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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,天然水在环境中的循环 天然水的水质 水体的概念和水体污染 水体污染源和污染物,4,第一节水体环境概述,一. 天然水在环境中的循环,1.水循环的环境意义,5,3.水资源的特性（与其它自然资源相比）,A资源的循环性,B储量的有限性,C分布的不均衡性,E利害的两重性(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
2、：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、工业区高度集中，耗水量大。,C水污染严重，“水质型缺水” 突出。(图A) (图B),二.天然水的水质,1.天然水化学成份的形成,3.各种类型的天然水质,2.天然水的化学组成,4.天然水体的自净作用,A淡水在地球上的分布极不平衡,A物理净化 B化学及物理化学净化 C生物化学净化,7,三、水体的概念和水体污染,2.水体分类,3.水体与水质的区别,按区域分：某一具体的被水覆盖的地段,水质(water quality)：指水相的质量,
3、1.水体：指以相对稳定的陆地为边界的天然水域,水体(water bodies) ：在环境学中是一体系。不仅包括水，也包括水中的悬浮物、溶解物、水生生物和底泥。即为液相和固相的混合体。,8,4.水体污染(Pollution 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，导致水体的物理、化学和生物特征发生不良变化，从而影响水的有效利用、危害人体健康、破坏生态环境，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
4、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.水体污染源(根据不同的方法有不同的分类),11,工业废水(Industrial wastewater),A来源：工业企业在生产过程中排出的废水（表),B特点：量大、面广； 成份复杂、毒性大； 不易净化、难处理,C污染效应（耗氧、有毒）,12,生活污水(Domestic wastewater),A来源：生活中各种洗涤水,B特点：主要是
5、城市生活污水； 杂质很多，以N、P、S为主； 一般呈弱碱性，PH值约7.2-7.8,C污染效应：,引起水体富营养化,农业退水(Agricultural wastewater),A来源：牲畜粪便、农药、化肥,B特点：农药、化肥、有机质含量高,C污染效应：水体富营养化；农药污染,13,2.主要污染物,按释放的污染种类可分为物理、化学、生物等几方面（表）,*物理类,（1）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
6、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,(1) 无机无毒物质,A 酸、碱及一般无机盐类,B 氮、磷等植物营养物质,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
7、硬度,15,(2) 无机有毒物质,A 重金属毒性物质 （汞、镉、铅、铬、铜、砷 ）,B 非重金属的无机毒性物质 （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
8、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,A 化学耗氧量(COD: Chemical Oxygen 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)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,B
9、生化需氧量(BOD: Biochemical 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,C 总有机碳量(TOC: Total Organic Carbon)：,D 总需氧量(TOD: Total Oxygen Demand),TOC：水中溶解性和悬浮性有机物中存
10、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（细菌、病毒、原生动物、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,来源：
11、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
12、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,SP模型：描述一维稳态河流中的BODDO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,SP模型是
13、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SP 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
14、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 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
15、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；历时
16、漫长,人为富营养化时间短；营养物质主要来自城市,营养化(Eutropbication)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：由于水体中氮、磷等营养物质的富集，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，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。(图)(表3-8) 河流-“水华” 海洋-“赤潮”,32,33,2.植物营养物氮、磷在水体中的转化,(1)含氮化合物在水体中的转化 (完全循环),(2)含磷化合物在水体中的转化(底质循环动态的稳定体系),3.氮、磷污染与水体富营养化 P92,有机氮转化：氨化过程+硝化过程；反硝化过程(缺氧),多以难溶沉积物的形式沉积于底泥中,斯塔姆(Stumm) 得出：水体富营养化的形成，主要取决于 水体中磷的
