被微生物降解 易富集 危害 氰化物可抑制细胞呼吸 氟化物可引起氟斑牙 氟骨

9、症 损害肾脏等 16 3 有机无毒物 需氧有机物 碳水化合物 蛋白质 脂肪等 来源 生活污水 食品加工和造纸等工业废水 耗氧有机物 有机物的共同特点是 直接进入水体后 通过微生 物的生物化学作用而分解为简单的无机物质二氧化碳和水 在分解过程中需要消耗水中的溶解氧 在缺氧条件下就发生 腐败分解 恶化水质 故称其为 常用的有机物污染指标 危害 耗氧 使水质恶化 uuA A 化学耗氧量化学耗氧量 COD Chemical Oxygen COD Chemical Oxygen Demand Demand COD 又称化学需氧量 指在规定条件下 使水样中能被 氧化的物质氧化所需耗用氧化剂 酸性重铬酸钾

10、的量 以每 升水消耗氧的毫克数表示 17 COD和高锰酸盐指数的区别 二者均为常用的描述废水中化学耗氧量的指标 其中 以 高锰酸钾溶液为氧化剂测得的化学耗氧量 新环境水质标准称 为高锰酸盐指数CODMn 而仅将酸性重铬酸钾法测得的值称为 COD 通常记为CODCr uuB B 生化需氧量生化需氧量 BOD BOD Biochemical Oxygen DemandBiochemical Oxygen Demand 目前国内外都以5天作为测定BOD的标准时间 简称5日生 化需氧量 记作BOD5 BOD5约等于BOD20的70 BOD 指在好气条件下 微生物分解水体中有机物质的生物 化学过程中所需

11、溶解氧的量 微生物降解有机物通常分为两个阶段 碳化阶段 有机物被转化为无机物CO2 H2O和NH3等 硝化阶段 NH3进一步被转化为HNO2和HNO3 18 uuC C 总有机碳量总有机碳量 TOC TOC Total Organic CarbonTotal Organic Carbon uuD D 总需氧量总需氧量 TOD TOD Total Oxygen DemandTotal Oxygen Demand TOC 水中溶解性和悬浮性有机物中存在的全部碳量 是评 价水体需氧有机物的一个综合指标 其测定结果以C含 量表示 单位为mg L TOD 水中的有机物完全被氧化时的需氧量 4 有机有毒物

12、质 酚类 农药 PAH PCB 洗涤剂 石油等 来源 石油化学工业的合成生产过程及其产品的使用过程中 排放的污水 危害 比较稳定 不易被微生物分解 都有害于人类健康 但危害程度和作用方式不同 危害最大的有两类 有机氯化合物和多环有机化合物 19 生物类类 细细菌 病毒 原生动动物 寄生蠕虫等 来源 城市生活污水 医院污水或污水处理厂排水 危害 通过多种途径进入人体 并在体内生存 一旦 条件适合 就会引起人体疾病 放射性类类 来源 核武器试验 原子能工业排放或泄漏 危害 主要通过 等射线损害人体组织 并可在人 体内蓄积 促成贫血 白血球增生 恶性肿瘤等病 症 严重的可导致生命危险 20 第二节

13、污染物在水体中的扩散 一 污染物在水体中的运动特征 1 推流迁移 指污染物在水流作用下产生的迁移作用 此过程中污染物质总量不变 浓度也不变 2 分散作用 包含分子扩散 湍流扩散和弥散三个方面 此过程中污染物质总量不变 但浓度减小 3 污染物的衰减和转化 此过程中污染物质总量与浓度均发生变化 进入水环境中的污染物可以分为两大类 保守物质和非保守物质 21 二 河流水体中污染物扩散的稳态解 P78 稳态 污染物在水体某一空间位置的浓度不随时间变化的状态 条件 河流水体处于稳定流动状态 污染源连续稳定排放 22 三 河流水质模型 Water Quality Model 水质模型 描述不同水体水质变化

14、规律的数学模型 意 义 预测 预报水体的污染趋向 研究水体污染 的特征及水体环境的自净能力 两种类型 简单的一级衰变模型 如BOD的衰变 衰变和恢复相结合的水质模型 如DO在水体中 的平衡过程 S P模型 描述一维稳态河流中的BOD DO的变化规律 基本假设 河流中的BOD的衰减和溶解氧的复氧都是一级反 应 反应速度是定常的 河流中的耗氧是由BOD衰减引 起的 而河流中的溶解氧来源则是大气复氧 23 S P模型是关于BOD和DO的耦和模型 可以写作 式中 L 河水中BOD值 D 河水中的氧亏值 Kd 河水中BOD衰减 耗氧 速度常数 Ka 河水中复氧速度常数 t 河段内河水的流行时间 上式的解

15、析解为 式中 L0 河流起始点的BOD值 D0 河流起始点的氧亏值 该式表示河流水中的氧亏变化规律 如果以河流的溶 解氧来表示 则 24 式中 O 河水中的溶解氧值 Os 饱和溶解氧值 该式称为S P 氧垂公式 根据该式可绘制溶解氧沿 程变化曲线即氧垂曲线 临界氧亏点 DC 溶解 氧浓度最低的点 式中 Dc 临界氧亏值 tc 由起始点到达临 界点的流行时间 25 第三节 污染物在水体中的转化 一 水体中耗氧有机物降解 1 有机物生物化学分解 代表性有机物 碳水化合物 脂肪和油类 蛋白质 1 碳水化合物 2 耗氧有机物的生物降解 基本反应包括 水解反应 指复杂的有机物分子与水电离出的H 或OH

16、结合生成较简单化合物的反应 氧化反应 包括脱氢作用和脱羧作用两类 26 2 脂肪和油类 3 蛋白质 27 需氧有机物降解的共同规律是 首先在细胞体外发生水解 然后在细胞内部继续水解和氧化 降解的后期产物都是生成 各种有机酸 在有氧条件下 可以继续分解 其最终产物是CO2 H2O及NO3 等 在缺氧条件下则进行反硝化 酸性发酵等过程 其最终产物除CO2 H2O外 还有NH3 有机酸 醇等 2 耗氧有机物降解与溶解氧的平衡 在污染河流中耗氧作用和复氧作用影响着水中溶解氧的含量 耗氧作用 指有机物分解和有机体呼吸时耗氧 使水中溶解 氧降低 复氧作用 也称再曝气作用 指空气中的氧溶于水和水生植 物的光合作用放出氧 使水中溶解氧增加 28 被生活污水污染的河流中BOD和DO相互关系模式图 说明 受到有机物污染的水体 其DO含量变化过程 由有机污染物的降解过程所控制 29 30 3 耗氧有机物对水体的危害 导致水体缺氧 局部水域水质恶化 含氮有机物可能导致水体富营养化 主要是对渔业水产资源的破坏 31 二 水体富营养化过程 1 水体富营养化概述 1 定义 2 类型 天然富营养化 湖泊的自然消亡 历